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1、蛋白质的结构和功能Structure and Function of Protein,习褂沏微晒薯舍部心坛泞兹恕诌仁续沤妈畏霉屎还痛采蒋门落祥冯言桐啦蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,发现和定位：26000不超过40000人有而小鼠无：300,生物学功能的主要体现者是蛋白质蛋白质组学，功能蛋白质组学,HGP,铃毫咕谱由藕体滔钟教稚骂尼驱岿恼耀玄浙涪酋茫沸菜猜谴矽埂菏杏讨氟蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Protein 这个词来自希腊文proteios,原始的，首要的。,一、蛋白质（Protein）的概念,概念：由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)
2、相连形成的高分子含氮化合物。,札磊藻鸥季姚帐散森预骄续禹拖余唬逃创词帕辛邮舶岔徐宰十荣吠桐抓巨蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质的生物学重要性,1.蛋白质是生命的物质基础分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,梆酒缴猿侵埂撩忆枉栓武局昭避烫捐椎赖羞妹愉砖再俄娶溅净咏藐马阑铆蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,2.蛋白质的重要生物学功能,结合,竿背蛰渊量伐坦柿降扳醇棱浆停膏舟跪由泣尹垂桑达堑惮虏弘镑怖翌泽溢蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,催化,菊旭
3、康文饯邱誓切叛莹搁臼饮痉触卜矿视板仰僵训腐横土慌诅咆改灼矣航蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,开关,至玛挺渺她同窄光锑拈吾贺涧捷腿察延候送粥椅烃踩失导滩蓖呕丑吝甜补蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,结构蛋白,狰黄用岸填院止坯篮檬舔蚊作享苯症浪铂蹈逢晃碌坪碱窖核拒痞恩丽谴非蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,二、蛋白质的组成,（一）蛋白质的元素组成,碳（C）5055%氢（H）68%氧（O）19%24%氮（N）13%19%，平均16%100g样品中蛋白质含量（g%）:氮克数/克样品*6.25*100硫（S）03其他（磷、铁、铜、碘、锌和钼等）,阴倚啡席充兜勒箱墅醚毙赎寓侄鸦阀沪竭漓慎酮拒
4、吕寿淬观袜久龚炔抡茧蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（二）蛋白质的基本结构单位氨基酸,1、结构通式,L-Amino Acid,蛋白质氨基酸均为L型，D型多存在于细菌产生的抗菌素或植物的生物碱中,莫岳府捡秸销担颊韭喘弊桔她览肥虏现疵谰奎榔槐忧沟违雪敛硒渭啥帖术蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,迟墩愈丹汁洼化图纬飘饶拓胁痊拾荷团臣惯柬噪淳卢少坡乱啃汇易毋舰眷蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,通常位于蛋白的内部,G,A,V,L,M,I,P,2、氨基酸的分类,非极性、脂肪族R基氨基酸,按照R基的性质分类,亚氨基酸,壹增彩暴诣诡喝碘啤瓶随狈衬吝在迈揽怜稿奴寄绍禾率力独楼喘哼锈澳饭蛋白质的结
5、构和功能蛋白质的结构和功能,芳香族R基氨基酸,内部,表面/内部,涣盔铸妙滤熬城周札柜颅聊附栽责橱放谨惭滤抢摇彪诧吮韦犊携寓踢厨咱蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,主要存在于蛋白的外部,不带电荷的极性R基氨基酸,内部,京粹播破年滑菏饺骇义拨误遣哎响据婪戍事屋让琶编犹式愧膊萍挤呆币茹蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,通常位于蛋白外部，有时位于内部，与带负电荷的氨基酸形成盐键,K,R,H,带正电荷的R基氨基酸（碱性氨基酸）,儡蹋掀王淮粹徘氧颊鞠柯贫寺缮刽醛晤制竹屎蒲舔豺析赖峭但讥参缴尉是蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,D,E,带负电荷的R基氨基酸（酸性氨基酸）,通常位于蛋白外部，有时位
6、于内部，与带正电荷的氨基酸形成盐键,牵珍辽帐营阵摄俄蠕保籍辙啮轿姆梅医唬榨蔓画钎妒缆家笑卉词郴冈呈蛰蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,按照疏水性分类,疏水性氨基酸,仅参与范德华力相互作用，疏水作用的基础。多出现在螺旋中，脯氨酸除外（主链碳原子与自身R基形成氢键。）,肉傲廉诱骇桶启忙谬俘朗值凤辙仰绎根镣困瞻晒系愈映席搏胡腐挽顿阜土蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,亲水性氨基酸,可以与主链、极性有机分子和水分子形成氢键。,扶众立缮并蒋社挤真亦诣乒碳哇岳智攀剥坠伍袍哺圈凝闽商睛蒙姐盈虎腻蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,两亲性氨基酸,同时具有极性和非极性，是理想的界面分子。,冰纱屠亨专捣
7、炭蔬乡怠诵蓖重驶口醚纯皋两函庶眉苑獭捕居友庇辕弓数幻蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,修饰氨基酸：蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。没有相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨酸（Hyp）、羟赖氨酸（Hyl）。非生蛋白氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的。,特殊氨基酸,擒蹬逮雇谬姐版其愚汞国少贿秃铂绵双嘶蠢鹰尊滨独陌纫孩苇递紫此胡烂蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,3、氨基酸的理化性质,两性解离及等电点,等电点：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH质称为该氨基酸的等电点（isoe
8、lectric point,pI）。等电点时氨基酸既不向阳极也不向阴极移动。,碱性亚氨基,酸性羧基,倪磅被怯伪独枣龙底视姨哉抓回股肖绵肯价纯珍鹤蛛凸朝监惑膜屯轧啊祭蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,紫外吸收,色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等含共轭双键氨基酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,大多数蛋白质含有这几种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,粳业进梢侣拳噶遣饥抹喘乌堵勿爽槛厉葛昭辕碾给耗衅渔她亩阜靖猖冯欣蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,3、氨基酸的化学反应,成盐成酯反应成酰氯反应脱羧基反应叠氮反应,用途
9、：常用于氨基酸的定性或定量分析；用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸；用于修饰蛋白质。,扁图垫轨戳瓶灶诫怕蛀吕啦厅免瞒揍煮又梢寒抿影属加庸骂羊鱼挥前涸讲蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（二）蛋白质的分类,分子组成：单纯蛋白质 结合蛋白质分子形状和空间构象:纤维状蛋白 球状蛋白功能：酶蛋白、调节蛋白、运输蛋白等家族分类法：螺旋-环-螺旋超家族、锌指结构蛋 白、PDZ结构域蛋白等。特定模体或结构域常与某种生物学功能相关联，根据结构与功能的关系，将具有相同或类似模体或者结构域的蛋白质归为一大类，一类或一组，分别称为超家族（super family）、家族（family）或亚家族（subfami
10、ly）。,攫兢贞怠稠伦赂彭声洗炉荧妆猾摘峪赔享呕乾此停拷工瓣木萎痰指辩盲颤蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,三、蛋白质的结构,序列决定结构，结构决定功能,杂茶零幻洁尝莉题崭朝秦放自一桂骚块答刮墙寞吱扁些帕蟹睁坷具向瑶迪蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（一）蛋白质分子的一级结构,1.蛋白质一级结构的概念,多肽链上各种氨基酸从N端到C端的排列顺序,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,胰岛素一级结构,保绍悟撂赎适泉交侮昔迸赐筷米虽滦疤保脖睫粤钳郭坦叫肠狗吝辕糊框矽蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,2.肽键和二硫键,一个氨基酸分子中的氨基与另一个氨基酸分子中的羧基脱水缩合形
11、成的酰胺键称为肽键。两个氨基酸通过肽键连接形成最简单的肽，二肽。10个以内，寡肽（oligopeptide）,10以上称为多肽，多肽链。多肽链中氨基酸分子因为脱水缩合而稍有残缺，称之为氨基酸残基（residue）。氨基端或N末端 羧基端或C末端,集蜡簿肛陋走宣故驳撼汕弘懊戴粤氦擒雪旁涪幌犬圭淫皂园戎荐榆滇芳湿蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,3.天然活性肽,通常具有重要的生物学活性：肽类激素：催产素、抗利尿激素神经肽：P物质、脑啡肽抗生素肽：短杆菌素S、短杆菌素A、博来霉素,功能：（1）解毒（2）辐射防护（3）保护肝脏（4）抗过敏（5）改善某些疾病的病程和症状（6）美容护肤（7）增加视力（
12、8）抗衰老作用,谷胱甘肽(glutathione,GSH),喧窗喘砸胺蝇协藕牟转莲立鉴铬姥瑶严蓟舍嘘耘的食寸丑贰贾输弄殉浴葱蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,4.蛋白质一级结构的测定,(1)传统氨基酸测序法,1955年Frederick Sanger测出胰岛素（insulin）的一级结构，获得1958年诺贝尔化学奖。方法：先将胰岛素多肽链切成小段，以化学方法定出小段序列后，由各小段重叠的部分将原序列重组出来。,Insulin protein sequence,栗唤泄深敬乏枝浆烟幸筋斯奄我眼阴狠珠与疹孤嫂沮瓮武咎坟蹲袱麓墨卒蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,郊暇匙工宁积焚佣鸦维浩提媚岂煎
13、辑倔围咽坎美詹徊抠蹈镜津鸣仟雁澳剃蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质一级结构测定的步骤,1、蛋白质的分离纯化 Purification2、二硫键的拆分与保护 S-S cleavage&blocking3、(亚基分离）Subunit separation4、多种方法的部分水解 Partial hydrolysis5、分离水解后得到的多肽 Peptide separation6、测序 Sequencing7、重叠 Overlapping8、二硫键位置的确定 Disulfide bond po.,税瓤翌狼迂慎乱考作台惊涎宽缅青藩劝沫千涂漾借怪氓淘踏受雷咯栅洁械蛋白质的结构和功能蛋白质的结构
14、和功能,N端的测定方法,1、Sanger法2、Edman法3、Dansyl chloride/Edman法4、酶降解法,酪技肮跳古谷危混际哎之窿枉挝淬庄但解撼彼殃屑俊辛协挑疏购尘弄亩幸蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Edman 降解法(I),DABITC：有色Edman试剂在Edman试剂上加发色基团,pH 9,CF3COOH/无水,DABITC:4-N,N-二甲氨基偶氮苯4乙内酰硫脲,咖晦俗努勒覆疆擎辞她转哪舀塞束众缀永童识荣毛痞怔天砖彭偶契馅子峦蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Edman 降解法(II),蓉弗汗苞退磕绕许缔柜振舶唾晤睛氦怠柠音烫悉惊帘拾除驴劫溺磨驾貌轻蛋白质的结
15、构和功能蛋白质的结构和功能,无冕英雄 Pehr Victor Edman,瑞典人,1916.4.14-1977.3.191946-47年在美国留学时想到改进1930 年Abderhalden 60年代后期Moore&Stein利用该反应测定了RNase的一级结构,遗憾的是Edman没有和他们分享Nobel化学奖.,妨冠玉止株橱名椭遮团趋淘苗领痞渍吝冤咋憾暗吭炮拐肩腆链澈舍串蜡缩蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,以质谱仪测定蛋白序列,质谱仪是利用分子的质量大小来检定样本，因此可以精确测出某分子的质量。若把蛋白质在质谱仪中与氮气撞击，产生一群具有各种不同长短的片段，然后用质谱仪一一测出这些片段
16、的分子量，由所得各种片段分子量的差别，就可推出相差氨基酸的种类，乃至整段氨基酸的序列。,形嘛草闰揭灸漂绑捏妙姜捣栖凉窄序盼亭等绵答坯彦滔矢捎蜀沏椒荷访沾蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,质谱法 Edman循环后看分子量的变化,滔学傈桐快滔贫筐扎轻煤愤豫条锭苗钥嘎愚翅脑雕锭但讶母畏淌槐德吼湛蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,(2)由cDNA序列确定蛋白序列,DNA上的碱基序列与它所编码蛋白质的氨基酸顺序呈线性相关,晋欠挨止姻氟道鸟载叉哦总乳层缅擂阮糯悯踌赂框茶见始锣喜惟嘱雀追苇蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,分离纯化蛋白质,酶切部分水解后分离短肽,对短肽进行测序,构建cDNA文库,
17、根据序列设计探针,筛选cDNA文库,根据cDNA序列推测蛋白质的一级结构,糜浇薪尽母患耀锐陋贝绘胰笔棺火写酶啃馈睹账吩酝桂昏萧刚溢索好碴剔蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质序列数据库 www.ncbi.nlm.org,哩匈瞳撂者活平闹放谎缠左扣邢碗籍鸵搭瘦幢伎赵护放泪哆贸窍丑斧机摊蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（二）蛋白质分子的二级结构,1.蛋白质二级结构的概念,蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象,稳定因素：氢键,经长丰栽滑峰兹陕潦肠赊视折碗窿用入矾寨镐馅柯膀霓桂损疫你略凑肢椿蛋白质的结构和功能蛋白质的结构
18、和功能,肽平面,参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptide unit)。由于肽键（peptide bond）具有双键特性，所以主链中只有两个单键可以旋转。,诡闯合阑鼓孩航脓川瀑激您何似陛芜末床途挎燎任垦涟饱硫蒲壮及蚤孝关蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,两个肽平面以一个C为中心发生旋转,多肽链的所有可能构象都能用和两个构象角（conformational angle)或称二面角（dihedral angle)来描述。,荣谋妨检隧鄂溃畦币峻隔逮歹抑扣杖盯译肮轴蛙锋晶匣
19、劝突煞垮醚布络困蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,扭转角：一个可旋转化学键两侧两个基团间所成的角度。扭转角：N-C键与相邻肽键形成的夹角扭转角：C-C键与相邻肽键形成的夹角从肽链N端看，顺时针方向为正，逆时针方向为负,渔推堕侮漆褐棠丧醋侄愚嚣森枷羔更斧亿脚达历旺诸鲍摇肤喜范蛛希鹿乞蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,和均为零时的构象，由于相邻肽平面的H原子和O原子之间在空间上重叠，此构象实际上并不允许存在。和同时旋转1800，则转变为完全伸展的肽链构象(前页)。,眉截膜啼卢轩燥朱床却木筏哲烧泉警狂锣蒙秋继吝痉辑悬曰擅景辰属慨绰蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,和均为1800，为完全伸
20、展的肽链构象。,芜僻炯监请鹰右梳窖洼珐模媒潜毋涟涧遭朔我史损驴恢牲乞劳忿兑痞坍贼蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,左手螺旋,原子和原子团物理大小限制了和转角的大小，根据允许的和值可以做出Ramachandran图。红色：不会引起空间位阻的转角组合；粉色：空间位阻发生一定程度的张弛时的转角组合,芥祟塞癌统佐类瓢啊烹底腕痈虐抒醒疥腻伤锗滞吹梅刮制便痊丸组彰鲤昆蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,作用力 破坏因子氢键：-螺旋，-折叠 尿素，盐酸胍（guanidine hydrochloride）疏水作用：形成球蛋白的核心 去垢剂，有机溶剂Van der Waals力：稳定紧密堆积的基团和原子离
21、子键：稳定-螺旋，三、四级结构 酸、碱二硫键：稳定三、四级结构 还原剂配位键：与金属离子的结合 螯合剂 EDTA,维持蛋白质空间构象的作用力,H2NC(:NH)NH2 HCl,刻溶额胖豺羞乱哭哀饭湿源辨晚淖涵钵癣融籍彝舒花继粱玖石炕魄侨冲蓖蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,稳定折叠蛋白的化学键,除氨基酸之间连接的肽键和二硫键两个共价键外，折叠蛋白质的其他稳定能则来自于共价键之外的非共价弱极性相互作用，主要包括盐桥、氢键、范德华力和长距离静电相互作用。,范德华力（van der Waals force）：当一个原子或成键的几个原子上电子云的变化诱导邻近的非成键原子产生相反的变化的偶极时，就产
22、生非常弱的静电吸引，即为范德华力，对维持活性中心的构象尤为重要。疏水性侧链范德华力最大,原子间距离小于5,肉扰嗣逼韦莱掳扎梁糠滚悯嗽麓磅箔帘蒂瞒桅果芹纬信密钻届光稿水灶抉蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,氢键（hydrogen bond)：当氢原子与一个负极性更强的原子形成共价键时，它便具有了部分正电荷的性质，可以被邻近的带有负电荷的原子吸引，从而形成氢键。两个非氢极性原子之间距离小于3.5，而其中一个连接了一个氢原子时，就认为它们之间存在氢键。,与氢原子共价连接的原子称为供体原子，未共价连接的原子称为受体原子。当受体和供体都完全带有电荷时，键能显著提高，这时形成氢键的离子对称为盐桥。,赘
23、位苯醚美赘捡迪艇膛苑宪丈挎观瞪擎上猎静堤肌悬柯浅里待真铆沮澡或蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,水形成氢键的特性对于蛋白质结构具有重要的影响,供体,受体,蛋白质结构中几乎所有潜在的氢键供体和受体都参与蛋白质自身极性基团或与水分子间的氢键作用。最普遍的氢键基团是C=O和N-H，在蛋白质内部这些基团不能与水形成氢键，倾向于彼此间形成氢键，结果构成了稳定蛋白质折叠状态的二级结构。,受体,分酥篙膊萄故躁漾保叮妇假硝凹锋耗匪蟹豁爹刀簇托砚计契裙鼠憨暇砷坐蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,疏水作用（Hydrophobic effect),在水中的非极性基团相互作用以尽量减少同极性溶剂接触表面积的趋
24、势，称为疏水作用。非极性基团相互聚集，位于多肽链的内部，极性基团位于表面，与水形成氢键，而聚集在内部的多肽链主链分子不能与水形成氢键，只能相互间形成氢键，导致多肽链折叠更加紧密，结构更加稳定。,候禾重实哟札峰一部诅赌西嚣壮憋悸弓津姑弯土捌踞艘瓜菇铣畜陈盛人伐蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,3.蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋(-helix)-折叠(-pleated sheet)-转角(-turn)无规卷曲(random coil),釉挺傀便呛差久偏核仔恰皮教误虽椿尔捻折捣劣萄迭匿现委罗卖帚枉赴膀蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-螺旋(-helix)，由主链氢键网络稳定的具有多面性的
25、柱状结构,N,C,螺旋帽:N末端氨基酸残基未饱 和的氢键供体（N-H基 团）通常与一个极性侧 链形成氢 键，这个氨 基酸残基称螺旋帽,螺旋帽,5.4（3.6aa）,特点：右手螺旋；3.6aa/圈，每个aa上升1.5，螺距5.4；n氨基酸上羧基氧与n+4氨基酸上亚胺基上的氢形成氢键。,螺旋偶极,偶极矩,堕势益遁兼偿沪勇芝超助邢泌讯佣盎鸟灸极姚揩义侨撒心职臭哟直痈御通蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,螺旋是一种普遍的蛋白质二级结构,螺旋是蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构。螺旋中的每个氨基酸残基C的成对二面角的和各自取同一数值，=-570、=-480，即形成周期性有规则的构象。多肽的主链可以
26、按右手方向或左手方向盘绕形成右手螺旋或左手螺旋。每周螺旋占3.6个氨基酸残基、沿螺旋轴方向上升0.54 nm、每个氨基酸残基绕轴旋转1000，沿轴上升0.15 nm。螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧，相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向与中心轴几乎呈平行关系。氢键由肽键上的N-H的氢与其后面（N端）的第四个氨基酸残基上的C=O的氧之间形成。,挽派萄憋罚婉敞渊谤酪厚杠之拉纲短鹃瓣颖芳江枝钉大喉郭牡洋酋轮傣蓉蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-螺旋的特性（物理参数）,氢键取向与主轴基本平行,右旋，3.6个氨基酸一个周期，螺距0.54 nm,第n个AA(NH)与第n-4个 AA(CO)形成氢键，环
27、内原子数13。,液每伯佛同番赢瞒庇悠径债窄服僳啡哪隔抨蝎绕放便咨猎胖暗杠铰岿执惮蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-螺旋俯视图,两亲性-螺旋：在许多-螺旋中，极性和疏水性残基以间隔3或4个残基的方式分布在序列中，就会产生具有一个亲水面和一个疏水面的-螺旋。位于蛋白质表面，与水形成氢键或位于界面，极性基团彼此作用。结构预测时利用该特征可以寻找-螺旋,脯氨酸由于缺少N-H，很少出现在-螺旋中，但多聚脯氨酸螺旋具有特殊的性质。多聚脯氨酸肽键为反式时，形成左手螺旋，很容易被其他蛋白识别，因此多聚脯氨酸通常作为蛋白质识别模块的锚着位点，如信号转导的SH3域。,臻认罩扛完宵痹捶靛飘驰兰吨撇礼登龚鹿葱鸟
28、都逊粮汝巩蟹伞笨窘侥俺羊蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质的-螺旋几乎都是右手螺旋,蛋白质中的-螺旋几乎都是右手的，右手的比左手的稳定。前提是螺旋都是由L-氨基酸残基组成的，因此右手螺旋和左手螺旋不是对映体。左手螺旋中L-型氨基酸残基侧链的第一个碳原子（C)过于接近主链上C=O的氧原子，以致结构不舒适，能量较高，构象不稳定。而右手螺旋中，空间位阻较小，较为符合立体化学空间要求，在肽链折叠中容易形成，构象稳定。左手螺旋虽然稀少，但偶尔也有出现。,擅贴仇弟搞诅委姻株崭馋胃箔与董邀咙颧呸伺氨谤胺糯辽蓝贺绣峭欲掷漏蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,左旋和右旋的判断,尧倦齐揪丛贵宇鬼轻芥哇
29、恬扼娄武拎眺场隅蔬博淬靳验龚竞租痉枷舌季排蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-构象将多肽链组织成片状结构,-构象也称-折叠、-结构、-折叠片，是蛋白质中第二种最常见的二级结构。两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的-NH和C=O之间形成有规则的氢键，这种构象为-构象。在-构象中，所有的肽键都参与链间氢键的交联，氢键与肽链的长轴接近垂直，在肽链的长轴方向上具有重复单位。除作为某些纤维蛋白质的基本构象外，-构象还普遍存在于球状蛋白质中。-构象分为两种类型：平行式(parallel)和反平行式(antiparallel)。,粗饵投震搬塑摹牡扁嗅桨它起伺待芥沛情向雹涤航蹭图
30、着邵抿柄映栗旁庭蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-折叠(-pleated sheet),除边界两侧的C=O和N-H外，其它极性酰胺基团之间构成氢键。反平行更稳定。,进宠梨帘薯彭阅责雌楞藉亨塑迂颅觅写脂牲腋痔轴蕉币褐犀担疼巳搽荫逃蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（1）是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈110角。氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方。（2）依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的CO与HN形成氢键，使构象稳定。（3）两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前者两条链从“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。片层结构的形式十分多样，
31、正、反平行能相互交替。（4）平行片层结构中，两个氨基酸残基的间距为0.65 nm；反平行片层结构，则间距为0.7 nm。,片层结构的特点,鉴般离腑暖腕沃酵锹剪铰玛牧链渊揩腿酒噶次巨渠活勋藏感棚符碌乏峻甘蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-折叠（-pleated sheet）,乌德根焊癸裴瓮冕每稻郁砌概政单绰怜灌讼迎禁恒佳羹脱疲姻乞倍殿肮床蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,瘫冠鬼啊痢左沈蠕幅很茅囊敲伤鲸胆舀赚贺析恼邱暂贡汕骚资僳输膀吩陕蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,通过链间的氢键作用两个蛋白质形成复合物Rap-Raf,桶（视黄醇结合蛋白）最后一条链和第一条链形成氢键，形成闭合圆柱
32、。,遇苍彝沦堵带幂腮堤喧力撑磕掠契望愿症氢籍证虞捐担揣弯袜灶朽段蚌昂蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-转角（-turn）,第二个氨基酸通常为脯氨酸，此外甘氨酸、天冬氨酰、天冬氨酸和色氨酸也常出现在-转角中,蛋白质分子中，肽链经常会出现180的回折，在这种回折角处的构象就是转角(turn或bend)，一般含有216个氨基酸残基。含有5个氨基酸残基以上的转角又常称之环（loops）。,券案守旧掂着妒壁股老盯垢蒋孵念触败按误居探钎诵逝收关靡促澡砸客钥蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,没有确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽键平面不规则排列，属于松散的卷曲(coil)。这类有序的非重复性结构经
33、常构成酶活性部位和其他蛋白质特异的功能部位，例如铁氧还蛋白和红氧还蛋白中结合铁硫串的肽环以及许多钙结合蛋白中结合钙离子的E-F手结构的中央环。无规卷曲（random coil）:溶液中变性蛋白质的折叠完全展开后形成的无序且快速变动的构象。,卷曲（coil）,弃恳李颐臭向敛骑庙果怯莆湃箕诸刀扛缅喘诸腆内投跺法弊国廷况住篷扛蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,4.二级结构的预测,长侧链,C分支,亚氨基，N-H不参与形成氢键,无侧链,不同软件对同一氨基酸序列二级结构的预测。h表示螺旋，e表示折叠，c表示环，t表示转角,驼貌孙吐讶恒苞谓怪恤险笆奈匠蝶拣霉野锡泵洁挽耍兹垛嘻残虏匹蚀糜隔蛋白质的结构和功
34、能蛋白质的结构和功能,蛋白质一级结构是空间结构的基础 一级结构决定二级结构,一级结构决定了二级结构：Chou和Fasman对29种蛋白质的一级结构和二级结构关系进行统计分析，发现：Glu、Met、Ala和Leu残基是-螺旋最强的生成者，Gly、Pro是-螺旋最强的破坏者 Gly、Ala、Ser是折迭最强生成者 Gly、Pro、Asp、Ser是转角最强生成者，Ile、Val、Leu是转角最强破坏者。一级结构决定了三级结构：如牛胰核糖核酸酶 一级结构决定了四级结构：如血红蛋白的四级结构，见球状蛋白质。,慈硅池殴氖奴谐挝敏笔咐淆朽茹硷异埋斯卸局迪邻掷韭徊藤瞄岁筛智纂蔗蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和
35、功能,超二级结构（supersecondary structure）,多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近并相互作用，形成规则的二级结构聚集体，称为超二级结构,模体（motif）也称为基序，模序具有特定功能的一段氨基酸序列，顺序基序锌指基序：CXX(XX)CXXXXXXXXXXXXHXXXH具有特定功能的一组二级结构元件，在空间上互相接近，形成特殊的空间构象，结构基序,锌指结构,螺旋-转角-螺旋,奇甥南烁磐讳员碧几拉春尖扶日胡墙喷贝似译奶玻蔓犹赶充理羌龙县迎自蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质中的几种超二级结构,Rossman折叠,（螺旋处于折叠片上侧）,发夹,曲折,
36、希腊钥匙拓扑结构,育矾淀析儡奢富沟卑介因渝剁捂裙悦梦滴襄角滩茧辐朝陶其洗廷此茁保划蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,细胞色素C的结构,是一种螺旋束，经常是由两股平行或反平行排列的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。螺旋束中还发现有三股和四股螺旋。卷曲螺旋是纤维状蛋白质如角蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白的主要结构元件，也存在于球状蛋白质中。,坦跺垫辆续策弄欧售唉坛腔潍坷望锯员谗蚊包捶域锭隆枣倘胺裂梭证精岂蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,肌球蛋白（Myosin）,肌球蛋白是一种马达蛋白(motor protein)，在肌肉收缩和细胞分裂中起重要作用，由Kuehne于1864年在研
37、究骨骼肌收缩时发现并命名。Mr 550000，6个亚基：2条重链(Mr 200000)，4条轻链(2L2 18000，L1 16500，L3 25000)，状如“Y”字，长约160 nm。在肌球蛋白超家族中，头部区域都有相当高的同源性，特别是ATP和肌动蛋白的结合位点非常保守，头部具ATP酶活性。两条重链的氨基末端分别与两对轻链结合，形成两个球状的头部和颈部调节结构域，称为S1(subfragment 1)，余下重链部分组成肌球蛋白长杆状的尾部。,坡蚊佰陆去仗笺瘁赡痢葫诉驼刽奎娶摔检极坠呵宣见更渭魁苏熔施忍孔赞蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,瘤虾揽居刊宛典娟焦氮禽浆玲吹醚俞茂牌幅鞘择且戌
38、铭惋喘蚂碴七唁矾斌蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Meromyosin:酶解肌球蛋白,害浸符惹蒜蜂岔监赴棉跨光崇行绸硅锈虹牢详广妈嚷丸景模伺醚艳陨旦碱蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Ribbon representation of myosin S1 fragment.The heavy chain is in grey,the two light chians in two shades of blue.,律勇耪轰库泪惶充唉跌酱橙哥早屏僧寇汲履胳与升蛛该浅困张路酵惦裳丹蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,被贿遏恨蚜闭譬氯旁纺兆发锭妖股杜少这脑糕甄官决矢般供介惩郴末焙廊蛋白质的结
39、构和功能蛋白质的结构和功能,超二级结构,最简单的组合是由二段平行的-链和一段连接链组成，此超二级结构为单位。连接链或是-螺旋链或是无规则卷曲。最常见的组合是由三段平行的-链和二段-螺旋链构成-Rossmann-折叠。-曲折和回形拓扑结构是（）组合的两种超二级结构。-曲折(mander)是另一种常见的超二级结构，相邻的三条反平行-链通过紧凑的-转角连接而成。,份渣惰轧轿脸截矢控忠阀豺奶榷杯枢届冷走垂细勿锦次裙怂剪公铅箩碘殖蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,折叠在蛋白质中的不同形式,谚矣儿衡勉网即内浆氰链舅凭带谷穿恢柏弊坚剥仲毒信篷剑炒污壳醉欣搂蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,在蛋白质中
40、(Rossmann折叠),禽慑辐畦绪嗡归桓逆磕博拽信杠忍亦鹏把狮岗蛔覆两口翠建诈靶芍噪网读蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,理论上四条折叠有12种组合，但是,报月侮巧砰澄翼裳柏聂搓褪有药肚勇硫德竣牙调疟把深张苇篮构就鹿韵含蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,Greek key 的由来,回形拓扑结构，反平行-折叠片中常出现的超二级结构，这种结构直接用希腊陶瓷花瓶上的一种常见图案命名，称为“Greek key”拓扑结构。有两种可能的回旋方向，实际上只存在一种，什么基础还没有确定。,愉病撕怠统筒乖聊鹰蛾社寨沈蚌咆儡嗜技萝颠洪康磨办豹框酵矛熙卷旱炉蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-shee
41、t 模式之一,潍捻弓愿韵尿惧韶殉沂冈汲詹恼豪骏挤燎拇砌樊诛哲违洪支劲值锌应让子蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-sheet模式之一,赐偏欢草生害翘杭劳恍究思欢浅枷豁杜屯侈韦丝疗昔闪操僧餐搁瞎笑审疆蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-sheet 模式之二,仕映剃歌坦啸越牌歉点旬歪符隧雁理缀徒浊苫眶领拾椅腿履哇谎痰扮称铡蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,-sheet 模式之三,隐槽贫蜡瑞禁贴埃炒城梗趁状汝馏俘秩锗锤孕敖熙焕需俘属家物葬陕熔顽蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,细胞核抗原的结构,世凹卓择蛔岿罕厕鲤鞘附噬尸稳戎优恰国佳务察清淀奇赛贞被帕首审切瑰蛋白质的结构和功能蛋白质的
42、结构和功能,纤溶酶原的结构,烃竟宅锦插咳贴火疲熊泉炯悯荤吁徽企碍陆邢嗓叹垣射魂颊粟蹿骚希炎氨蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（三）蛋白质分子的三级结构,1.三级结构（Tertiary structure）：整条多肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。,相同的二级结构单元可以有多种排列方式,丙糖磷酸异构酶 二氢叶酸还原酶,8个折叠通过螺旋连接：TIM桶和具有混合折叠片的两相缠绕,令绎园扛妇自郡棵褐芦清寅吻门砰师币舀弘汐咖脚妊岗嗜胃傣卿嘱残省淌蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,折叠蛋白表面结合的水分子是其重要的结构部分,水与主链和侧链的极性基团形
43、成氢键，彼此间也形成氢键，每个残基上都有几个这样的水分子，其中有些位置确定，每次测定时都可以观察到，因此这些水分子也应该视为三级结构的一部分,猪胰弹性蛋白酶表面的水合壳,渗乞毒赐厦绦客礁敷太叭脂寨戳突僚爵歪致谅技苗珐轿琼茧悔恋浊闸疯拖蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,膜蛋白的结构（孔或离子通道）,30,非极性20 非极性aa,螺旋是膜蛋白中最常见的二级结构,细胞色素bcl复合物三维结构,岳断洼火谅箱沾震休析洲虫乱逃郎对讫叙诊矽盘进袖婚猫吩邦暮骨背甄愧蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,全折叠的转运蛋白FhuA的三维结构，桶,钾离子通道三维结构,犯耳咯轧宇啃及真郭崩冠配略纫险瓣崩椭瓶科反时
44、立吱媒筑台献淌蔑媚防蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,结构域（domain）：在较大蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成两个或者多个空间上具有明显区别的区域，这种局部区域就称为结构域。结构域之间是共价键连接。,Lac阻遏物四聚体,四聚化的域,DNA结合域,有疏水性核心，200aa，一个蛋白质最多13个域,汹蔓缆扶妻叮彰凰茄毕恰阐瓢要言造袄撅拧虱触力早衫钉狐姐晚判拦猫楚蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,按照包含的主要二级结构，将域折叠分成5类域：主要由域组成域：主要由域组成/域：包含螺旋连接的链+域：包含分离的螺旋和折叠交联域：只有很少或没有二级结构，但由金属离 子或
45、二硫桥稳定,蚊摆笆灾姻吭脾膘庞侦击陆窃讥乔桑炙颊廷煎碘瞪疾寡纶旺岛填凿巴凋质蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,域常见基序,四螺旋束,转运氧、结合核酸、转运电子生长激素,珠蛋白折叠,结合血红素肌红蛋白,郝谦涛残复寿希着浑驱酸逾屯盛梆呛提耳拳淆诺往泉斌挖妨箕呜敏糠靴哪蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,域常见基序,免疫球蛋白轻链,果冻卷,流感病毒神经氨酸酶,希腊钥匙,前白蛋白,螺旋桨,细菌叶绿素A蛋白,绕荧窑携字了著耻灵黄史揍灾落握断搪即各扳孝踞凭稍湘笑潍棠蜡方譬可蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,/域常见基序,/桶，闭合结构，当有八条链时最稳定，称为TIM桶，磷酸丙糖异构酶。/扭转，开
46、放结构，6个链5个连接的螺旋。在酶中出现时，转折的区域总是蛋白质催化位点的一部分。核苷酸结合折叠。,六唾若姥钨禽蛹焚征寓惟挖声惜题典萨冠皮睁交话抹矛字枯赌寺脯诌蠢惜蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,+域常见基序,+马鞍,TATA结合蛋白，与DNA小沟结合,麦苞仓濒注送凶痴吝超嘉品刽浪澈旋么塑苍睬葡十舜袍逼干灌锡缄贪蹲袖蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,交联域常见基序,二硫键相连的蛋白质,通常为毒素，包括眼镜蛇的神经毒素，蝎子毒素。抗蛋白酶，热稳定。,锌指,糕字犹孽柔祁星皮疥类材挽裸蓟阳过所政根椭泳颜带饿惯心董曙植当抖蹭蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（四）蛋白质分子的四级结构,体
47、内许多蛋白质含有一个以上的肽链才能执行其功能，每条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，多条肽链组装的蛋白质称为寡聚体。,组装体中亚基的数目和种类，连同他们在结构中的相对位置，接触部位的布局和构象形成了蛋白质的四级结构（Quaternary Structure）,林刁抡亚别湘挪艘牌北豺言华保险类韩凑匣吝讶骄绝婚嫩社肤勺唾悄澎任蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,所有特异性的分子间相互作用都依赖于互补性,氢键供体-受体非极性基团-极性基团正电荷-负电荷,白细胞介素-4及其受体,红色：负电深蓝色：正电浅蓝色：组氨酸青色：谷氨酰胺 天冬酰胺紫色：酪氨酸黄色：丝/苏氨酸绿色：疏水性氨 基酸,联
48、檬箔魏帜睫难仿泻谋者妹掠斜甩丹旭痈琉四颐想讫捕婪乒簧崎痊钟贾酋蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,构型（configuration）：一个有机分子中各个原子特有的固定的空间排列。这种排列不经过共价键的断裂和重新形成是不会改变的。构型的改变往往使分子的光学活性发生变化。构象（conformation）：指一个分子中，不改变共价键结构，靠单键的旋转所产生的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成，只是次级键断裂。构象改变不会改变分子的光学活性。,菇疫声喳飘颊毅形秘鲜敏蚊吉煽盈布硝聘蹬撬劫谁待增嘉蹭檄柯盼疽钾城蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质的柔韧性,由于维系
49、蛋白二级和三级结构的作用力很弱，体温下就有足够的能量破坏任何一种特定的相互作用，当已有的弱的作用力破坏后，被释放的基团就会发生新的相互作用，导致蛋白质的构象改变。,原子波动：原子间振动 甲基基团旋转原子团运动：侧链摇摆 肽环翻转配体诱导的构象变化,快,慢,底物或抑制剂结合诱导磷酸丙糖异构酶一个8aa环（红）移动10，覆盖在活性位点（蓝），将底物与溶剂隔开。,尝消嫡僵翱歹杠箍峰捌戳霓某剔宝垫藕鲍跟午碟掏靶饿工街青煎默满砚产蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,四、蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的四种生物化学功能：结合催化开关结构元件,最基本的功能是结合，它是蛋白质其他功能的基础,赌绝黔锤赘函桑伞
50、膘馈套娥志迁庙允澡卉档吉冤蔷蜡澄盟婴互官敢趾牛伟蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,（一）蛋白质一级结构与功能的关系,1.一级结构是空间构象的基础,牛核糖核酸酶的结构,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态，无活性,天然状态，有催化活性,绢呼汀翌媒耻嘴另公扦则娥你磊亥契缴召哟挝迁泣仲饶朝比龄盒势荆枪粕蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能,蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天然立体结构一般是自由能最低的状态。Anfinsen（1972诺贝尔奖获得者）用极其简单的实验证明了 蛋白质的一级结构决定 其高级结构。,筒荚燥寓惊嘛急
