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1、蛋白质的三维结构现在学习的是第1页，共31页一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法构型和构象构型和构象构型在立体结构中取代原子或基团在空间的取向。构型在立体结构中取代原子或基团在空间的取向。涉及共价键的断裂。涉及共价键的断裂。构象构象取代基团当单键旋转时可能形成不同的立体结构。取代基团当单键旋转时可能形成不同的立体结构。不涉及共价键的断裂。不涉及共价键的断裂。（一）（一）X射线衍射法射线衍射法（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二色性、核磁共如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二色性、核磁共振（振（NMR）吸收）
2、吸收现在学习的是第2页，共31页二、稳定蛋白质三维结构的作用力二、稳定蛋白质三维结构的作用力a.氢键氢键b.盐键盐键c.疏水键疏水键d.范德华力范德华力e.二硫键二硫键de现在学习的是第3页，共31页三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制多多肽肽主主链链上上只只有有碳碳原原子子连连接接的的两两个个键键（C-N1和和C-C2）是是单单键键，能自由旋转。能自由旋转。现在学习的是第4页，共31页四、二级结构：多肽链折叠的规则方式四、二级结构：多肽链折叠的规则方式蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构（Secondarystructure）是是指指肽肽链链的的主主链链在在空空间间的的排排列列，
3、或或规规则则的的几几何何走走向向、旋旋转转及及折折叠叠。它它只只涉涉及及肽肽链链主主链链的的构象及链内或链间形成的氢键。构象及链内或链间形成的氢键。肽链主链骨架原子包括肽链主链骨架原子包括N（氨基氮）、（氨基氮）、C（-碳原子）和碳原子）和CO（羰基碳）（羰基碳）3个原子依次重复排列。个原子依次重复排列。现在学习的是第5页，共31页现在学习的是第6页，共31页-螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleatedsheet)-转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(randomcoil)蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：氢键维系二级结构的主要化学键：
4、氢键现在学习的是第7页，共31页现在学习的是第8页，共31页Linus Pauling,19011994Robert Corey,189719711954年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖1962年的诺贝尔和平奖年的诺贝尔和平奖 现在学习的是第9页，共31页在在螺螺旋旋中中，多多肽肽主主链链按按右右手手或或左左手手方方向向盘盘绕绕，形形成成右右手手螺螺旋旋或或左左手手螺螺旋旋，相相邻邻的的螺螺圈圈之之间间形形成成链链内内氢氢键键，构构成成螺螺旋旋的的每每个个C都都取取相相同同的的二二面面角角、。典型的典型的螺旋特征：螺旋特征：二面角：二面角：=-57,=-48；每圈螺旋：每圈螺旋：3.6个个a.
5、a残基，残基，高度：高度：0.54nm；每个残基绕轴旋转每个残基绕轴旋转100，沿轴上升，沿轴上升0.15nm；（一）（一）-螺旋（螺旋（-helix）现在学习的是第10页，共31页Right-handed-helix是一种右手螺旋；氨基酸残基侧链向外；是一种右手螺旋；氨基酸残基侧链向外；现在学习的是第11页，共31页hydrogenbondPro/Gly稳定因素稳定因素相相邻邻螺螺圈圈之之间间形形成成链链内内氢氢链链，氢氢键键的的取取向几乎与中心轴平行。向几乎与中心轴平行。肽肽键键上上N-H氢氢与与它它后后面面（N端端）第第四四个残基上的个残基上的C=O氧间形成氢键。氧间形成氢键。现在学习的
6、是第12页，共31页影响影响螺旋形成的因素螺旋形成的因素R侧侧链链的的大大小小和和带带电电性性决决定定了了能能否否形形成成螺螺旋旋以以及及形形成成的的螺螺旋旋的的稳稳定性：定性：多多肽肽链链上上连连续续出出现现带带同同种种电电荷荷基基团团的的氨氨基基酸酸残残基基,(如如Lys，或或Asp，或或Glu)，则则由由于于静静电电排排斥斥，不不能能形形成成链链内内氢氢键键，从从而而不不能能形形成稳定的成稳定的螺旋。如多聚螺旋。如多聚Lys、多聚、多聚Glu。Gly的的角角和和角角可可取取较较大大范范围围，在在肽肽中中连连续续存存在在时时，使使形形成成螺螺旋旋所所需需的的二二面面角角的的机机率率很很小小
7、，不不易易形形成成螺螺旋旋。丝丝心心蛋蛋白白含含50%Gly，不形成，不形成螺旋。螺旋。R基大基大（如（如Ile）不易形成）不易形成螺旋。螺旋。ProPro中止中止螺旋。螺旋。现在学习的是第13页，共31页hydrogenbond氢键氢键Peptide1Peptide2Peptide3Peptide 4（二）（二）折叠片（折叠片（-pleatedsheet）现在学习的是第14页，共31页反平行反平行折叠折叠平行平行折叠折叠现在学习的是第15页，共31页4个连续的氨基酸残基构成，个连续的氨基酸残基构成，使多肽主链出现使多肽主链出现180的回折。的回折。（三）（三）-转角（转角（-turn）-转转
8、角角也也称称-回回折折（reverseturn）、-弯弯曲曲（-bend）、发发夹夹结结构构（hair-pinstructure）转角处多有甘氨酸，或脯氨酸参与转角处多有甘氨酸，或脯氨酸参与现在学习的是第16页，共31页无规卷曲无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。（四）（四）无规卷曲无规卷曲现在学习的是第17页，共31页六、超二级结构和结构域六、超二级结构和结构域（一）超二级结构（一）超二级结构已已知知的的超超二二级级结结构构有有3种种基基本本组组合合形形式式：、（包包括括x）、。钙结合蛋白中结合钙钙结合蛋白中结合钙离子的模体离子的模体
9、锌指结构锌指结构 现在学习的是第18页，共31页在在二二级级结结构构及及超超二二级级结结构构的的基基础础上上，多多肽肽链链进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠，组组装装成成几几个个相相对对独独立立、近近似似球球形形的的三三维维实体。实体。通通常常含含有有100200个个氨氨基基酸酸残残基。基。substrateNAD+（二）结构域（二）结构域（sructuraldomain，domain）Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase现在学习的是第19页，共31页稳定蛋白质三维结构的作用力稳定蛋白质三维结构的作用力a.氢键氢键b.盐键盐键c.疏水键疏水键d.范德华力范
10、德华力e.二硫键二硫键de现在学习的是第20页，共31页七、球状蛋白质与三级结构七、球状蛋白质与三级结构三三级级结结构构（tertiarystructure）是是指指球球状状蛋蛋白白质质的的多多肽肽链链在在二二级级结结构构的的基基础础上上，通通过过侧侧链链基基团团的的相相互互作作用用进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠，借借助助次次级级键键维维系系使使-螺螺旋旋、-折折叠叠、-转转角角和和无无规规则则卷卷曲曲等等二二级级结结构构相相互互配置而形成特定的构象。配置而形成特定的构象。多肽链中所有原子的空间排布多肽链中所有原子的空间排布现在学习的是第21页，共31页球状蛋白质三维结构的特征球状蛋白质三维结构
11、的特征含多种二级结构单元；含多种二级结构单元；有明显的折叠层次；有明显的折叠层次；是紧密的球状或椭球状实体；是紧密的球状或椭球状实体；疏疏水水侧侧链链埋埋藏藏在在分分子子内内部部，亲水侧链暴露在分子表面；亲水侧链暴露在分子表面；分子表面有一空穴分子表面有一空穴(活性部位活性部位)。-折叠折叠-转角转角无规则无规则卷曲卷曲空穴空穴螺旋螺旋鸡卵清溶菌酶的三级结构鸡卵清溶菌酶的三级结构现在学习的是第22页，共31页八、膜蛋白的结构八、膜蛋白的结构现在学习的是第23页，共31页九、蛋白质折叠和结构预测九、蛋白质折叠和结构预测（一）蛋白质的变性（一）蛋白质的变性当当天天然然蛋蛋白白质质受受到到某某些些物
12、物理理因因素素和和化化学学因因素素的的影影响响，使使其其分分子子内内部部原原有有的的高高级级构构象象发发生生变变化化时时，蛋蛋白白质质的的理理化化性性质质和和生生物物学学功功能能都都随随之之改改变变或或丧丧失失，但但并并未未导导致致其其一一级级结结构构的的变变化化，这这种种现现象象称称为为变性作用变性作用（denaturation）。）。变性的因素：变性的因素：强强酸酸和和强强碱碱；有有机机溶溶剂剂，破破坏坏疏疏水水作作用用；去去污污剂剂，都都是是两两亲亲分分子子，破破坏坏疏疏水水作作用用；还还原原性性试试剂剂：尿尿素素、-硫硫基基乙乙醇醇；盐盐浓浓度度，盐盐析析、盐盐溶溶；重重金金属属离离子
13、子，Hg2+、pb2+，能能与与-SH或或带带电电基基团团反反应应；温温度度；机机械械力力，如搅拌和研磨中的气泡。如搅拌和研磨中的气泡。现在学习的是第24页，共31页变性的实质：变性的实质：次次级级键键（有有时时包包括括二二硫硫键键）被被破破坏坏，天天然然构构象象解解体体。变变性性不不涉涉及及一级结构的破坏。一级结构的破坏。蛋白质变性后性质的改变：蛋白质变性后性质的改变：结结晶晶及及生生物物活活性性丧丧失失是是蛋蛋白白质质变变性性的的主主要要特特征征。硫硫水水侧侧链链基基团团外外露露。理理化化性性质质改改变变，溶溶解解度度降降低低、沉沉淀淀，粘粘度度增增加加，分分子子伸伸展展。生理化学性质改变
14、。分子结构伸展松散，易被蛋白酶水解。生理化学性质改变。分子结构伸展松散，易被蛋白酶水解。实际应用：实际应用：A.消毒灭菌：消毒灭菌：75%乙醇，紫外线，高温。乙醇，紫外线，高温。B.制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。现在学习的是第25页，共31页变变性性是是一一个个协协同同过过程程。在在所所加加变变性性剂剂的的很很窄窄浓浓度度范范围围内内或或很很窄窄pH或温度间隔内突然发生。或温度间隔内突然发生。变变性性剂剂：尿尿素素和和盐盐酸酸胍胍，与与多多肽肽主主链链竟竟争争氢氢键键。破破坏坏蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构。变变性性剂剂增增加加非非极极性性侧侧链链在在水水中
15、中的的溶溶解解度度，降降低低了了维维持持蛋蛋白白质质三三级级结构的疏水作用。结构的疏水作用。SDS能能破破坏坏蛋蛋白白质质分分子子内内的的疏疏水水相相互互作作用用使使非非极极性性基基团团暴暴露露于于介介质水中。质水中。蛋蛋白白质质的的变变性性作作用用如如果果不不过过于于剧剧烈烈，则则是是一一种种可可逆逆过过程程，变变性性蛋蛋白白质质通通常常在在除除去去变变性性因因素素后后，可可缓缓慢慢地地重重新新自自发发折折叠叠成成原原来来的的构构象象，恢恢复复原原有有的的理理化化性性质质和和生生物物活活性性，这这种种现现象象成成为为复复性性（renaturation）。）。现在学习的是第26页，共31页牛核
16、糖核酸酶牛核糖核酸酶的一级结构的一级结构二二硫硫键键核糖核酸酶（核糖核酸酶（ribonucleaseA）变性与复性作用）变性与复性作用（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构现在学习的是第27页，共31页 天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性Anfinsen经典实验经典实验Anfinsen:Nobel Prize in 1972现在学习的是第28页，共31页十、亚基缔合和四级结构十、亚基缔合和四级结构（一）有关四级结构的一些概念（一）有关四级结构的一些概念
17、四四级级结结构构（quarternary structure）指指由由相相同同或或不不同同的的称称作作亚亚基基（subunit）的亚单位按照一定排布方式缔合而成的蛋白质结构。）的亚单位按照一定排布方式缔合而成的蛋白质结构。亚亚基基一一般般是是一一条条多多肽肽链链，有有时时也也称称单单体体。本本身身具具有有球球状状三三级级结结构。构。蛋蛋白白质质的的四四级级结结构构涉涉及及亚亚基基种种类类和和数数目目以以及及各各亚亚基基在在整整个个分分子子中中的的空空间间排排布布，包包括括亚亚基基间间的的接接触触位位点点（结结构构互互补补）和和作作用用力力（主主要是非共价相互作用）。要是非共价相互作用）。现在学习的是第29页，共31页（二）四级缔合的驱动力（二）四级缔合的驱动力维维持持四四级级结结构构稳稳定定的的作作用用力力是是疏疏水水键键、离离子子键键、氢氢键键、范德华力范德华力。亚亚基基缔缔合合的的驱驱动动力力主主要要是是疏疏水水相相互互作作用用，亚亚基基缔缔合合的的专专一一性性则则由由相互作用的表面上的极性基团之间的氢键和离子键提供。相互作用的表面上的极性基团之间的氢键和离子键提供。现在学习的是第30页，共31页血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构现在学习的是第31页，共31页