生物化學(xué)-03(2) 蛋白質(zhì)化學(xué)

第四節(jié)蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)一、多肽主鏈折疊的空間限制二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)立體構(gòu)象的作用力.三、二級結(jié)構(gòu)四、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域.五、三級結(jié)構(gòu).六、四級結(jié)構(gòu).

二面角兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角。

酰胺平面（肽平面）肽鍵上的四個原子和相連的Cα1和Cα2所在的平面。

一、多肽主鏈折疊的空間限制完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=00，ψ=00側(cè)鏈非鍵合原子接觸半徑可允許的φ和ψ值：Ramachandran構(gòu)象圖右手α-螺旋、平行β-折疊、反平行β折疊、以及膠原三螺旋位于允許區(qū)內(nèi)。實際上一個天然的蛋白質(zhì)多肽鏈在一定條件下，只有一種或很少幾種構(gòu)象，而且相當(dāng)穩(wěn)定,這是因為:

在肽鏈的主鏈中，只有C

-N1(φ),C

-C2(ψ)是單鍵,可以自由旋轉(zhuǎn)，所以多肽鏈可以形成特定的構(gòu)象。（2）主鏈上還有側(cè)鏈，其大小及帶電情況不同。它們在單鏈旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生空間位阻和靜電效應(yīng)，制約著大量的構(gòu)象形成。

（1）主鏈上三分之一是肽鍵，具雙鍵性質(zhì)不能旋轉(zhuǎn)。二、維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的作用力：包括二硫鍵、氫鍵、鹽鍵、疏水作用力、范德華力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力1.弱相互作用（或稱非共價鍵，或次級鍵）：(1)氫鍵。(2).疏水作用。(3).范德華力。(4).離子鍵（鹽鍵）。2.共價鍵:二硫鍵三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(１)α－螺旋（α－h(huán)elix）(２)β－折疊（β-pleatedsheet）(３)β－轉(zhuǎn)角（β-turn）(４)無規(guī)則卷曲（nonregularcoil）

肽鏈主鏈不同區(qū)段通過自身的相互作用，形成氫鍵，沿某一主軸盤旋折疊而形成的局部空間結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)構(gòu)象的結(jié)構(gòu)單元．主要有以下類型：

a、肽鏈中的肽平面繞C相繼旋轉(zhuǎn)一定角度形成

螺旋。每隔3.6個氨基酸殘基,螺旋上升一圈;每圈間距0.54nm。1、

-螺旋結(jié)構(gòu)的主要特征如下:b、相鄰螺圈之間形成氫鍵

O·······（氫鍵）·······H-C-（NH-CH-CO）3-N-R(a)理想的右

螺旋。(b)右

螺旋。(c)左

螺旋。C、天然蛋白質(zhì)大部分為右手螺旋；

（1）多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基,不能形成穩(wěn)定的α—螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。

（2）Pro（脯氨酸）中止α—螺旋。

（3）R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。R側(cè)鏈對α—螺旋的影響

2、蛋白質(zhì)的β折疊結(jié)構(gòu)

由鏈間的H鍵連接,鋸齒狀的片層結(jié)構(gòu)。

-螺旋β-折疊卷曲的棒狀結(jié)構(gòu)幾乎是完全伸展

的片層結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)氫鍵鏈間氫鍵大多數(shù)是右手

-螺旋平行式和反平行式β折疊結(jié)構(gòu)與

-螺旋結(jié)構(gòu)相比有如下特點:β-轉(zhuǎn)角也叫做β-回折,即肽鏈回折180°,使得AA殘基的-C=O與第四個AA殘基的-N-H形成氫鍵。3、β-轉(zhuǎn)角

O·······（氫鍵）·······H-C1-（NH-CH-CO）2-N-c4R

4、無規(guī)則卷曲:

指沒有一定規(guī)律的松散結(jié)構(gòu)。作用力弱維持蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的作用力是？

氫鍵三、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域

超二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈上相鄰的構(gòu)象單元組合在一起。，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)結(jié)構(gòu)組合體。如：

螺旋-β轉(zhuǎn)角-

螺旋，β折疊-

螺旋-β折疊。結(jié)構(gòu)域：指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊成幾個相對獨立、近似球形的組裝體。卵溶菌酶的三級結(jié)構(gòu)中的兩個結(jié)構(gòu)域-螺旋-轉(zhuǎn)角-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2

指多肽鏈借助各種次級鍵盤繞成具有特定肽鏈走向的特定構(gòu)象。

多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象相互作用,進(jìn)一步盤曲折疊形成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)即為三級結(jié)構(gòu)。四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)抹香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級結(jié)構(gòu)核糖核酸酶三級結(jié)構(gòu)示意圖

N

His12CHis119Lys41一級結(jié)構(gòu)：共價鍵二級結(jié)構(gòu)：氫鍵三級結(jié)構(gòu)：除二硫鍵外，均為非共價鍵四級結(jié)構(gòu)：非共價鍵五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)寡聚蛋白特有的空間結(jié)構(gòu)寡聚蛋白——由數(shù)條具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過次級鍵疊合而成亞基單獨沒有生物功能。亞基subunit血紅蛋白1、降低表面積與體積之比，增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性

2、豐富蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以行使更復(fù)雜的功能。

3、提高基因編碼的效率和經(jīng)濟(jì)性。

4、具有協(xié)同效應(yīng)和別構(gòu)效應(yīng)，實現(xiàn)對酶活性的調(diào)節(jié)寡聚蛋白在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)

煙草花葉病毒外殼蛋白四級結(jié)構(gòu)的自我組裝

第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、同源蛋白細(xì)胞色素c的種屬差異與分子進(jìn)化.二、一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活.二．肌紅蛋白和血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能.蛋白質(zhì)復(fù)雜的組成和結(jié)構(gòu)是其多種多樣生物學(xué)功能的基礎(chǔ)；而蛋白質(zhì)獨特的性質(zhì)和功能則是其結(jié)構(gòu)的反映。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)包含了其分子的所有信息，并決定其高級結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)和其功能密切相關(guān)。

一、細(xì)胞色素c的分子進(jìn)化1、細(xì)胞色素c的氨基酸序列的種屬差異和分子進(jìn)化.2、細(xì)胞色素c的三級結(jié)構(gòu)的活性部位的保守性.生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44

不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目根據(jù)細(xì)胞色素C的順序種屬差異建立起來的進(jìn)化樹不同生物來源的細(xì)胞色素c中不變的AA殘基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素細(xì)胞色素c分子的空間結(jié)構(gòu)不變的AA殘基35個不變的AA殘基，是CytC的生物功能所不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別”并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖

鐮刀狀貧血病最早認(rèn)識的一種分子病。由于遺傳基因突變導(dǎo)致血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)的突變。正常細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞正常型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys---β鏈

谷氨酸鐮刀型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys---β鏈

纈氨酸Glu（極性）Val（非極性）Hb-Aβ-鏈6GluHb-Sβ-鏈6Val血紅蛋白表面的電荷改變,聚集成纖維狀血紅蛋白，使紅細(xì)胞收縮成鐮刀狀，輸氧性能下降，易溶血，嚴(yán)重時可以致死。二、肌紅蛋白（Myoglobin）和血紅蛋白（Hemoglobin）的結(jié)構(gòu)與功能

肌紅蛋白（Mb）的結(jié)構(gòu)與功能三級結(jié)構(gòu)：由一條多肽鏈和一個血紅素輔基構(gòu)成，相對分子量16700，含153個氨基酸殘基。分子中多肽鏈由8段α-螺旋組成，分子結(jié)構(gòu)致密結(jié)實，帶親水基團(tuán)側(cè)鏈的氨基酸分布在分子外表面，疏水氨基酸側(cè)鏈幾乎全埋在分子內(nèi)部。輔基血紅素：由二價鐵和原卟啉Ⅸ組成，原卟啉Ⅸ由4個吡咯環(huán)組成，鐵原子只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合氧。蛋白質(zhì)提供疏水洞穴，固定血紅素基，保護(hù)血紅素鐵免遭氧化，為氧提供一個結(jié)合部位。結(jié)合氧只發(fā)生暫時電子重排。

Mb和Hb的輔基—血紅素血紅素(heme)氧合肌紅蛋白中血紅素Fe2+的六個配體d2sp3血紅蛋白結(jié)構(gòu)血紅蛋白由4個多肽鏈（亞基）組成，如α2β2（成人血紅蛋白HbA），每個亞基都有一個血紅素基和一個氧結(jié)合部位，α-鏈有141個殘基，β-鏈有146個殘基，且α鏈、β鏈和Mb的三級結(jié)構(gòu)都非常相似。實際上對于人的這三種多肽鏈分析發(fā)現(xiàn)只有27個的殘基是共有的，這表明蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的保守性。只要功能相同（都與氧結(jié)合），高級結(jié)構(gòu)就相似，有時甚至是唯一的。

肌紅蛋白血紅蛋白α血紅蛋白β氨基酸序列大不相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相似（載氧）肌紅蛋白分子和血紅蛋白的組成血紅蛋白的結(jié)構(gòu)模型

氧結(jié)合引起血紅蛋白構(gòu)象變化，氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白在四級結(jié)構(gòu)上有顯著不同，發(fā)生構(gòu)象變化。氧與血紅蛋白結(jié)合是協(xié)同進(jìn)行的，具有正協(xié)同性同促效應(yīng)，即一個氧分子與Hb結(jié)合，使同一Hb分子中其余空的氧結(jié)合部位對氧親和力增加，再結(jié)合第二、三、四個氧分