蛋白质分子的结构原理教程.ppt

结构域 可看成超二级结构单元的组合。蛋白质分子中某些特定的区域，在结构与功能两个方面有着特征性意义。 有别于蛋白质其它区域 结构有相对的完整或独立性 功能也有着特征性标志 在某些条件下，它们可被分离。从DNA→RNA→蛋白质法则中，基因在 DNA 序列上被内含子分隔成一段段的外显子，许多蛋白质分子中发现这些外显子对应的即蛋白质分子中的结构域部分 免疫球蛋白的2个重链和2个轻链，可区别为12个结构域；肌动蛋白分子的马达结构域；细胞色素b5可分为血红素结合部分与膜结合部分两个结构域等 三.蛋白质分子的三级结构 三级结构即蛋白质分子多肽链的3维空间构象 在X-线衍射分析中，从蛋白质晶体的不对称单元的二维电子密度截面的堆积，可得到三维的电子密度分布，这种由计算机输出的三维电子密度分布，包含着蛋白质分子的3级结构的全部内容，并用能够从一个侧面强调构象特征的一些图形表示出来。 空间填满图形---包含所有原子（大多数可省略H原子）、显示外观整体表象复杂结构，可以让人想象出空间构象，包括它可能的动态构象变化。 线段抽象图形---基于填满图形上的简化，用线段描述主链走向，更抽象些，常突出某些部分，如α碳原子、结合的重金属原子等。 卡通图形---更为常见的一种图形，通常突出某些部分的结构，如α螺旋、β折叠、扭曲弯折 蛋白质三级结构给出的信息或内容 多肽链骨架所有的二级结构情况 类型 出现百分数 空间相对排列顺序与位置关系 侧链残基在蛋白质深部与表面的分布规律 空间3维的排列与分布 三级结构4方面特征规律 1.每一残基的构象处于热力学最低自由能稳定状态；2.极性或带电荷的侧链残基排布在蛋白质表面，并且 电荷的分布相间又常不均匀，以保证出现最大的相 互作用，一旦在分子内部出现电荷便意味着是分子 功能发挥具重要意义的残基；3.水溶性球蛋白的非极性疏水侧链常排布在内部环境， 这是疏水力驱使的必然结果；4.主链或侧链的所有能够形成氢键的都形成氢键，以 避免稳定自由能的损失，包括表面上与水分子或溶 剂的氢键、蛋白质分子内部各极性基团间的氢键、 和邻近肽链骨架上基团形成的氢键等。 一个蛋白质分子的三级结构中若包含结构域构象，那么结构域与结构域之间相邻部位必定是功能敏感区域。 四.蛋白质分子的四级结构 四级结构见于多条多肽链构成的蛋白质，用有特定三级结构的亚单位表示相应多肽链空间构象。 三级结构亚单位彼此在3维空间中相对位置关系各亚单位多肽链间存在共价键或非共价键的连接 几个亚单位形成的四级结构也同样符合三级结构组成规律基本要求 Ca-ATPase 耐热性(E.coli)邻苯二酚双加氧酶 ψ -55? 145? 蛋白质多肽链的一级氨基酸序列其高级的三维构象，提供了可以实现的途径。 尽管从理论和计算角度还存在很大的困难与复杂性，基于局部、小范围内的位阻效应和发生的可能的相互作用，再结合半经验方法的研究，如依据蛋白质结晶的构象资料，从统计规律中寻找某些残基的构象化倾向，比如Ala、Leu残基是强α-螺旋形成体，Pro残基有α-螺旋破坏体性质等，这样，对每一个残基，用一定的几个统计参数，就可能估量出高级结构行为 20种标准氨基酸铵形成α螺旋，β折叠的能力所进行的分类 二.蛋白质分子的二级结构(secondary structure) 蛋白质二级结构单元，是多肽链中具特定规律的一段肽链的空间排列模式 α-螺旋和β-折叠 1.α-螺旋 α-螺旋的主要特征是多肽链的主链骨架围绕螺旋中心轴螺旋式地上升，每隔数个残基上升一圈，所有侧链基团处于螺旋的外侧，并以一定的规律由各个C=O与随后几位残基上的N-H形成氢键。 α-螺旋 右手α-螺旋构象，3.613 是许多蛋白质分子中常见结构 一圈3.5-3.7或平均3.6残基 螺距0.54nm 氢键方式(i,i+3) 一氢键环内含13个原子  φ、ψ在-60?和-41?附近 末端向下看，侧链在主链周围形成风车状 所有氢键近似平行于螺旋中心旋转轴氢键同一方向 形成一源于氢键的平行于螺旋轴的偶极矩 α-螺旋氢键偶极矩、 各肽平面C=O和N-H偶极矩 都沿螺旋轴积累，从而显示出从N端到C端的偶极矩 等效于N端积累部分正电荷，C端积累部分负电荷 蛋