蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)秀公開課

第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽鏈骨架的規(guī)則排列一肽平面（peptideplane）：

蛋白質(zhì)多肽鏈是由許多的氨基酸以肽鍵連接形成的，其基本結(jié)構(gòu)是：HOHOHONH2-Cα-C-N-Cα-C-N-Cα-C-N-…RHRHRH其中虛線框內(nèi)的部分形成一個肽(基)平面。肽平面結(jié)構(gòu)特征:肽鍵長=1.33Ao，具部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)肽單位上的六個原子都位于同一個平面上，因此肽平面具有剛性在肽單位中，C=O與N–H或兩個C呈反式排布。除Pro外，N–C（）和C–C（）都是單鍵，可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度分別用和表示，稱為二面角（dihedralangle）NCOHCC115.6o121.9o123.2o119.5o二面角取值的定義：從C看N1：順時針轉(zhuǎn)，為正逆時針轉(zhuǎn)，為負從C看C2：順時針轉(zhuǎn)，為正逆時針轉(zhuǎn)，為負C–C，兩側(cè):C–N1與C2=O呈反式：=0o順式：=180oN–C

兩側(cè):C–C2與N1–H呈反式：=0o順式：=180oNCo完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=00，ψ=00側(cè)鏈非鍵合原子接觸半徑二Ramachandran圖(拉氏圖，

map)

允許區(qū)（7.7%）：非鍵合原子之間的距離都不小于標準接觸距離,為最穩(wěn)定的構(gòu)象類型。右手-螺旋，-折疊，膠原螺旋等。部分允許區(qū)（<13%）：和所決定的構(gòu)象是立體化學所允許的，但不夠穩(wěn)定。如：310-螺旋，-螺旋和左手

-螺旋等。不允許區(qū)（~80%）：非鍵合原子之間的距離小于極限值，和值所決定的構(gòu)象是立體化學所不允許的。

AoCNOHC3.20(3.00)2.80(2.70)…N0.27(0.26)0.27(0.26)O0.24(0.22)H0.24(0.22)0.24(0.22)0.24(0.22)(1)右手-helix(3.613r)：=-57o，=-48o結(jié)構(gòu)特點:

完全符合立體化學原則

n=3N=13S=3.6半徑r=2.3Ao

右手，螺距=0.54nm,3.6aa/圈,0.15nm

/aa殘基螺旋之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向平行于螺旋軸螺旋的極化與帽化

(helixdipoleandcapping)肽鏈中氫鍵的取向，使-helix整個成為一個偶極N-端積累正電荷；C-端積累負電荷帽化（capping）：為末端電荷提供氫鍵配偶體R基對-helix的影響:連續(xù)分布的極性氨基酸側(cè)鏈，將影響-helix的穩(wěn)定性Pro是-helix的破壞者Gly大量存在很難形成-helix-碳原子有分支將影響螺旋形成（2）左手-helix(3.613l

)：n=3N=13S=3.6-碳原子與骨架上的C=O氧原子過于接近，構(gòu)象不夠穩(wěn)定。2γ-系螺旋：

H

O-N

[CH

R-CO-NH]n

CH

R-C-

環(huán)內(nèi)原子數(shù):N=3n+5(n=1,2,3……)代表:γ-螺旋(5.117-helix)n=4,N=17,S=5.13膠原螺旋:（1）一級結(jié)構(gòu)特殊：Gly(33%)Pro(12%)，Hyp(9%)符合：-（Gly-X-Y）n-規(guī)律（2）由三條肽鏈構(gòu)成的超螺旋，每條肽鏈都是左手helix（3）維持力：氫鍵,范德華力,共價鍵（4）=-60°,=140°（5）左手螺旋螺距=9.5A°3.3aa/圈超螺旋螺距=86A°30aa/圈(二)β-折疊(β-sheet)1951年，Pauling和Corey等在提出-螺旋結(jié)構(gòu)的同時提出-折疊結(jié)構(gòu)-折疊結(jié)構(gòu)特征:若干條多條肽鏈（段）并行排列，彼此間通過NH,CO形成的有規(guī)則的氫鍵維持

肽鏈折疊形成鋸齒狀

R基朝上或朝下交替排列

(三)回折結(jié)構(gòu)(reverseturn)1β-轉(zhuǎn)角(β-turn)：特點:

由4個aa構(gòu)成

由第1個aa與第4個aa之間形成一個氫鍵維持

形成180°的轉(zhuǎn)彎C1和C1間距離0.7nmI型:中間肽平面的C=O與兩個-R

基呈反式

II型:順式,要求aa3為Gly*有時將310-螺旋看作是III型CNOHI型II型β-turn的構(gòu)象是由第2和第3個aa殘基的二面角決定的:β-turn在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)幾率很高，約占殘基總量的1/3，常出現(xiàn)于球蛋白的表面，主要由親水a(chǎn)a構(gòu)成類型2233I-60o-30o-90o0oII-60o120o-60o0o2.γ-轉(zhuǎn)角(γ-turn)：特點:

由3個aa組成

靠兩個氫鍵維持形成180°轉(zhuǎn)角

如：嗜熱菌蛋白酶(thermolysin)的第25~27個aaCNOH2.Ω-環(huán)(Ω-loop)

(1)多肽鏈中環(huán)狀節(jié)段，呈Ω形，兩端距離1~3.7A°(2)結(jié)段長度6~10個aa殘基(3)環(huán)中的鏈為無規(guī)則卷曲(4)由R基側(cè)鏈包裹，形成一個含內(nèi)部空腔的高度致密的球狀結(jié)構(gòu)(5)只出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子表面，大多為親水性aa，與生物活性有關(guān)(五)β-突(凸)起(β-bulge)：在β-sheet中額外插入一個aa形成的凸起有四種主要類型:經(jīng)典型：aa插在窄對氫鍵之間G1型：第二個aa需是Gly

HNNHOCNHHNCOOCHNOCNHCONHCOHNOCNHCONHCOHNNHCOHNHNCOOCCOGX型:由3個肽段形成,

寬型:aa插在寬對氫鍵之間X位置必須是Gly

NHOCCOHNOCNHOCHNCOOCNHCOHNCOHNHNCOOCNHCOCONHHNNHCOOCHNOCNHHNCONHOCHNOC

第四節(jié)超二級結(jié)構(gòu)一超二級結(jié)構(gòu)的概念：

二級結(jié)構(gòu)進一步結(jié)合形成有規(guī)則的組合(foldingunit,motif)。通常含2個或2個以上二級結(jié)構(gòu)二超二級結(jié)構(gòu)類型：1.復繞-helix（）：

兩條或多條-helix沿同一軸形成左手超螺旋，疏水力維持（反）平行，重復單位14nm存在：-角蛋白；TMV衣殼蛋白2.ββ單元:

兩股β-sheet中間通過不確定單元(有規(guī)則二級結(jié)構(gòu))聯(lián)接在一起

ββ,主要形式:βββ,βcβ,βββ（Rossman折疊）等具有手性：右手扭曲(right-handedtwist)(1)印第安花藍：如木瓜蛋白酶

(2)希臘鑰匙：如胰凝乳蛋白酶

(3)閃電結(jié)構(gòu)如磷酸丙糖異構(gòu)酶5.-helix-β-turn--helix：如某些噬菌體的阻遏蛋白分子中的操縱子結(jié)合部位；Cu-ZnSOD；木瓜蛋白酶；胰凝乳蛋白酶等是蛋白質(zhì)與DNA相互作用的主要方式之一-helix-β-turn--helix

第五節(jié)結(jié)構(gòu)域一概念：多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)，為緊密球體，是相對獨立的結(jié)構(gòu)、功能和折疊單元。

二結(jié)構(gòu)域的特性：1.結(jié)構(gòu)域的大小:40aa~400aa,平均100~200aa2.結(jié)合方式：或單一短鏈相連，或大面積接觸3.結(jié)構(gòu)域與功能域4.結(jié)構(gòu)域通常是一個折疊單元5.

結(jié)構(gòu)域的運動三結(jié)構(gòu)域的類型1.反平行域:-helix按一定方式排列折疊

上下型螺旋束:如四螺旋束，上下擺放，如：蚯蚓血紅蛋白，Cytb562，TMV蛋白珠蛋白型-螺旋(Greekkey螺旋束)：相鄰的兩螺旋接近相互垂