(精选)蛋白质的结构与功能(Structure and Function of Protein)教学课件.pptVIP

蛋白质是生物大分子，具有明显的结构层次性，由低层到高层可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。 蛋白质的一级结构是指肽链的氨基酸组成及其排列顺序。 蛋白质的多肽链并不是线形伸展的，而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。蛋白质的三维构象，也称空间结构或高级结构，是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。高级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所必须的，包括二级、三级和四级结构。 一些蛋白质的一级结构还依赖于二硫键将若干条肽链相连。 如1954年Sanger测定的胰岛素的一级结构，就含有两条肽链。 氨基酸序列是蛋白质分子结构的基础，它决定蛋白质的高级结构。 蛋白质的二级结构是指肽链主链的空间走向（折叠和盘绕方式），是有规则重复的构象。肽链主链具有重复结构，其中氨基是氢键供体，羰基是氢键受体。通过形成链内或链间氢键可以使肽链卷曲折叠形成各种二级结构单元。复杂的蛋白质分子结构，就由这些比较简单的二级结构单元进一步组合而成。 在肽键中C－N单键具有约40％双键性质 。所以，不能自由旋转，使蛋白质能折叠成各种三维构象。 因为肽键不能自由旋转，所以肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子共处一个平面，称肽平面。肽平面内的C=O与N－H呈反式排列，各原子间的键长和键角都是固定的。肽链可看作由一系列刚性的肽平面通过α碳原子连接起来的长链，主链的构象就是由肽平面之间的角度决定的。主链上只有α碳原子连接的两个键是单键，可自由旋转。 α螺旋模型是Pauling和Corey等研究α-角蛋白时于1951年提出的。 1.在这个模型中，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。 2.α-螺旋由氢键构成一个封闭环，其中包括三个残基，共13个原子，称为3.613（n=3）螺旋。 3.相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。 氢键是由肽键中氮原子上的氢与其N端第四个羰基上的氧之间形成的。 α螺旋的结构允许所有的肽键都参与链内氢键的形成，因此相当稳定。 4.在α螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧，影响螺旋的形成. 脯氨酸由于其亚氨基少一个氢原子，无法形成氢键，而且Cα－N键不能旋转，所以是α螺旋的破坏者，肽链中出现脯氨酸就中断α螺旋，形成一个“结节”。 此外，侧链带电荷及侧链基团过大的氨基酸不易形成α螺旋，甘氨酸由于侧链太小，构象不稳定，也是α螺旋的破坏者。 一条肽链能否形成α螺旋，以及螺旋的稳定性怎样，与其一级结构有极大关系。 由L型氨基酸构成的多肽链可以卷曲成右手螺旋，也可卷曲成左手螺旋，但右手螺旋比较稳定。 因为在左手螺旋中β碳与羰基过于接近，不稳定。 在天然蛋白质中，几乎所有α螺旋都是右手螺旋。只在嗜热菌蛋白酶中发现一圈左手螺旋。 α螺旋不仅是α角蛋白的主要构象，在其他纤维蛋白和球状蛋白中也广泛存在，是一种常见的二级结构。 β-折叠也叫β-片层，在β-角蛋白如蚕丝丝心蛋白中含量丰富。 1.在此结构中，肽链较为伸展，若干条肽链或一条肽链的若干肽段平行排列，相邻主链骨架之间靠氢键维系。 氢键与链的长轴接近垂直。 2.为形成最多的氢键，避免相邻侧链间的空间障碍，锯齿状的主链骨架必须作一定的折叠(φ=－139°,ψ=＋135°)，以形成一个折叠的片层。 侧链交替位于片层的上方和下方，与片层垂直。 3. β折叠有两种类型，一种是平行式，即所有肽链的氨基端在同一端；另一种是反平行式，即所有肽链的氨基端按正反方向交替排列。 从能量上看，反平行式更为稳定。 1.β转角使肽链形成约180°的回转，第一个氨基酸的羰基与第四个氨基酸的氨基形成氢键。 这种结构在球状蛋白中广泛存在，可占全部残基的1/4。 多位于球状蛋白的表面，空间位阻较小处。 2.无规卷曲指没有一定规律的松散肽链结构。 此结构看来杂乱无章，但对一种特定蛋白又是确定的，而不是随意的。 在球状蛋白中含有大量无规卷曲，倾向于产生球状构象。 三级结构是指多肽链中所有原子和基团的构象。它是在二级结构的基础上进一步盘曲折叠形成的，包括所有主链和侧链的结构。 在三级结构中，多肽链的盘曲折叠是由分子中各氨基酸残基的侧链相互作用来维持的。 疏水性较强的氨基酸借疏水力和范德华力聚集成紧密的疏水核，有极性的残基以氢键和盐键相结合。 在水溶性蛋白中，极性基团分布在外侧，与水形成氢键，使蛋白溶于水。 这些非共价键虽然较微弱，但数目庞大，因此仍然是维持三级结构的主要力量。 结构域：较大蛋白的三级结构往往由几个相对独立的三维实体构成，这些三维实体称为结构域。 一条长的多肽链，可先折叠成几个相对独立的结构域，再缔合成三级结构。 这在动力学上比直接折叠更为合理。 结构域常有相对独立的生理功能。 这是肌红蛋白的三级结构，具有α-螺旋，无规卷曲。这个分子结合一个血红素，发挥功能，肌肉中用