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文檔簡介
第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)提綱一、肽的結(jié)構(gòu)肽的定義、分類和命名寡肽的理化性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的折疊歷程與結(jié)構(gòu)預測蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律蛋白質(zhì)折疊的歷程與蛋白質(zhì)錯誤折疊相關的疾病蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預測四、蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學提綱一、肽的結(jié)構(gòu)肽就是氨基酸之間通過α-氨基和α-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連的聚合物,它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。構(gòu)成肽的每一個氨基酸單位被稱為氨基酸殘基。各氨基酸殘基以肽鍵相連形成的鏈狀結(jié)構(gòu)被稱為肽鏈。肽的定義肽就是氨基酸之間通過α-氨基和α-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連肽的命名和分類的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。肽的分類可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。例如,2個氨基酸形成的肽稱為二肽,3個氨基酸構(gòu)成的肽稱為三肽,以此類推。一般將2~10個氨基酸殘基組成的肽稱為寡肽,由11~50個氨基酸殘基組成的肽稱為多肽,由50個以上的氨基酸殘基組成的肽通常被稱為蛋白質(zhì)。肽的分類和命名肽的命名和分類的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。肽的分類和除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外,其它肽鏈都含有不對稱的兩端:其中含有自由α-氨基的一端被稱為氨基端或N端,含有自由α-羧基的一端稱為羧基端或C端。肽的化學結(jié)構(gòu)與命名除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外,其它肽鏈都含有不對稱的兩端:其中含有自非核糖體合成肽與核糖體合成肽非核糖體合成肽與核糖體合成肽兩性解離肽也有等電點,其中小肽的pI的計算方法與氨基酸相似,但復雜的寡肽只能與多肽和蛋白質(zhì)一樣不能計算,只能測定(如使用等電聚焦的手段)。手性與旋光性雙縮脲反應凡含有兩個肽鍵的肽含有與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵(至少含有兩個肽鍵,故二肽不行),都能發(fā)生此反應。水解具有特定的生物學功能寡肽的理化性質(zhì)兩性解離寡肽的理化性質(zhì)1830年,Mulder研究生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以后剩余的成分。1838年,Berzelius使用蛋白質(zhì)這個詞。希臘語中的“Proteins”表示最重要的意思。蛋白質(zhì)是氨基酸的線性多聚物(≥51aa)1958年,Watson提出“中心法則”:DNARNA蛋白質(zhì)(信息流)
DNA的功能在于其一級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)的功能在其三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一般概念1830年,Mulder研究生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以組成的多樣性大小的多樣性結(jié)構(gòu)的多樣性功能的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性組成的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈一條多肽鏈-單體蛋白不止一條多肽鏈-寡聚蛋白:同源寡聚體-同種肽鏈異源寡聚體-兩種或多種不同的肽鏈;血紅蛋白是一種異源四聚體:2條α鏈,2條β鏈。蛋白質(zhì)可能含有非蛋白質(zhì)成分多肽鏈+可能是輔助因子(金屬離子、輔酶或輔基),也可能是其他修飾。例如,羧肽酶的輔助因子是Zn2+;乳酸脫氫酶的輔酶是輔酶I;血紅蛋白的輔基是血紅素。蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)可大可小胰島素-A鏈(21aa)、B鏈(30aa),大小為5.7k大腸桿菌谷氨酰胺合成酶-12個亞基組成,每一個亞基含有468aa??偞笮?00k。α連接素(connectin):大小為2800k!β連接素:大小為2100k,長達1000nm!蛋白質(zhì)大小的多樣性蛋白質(zhì)可大可小蛋白質(zhì)大小的多樣性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性一級結(jié)構(gòu)
(1o):獨特的氨基酸序列,由基因決定。二級結(jié)構(gòu)
(2o):多肽鏈的主鏈骨架本身(不包括R基團)在空間上有規(guī)律的折疊和盤繞,它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團之間的氫鍵決定的。三級結(jié)構(gòu)
(3o):是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊,形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)
(4o)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)(1o):獨特的氨基酸序列,由基因決定。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的四個結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的四個結(jié)構(gòu)層次是蛋白質(zhì)的共價(肽鍵)結(jié)構(gòu)對于每一種蛋白質(zhì)而言,都是獨特的。由編碼它的基因的核苷酸序列決定。是遺傳信息的一種形式。書寫總是從N端到C端。例如,胰島素A鏈的一級結(jié)構(gòu)是:
Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的共價(肽鍵)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)DNA:
GGCATT
GTGGAA
CAATGCTGTmRNA:
GGC
AUU
GUG
GAA
CAAUGCUGU蛋白質(zhì):
Gly-
Ile-
Val-
Glu
–
Gln
-
Cys-
Cys一種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)由編碼它的基因的核苷酸序列決定DNA:GGCATTGTGGA具有部分雙鍵的性質(zhì)(40%),其鍵長為0.133nm,介于一個典型的單鍵和一個典型的雙鍵之間。具有雙鍵性質(zhì)的肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn),與肽鍵相關的6個原子共處于一個平面,此平面結(jié)構(gòu)被稱為酰胺平面或肽平面與Cα相連的兩個單鍵可以自由旋轉(zhuǎn),由此產(chǎn)生兩個旋轉(zhuǎn)角多為反式,但是X-Pro是例外。N帶部分正電荷,O帶部分負電荷。肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)具有部分雙鍵的性質(zhì)(40%),其鍵長為0.133nm,介于一肽鍵的雙鍵性質(zhì)肽鍵的雙鍵性質(zhì)肽平面上各個共價鍵的主要參數(shù)肽平面上各個共價鍵的主要參數(shù)肽平面及二面角肽平面及二面角酰胺平面的存在,使得肽鏈中的任何一個氨基酸殘基只有2個角度可以旋轉(zhuǎn)。由C-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為
(phi),C-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為
(psi)。當一條肽鏈上所有氨基酸殘基的和確定以后,該肽鏈主鏈骨架的基本走向也就確定了。(,)為正值對應于從C觀察時單鍵向順時針旋轉(zhuǎn)。如果值為零意味著C=O或N-H鍵平分R-C-H角。(,)=(0,180),2個羰基O太近;(,)=(180,0),2個酰胺基重疊;(,)=(0,0),羰基O與酰胺基重疊。酰胺平面對肽鏈結(jié)構(gòu)的限制酰胺平面的存在,使得肽鏈中的任何一個氨基酸殘基只有2個角度可一個多肽的構(gòu)象可通過以為橫坐標、為縱坐標作圖來表示,這種作圖方法稱為R拉氏作圖法。在拉氏圖上,每個氨基酸殘基的(,)成為圖中的一個點。理論上,和可以是0o
~±180o之間的任何值,但是,由于側(cè)鏈R基團的限制,和值的變動并不是隨意的。拉氏作圖(RamachandranPlot)一個多肽的構(gòu)象可通過以為橫坐標、為縱坐標作圖來表示,這種α螺旋(alpha-helix)及其他螺旋β折疊(beta-sheet)β轉(zhuǎn)角(beta-turn)β突起(beta-bulge)環(huán)(loop)與無規(guī)則卷曲(randomcoil)前四種二級結(jié)構(gòu)具有規(guī)律,反映在拉氏圖上具有相對固定的二面角蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)α螺旋(alpha-helix)及其他螺旋蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)不同二級結(jié)構(gòu)的拉氏圖不同二級結(jié)構(gòu)的拉氏圖肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展;螺旋形成是自發(fā)的,肽鏈骨架上由n位氨基酸殘基上的-C=O與n+4位殘基上的-NH之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封閉的環(huán)含有13個原子,因此α螺旋也稱為3.613-螺旋;每隔3.6個殘基,螺旋上升一圈。每一個氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100o,螺距為0.54nm,即每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。螺旋的半徑為0.23nm。Φ角和Ψ角分別-57
o和-47
o;α螺旋有左手和右手之分,但蛋白質(zhì)中的α螺旋主要是右手螺旋;氨基酸殘基的R基團位于螺旋的外側(cè),并不參與螺旋的形成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。α螺旋的主要內(nèi)容肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展;α螺旋的主要內(nèi)容各種螺旋的氫鍵供體與受體各種螺旋的氫鍵供體與受體表示α螺旋的幾種模型表示α螺旋的幾種模型螺旋內(nèi)的氫鍵平行于螺旋軸,而將每一個肽鍵的固有偶極“連為一體”,使得螺旋的總偶極矩成為一個凈偶極矩,其正負極分別在N端和C端。相鄰螺旋之間的螺旋偶極相互作用有助于多肽鏈形成更高一級層次的結(jié)構(gòu)螺旋的總偶極矩螺旋內(nèi)的氫鍵平行于螺旋軸,而將每一個肽鍵的固有偶極“連為一體親水α-螺旋疏水α-螺旋兩親α-螺旋如何判定?借助螺旋輪作圖α螺旋的橫截面(綠色圓圈表示R基團)α螺旋的種類親水α-螺旋α螺旋的橫截面α螺旋的種類一個螺旋輪是螺旋沿著螺旋軸的二維投射圖,具體作圖步驟是:在紙平面上畫一條直線(0o)。該線的底端表示螺旋軸,頂端表示螺旋的第一個氨基酸的側(cè)鏈,用畫圈的數(shù)字表示位置;然后,按順時針方向轉(zhuǎn)100o畫第二條線,并使其一端在螺旋軸,另一端為畫圈的2表示第二個氨基酸;再從第二條線向順時針旋轉(zhuǎn)100o畫第三條線,依次類推,直到將螺旋上的所有氨基酸都畫上。注意讓離我們越近的數(shù)字圓圈輪畫得越大。按照這種作圖,在第五圈以后,圖的樣式將會重復,即第19號位的氨基酸殘基將位于1號位殘基的上面。螺旋輪作圖一個螺旋輪是螺旋沿著螺旋軸的二維投射圖,具體作圖步驟是:在紙肽段幾乎完全伸展,肽平面之間成鋸齒狀;肽段呈現(xiàn)平行排列,相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵,其中的每一股肽段被稱為β股;側(cè)鏈基團垂直于相鄰兩個肽平面的交線,并交替分布在折疊片層的兩側(cè);肽段平行的走向有平行和反平行兩種,前者指兩個肽段的N-端位于同側(cè),較為少見,后者正好相反。由于反平行折疊所形成的氫鍵N-H-O三個原子幾乎位于同一直線上,因此,反平行β-折疊更穩(wěn)定。反平行β-折疊的每一個氨基酸殘基上升0.347nm,正平行的每一個氨基酸殘基上升0.325nm。β-折疊的二面角(ф,ψ)等于(-119o,+113o)。β折疊的主要內(nèi)容肽段幾乎完全伸展,肽平面之間成鋸齒狀;β折疊的主要內(nèi)容β折疊的片層結(jié)構(gòu)和β股之間的氫鍵β折疊的片層結(jié)構(gòu)和β股之間的氫鍵兩種β折疊的結(jié)構(gòu)比較兩種β折疊的結(jié)構(gòu)比較同一條肽鏈的不同肽段不同的肽鏈不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成β折疊的β股來源Raf蛋白和Rap蛋白通過β折疊形成二聚體同一條肽鏈的不同肽段構(gòu)成β折疊的β股來源Raf蛋白和Rap蛋肽鏈骨架以180
o回折而改變了肽鏈的方向;由肽鏈上四個連續(xù)的氨基酸殘基組成,其中n位氨基酸殘基的-C=O與n+3位氨基酸殘基的-NH形成氫鍵;Gly和Pro經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中;有利于反平行β折疊的形成,這是因為β轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向,促進相鄰的肽段各自作為β股,形成β折疊。β轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容肽鏈骨架以180
o回折而改變了肽鏈的方向;β轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容β凸起是由于β
折疊的1個β股中額外插入1個氨基酸殘基,使原來連續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破,從而使肽鏈產(chǎn)生的一種彎曲凸起結(jié)構(gòu)。β凸起主要發(fā)現(xiàn)在反平行β折疊之中,只有約5%出現(xiàn)在平行的β折疊結(jié)構(gòu)之中。β凸起也能輕微地改變多肽鏈的走向。β突起的主要內(nèi)容β凸起是由于β折疊的1個β股中額外插入1個氨基酸殘基,使原β轉(zhuǎn)角的兩種類型β轉(zhuǎn)角的兩種類型在蛋白質(zhì)分子中,除了上述四種有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)以外,還有一些極不規(guī)則的二級結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為無規(guī)則卷曲。一般說來,無規(guī)則卷曲無固定的走向,有時以環(huán)的形式存在,但也不是任意變動的,它的2個二面角(ф,ψ)也有個變化范圍。將相鄰二級結(jié)構(gòu)連結(jié)在一起的環(huán)結(jié)構(gòu)(黃色)環(huán)與無規(guī)則卷曲在蛋白質(zhì)分子中,除了上述四種有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)以外,還有一些極三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊,形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵(有時還有二硫鍵和金屬配位鍵)維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)通常由模體(motif)和結(jié)構(gòu)域(domain)組成。穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)主要包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊一種蛋白質(zhì)的全部三維結(jié)構(gòu)一般被稱為它的構(gòu)象。注意不要將構(gòu)象與構(gòu)型混為一談。構(gòu)型是指在立體異構(gòu)中,一組特定的原子或基團在空間上的幾何布局。兩種不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)變總是伴隨著共價鍵的斷裂和重新形成;一個蛋白質(zhì)可以存在幾種不同的構(gòu)象,但構(gòu)象的轉(zhuǎn)變是單鍵的自由旋轉(zhuǎn)造成的,無共價鍵的斷裂和形成。由于構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈上存在多個單鍵,至少在理論上一種蛋白質(zhì)會可能具有許多不同的構(gòu)象。然而,在生理條件下,一種蛋白質(zhì)只會采取一種或幾種在能量上有利的構(gòu)象。蛋白質(zhì)構(gòu)象一種蛋白質(zhì)的全部三維結(jié)構(gòu)一般被稱為它的構(gòu)象。注意不要將構(gòu)象與X-射線晶體衍射核磁共振影像(NMR)(少于120aa)。X射線衍射的電子密度圖蛋白質(zhì)晶體被還原出來的三維結(jié)構(gòu)確定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的方法X-射線晶體衍射X射線衍射的電子密度圖蛋白質(zhì)晶體被還原出來的表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型結(jié)構(gòu)生物學的模體有兩種不同的用法:(1)是指在蛋白質(zhì)或核酸一級結(jié)構(gòu)上,特指具有特殊生化功能的特定氨基酸或堿基序列,因此被稱為序列模體;(2)是指具有特定功能的或作為一個獨立結(jié)構(gòu)域一部分的相鄰的二級結(jié)構(gòu)的聚合體,它一般被稱為功能模體或結(jié)構(gòu)模體相當于超二級結(jié)構(gòu)。常見模體(1)β發(fā)夾環(huán)—兩個反平行β股由一個環(huán)相連;(2)β折疊-α螺旋-β折疊,即βαβ;(3)卷曲螺旋和螺旋束—兩個或多個α螺旋的聚合體;(4)α螺旋-環(huán)-α螺旋(EF手相);(5)α螺旋-β轉(zhuǎn)角-α螺旋,即αβα;(6)Rossmann卷曲;(7)希臘鑰匙模體(motif)結(jié)構(gòu)生物學的模體有兩種不同的用法:(1)是指在蛋白質(zhì)或核酸一β發(fā)夾環(huán)βαβ卷曲螺旋四螺旋束β發(fā)夾環(huán)βαβ卷曲螺旋四螺旋束α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋與DNA的相互作用功能是與DNA序列特異性結(jié)合α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋功能是與DNA序列特EF手相結(jié)構(gòu)α螺旋-環(huán)-α螺旋功能是結(jié)合Ca2+EF手相結(jié)構(gòu)α螺旋-環(huán)-α螺旋功能是結(jié)合Ca2+Rossmann折疊希臘鑰匙模體功能是結(jié)合輔酶I/IIRossmann折疊希臘鑰匙模體功能是結(jié)合輔酶I/II是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊,是由若干個結(jié)構(gòu)模體組成的相對獨立的球形結(jié)構(gòu)單位,它們通常是獨自折疊形成的,與蛋白質(zhì)的功能直接相關。某些結(jié)構(gòu)域在同一個蛋白質(zhì)分子上被重復使用,某些蛋白質(zhì)由多個拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。根據(jù)占優(yōu)勢的二級結(jié)構(gòu)元件的類型,結(jié)構(gòu)域可分為五類:(1)α結(jié)構(gòu)域—完全由α螺旋組成;(2)β結(jié)構(gòu)域—只含有β折疊、β轉(zhuǎn)角和不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu);(3)α/β結(jié)構(gòu)域—由β股和起連接的α螺旋片段組成;(4)α+β-結(jié)構(gòu)域—由獨立的α螺旋區(qū)和β折疊區(qū)組成;(5)交聯(lián)結(jié)構(gòu)域—缺乏特定的二級結(jié)構(gòu)元件,但由幾個二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作用。結(jié)構(gòu)域(domain)是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊,是由大腸桿菌的DNA聚合酶具有三個結(jié)構(gòu)域,分別具有三個不同的酶活性大腸桿菌的DNA聚合酶具有三個結(jié)構(gòu)域,分別具有三個不同的酶磷酸丙糖異構(gòu)酶的TIM-桶結(jié)構(gòu)域磷酸丙糖異構(gòu)酶的TIM-桶結(jié)構(gòu)域具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個亞基都有自己的三級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。四級結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢四級結(jié)構(gòu)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。組蛋白質(zhì)折疊核糖核酸酶A的三維結(jié)構(gòu)模型蛋白質(zhì)折疊核糖核酸酶A的三維結(jié)構(gòu)模型一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低(-20.92J/mol~-83.68J/mol),但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過隨機嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的;蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過程;驅(qū)動蛋白質(zhì)(特別是球狀蛋白質(zhì))折疊的主要作用力是疏水鍵,其他次級鍵也有作用;在細胞內(nèi),不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)折疊需要分子伴侶的幫助;某些蛋白質(zhì)折疊還需要蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶(PDI)和肽酰脯氨酸異構(gòu)酶(PPI)的幫助。最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的,而是具有一定的柔性蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律結(jié)論:一級結(jié)構(gòu)決定三維結(jié)構(gòu)Anfinsen實驗-牛胰核糖核酸酶的變性和復性結(jié)論:一級結(jié)構(gòu)決定三維結(jié)構(gòu)Anfinsen實驗-牛胰核糖核酸蛋白質(zhì)折疊的“滑雪”模型蛋白質(zhì)折疊的“滑雪”模型體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑啟動—快速地形成局部二級結(jié)構(gòu),即折疊核。此過程是可逆的;折疊核協(xié)同聚合成結(jié)構(gòu)域;結(jié)構(gòu)域經(jīng)熔球態(tài)中間體最終形成具有完整三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。熔球態(tài)中間體被認為是疏水塌陷的結(jié)果,這樣的狀態(tài)含有某些二級結(jié)構(gòu),但還沒有形成正確的三級結(jié)構(gòu)。其形成受疏水側(cè)鏈的快速包埋驅(qū)動。體外蛋白質(zhì)折疊歷程啟動—快速地形成局部二級結(jié)構(gòu),即折疊核。此過程是可逆的;體外假定一個由100個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì),其中每一個氨基酸殘基有2個構(gòu)象,那么,這個蛋白質(zhì)的總構(gòu)象數(shù)目是2100=1.27×1030。再假定此蛋白質(zhì)為了尋找總能量最低的構(gòu)象狀態(tài),其每嘗試一次構(gòu)象耗時10-13秒,則將所有可能的構(gòu)象都嘗試完成需要的時間是:(10-13)(1.27×1030)=1.27×1017秒=4×109
年!Levinthal氏悖論假定一個由100個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì),其中每一個氨基酸殘幫助體內(nèi)球狀蛋白折疊的一類蛋白質(zhì)最常見的分子伴侶有HSP70和伴侶蛋白家族。HSP70通過與部分折疊的蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域的臨時結(jié)合而促進蛋白質(zhì)的正確折疊。伴侶蛋白則形成大的桶狀結(jié)構(gòu)容納部分折疊的蛋白質(zhì)完成折疊。一旦蛋白質(zhì)折疊好,分子伴侶即被釋放,然后再參與另一個新生蛋白質(zhì)的折疊。分子伴侶誰是分子伴侶?幫助體內(nèi)球狀蛋白折疊的一類蛋白質(zhì)分子伴侶誰是分子伴侶?細菌伴侶蛋白(GroEL/GroES復合物)的三維結(jié)構(gòu)模式圖細菌伴侶蛋白(GroEL/GroES復合物)的三維結(jié)構(gòu)模式圖PDI的作用機制
PDI的作用機制PPI催化的反應
PPI催化的反應海綿狀腦病(spongiformencephalopathy,SE)囊性纖維變性(cysticfibrosis,CF)阿爾茨海默氏?。ˋlzheimer'sdisease,AD)帕金森氏病(Parkinson'sdisease,PD)與蛋白質(zhì)錯誤折疊相關的疾病海綿狀腦?。╯pongiformencephalopathSE是一種致命性神經(jīng)退化性疾病,因受感染的動物在腦病某些部位出現(xiàn)海綿狀的空洞而得名。SE的致病因子是一種折疊異常的朊蛋白PrPsc
。正常動物含有PrPc。兩者的一級結(jié)構(gòu)完全一樣,但構(gòu)象不同。如果正常PrPc折疊發(fā)生錯誤,可變成PrPsc。PrPsc一旦形成后,自身可以作為模板,催化更多的PrPc向PrPsc轉(zhuǎn)變。PrPc
與PrPsc被認為具有相同的能量狀態(tài)。但PrPc自發(fā)重折疊成PrPsc的可能性很低,這是因為兩者的轉(zhuǎn)變需要非常大的活化能。家族型朊蛋白疾病是PrPc基因突變造成的。突變降低了PrPc重折疊成PrPsc的活化能。PrPc基因被敲除的小鼠不會再得SE。海綿狀腦?。⊿E)SE是一種致命性神經(jīng)退化性疾病,因受感染的動物在腦病某些部位PrPc與PrPsc的主要差別是:PrPc富含α-螺旋,對蛋白酶敏感,呈單體狀態(tài);PrPsc則富含β-折疊,其核心部分能抵抗蛋白酶水解,形成多亞基聚合體,最后能形成淀粉樣纖維桿狀結(jié)構(gòu)。(2)PrPsc(1)PrPcPrPc與PrPsc的主要差別是:PrPc富含α-螺旋,對蛋小心近墨者黑!小心近墨者黑!囊性纖維變性是一種遺傳性疾病,它與一種編碼囊性纖維變性跨膜傳導調(diào)節(jié)蛋白(CFTR)的基因缺陷有關。正常的CFTR是一種跨膜蛋白,在上皮細胞的質(zhì)膜上作為一種受ATP調(diào)控的Cl-通道,負責將Cl-從細胞內(nèi)泵出去。有缺陷的CFTR不能整合到細胞膜上或雖能整合到但無功能。于是,缺乏CFTR的上皮細胞開始積累Cl-。由于滲透壓的緣故,細胞開始拼命吸收周圍粘液中的水分,導致粘液變稠,特別在患者的呼吸道內(nèi)會產(chǎn)生稠厚的粘痰,而阻礙呼吸,使得呼吸道反復受感染。囊性纖維變性囊性纖維變性是一種遺傳性疾病,它與一種編碼囊性纖維變性跨膜傳二級結(jié)構(gòu)的預測可行:首先是因為二級結(jié)構(gòu)是一種局部結(jié)構(gòu),其次是不同的氨基酸對不同的二級結(jié)構(gòu)具有明顯的傾向性。三級結(jié)構(gòu)的預測非常困難!蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測二級結(jié)構(gòu)的預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測不同的氨基酸殘基形成α螺旋、β折疊和β轉(zhuǎn)角的趨勢不同的氨基酸殘基形成α螺旋、β折疊和β轉(zhuǎn)角的趨勢人類基因組中的一個未知蛋白的二級結(jié)構(gòu)預測結(jié)果人類基因組中的一個未知蛋白的二級結(jié)構(gòu)預測結(jié)果蛋白質(zhì)組(proteome)是指某種生物所有基因表達的全部蛋白質(zhì)及其存在方式,即一個基因組、一個細胞或組織所表達的全部蛋白質(zhì)成分。蛋白質(zhì)組學(proteomics)則專門研究不同時間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)組,旨在闡明生物體全部蛋白質(zhì)的表達模式及功能模式,內(nèi)容包括確定蛋白質(zhì)表達、存在方式、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用方式等。研究蛋白質(zhì)組的主要方法是雙向電泳和質(zhì)譜分析蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學蛋白質(zhì)組(proteome)是指某種生物所有基因表達的全部蛋第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)提綱一、肽的結(jié)構(gòu)肽的定義、分類和命名寡肽的理化性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的折疊歷程與結(jié)構(gòu)預測蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律蛋白質(zhì)折疊的歷程與蛋白質(zhì)錯誤折疊相關的疾病蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預測四、蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學提綱一、肽的結(jié)構(gòu)肽就是氨基酸之間通過α-氨基和α-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連的聚合物,它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。構(gòu)成肽的每一個氨基酸單位被稱為氨基酸殘基。各氨基酸殘基以肽鍵相連形成的鏈狀結(jié)構(gòu)被稱為肽鏈。肽的定義肽就是氨基酸之間通過α-氨基和α-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連肽的命名和分類的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。肽的分類可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。例如,2個氨基酸形成的肽稱為二肽,3個氨基酸構(gòu)成的肽稱為三肽,以此類推。一般將2~10個氨基酸殘基組成的肽稱為寡肽,由11~50個氨基酸殘基組成的肽稱為多肽,由50個以上的氨基酸殘基組成的肽通常被稱為蛋白質(zhì)。肽的分類和命名肽的命名和分類的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。肽的分類和除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外,其它肽鏈都含有不對稱的兩端:其中含有自由α-氨基的一端被稱為氨基端或N端,含有自由α-羧基的一端稱為羧基端或C端。肽的化學結(jié)構(gòu)與命名除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外,其它肽鏈都含有不對稱的兩端:其中含有自非核糖體合成肽與核糖體合成肽非核糖體合成肽與核糖體合成肽兩性解離肽也有等電點,其中小肽的pI的計算方法與氨基酸相似,但復雜的寡肽只能與多肽和蛋白質(zhì)一樣不能計算,只能測定(如使用等電聚焦的手段)。手性與旋光性雙縮脲反應凡含有兩個肽鍵的肽含有與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵(至少含有兩個肽鍵,故二肽不行),都能發(fā)生此反應。水解具有特定的生物學功能寡肽的理化性質(zhì)兩性解離寡肽的理化性質(zhì)1830年,Mulder研究生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以后剩余的成分。1838年,Berzelius使用蛋白質(zhì)這個詞。希臘語中的“Proteins”表示最重要的意思。蛋白質(zhì)是氨基酸的線性多聚物(≥51aa)1958年,Watson提出“中心法則”:DNARNA蛋白質(zhì)(信息流)
DNA的功能在于其一級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)的功能在其三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一般概念1830年,Mulder研究生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以組成的多樣性大小的多樣性結(jié)構(gòu)的多樣性功能的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性組成的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈一條多肽鏈-單體蛋白不止一條多肽鏈-寡聚蛋白:同源寡聚體-同種肽鏈異源寡聚體-兩種或多種不同的肽鏈;血紅蛋白是一種異源四聚體:2條α鏈,2條β鏈。蛋白質(zhì)可能含有非蛋白質(zhì)成分多肽鏈+可能是輔助因子(金屬離子、輔酶或輔基),也可能是其他修飾。例如,羧肽酶的輔助因子是Zn2+;乳酸脫氫酶的輔酶是輔酶I;血紅蛋白的輔基是血紅素。蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)可大可小胰島素-A鏈(21aa)、B鏈(30aa),大小為5.7k大腸桿菌谷氨酰胺合成酶-12個亞基組成,每一個亞基含有468aa??偞笮?00k。α連接素(connectin):大小為2800k!β連接素:大小為2100k,長達1000nm!蛋白質(zhì)大小的多樣性蛋白質(zhì)可大可小蛋白質(zhì)大小的多樣性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性一級結(jié)構(gòu)
(1o):獨特的氨基酸序列,由基因決定。二級結(jié)構(gòu)
(2o):多肽鏈的主鏈骨架本身(不包括R基團)在空間上有規(guī)律的折疊和盤繞,它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團之間的氫鍵決定的。三級結(jié)構(gòu)
(3o):是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊,形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)
(4o)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)(1o):獨特的氨基酸序列,由基因決定。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的四個結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的四個結(jié)構(gòu)層次是蛋白質(zhì)的共價(肽鍵)結(jié)構(gòu)對于每一種蛋白質(zhì)而言,都是獨特的。由編碼它的基因的核苷酸序列決定。是遺傳信息的一種形式。書寫總是從N端到C端。例如,胰島素A鏈的一級結(jié)構(gòu)是:
Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的共價(肽鍵)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)DNA:
GGCATT
GTGGAA
CAATGCTGTmRNA:
GGC
AUU
GUG
GAA
CAAUGCUGU蛋白質(zhì):
Gly-
Ile-
Val-
Glu
–
Gln
-
Cys-
Cys一種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)由編碼它的基因的核苷酸序列決定DNA:GGCATTGTGGA具有部分雙鍵的性質(zhì)(40%),其鍵長為0.133nm,介于一個典型的單鍵和一個典型的雙鍵之間。具有雙鍵性質(zhì)的肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn),與肽鍵相關的6個原子共處于一個平面,此平面結(jié)構(gòu)被稱為酰胺平面或肽平面與Cα相連的兩個單鍵可以自由旋轉(zhuǎn),由此產(chǎn)生兩個旋轉(zhuǎn)角多為反式,但是X-Pro是例外。N帶部分正電荷,O帶部分負電荷。肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)具有部分雙鍵的性質(zhì)(40%),其鍵長為0.133nm,介于一肽鍵的雙鍵性質(zhì)肽鍵的雙鍵性質(zhì)肽平面上各個共價鍵的主要參數(shù)肽平面上各個共價鍵的主要參數(shù)肽平面及二面角肽平面及二面角酰胺平面的存在,使得肽鏈中的任何一個氨基酸殘基只有2個角度可以旋轉(zhuǎn)。由C-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為
(phi),C-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為
(psi)。當一條肽鏈上所有氨基酸殘基的和確定以后,該肽鏈主鏈骨架的基本走向也就確定了。(,)為正值對應于從C觀察時單鍵向順時針旋轉(zhuǎn)。如果值為零意味著C=O或N-H鍵平分R-C-H角。(,)=(0,180),2個羰基O太近;(,)=(180,0),2個酰胺基重疊;(,)=(0,0),羰基O與酰胺基重疊。酰胺平面對肽鏈結(jié)構(gòu)的限制酰胺平面的存在,使得肽鏈中的任何一個氨基酸殘基只有2個角度可一個多肽的構(gòu)象可通過以為橫坐標、為縱坐標作圖來表示,這種作圖方法稱為R拉氏作圖法。在拉氏圖上,每個氨基酸殘基的(,)成為圖中的一個點。理論上,和可以是0o
~±180o之間的任何值,但是,由于側(cè)鏈R基團的限制,和值的變動并不是隨意的。拉氏作圖(RamachandranPlot)一個多肽的構(gòu)象可通過以為橫坐標、為縱坐標作圖來表示,這種α螺旋(alpha-helix)及其他螺旋β折疊(beta-sheet)β轉(zhuǎn)角(beta-turn)β突起(beta-bulge)環(huán)(loop)與無規(guī)則卷曲(randomcoil)前四種二級結(jié)構(gòu)具有規(guī)律,反映在拉氏圖上具有相對固定的二面角蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)α螺旋(alpha-helix)及其他螺旋蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)不同二級結(jié)構(gòu)的拉氏圖不同二級結(jié)構(gòu)的拉氏圖肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展;螺旋形成是自發(fā)的,肽鏈骨架上由n位氨基酸殘基上的-C=O與n+4位殘基上的-NH之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封閉的環(huán)含有13個原子,因此α螺旋也稱為3.613-螺旋;每隔3.6個殘基,螺旋上升一圈。每一個氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100o,螺距為0.54nm,即每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。螺旋的半徑為0.23nm。Φ角和Ψ角分別-57
o和-47
o;α螺旋有左手和右手之分,但蛋白質(zhì)中的α螺旋主要是右手螺旋;氨基酸殘基的R基團位于螺旋的外側(cè),并不參與螺旋的形成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。α螺旋的主要內(nèi)容肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展;α螺旋的主要內(nèi)容各種螺旋的氫鍵供體與受體各種螺旋的氫鍵供體與受體表示α螺旋的幾種模型表示α螺旋的幾種模型螺旋內(nèi)的氫鍵平行于螺旋軸,而將每一個肽鍵的固有偶極“連為一體”,使得螺旋的總偶極矩成為一個凈偶極矩,其正負極分別在N端和C端。相鄰螺旋之間的螺旋偶極相互作用有助于多肽鏈形成更高一級層次的結(jié)構(gòu)螺旋的總偶極矩螺旋內(nèi)的氫鍵平行于螺旋軸,而將每一個肽鍵的固有偶極“連為一體親水α-螺旋疏水α-螺旋兩親α-螺旋如何判定?借助螺旋輪作圖α螺旋的橫截面(綠色圓圈表示R基團)α螺旋的種類親水α-螺旋α螺旋的橫截面α螺旋的種類一個螺旋輪是螺旋沿著螺旋軸的二維投射圖,具體作圖步驟是:在紙平面上畫一條直線(0o)。該線的底端表示螺旋軸,頂端表示螺旋的第一個氨基酸的側(cè)鏈,用畫圈的數(shù)字表示位置;然后,按順時針方向轉(zhuǎn)100o畫第二條線,并使其一端在螺旋軸,另一端為畫圈的2表示第二個氨基酸;再從第二條線向順時針旋轉(zhuǎn)100o畫第三條線,依次類推,直到將螺旋上的所有氨基酸都畫上。注意讓離我們越近的數(shù)字圓圈輪畫得越大。按照這種作圖,在第五圈以后,圖的樣式將會重復,即第19號位的氨基酸殘基將位于1號位殘基的上面。螺旋輪作圖一個螺旋輪是螺旋沿著螺旋軸的二維投射圖,具體作圖步驟是:在紙肽段幾乎完全伸展,肽平面之間成鋸齒狀;肽段呈現(xiàn)平行排列,相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵,其中的每一股肽段被稱為β股;側(cè)鏈基團垂直于相鄰兩個肽平面的交線,并交替分布在折疊片層的兩側(cè);肽段平行的走向有平行和反平行兩種,前者指兩個肽段的N-端位于同側(cè),較為少見,后者正好相反。由于反平行折疊所形成的氫鍵N-H-O三個原子幾乎位于同一直線上,因此,反平行β-折疊更穩(wěn)定。反平行β-折疊的每一個氨基酸殘基上升0.347nm,正平行的每一個氨基酸殘基上升0.325nm。β-折疊的二面角(ф,ψ)等于(-119o,+113o)。β折疊的主要內(nèi)容肽段幾乎完全伸展,肽平面之間成鋸齒狀;β折疊的主要內(nèi)容β折疊的片層結(jié)構(gòu)和β股之間的氫鍵β折疊的片層結(jié)構(gòu)和β股之間的氫鍵兩種β折疊的結(jié)構(gòu)比較兩種β折疊的結(jié)構(gòu)比較同一條肽鏈的不同肽段不同的肽鏈不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成β折疊的β股來源Raf蛋白和Rap蛋白通過β折疊形成二聚體同一條肽鏈的不同肽段構(gòu)成β折疊的β股來源Raf蛋白和Rap蛋肽鏈骨架以180
o回折而改變了肽鏈的方向;由肽鏈上四個連續(xù)的氨基酸殘基組成,其中n位氨基酸殘基的-C=O與n+3位氨基酸殘基的-NH形成氫鍵;Gly和Pro經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中;有利于反平行β折疊的形成,這是因為β轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向,促進相鄰的肽段各自作為β股,形成β折疊。β轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容肽鏈骨架以180
o回折而改變了肽鏈的方向;β轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容β凸起是由于β
折疊的1個β股中額外插入1個氨基酸殘基,使原來連續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破,從而使肽鏈產(chǎn)生的一種彎曲凸起結(jié)構(gòu)。β凸起主要發(fā)現(xiàn)在反平行β折疊之中,只有約5%出現(xiàn)在平行的β折疊結(jié)構(gòu)之中。β凸起也能輕微地改變多肽鏈的走向。β突起的主要內(nèi)容β凸起是由于β折疊的1個β股中額外插入1個氨基酸殘基,使原β轉(zhuǎn)角的兩種類型β轉(zhuǎn)角的兩種類型在蛋白質(zhì)分子中,除了上述四種有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)以外,還有一些極不規(guī)則的二級結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為無規(guī)則卷曲。一般說來,無規(guī)則卷曲無固定的走向,有時以環(huán)的形式存在,但也不是任意變動的,它的2個二面角(ф,ψ)也有個變化范圍。將相鄰二級結(jié)構(gòu)連結(jié)在一起的環(huán)結(jié)構(gòu)(黃色)環(huán)與無規(guī)則卷曲在蛋白質(zhì)分子中,除了上述四種有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)以外,還有一些極三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊,形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵(有時還有二硫鍵和金屬配位鍵)維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)通常由模體(motif)和結(jié)構(gòu)域(domain)組成。穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)主要包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步盤繞、卷曲和折疊一種蛋白質(zhì)的全部三維結(jié)構(gòu)一般被稱為它的構(gòu)象。注意不要將構(gòu)象與構(gòu)型混為一談。構(gòu)型是指在立體異構(gòu)中,一組特定的原子或基團在空間上的幾何布局。兩種不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)變總是伴隨著共價鍵的斷裂和重新形成;一個蛋白質(zhì)可以存在幾種不同的構(gòu)象,但構(gòu)象的轉(zhuǎn)變是單鍵的自由旋轉(zhuǎn)造成的,無共價鍵的斷裂和形成。由于構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈上存在多個單鍵,至少在理論上一種蛋白質(zhì)會可能具有許多不同的構(gòu)象。然而,在生理條件下,一種蛋白質(zhì)只會采取一種或幾種在能量上有利的構(gòu)象。蛋白質(zhì)構(gòu)象一種蛋白質(zhì)的全部三維結(jié)構(gòu)一般被稱為它的構(gòu)象。注意不要將構(gòu)象與X-射線晶體衍射核磁共振影像(NMR)(少于120aa)。X射線衍射的電子密度圖蛋白質(zhì)晶體被還原出來的三維結(jié)構(gòu)確定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的方法X-射線晶體衍射X射線衍射的電子密度圖蛋白質(zhì)晶體被還原出來的表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型結(jié)構(gòu)生物學的模體有兩種不同的用法:(1)是指在蛋白質(zhì)或核酸一級結(jié)構(gòu)上,特指具有特殊生化功能的特定氨基酸或堿基序列,因此被稱為序列模體;(2)是指具有特定功能的或作為一個獨立結(jié)構(gòu)域一部分的相鄰的二級結(jié)構(gòu)的聚合體,它一般被稱為功能模體或結(jié)構(gòu)模體相當于超二級結(jié)構(gòu)。常見模體(1)β發(fā)夾環(huán)—兩個反平行β股由一個環(huán)相連;(2)β折疊-α螺旋-β折疊,即βαβ;(3)卷曲螺旋和螺旋束—兩個或多個α螺旋的聚合體;(4)α螺旋-環(huán)-α螺旋(EF手相);(5)α螺旋-β轉(zhuǎn)角-α螺旋,即αβα;(6)Rossmann卷曲;(7)希臘鑰匙模體(motif)結(jié)構(gòu)生物學的模體有兩種不同的用法:(1)是指在蛋白質(zhì)或核酸一β發(fā)夾環(huán)βαβ卷曲螺旋四螺旋束β發(fā)夾環(huán)βαβ卷曲螺旋四螺旋束α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋與DNA的相互作用功能是與DNA序列特異性結(jié)合α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋功能是與DNA序列特EF手相結(jié)構(gòu)α螺旋-環(huán)-α螺旋功能是結(jié)合Ca2+EF手相結(jié)構(gòu)α螺旋-環(huán)-α螺旋功能是結(jié)合Ca2+Rossmann折疊希臘鑰匙模體功能是結(jié)合輔酶I/IIRossmann折疊希臘鑰匙模體功能是結(jié)合輔酶I/II是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊,是由若干個結(jié)構(gòu)模體組成的相對獨立的球形結(jié)構(gòu)單位,它們通常是獨自折疊形成的,與蛋白質(zhì)的功能直接相關。某些結(jié)構(gòu)域在同一個蛋白質(zhì)分子上被重復使用,某些蛋白質(zhì)由多個拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。根據(jù)占優(yōu)勢的二級結(jié)構(gòu)元件的類型,結(jié)構(gòu)域可分為五類:(1)α結(jié)構(gòu)域—完全由α螺旋組成;(2)β結(jié)構(gòu)域—只含有β折疊、β轉(zhuǎn)角和不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu);(3)α/β結(jié)構(gòu)域—由β股和起連接的α螺旋片段組成;(4)α+β-結(jié)構(gòu)域—由獨立的α螺旋區(qū)和β折疊區(qū)組成;(5)交聯(lián)結(jié)構(gòu)域—缺乏特定的二級結(jié)構(gòu)元件,但由幾個二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作用。結(jié)構(gòu)域(domain)是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊,是由大腸桿菌的DNA聚合酶具有三個結(jié)構(gòu)域,分別具有三個不同的酶活性大腸桿菌的DNA聚合酶具有三個結(jié)構(gòu)域,分別具有三個不同的酶磷酸丙糖異構(gòu)酶的TIM-桶結(jié)構(gòu)域磷酸丙糖異構(gòu)酶的TIM-桶結(jié)構(gòu)域具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個亞基都有自己的三級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。四級結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢四級結(jié)構(gòu)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會有四級結(jié)構(gòu)。組蛋白質(zhì)折疊核糖核酸酶A的三維結(jié)構(gòu)模型蛋白質(zhì)折疊核糖核酸酶A的三維結(jié)構(gòu)模型一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低(-20.92J/mol~-83.68J/mol),但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過隨機嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的;蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過程;驅(qū)動蛋白質(zhì)(特別是球狀蛋白質(zhì))折疊的主要作用力是疏水鍵,其他次級鍵也有作用;在細胞內(nèi),不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)折疊需要分子伴侶的幫助;某些蛋白質(zhì)折疊還需要蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶(PDI)和肽酰脯氨酸異構(gòu)酶(PPI)的幫助。最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的,而是具有一定的柔性蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律結(jié)論:一級結(jié)構(gòu)決定三維結(jié)構(gòu)Anfinsen實驗-牛胰核糖核酸酶的變性和復性結(jié)論:一級結(jié)構(gòu)決定三維結(jié)構(gòu)Anfinsen實驗-牛胰核糖核酸蛋白質(zhì)折疊的“滑雪”模型蛋白質(zhì)折疊的“滑雪”模型體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑啟動—快速地形成局部二級結(jié)構(gòu),即折疊核。此過程是可逆的;折疊核協(xié)同聚合成結(jié)構(gòu)域;結(jié)構(gòu)域經(jīng)熔球態(tài)中間體最終形成具有完整三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。熔球態(tài)中間體被認為是疏水塌陷的結(jié)果,這樣的狀態(tài)含有某些二級結(jié)構(gòu),但還沒有形成正確的三級結(jié)構(gòu)。其形成受疏水側(cè)鏈的快速包埋驅(qū)動。體外蛋白質(zhì)折疊歷程啟動—快速地形成局部二級結(jié)構(gòu),即折疊核。此過程是可逆的;體外假定一個由100個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì),其中每一個氨基
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