蛋白質結構和功能

1、蛋白質結構和功能修改 生物大分子 (分子量從1041012 道爾頓不等) n蛋白質 主要的結構和功能分子 n核酸 遺傳信息的載體 n多糖 提供能量 蛋白質結構和功能修改 第一篇 蛋白質 n蛋白質的結構和功能 n脂蛋白 n糖蛋白與蛋白聚糖 n蛋白質的轉運、加工與修飾 蛋白質結構和功能修改 第一章 蛋白質的結構與功能 蛋白質結構和功能修改 第一節(jié) 組成蛋白質的氨基酸 n 氨基酸的結構特點 1.與羧基相鄰的-碳原子 上都有氨基(Pro除外) 2.除Gly外，所有-氨基酸 的-碳原子均為不對稱 性碳原子 （手性 碳原子） 蛋白質結構和功能修改 H3N+CH R COO HCNH3+ R COO D-D

2、-氨基酸氨基酸 -氨基酸的兩種構型氨基酸的兩種構型 構型構型：指在立體異構體中取代原子或基：指在立體異構體中取代原子或基 團在空間的取向。構型的改變團在空間的取向。構型的改變涉及共價涉及共價 鍵的破裂和重建。鍵的破裂和重建。 蛋白質結構和功能修改 n 兩種結構特殊的氨基酸 CH2 CH2 CH2 CH NH COOH 脯氨酸脯氨酸(Pro） HCCOOH NH2 H 甘氨酸甘氨酸(Gly) 蛋白質結構和功能修改 氨基酸的分類 n非極性疏水氨基酸：側鏈為非極性疏水 基團，如脂肪烴或芳香烴 n不解離的極性氨基酸：側鏈中含不解離 的極性基團，如巰基、羥基和酰胺基團 n解離的極性氨基酸： a. 酸性氨

3、基酸：側鏈中有羧基 b. 堿性氨基酸：側鏈中有堿性基團 蛋白質結構和功能修改 第二節(jié) 蛋白質的一級結構 （primary sturcture） n 基本概念 肽鍵 / 肽 / 二肽 / 多肽 蛋白質結構和功能修改 肽鏈 / 氨基酸殘基 / 主鏈與側鏈 CC R NH2C R N H O H H C R N H H C O C O OH 氨基酸殘基氨基酸殘基N-末端末端C-末端末端 一級結構一級結構 指多肽鏈中氨基酸的排列順序指多肽鏈中氨基酸的排列順序 穩(wěn)定因素：穩(wěn)定因素：肽鍵肽鍵 蛋白質結構和功能修改 第三節(jié)蛋白質的空間結構 （構象高級結構） n構象(conformation) 指構成分子的原

4、子和基團因為化學鍵 的旋轉而形成在三維空間上不同的排布、 走向。構象的改變不涉及共價鍵的破裂， 僅涉及氫鍵、疏水鍵等次級鍵的變化。 蛋白質結構和功能修改 n 蛋白質分子中的非共價鍵 a.氫鍵：分子兩極一端具有正電性，另一端具有負 電性，由于這一特點兩個分子間有靜電引力，此類引力 稱為氫鍵 b.非極性疏水鍵：疏水基團在水中聚集成簇的 凝聚力 c.離子鍵：異性電荷間的靜電引力所形成的鍵 d.范德華力：分子中原子與原子之間的相互作用 力（吸引力） 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 n定義 n穩(wěn)定因素：氫鍵 n基本類型： -螺旋和-折疊（有規(guī)則） -轉角和環(huán)（部分有規(guī)則

5、） 無序結構 蛋白質的二級結構 （secondary structure） 蛋白質結構和功能修改 n 肽平面（peptide plane） 肽單元 (peptide unit)酰胺平面(amide planes) C C O C N H C C -O C N+ H 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 n 二面角 （dihedral angle） a. 單鍵的旋轉角度 C-C:（psi） C-N:（phi） b.二面角決定了兩個相鄰肽 平面的空間相對位置 蛋白質結構和功能修改 肽平面 構成蛋白質二級結構的基本單位 蛋白質結構和功能修改 -螺旋（-helix） 結構特征：結構特征：以以3.

6、613螺旋為例螺旋為例 蛋白質結構和功能修改 3.613螺旋 a. 3.6 指每圈螺旋含3.6個殘基 b. 13表示氫鍵封閉的環(huán)內含13個原子 (氫鍵在第一個肽鍵的亞氨基-NH的H原子與其 前方第四個肽鍵的羰基C=O的O原子之間形成 ) CC R N O H H N H C O n=3 蛋白質結構和功能修改 其它局部螺旋 n -左手螺旋 n 310 -螺旋 n 4.4 16-螺旋 (螺旋) 蛋白質結構和功能修改 n 影響-helix結構的因素 a. 脯氨酸 b. 側鏈R基的大?。?過大，產(chǎn)生空間位阻 過小，空間占位太小 c. 帶同種電荷的R基臨近： 產(chǎn)生靜電排斥，不能形成氫鍵 蛋白質結構和功能

7、修改 CH2 CH2 CH2 CH NH COOH 脯氨酸脯氨酸(Pro） 蛋白質結構和功能修改 -折疊 （-pleated sheet） n結構特征 蛋白質結構和功能修改 反向平行反向平行順向平行順向平行 蛋白質結構和功能修改 轉角（ turn） n 結構特征 a. 通常由4個氨基酸構成 b. 第1個氨基酸殘基的C=O與第4個氨 基酸殘基的NH形成氫鍵 c. 多數(shù)位于球狀蛋白質分子的表面 d.常為磷酸化或N-糖基化的位點 e. 分型：I型和II型 蛋白質結構和功能修改 型型(反式反式) 型型( (順式順式) ) 蛋白質結構和功能修改 環(huán)（ loop） n結構特征： a. 由616（常為68）

8、個氨基酸殘基 組成，外形象“”。 b. 常見殘基有Gly、Pro和Tyr，和親 水性的Asp、Asn和Ser c. 常位于蛋白質分子表面，是識別配體 和分子進化突變的位點 蛋白質結構和功能修改 無序結構 n對一種確定的蛋白質而言，無序結構的長 度和方向是一定的 n含有Lys、Arg等氨基酸殘基, 常與蛋白質 的結合功能和催化功能有關 蛋白質結構和功能修改 二級結構與一級結構的關系 n氨基酸殘基并非均勻地分布在所有類型 的二級結構中 -螺旋34.3% -轉角33.2% -折疊17.1% 蛋白質結構和功能修改 n各種氨基酸殘基在不同的二級結構中出現(xiàn)的 頻率不同 a. 形成-螺旋能力強的氨基酸有：G

9、lu、 Met、Ala、Leu b. 形成-折疊能力強的氨基酸有：Val、 Ile、Tyr c. 形成-轉角能力強的氨基酸有：Pro、 Gly、Asn、Asp、Ser 蛋白質結構和功能修改 蛋白質的三級結構 n定義 n穩(wěn)定因素：側鏈R基團之間相互作用形成的 各種非共價鍵，包括疏水鍵、氫鍵、離子鍵 和范德華力等 n舉例：肌紅蛋白（myoglobin, Mb） 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 血紅素結構血紅素結構 蛋白質結構和功能修改 蛋白質的四級結構 n定義 組成單位：亞基 n穩(wěn)定因素： 主要靠疏水鍵，氫鍵和離子鍵也 參與維持四級結構的穩(wěn)定 n舉例：血紅蛋白（hemoglobin,H

10、b） 蛋白質結構和功能修改 血紅蛋白結構血紅蛋白結構 蛋白質結構和功能修改 血紅蛋白的別構效應（allosteric effect） n定義：指蛋白質與配基結合后能改變蛋白質的構 象，進而改變蛋白質的生物活性的現(xiàn)象。 n機理： n正協(xié)同效應：當?shù)谝粋€亞基與配體結合后，可 促進下一個亞基與配體的結合，稱為正協(xié)同效應。 蛋白質結構和功能修改 緊密型（緊密型（T T） 松弛型（松弛型（R R） 蛋白質結構和功能修改 血紅蛋白不同亞基間的鹽鍵（離子鍵） 蛋白質結構和功能修改 第四節(jié) 蛋白質的超二級結構和結構域 超二級結構（supersecondary structure ） n定義：基序（motif）

11、 n類型： 蛋白質結構和功能修改 組合 nEF 手型（EF hand） 蛋白質結構和功能修改 n左手超螺旋（left-handed superhelix） 蛋白質結構和功能修改 n亮氨酸拉鏈（leucine zipper） 蛋白質結構和功能修改 組合 蛋白質結構和功能修改 組合 n 特點: 由兩股平行的-鏈通過一 條-螺旋和兩個環(huán)連接 而成。整個結構呈松散 的右手螺旋。 蛋白質結構和功能修改 蛋白質的結構域（domain） n定義： n類型： 平行/型 反平行-型 全-型 小的不規(guī)則結構 蛋白質結構和功能修改 平行/型 n 特點： a.由-螺旋和-折疊交替連接成多層結構，平行-折 疊片層在內，

12、-螺旋覆蓋在外 b.平行-片層的疏水側鏈分布于片層的兩側 蛋白質結構和功能修改 (1) 單繞平行-筒 （singly wound parallel -barrel） 特點：中心部分由平行的-鏈組成內筒，周圍由-螺旋 以右手交叉的連接方式沿同一個方向逐個連接-鏈形 成外筒 舉例：磷酸丙糖異構酶 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 (2) 雙繞平行-片層 （doubly wound parallel -sheet） 特點：多個平行的-鏈右手扭曲成馬鞍形， -螺旋分別沿兩個不同的方向連接相鄰的 -鏈而分布在-片層的兩側 舉例： 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 反平行-型 n 特點

13、： a. 主要由反平行-鏈組成 b.反平行-片層的疏水側鏈位于片層的一側， 而另一側具有親水性 蛋白質結構和功能修改 (1) 希臘花邊-筒 特點： 一條伸展的多肽鏈往 返纏繞，方向類似希 臘花邊，而相鄰的各 -鏈反向平行 蛋白質結構和功能修改 (2) 升降-筒 特點： 由相鄰的反平行-鏈以發(fā) 夾連接形成升降式的筒 形結構 蛋白質結構和功能修改 全-型 (1) 升降螺旋束 特點： 相鄰的反向排列的基序首 尾相連，形成左手扭曲的 筒 形螺旋束 蛋白質結構和功能修改 蛋白質結構和功能修改 (2) 希臘花邊螺旋束 特點： 連續(xù)的基序相互垂直 地折疊起來，形成回形 花邊 myoglobin 蛋白質結構和功能修改 小的不規(guī)則結構 特點: 分子量小,富含金屬或半胱氨酸,分子構象易受 其金屬輔基或二硫鍵的影響 蛋白質結構和功能修改 第五節(jié) 蛋白質的結構和功能 蛋白質變性（denaturation） n 定義： n 實質： 破壞維系蛋白質空間構象的次級 鍵，但不涉及一級結構的改變 n 舉例： 牛胰核糖核酸酶的可逆變性實驗 蛋白質結構和功能修