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1、关于蛋白质结构分析关于蛋白质结构分析第1页，讲稿共83张，创作于星期三本章重点、难点本章重点、难点重点：重点：使用蛋白质结构数据库分析蛋白质结使用蛋白质结构数据库分析蛋白质结构及可视化、蛋白质结构预测方法、基于蛋构及可视化、蛋白质结构预测方法、基于蛋白质结构的功能预测方法白质结构的功能预测方法难点难点：蛋白质的三维结构预测及基于结构的蛋白质的三维结构预测及基于结构的蛋白质功能预测软件的使用、蛋白质高级蛋白质功能预测软件的使用、蛋白质高级结构特征的识别和指认结构特征的识别和指认第2页，讲稿共83张，创作于星期三第一节 引言 Introduction Introduction 一、诺贝尔奖与蛋白质
2、结构分析一、诺贝尔奖与蛋白质结构分析 n n19141914年诺贝尔物理学奖，劳厄年诺贝尔物理学奖，劳厄年诺贝尔物理学奖，劳厄年诺贝尔物理学奖，劳厄(M.von Laue)(M.von Laue)发现晶体中的发现晶体中的发现晶体中的发现晶体中的X X射线射线射线射线衍射现象衍射现象衍射现象衍射现象n n19151915年诺贝尔物理学奖，布拉格父子年诺贝尔物理学奖，布拉格父子年诺贝尔物理学奖，布拉格父子年诺贝尔物理学奖，布拉格父子用用用用X X射线对晶体结构的研究射线对晶体结构的研究射线对晶体结构的研究射线对晶体结构的研究 n n 19361936年诺贝尔化学奖，德拜年诺贝尔化学奖，德拜年诺贝尔
3、化学奖，德拜年诺贝尔化学奖，德拜(P.J.W.Debye)(P.J.W.Debye)用射线衍射技术探用射线衍射技术探用射线衍射技术探用射线衍射技术探明分子中原子的排列与结合形式明分子中原子的排列与结合形式明分子中原子的排列与结合形式明分子中原子的排列与结合形式 n n 19441944年诺贝尔物理学奖，拉比（年诺贝尔物理学奖，拉比（年诺贝尔物理学奖，拉比（年诺贝尔物理学奖，拉比（I.I.RabiI.I.Rabi）发明核磁共振法发明核磁共振法发明核磁共振法发明核磁共振法 第3页，讲稿共83张，创作于星期三n n 1958 1958年诺贝尔化学奖，桑格（年诺贝尔化学奖，桑格（年诺贝尔化学奖，桑格（
4、年诺贝尔化学奖，桑格（F.SangerF.Sanger）分离和测定一种蛋白分离和测定一种蛋白分离和测定一种蛋白分离和测定一种蛋白质质质质-胰岛素的氨基酸结构胰岛素的氨基酸结构胰岛素的氨基酸结构胰岛素的氨基酸结构 n n19621962年诺贝尔化学奖，佩鲁茨年诺贝尔化学奖，佩鲁茨年诺贝尔化学奖，佩鲁茨年诺贝尔化学奖，佩鲁茨(M.F.Perutz)(M.F.Perutz)和肯德鲁和肯德鲁和肯德鲁和肯德鲁 (J.C.Kendrew)(J.C.Kendrew)用用用用 射线衍射技术测定肌红蛋白和血红蛋白射线衍射技术测定肌红蛋白和血红蛋白射线衍射技术测定肌红蛋白和血红蛋白射线衍射技术测定肌红蛋白和血红蛋
5、白 的原的原的原的原子排列子排列子排列子排列 n n 19641964年诺贝尔化学奖，霍奇金（年诺贝尔化学奖，霍奇金（年诺贝尔化学奖，霍奇金（年诺贝尔化学奖，霍奇金（D.C.HodgkinD.C.Hodgkin）测定维生素测定维生素测定维生素测定维生素B12B12等复杂晶体的结构等复杂晶体的结构等复杂晶体的结构等复杂晶体的结构 n n19721972年诺贝尔化学奖，安芬森年诺贝尔化学奖，安芬森年诺贝尔化学奖，安芬森年诺贝尔化学奖，安芬森 (C.B.Anfinsen)(C.B.Anfinsen)、莫尔、莫尔、莫尔、莫尔 (S.Moore)(S.Moore)和斯坦和斯坦和斯坦和斯坦 (W.H.St
6、ein)(W.H.Stein)对核糖核酸酶的三维结构及其对核糖核酸酶的三维结构及其对核糖核酸酶的三维结构及其对核糖核酸酶的三维结构及其 124124个氨基酸顺个氨基酸顺个氨基酸顺个氨基酸顺序的研究序的研究序的研究序的研究 第4页，讲稿共83张，创作于星期三n n19821982年诺贝尔化学奖，克卢格（年诺贝尔化学奖，克卢格（年诺贝尔化学奖，克卢格（年诺贝尔化学奖，克卢格（A.KlugA.Klug）将射线衍射技术与将射线衍射技术与将射线衍射技术与将射线衍射技术与电子显微技术结合发明显微影象重组技术，以及在结构分子生物电子显微技术结合发明显微影象重组技术，以及在结构分子生物电子显微技术结合发明显微
7、影象重组技术，以及在结构分子生物电子显微技术结合发明显微影象重组技术，以及在结构分子生物学方面的研究学方面的研究学方面的研究学方面的研究n n 19851985年诺贝尔化学奖，豪普特曼年诺贝尔化学奖，豪普特曼年诺贝尔化学奖，豪普特曼年诺贝尔化学奖，豪普特曼 (H.A.Haupt-man)(H.A.Haupt-man)和卡尔和卡尔和卡尔和卡尔(J.Karlc)(J.Karlc)开发了用于开发了用于开发了用于开发了用于X X射线衍射确定物质晶体结构的直接计射线衍射确定物质晶体结构的直接计射线衍射确定物质晶体结构的直接计射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法算法算法算法 n n 19911991年诺贝
8、尔化学奖，恩斯特年诺贝尔化学奖，恩斯特年诺贝尔化学奖，恩斯特年诺贝尔化学奖，恩斯特 （R.ErnstR.Ernst）发明了傅立叶变换发明了傅立叶变换发明了傅立叶变换发明了傅立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术核磁共振分光法和二维核磁共振技术核磁共振分光法和二维核磁共振技术核磁共振分光法和二维核磁共振技术 n n 20022002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖，库尔特库尔特库尔特库尔特 维特里希维特里希维特里希维特里希“发明了利用核磁发明了利用核磁发明了利用核磁发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法共振技术
9、测定溶液中生物大分子三维结构的方法共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”第5页，讲稿共83张，创作于星期三二、蛋白质高级结构信息二、蛋白质高级结构信息1.1.二级结构二级结构 (secondary structure)(secondary structure)2.2.超二级结构超二级结构 (super secondary structure)(super secondary structure)3.3.三级结构三级结构 (tertiary structure)(tertiary structure)4.4.四级结构四级结构 (quaternary structure)(quaternar
10、y structure)第6页，讲稿共83张，创作于星期三三、蛋白质结构分析的主要目标三、蛋白质结构分析的主要目标 1.1.建立研究蛋白质结构建立研究蛋白质结构信息发掘与预测信息发掘与预测的方法；的方法；2.2.研究参与生命活动过程的蛋白质的研究参与生命活动过程的蛋白质的物理性质、物理性质、空间架构、功能片段和相互作用空间架构、功能片段和相互作用；3.3.探索基于蛋白质结构表征蛋白质的探索基于蛋白质结构表征蛋白质的生物学生物学意义意义；4.4.得到得到新的预测性的知识新的预测性的知识。第7页，讲稿共83张，创作于星期三第二节蛋白质的高级结构Advanced Structures of Prot
11、einAdvanced Structures of Protein 一、蛋白质的高级结构特征一、蛋白质的高级结构特征（一）二级结构的主要类型和特征（一）二级结构的主要类型和特征 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架盘绕是指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要分为折叠而形成的构象，借氢键维系。主要分为螺螺旋、旋、折叠、折叠、转角及无规卷曲等类型。转角及无规卷曲等类型。第8页，讲稿共83张，创作于星期三 1.1.螺旋螺旋(helix)(helix)的结构特征为：的结构特征为：（1 1 1 1）主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；）主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；）
12、主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；）主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；（2 2 2 2）螺旋每上升一圈是）螺旋每上升一圈是）螺旋每上升一圈是）螺旋每上升一圈是3.63.63.63.6个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为0.54nm0.54nm0.54nm0.54nm；（3 3 3 3）相邻螺旋圈之间形成许多氢键；）相邻螺旋圈之间形成许多氢键；）相邻螺旋圈之间形成许多氢键；）相邻螺旋圈之间形成许多氢键；（4 4 4 4）侧链基团位于螺旋的外侧。）侧链基团位于螺旋的外侧。）侧链基团位于螺旋的外侧。）侧链基团位于螺旋的外侧。2.2.折叠折叠(sheet
13、s)(sheets)的结构特征为：的结构特征为：（1 1 1 1）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；（2 2 2 2）所有肽键的）所有肽键的）所有肽键的）所有肽键的C=OC=OC=OC=O和和和和N N N NH H H H形成链间氢键；形成链间氢键；形成链间氢键；形成链间氢键；（3 3 3 3）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。第9页，讲稿共83张，创作于
14、星期三人细胞珠蛋白人细胞珠蛋白人细胞珠蛋白人细胞珠蛋白(2DC3.pdb)(2DC3.pdb)(2DC3.pdb)(2DC3.pdb)的第的第的第的第121121121121到到到到140140140140位残基位残基位残基位残基对应的对应的对应的对应的a-a-a-a-螺旋侧面和顶部螺旋侧面和顶部螺旋侧面和顶部螺旋侧面和顶部(N(N(N(N端端端端)视图视图视图视图第10页，讲稿共83张，创作于星期三折叠示意图折叠示意图折叠示意图折叠示意图 a.a.反平行和平行的多个反平行和平行的多个折叠链形成一个完整折叠链形成一个完整折叠结构的氢键示意图；折叠结构的氢键示意图；b.b.来自人来自人pipi型
15、谷胱甘肽型谷胱甘肽-S-S-转硫酶中单个亚基中连续主链的部分转硫酶中单个亚基中连续主链的部分折叠折叠结构结构(2DGQ.pdb)(2DGQ.pdb)侧面视图，可见转角侧面视图，可见转角(turn)(turn)；c.c.来自人来自人pipi型谷胱甘肽型谷胱甘肽-S-S-转硫酶一个亚基中连续主链的部分转硫酶一个亚基中连续主链的部分折叠结构顶部视图，可见转角折叠结构顶部视图，可见转角(turn)(turn)；d.d.来自人信号传递蛋白来自人信号传递蛋白SMAD4(1DD1.pdb)SMAD4(1DD1.pdb)的一个亚基中部分的一个亚基中部分折折叠结构顶部视图，可见到大的环区叠结构顶部视图，可见到大
16、的环区(loop)(loop)。第11页，讲稿共83张，创作于星期三多肽链多肽链多肽链多肽链180180180180回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借借借借1.41.41.41.4残基之间形成的氢键维系。残基之间形成的氢键维系。残基之间形成的氢键维系。残基之间形成的氢键维系。3.3.转角的结构特征为：转角的结构特征为：a.a.人谷胱甘肽人谷胱甘肽-S-S-转硫酶转硫酶pipi第第5656到到5959位残基的位残基的转角连接了来自相同主链的两段转角连接了来自相同主链的两段折折叠链，片层
17、末端残基显示为粗枝状，叠链，片层末端残基显示为粗枝状，转角中转角中GlyGly和和AspAsp显示为细线，转角区域内第显示为细线，转角区域内第一个一个AspAsp的的羰基氧与其后第三位羰基氧与其后第三位氨基成氢键氨基成氢键(3DGQ.pdb)(3DGQ.pdb)；b.b.来自人细胞珠蛋来自人细胞珠蛋白白(2DC3.pdb)(2DC3.pdb)的两段的两段螺旋由螺旋由转角连接，用粗树枝状显示了两段螺旋末端的脯氨酸。转角连接，用粗树枝状显示了两段螺旋末端的脯氨酸。转角及其连接的转角及其连接的转角及其连接的转角及其连接的折叠链和折叠链和折叠链和折叠链和螺旋螺旋螺旋螺旋第12页，讲稿共83张，创作于星
18、期三4.无规卷曲的结构特征为：无规卷曲的结构特征为：无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其构无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其构无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其构无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其构象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大，对温象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大，对温象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大，对温象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大，对温度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法识别无度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法识别无度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法识别无度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法识别无规卷曲规卷曲规卷曲规
19、卷曲(缺失其座标缺失其座标缺失其座标缺失其座标)，即使有座标则其温度因子也，即使有座标则其温度因子也，即使有座标则其温度因子也，即使有座标则其温度因子也较高。无规卷曲同较高。无规卷曲同较高。无规卷曲同较高。无规卷曲同环的区分主要是其长度和其形环的区分主要是其长度和其形环的区分主要是其长度和其形环的区分主要是其长度和其形状的波动性。状的波动性。状的波动性。状的波动性。第13页，讲稿共83张，创作于星期三（二）超二级结构的主要类型和特征（二）超二级结构的主要类型和特征 超二级结构超二级结构(supersecondary structure)指位于指位于同一主链的多个二级结构组装形成的特定组装体，同
20、一主链的多个二级结构组装形成的特定组装体，可直接作为三级结构的或结构域的组成单元，是可直接作为三级结构的或结构域的组成单元，是从蛋白质二级结构形成三级结构的一个过渡结构从蛋白质二级结构形成三级结构的一个过渡结构形式，也称为立体结构形成的模体。形式，也称为立体结构形成的模体。第14页，讲稿共83张，创作于星期三（1 1 1 1）转角或转角或转角或转角或环等连接连续四个环等连接连续四个环等连接连续四个环等连接连续四个螺旋形成的四螺旋形成的四螺旋形成的四螺旋形成的四螺旋捆；螺旋捆；螺旋捆；螺旋捆；（2 2 2 2）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基、在螺旋两端）中部固定位置含有亮氨酸及其
21、他疏水侧链氨基酸残基、在螺旋两端）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基、在螺旋两端）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基、在螺旋两端含有强亲水侧链氨基酸的含有强亲水侧链氨基酸的含有强亲水侧链氨基酸的含有强亲水侧链氨基酸的螺旋组成的螺旋组成的螺旋组成的螺旋组成的亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leucine zipperLeucine zipperLeucine zipperLeucine zipper)；（3 3 3 3）一条主链中相邻七个两亲）一条主链中相邻七个两亲）一条主链中相邻七个两亲）一条主链中相邻七个两亲螺旋通过过度结构形成的七次穿膜螺旋通过过度结构形成
22、的七次穿膜螺旋通过过度结构形成的七次穿膜螺旋通过过度结构形成的七次穿膜螺旋组；螺旋组；螺旋组；螺旋组；（4 4 4 4）连续主链中两段）连续主链中两段）连续主链中两段）连续主链中两段螺旋连接三段螺旋连接三段螺旋连接三段螺旋连接三段折叠链形成的折叠链形成的折叠链形成的折叠链形成的RossmannRossmannRossmannRossmann折折折折叠；叠；叠；叠；（5 5 5 5）转角连接转角连接转角连接转角连接a a a a螺旋构成的螺旋构成的螺旋构成的螺旋构成的a-a-a-a-螺旋螺旋螺旋螺旋-转角转角转角转角-螺旋；螺旋；螺旋；螺旋；（6 6 6 6）环连接环连接环连接环连接螺旋构成的螺
23、旋构成的螺旋构成的螺旋构成的螺旋螺旋螺旋螺旋-环环环环-螺旋等。螺旋等。螺旋等。螺旋等。（7 7 7 7）-折叠都为超二级结构。折叠都为超二级结构。折叠都为超二级结构。折叠都为超二级结构。超二级结构的主要类型：超二级结构的主要类型：第15页，讲稿共83张，创作于星期三 三级结构（三级结构（三级结构（三级结构（protein tertiary structureprotein tertiary structureprotein tertiary structureprotein tertiary structure），），），），即蛋白即蛋白即蛋白即蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它是
24、在二级结构质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它是在二级结构质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它是在二级结构质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。蛋白质三级结构的稳定的基础上进一步盘绕，折叠形成的。蛋白质三级结构的稳定的基础上进一步盘绕，折叠形成的。蛋白质三级结构的稳定的基础上进一步盘绕，折叠形成的。蛋白质三级结构的稳定主要靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键、二硫键、范主要靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键、二硫键、范主要靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键、二硫键、范主要靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键、二硫键、范德华力和静电作用维
25、持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分德华力和静电作用维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分德华力和静电作用维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分德华力和静电作用维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分解后具有很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价解后具有很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价解后具有很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价解后具有很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装(assembly)(assemb
26、ly)(assembly)(assembly)模式存在着差异，在三级结构层面不同的蛋白质将体现各自模式存在着差异，在三级结构层面不同的蛋白质将体现各自模式存在着差异，在三级结构层面不同的蛋白质将体现各自模式存在着差异，在三级结构层面不同的蛋白质将体现各自整体的结构特征。整体的结构特征。整体的结构特征。整体的结构特征。（三）三级结构的主要类型和特征（三）三级结构的主要类型和特征 第16页，讲稿共83张，创作于星期三1.水溶性蛋白质三级结构的基本特征水溶性蛋白质三级结构的基本特征 a.a.飘带显示全飘带显示全螺旋人血清白蛋白单体三级结构，结构略微松散螺旋人血清白蛋白单体三级结构，结构略微松散(2T
27、2Z.pdb)(2T2Z.pdb)；b.b.飘带显示全飘带显示全螺旋人血清白蛋白单体三级结构，树枝状螺旋人血清白蛋白单体三级结构，树枝状显示氨基酸侧链，结构明显紧密；显示氨基酸侧链，结构明显紧密；第17页，讲稿共83张，创作于星期三c.c.飘带显示全飘带显示全折叠人晶状体蛋白三级结构，结构略微松散折叠人晶状体蛋白三级结构，结构略微松散(2JDF.pdb)(2JDF.pdb)，全蓝色的树枝状结构为配体；，全蓝色的树枝状结构为配体；d.d.飘带显示全飘带显示全折叠人晶状体蛋白折叠人晶状体蛋白的三级结构，树枝状显示氨基酸侧链，结构非常紧密，全蓝色的树枝状结构的三级结构，树枝状显示氨基酸侧链，结构非常
28、紧密，全蓝色的树枝状结构为配体。为配体。第18页，讲稿共83张，创作于星期三2.膜蛋白三级结构的基本特征膜蛋白三级结构的基本特征 a ac.c.细菌视紫红质蛋白，结晶时结合了大量脂类细菌视紫红质蛋白，结晶时结合了大量脂类(2BRD.pdb)(2BRD.pdb)；第19页，讲稿共83张，创作于星期三d.d.人淋巴细胞激活抗原人淋巴细胞激活抗原 CD98(2DH2.pdb)CD98(2DH2.pdb)；e.e.鸡鸡1-1-肾上腺素受体，肾上腺素受体，七螺旋跨膜蛋白七螺旋跨膜蛋白(2VT4.Pdb)(2VT4.Pdb)并结合有其配体；并结合有其配体；f.f.大肠杆菌大肠杆菌NANCNANC离子通离子
29、通道蛋白道蛋白(2WJR.pdb)(2WJR.pdb)。第20页，讲稿共83张，创作于星期三3.蛋白质三级结构中二级结构的折叠和组装蛋白质三级结构中二级结构的折叠和组装 按二级结构组装模式对蛋白质进行分类对解析蛋白质按二级结构组装模式对蛋白质进行分类对解析蛋白质按二级结构组装模式对蛋白质进行分类对解析蛋白质按二级结构组装模式对蛋白质进行分类对解析蛋白质高级结构形成规律和预测蛋白质功能有重要帮助。蛋高级结构形成规律和预测蛋白质功能有重要帮助。蛋高级结构形成规律和预测蛋白质功能有重要帮助。蛋高级结构形成规律和预测蛋白质功能有重要帮助。蛋白质二级结构组装模式主要是全白质二级结构组装模式主要是全白质二
30、级结构组装模式主要是全白质二级结构组装模式主要是全螺旋、全螺旋、全螺旋、全螺旋、全折叠、折叠、折叠、折叠、螺旋螺旋螺旋螺旋/折叠，还有少量折叠，还有少量折叠，还有少量折叠，还有少量螺旋螺旋螺旋螺旋+折叠类。折叠类。折叠类。折叠类。第21页，讲稿共83张，创作于星期三全全a-a-螺旋蛋白质螺旋蛋白质 人血清白蛋白人血清白蛋白(上图上图a,b)a,b)和细菌视紫红质和细菌视紫红质(下图下图 a-c)a-c)第22页，讲稿共83张，创作于星期三全全-折叠蛋白质折叠蛋白质 人晶状体蛋白人晶状体蛋白(上图上图c,d)c,d)和大肠杆菌和大肠杆菌NANCNANC离子通道蛋白离子通道蛋白(下图下图f)f)第
31、23页，讲稿共83张，创作于星期三a-a-螺旋螺旋/-/-折叠蛋白质折叠蛋白质 细胞表面标志蛋白细胞表面标志蛋白CD98(CD98(图图d)d)及糖酵解的绝大多数酶蛋白及糖酵解的绝大多数酶蛋白 (图图a)a)第24页，讲稿共83张，创作于星期三a-a-螺旋螺旋+-+-折叠类蛋白质折叠类蛋白质 人人TBPTBP与双螺旋与双螺旋DNADNA复合物复合物(1CDW.pdb)(1CDW.pdb)第25页，讲稿共83张，创作于星期三有独立三级结构的单元通过非共价键聚集成的非共价复有独立三级结构的单元通过非共价键聚集成的非共价复有独立三级结构的单元通过非共价键聚集成的非共价复有独立三级结构的单元通过非共价
32、键聚集成的非共价复合物称为合物称为合物称为合物称为四级结构四级结构四级结构四级结构，其所含独立三级结构单位为亚基，其所含独立三级结构单位为亚基，其所含独立三级结构单位为亚基，其所含独立三级结构单位为亚基(subunit)(subunit)(subunit)(subunit)。形成四级结构全部依靠非共价键相互作用，。形成四级结构全部依靠非共价键相互作用，。形成四级结构全部依靠非共价键相互作用，。形成四级结构全部依靠非共价键相互作用，且来自不同亚基的二级结构间可发生强的相互作用以稳且来自不同亚基的二级结构间可发生强的相互作用以稳且来自不同亚基的二级结构间可发生强的相互作用以稳且来自不同亚基的二级结
33、构间可发生强的相互作用以稳定四级结构，如生成跨亚基的更大定四级结构，如生成跨亚基的更大定四级结构，如生成跨亚基的更大定四级结构，如生成跨亚基的更大折叠结构或折叠结构或折叠结构或折叠结构或螺旋聚螺旋聚螺旋聚螺旋聚集体；其中，氢键、疏水相互作用和静电作用是主要维持力。集体；其中，氢键、疏水相互作用和静电作用是主要维持力。集体；其中，氢键、疏水相互作用和静电作用是主要维持力。集体；其中，氢键、疏水相互作用和静电作用是主要维持力。为了形成稳定的四级结构，必然要求相互作用的任两个蛋白质为了形成稳定的四级结构，必然要求相互作用的任两个蛋白质为了形成稳定的四级结构，必然要求相互作用的任两个蛋白质为了形成稳定
34、的四级结构，必然要求相互作用的任两个蛋白质间在空间外形互补以增加接触面且理化性质互补。这些特征也间在空间外形互补以增加接触面且理化性质互补。这些特征也间在空间外形互补以增加接触面且理化性质互补。这些特征也间在空间外形互补以增加接触面且理化性质互补。这些特征也是预测蛋白质间相互作用时有用的辅助判据。是预测蛋白质间相互作用时有用的辅助判据。是预测蛋白质间相互作用时有用的辅助判据。是预测蛋白质间相互作用时有用的辅助判据。（四）四级结构的主要类型和特征（四）四级结构的主要类型和特征 第26页，讲稿共83张，创作于星期三PBO-1PBO-1蛋白质呈现的对称结构蛋白质呈现的对称结构偶数亚基形成的四级结构具
35、有较高的对称性偶数亚基形成的四级结构具有较高的对称性 第27页，讲稿共83张，创作于星期三二、蛋白质高级结构中二级结构的测定二、蛋白质高级结构中二级结构的测定与指认与指认蛋白质二级结构词典蛋白质二级结构词典蛋白质二级结构词典蛋白质二级结构词典(dictionary of secondary(dictionary of secondary(dictionary of secondary(dictionary of secondary structures of proteins,DSSP)structures of proteins,DSSP)structures of proteins,DSS
36、P)structures of proteins,DSSP)来自模式识别技术，其来自模式识别技术，其来自模式识别技术，其来自模式识别技术，其仅依据主链肽键基团的坐标判断主链肽键基团间是否形仅依据主链肽键基团的坐标判断主链肽键基团间是否形仅依据主链肽键基团的坐标判断主链肽键基团间是否形仅依据主链肽键基团的坐标判断主链肽键基团间是否形成氢键，计算氢键能量低于成氢键，计算氢键能量低于成氢键，计算氢键能量低于成氢键，计算氢键能量低于0.5 kcal/mol0.5 kcal/mol0.5 kcal/mol0.5 kcal/mol则有氢键形则有氢键形则有氢键形则有氢键形成，用于搜索成，用于搜索成，用于搜索
37、成，用于搜索螺旋和螺旋和螺旋和螺旋和 片层结构是否存在。片层结构是否存在。片层结构是否存在。片层结构是否存在。STRIDESTRIDE程序程序程序程序用特殊方法判定主链肽键之间的氢键是否存在用特殊方法判定主链肽键之间的氢键是否存在用特殊方法判定主链肽键之间的氢键是否存在用特殊方法判定主链肽键之间的氢键是否存在并用二面角参数辅助识别指认二级结构。并用二面角参数辅助识别指认二级结构。并用二面角参数辅助识别指认二级结构。并用二面角参数辅助识别指认二级结构。第28页，讲稿共83张，创作于星期三三、蛋白质结构域与家族分类三、蛋白质结构域与家族分类（一）蛋白质结构域（一）蛋白质结构域 结构域结构域结构域结
38、构域是构成蛋白质亚基的紧密球状区域，为介于二级是构成蛋白质亚基的紧密球状区域，为介于二级是构成蛋白质亚基的紧密球状区域，为介于二级是构成蛋白质亚基的紧密球状区域，为介于二级与三级结构之间的一种结构层次；是蛋白质中可以具有独立与三级结构之间的一种结构层次；是蛋白质中可以具有独立与三级结构之间的一种结构层次；是蛋白质中可以具有独立与三级结构之间的一种结构层次；是蛋白质中可以具有独立三级结构的部分，通常由一个基因外显子编码，并可具有特三级结构的部分，通常由一个基因外显子编码，并可具有特三级结构的部分，通常由一个基因外显子编码，并可具有特三级结构的部分，通常由一个基因外显子编码，并可具有特定的功能。定
39、的功能。定的功能。定的功能。最常见的结构域约含有最常见的结构域约含有最常见的结构域约含有最常见的结构域约含有100100100100200200200200个氨基酸残基，一般个氨基酸残基，一般个氨基酸残基，一般个氨基酸残基，一般至少至少至少至少40404040个、多的可至个、多的可至个、多的可至个、多的可至400400400400个以上；对于一个较大球状蛋白个以上；对于一个较大球状蛋白个以上；对于一个较大球状蛋白个以上；对于一个较大球状蛋白质分子来说，往往由两个或两个以上相对独立的三维实质分子来说，往往由两个或两个以上相对独立的三维实质分子来说，往往由两个或两个以上相对独立的三维实质分子来说，
40、往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三维结构体。体缔合而成三维结构体。体缔合而成三维结构体。体缔合而成三维结构体。第29页，讲稿共83张，创作于星期三（二）蛋白质家族分类（二）蛋白质家族分类目前建立在结构域基础上的蛋白质家族数据库有目前建立在结构域基础上的蛋白质家族数据库有目前建立在结构域基础上的蛋白质家族数据库有目前建立在结构域基础上的蛋白质家族数据库有PROSITEPROSITEPROSITEPROSITE、PRINTSPRINTSPRINTSPRINTS、PfamPfamPfamPfam、SMARTSMARTSMARTSMART、SWISSSWISSSWISSSWISS、PRO
41、TPROTPROTPROT、ProDom ProDom ProDom ProDom 和和和和BLOCKSBLOCKSBLOCKSBLOCKS等，每个蛋白质结构数据库运用不同的原理来识别结构等，每个蛋白质结构数据库运用不同的原理来识别结构等，每个蛋白质结构数据库运用不同的原理来识别结构等，每个蛋白质结构数据库运用不同的原理来识别结构相似的蛋白质超家族；将它们结合起来可以更准确地归相似的蛋白质超家族；将它们结合起来可以更准确地归相似的蛋白质超家族；将它们结合起来可以更准确地归相似的蛋白质超家族；将它们结合起来可以更准确地归类蛋白质家族和描绘结构域。类蛋白质家族和描绘结构域。类蛋白质家族和描绘结构域
42、。类蛋白质家族和描绘结构域。InterProInterProInterProInterPro数据库，是联合数据库，是联合数据库，是联合数据库，是联合PROSITEPROSITEPROSITEPROSITE、PRINTSPRINTSPRINTSPRINTS、PfamPfamPfamPfam和和和和ProDom ProDom ProDom ProDom 四个独立完整的蛋白四个独立完整的蛋白四个独立完整的蛋白四个独立完整的蛋白质结构域数据库组成站点，它是将蛋白质的结构域和质结构域数据库组成站点，它是将蛋白质的结构域和质结构域数据库组成站点，它是将蛋白质的结构域和质结构域数据库组成站点，它是将蛋白质的
43、结构域和功能位点加以统一建立的数据库资源。功能位点加以统一建立的数据库资源。功能位点加以统一建立的数据库资源。功能位点加以统一建立的数据库资源。第30页，讲稿共83张，创作于星期三四、蛋白质高级结构的实验解析方法四、蛋白质高级结构的实验解析方法蛋白质结构实验分析主要有蛋白质结构实验分析主要有三大技术平台三大技术平台（一）（一）X-X-衍射蛋白质晶体结构分析衍射蛋白质晶体结构分析（二）核磁共振波谱分析（二）核磁共振波谱分析（三）冷冻电镜技术（三）冷冻电镜技术 第31页，讲稿共83张，创作于星期三（一）蛋白质晶体结构（一）蛋白质晶体结构X-衍射分析衍射分析 摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据
44、和减摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据和减摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据和减摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据和减少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶颈。颈。颈。颈。是目前分辨率最高的结构测定方法，高通量晶体结构分析是目前分辨率最高的结构测定方法，高通量晶体结构分析是目前分辨率最高的结构测定方法，高通量晶体结构分析是目前分辨率最高的结构测定方法，高通量晶体结构分析中的几大重要环节是：数据处理与分析、重原子的定位、中的几大重要环节是：数
45、据处理与分析、重原子的定位、中的几大重要环节是：数据处理与分析、重原子的定位、中的几大重要环节是：数据处理与分析、重原子的定位、密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。晶体结构分析的常用软件有晶体结构分析的常用软件有晶体结构分析的常用软件有晶体结构分析的常用软件有SOLVESOLVESOLVESOLVE，RESOLVERESOLVERESOLVERESOLVE等。等。等。等。第32页，讲稿共83张，创作于星期三（二）核磁共振波谱分析（二）核磁共振波谱分
46、析 利用核磁共振原理，检测分子质量小于利用核磁共振原理，检测分子质量小于利用核磁共振原理，检测分子质量小于利用核磁共振原理，检测分子质量小于60k60k60k60k的蛋的蛋的蛋的蛋白质，通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分白质，通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分白质，通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分白质，通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分析蛋白质的结构与性质，就是将原始资料利用傅里析蛋白质的结构与性质，就是将原始资料利用傅里析蛋白质的结构与性质，就是将原始资料利用傅里析蛋白质的结构与性质，就是将原始资料利用傅里叶变换转换为不同的峰值，然后采集各种不同的峰叶变换转换为不同的峰值，
47、然后采集各种不同的峰叶变换转换为不同的峰值，然后采集各种不同的峰叶变换转换为不同的峰值，然后采集各种不同的峰组成图谱，并利用生物信息学方法筛选出具有特定组成图谱，并利用生物信息学方法筛选出具有特定组成图谱，并利用生物信息学方法筛选出具有特定组成图谱，并利用生物信息学方法筛选出具有特定结构特征的图谱。结构特征的图谱。结构特征的图谱。结构特征的图谱。常用常用常用常用NMRPipeNMRPipeNMRPipeNMRPipe和和和和SPARKYSPARKYSPARKYSPARKY软件处理这些过程，使用软件处理这些过程，使用软件处理这些过程，使用软件处理这些过程，使用XEASYXEASYXEASYXEA
48、SY，DYANADYANADYANADYANA和和和和GARANTGARANTGARANTGARANT等软件分析侧链或骨架结构。等软件分析侧链或骨架结构。等软件分析侧链或骨架结构。等软件分析侧链或骨架结构。第33页，讲稿共83张，创作于星期三与与与与X-X-X-X-衍射晶体分析技术相比较，衍射晶体分析技术相比较，衍射晶体分析技术相比较，衍射晶体分析技术相比较，NMRNMRNMRNMR技术在蛋白质结构测技术在蛋白质结构测技术在蛋白质结构测技术在蛋白质结构测定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制，成本定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制，成本定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制，成
49、本定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制，成本太高，步骤繁多。但其无需制备晶体标本，可在溶液中太高，步骤繁多。但其无需制备晶体标本，可在溶液中太高，步骤繁多。但其无需制备晶体标本，可在溶液中太高，步骤繁多。但其无需制备晶体标本，可在溶液中直接测定，也可进行固相测定，因此利用直接测定，也可进行固相测定，因此利用直接测定，也可进行固相测定，因此利用直接测定，也可进行固相测定，因此利用NMRNMRNMRNMR法使得某法使得某法使得某法使得某些无法获得晶体结构的蛋白质或非液相蛋白质（如些无法获得晶体结构的蛋白质或非液相蛋白质（如些无法获得晶体结构的蛋白质或非液相蛋白质（如些无法获得晶体结构的蛋白质
50、或非液相蛋白质（如膜蛋白）的结构测定成为可能。相对而言，膜蛋白）的结构测定成为可能。相对而言，膜蛋白）的结构测定成为可能。相对而言，膜蛋白）的结构测定成为可能。相对而言，NMRNMRNMRNMR技术技术技术技术更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白质结构的分析，对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分质结构的分析，对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分质结构的分析，对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分质结构的分析，对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分析、蛋