蛋白质的分子结构

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'蛋白质的分子结构'
西北农林科技大学 动物科技学院生物化学课程组第二节 蛋白质的分子结构 PROTEN STRUCTURE 第二节 蛋白质的分子结构 概 述1 概 述 蛋白质种类繁多、功能多样,但是其组2 一级结构 成的单位——氨基酸只有20个,那这样的对3 二级结构 应关系怎样实现的呢?结构决定功能,那么,4 三级结构 20种氨基酸怎样决定蛋白的空间结构,进而 决定其功能的呢?5 四级结构 1952年丹麦科学家Linderstrom-Lang认 为,蛋白质的结构分为四个层次,即一级、 二级、三级和四级结构。 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 蛋白质的一级结构2 一级结构 蛋白质的一级结构即蛋白质的共价结3 二级结构 构,是指蛋白质多肽链上氨基酸的排列4 三级结构 顺序及二硫键的定位。 包括:氨基酸的数目、种类、比例、5 四级结构 排列顺序及二硫键的位置等内容。 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述2 一级结构3 二级结构 构象与构型 构象 (1) 构象是指原子或基团围绕单键旋转 (2) 肽单位 所形成的不同空间结构。 二面角 (3) 构型是指原子或基团在空间的不同 二级结构 (4) 排列方式,构型的转换需要键的断裂。 (5) 模体4 三级结构5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 肽单位2 一级结构3 二级结构 由于C=O双键中的π电子云与N原子上的 (1) 构象 未共用电子对发生“电子共振”,使肽键 (2) 肽单位 具有部分双键的性质,不能自由旋转。 二面角 (3) 肽键平面:由于肽键具有部分双键的性 (4) 二级结构 质,使参与肽键构成的六个原子被束缚在 (5) 模体 同一平面上,这一平面称为肽键平面或肽4 三级结构 单元或肽单位。这样多肽链可以看成由5 四级结构 Cα串联起来的无数个肽平面组成。 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 二面角2 一级结构 与C?相连的两个单键可自由旋转, C?—C 旋转角度以 (psi)表示, C N旋转角3 二级结构 ? ? — 度以?表示,Φ、Ψ -180--+180。多肽链 (1) 构象 主链的所有构象都能用Φ、Ψ这两个构象 (2) 肽单位 角描述。 (3) 二面角 当Φ的旋转键N1-Cα两侧的N1-C1和Cα- C2呈顺式时,规定Φ=0。Ψ的旋转键Cα- (4) 二级结构 C2两侧的Cα-N1和C2-N2呈顺式时,规定 (5) 模体 Ψ=0。从Ca向N1看,沿顺时针方向Φ正,4 三级结构 反时针方向Φ负;从Cα-向C2看。Cα-C2 顺时针Ψ(+)反时针Ψ(-)。 5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 蛋白质的二级结构2 一级结构 指肽链的主链经卷曲折叠在空间形成3 二级结构 的由主链氢键所稳定的规则的几何走向、 (1) 构象 旋转及折叠。 (2) 肽单位 只涉及肽链主链,不涉及侧链。 二面角 (3) 维系二级结构的主要化学键是氢键。 (4) 二级结构 (5) 模体 主要有?-螺旋、?-折叠、?-转角、4 三级结构 无规则卷曲等几种类型。5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 一级结构2 模体3 二级结构 (1) 构象 在蛋白质分子中,若干具有二级结构的 (2) 肽单位 肽段在空间上相互接近,形成具有特殊 (3) 二面角 (4) 二级结构 功能的结构区域,称模体(motif)或超 (5) 模体 二级结构。4 三级结构5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 蛋白质的三级结构胰岛素2 一级结构 指在二级结构基础上,肽链的不同区段3 二级结构 的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、4 三级结构 (1) 概 念 折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特 (2) 作用力 征空间结构。 (3) 结构域 三级结构包括肽链上所有原子在空间上 分子伴侣 (4) 的相对位置。5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 一级结构2 稳定蛋白质三级结构的作用力 二级结构3 维系蛋白质三级结构的作用力主要有4 三级结构 氢键、疏水键、离子键和范德华力等。 (1) 概 念 尤其是疏水键,在蛋白质三级结构中 (2) 作用力 起着重要作用。 (3) 结构域 (4) 分子伴侣5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构 结构域 概 述1 在一级结构上相距较远的氨基酸2 一级结构 残基,通过三级结构的形成,多肽3 二级结构 链的弯折,彼此聚集在一起,从而4 三级结构 形成一些在功能上相对独立的,结 (1) 概 念 构较为紧凑的区域,称为结构域 (2) 作用力 (domain)。 (3) 结构域 结构域是蛋白质的结构组织单位、 (4) 分子伴侣 功能单位和遗传单位。 5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述 分子伴侣2 一级结构 分子伴侣(Molecular chaperone)识别 新生肽段折叠过程中暂时暴露的错误结构3 二级结构 三级结构 并与之结合,生成复和物,从而防止这些4 表面之间过早的相互作用,阻止不正确的 概 念 (1) 非功能的折叠途径,抑制不可逆聚合物产 (2) 作用力 生,促进折叠向正确方向进行。 结构域 (3) 分子伴侣就是辅助多肽链正确折叠的蛋白 分子伴侣 (4) 质。 5 四级结构 第二节 蛋白质的分子结构1 概 述2 一级结构 蛋白质的四级结构3 二级结构4 三级结构 指由多条各自具有一、二、三级结5 四级结构 构的肽链通过非共价键连接起来的结构 (1) 概念 形式;即各个亚基在这些蛋白质中的空 (2) 亚基 间排列方式及亚基之间的相互作用关系。 (3) 作用力 第二节 蛋白质的分子结构 概 述一级结构 亚基二级结构 由多条肽链构成蛋白质的四级结构三级结构 时,每一条肽链在空间上经卷曲折叠所四级结构 形成的三级结构。 概念 由两个亚基构成的蛋白质称为二聚体, 亚基 有两个以上亚基聚集而成的蛋白质常常 作用力 称为寡聚蛋白。 第二节 蛋白质的分子结构 概 述一级结构二级结构 稳定四级结构的作用力三级结构 维持亚基之间的化学键主要是疏水相互四级结构 作用、离子键、氢键、范德华力,有些 概念 蛋白质还有二硫键参与稳定四级结构的 亚基 作用。 作用力 第二节 蛋白质的分子结构 α-螺旋 α-螺旋 α-螺旋是多肽链的主链沿一中心轴盘绕 β-折叠 所形成的规则的螺旋构象。 Β-转角 特点无规则卷曲 肽链绕一主轴缠绕,形成螺旋结构,侧 链分布在外周。 螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基;两 个氨基酸之间的距离为0.15nm肽链内形成氢 键,氢键的取向几乎与轴平行。 第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与 第二节 蛋白质的分子结构 α-螺旋 α-螺旋 第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成 β-折叠 氢键。 Β-转角 蛋白质分子为右手?-螺旋。无规则卷曲 影响α-螺旋稳定的因素有 极大的侧链基团(存在空间位阻) 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸 残基(同种电荷的互斥效应) 有Pro等亚氨基酸存在(不能形成氢键) 第二节 蛋白质的分子结构 β-折叠 α-螺旋 ?-折叠是由两条或多条几乎完全伸 β-折叠 展的肽链平行排列,通过链间的氢 Β-转角 键交联而形成的片层结构。肽链的无规则卷曲 主链呈锯齿状折叠构象。 ?-折叠有两种类型。一种为平行式, 即所有肽链的N-端都在同一边。另 一种为反平行式,即相邻两条肽链 的方向相反。 第二节 蛋白质的分子结构 螺旋 β-折叠特点 α- 所有的肽键都参与链间氢键的交联, β-折叠 氢键与肽链的长轴接近垂直。氢键主要 Β-转角 是由两条肽链之间形成的;也可以在同无规则卷曲 一肽链的不同部分之间形成。 多肽主链为据齿状折叠构象,侧链的 Cα-Cβ键几乎垂直于折叠片平面,侧 链R基交替地分布在片层平面的两侧。 两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm; 第二节 蛋白质的分子结构 β-转角 α-螺旋 β-转角是多肽链180°回折部分所形 β-折叠 成的一种二级结构, Β-转角 结构特征:无规则卷曲 主链骨架本身以大约180°回折; 转角部分由四个氨基酸残基组成,弯 曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第 四个残基的 –N-H 之间形成氢键,形成
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