基因信息傳遞第三篇山西醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室楊濤歡迎1精品課件(二)蛋白質(zhì)的構(gòu)象(conformation)蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象又稱空間構(gòu)造、立體構(gòu)造、高級構(gòu)造或三維構(gòu)象等。它包括二級構(gòu)造，三級構(gòu)造和四級構(gòu)造。蛋白質(zhì)分子構(gòu)象是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列分布及肽鍵的走向。2精品課件維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵

蛋白質(zhì)一級構(gòu)造的重要化學(xué)鍵是肽鍵也有少許二硫鍵。而維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)造的化學(xué)鍵重要是某些次極鍵。次極鍵雖然鍵能小，穩(wěn)定性差，但由于數(shù)目眾多，因此在維持蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)象中起極為重要的作用。重要的次極鍵有：氫鍵，疏水鍵，鹽鍵，配位鍵,二硫鍵。3精品課件1、氫鍵由連接在一種電負(fù)性大的原子上的H與另一種電負(fù)性大的原子互相作用而成，氫鍵是次極鍵中鍵能最弱的，但數(shù)目最多，因此是最重要的次極鍵，也是維持蛋白質(zhì)二級構(gòu)造的重要次極鍵。2、疏水鍵由兩個非極性基團(tuán)，因避開水相而群集在一起的作用力，是維持蛋白質(zhì)三級，四級構(gòu)造的重要次極鍵。4精品課件3、鹽鍵(又叫離子鍵)它是蛋白質(zhì)分子中帶正電荷基團(tuán)和負(fù)電荷基團(tuán)之間的靜電吸引所形成的化學(xué)鍵。4、配位鍵蛋白質(zhì)與金屬離子結(jié)合中，常具有配位鍵，如細(xì)胞色素，血紅蛋白等均具有鐵與蛋白質(zhì)形成的配位鍵。5、二硫鍵是由兩個硫原子間所形成的化學(xué)鍵(較強(qiáng)的化學(xué)鍵)。5精品課件*蛋白質(zhì)三級構(gòu)造的穩(wěn)定重要靠次級鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵以及范德華力(VanderWasls力)等。二硫鍵6精品課件氫鍵7精品課件鹽鍵8精品課件酯鍵9精品課件疏水鍵10精品課件**蛋白質(zhì)的二級構(gòu)造是指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布，不波及側(cè)鏈部分的構(gòu)象。二、蛋白質(zhì)的二級構(gòu)造(secondarystructure)

重要化學(xué)鍵：氫鍵二級構(gòu)造的主鏈構(gòu)造單元——肽單元11精品課件多肽鏈的主鏈構(gòu)造12精品課件

**肽單元參與肽鍵的6個原子——Cα1、C、H、O、N、Cα2處在同一平面，稱為肽單元Cα1、Cα2為反式構(gòu)型13精品課件CCα3Cα2Cα1CNNHHHOOR肽平面1肽平面2肽平面及其旋轉(zhuǎn)ψΦ14精品課件α-螺旋(α-helix)β-折疊(β-pleatedsheet)β-轉(zhuǎn)角(β–turnorβ-bend)無規(guī)卷曲(randomcoil)肽單元上Cα所連的兩個單鍵的自由旋轉(zhuǎn)角度，決定兩個相連肽單元的相對空間位置，由于旋轉(zhuǎn)角度的不一樣，形成了幾種二級構(gòu)造形式：15精品課件左手螺旋與右手螺旋return16精品課件α螺旋重要的構(gòu)造特點(diǎn)右手型α螺旋構(gòu)造模型17精品課件α螺旋重要的構(gòu)造特點(diǎn)俯視圖18精品課件二級構(gòu)造（-螺旋、分子內(nèi)氫鍵)19精品課件多肽鏈

-折疊形構(gòu)象20精品課件*α-helix：◆以α-碳原子為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以肽鍵平面為單位，盤曲成右手螺旋狀的構(gòu)造?！袈菪仙蝗?.6個氨基酸殘基，螺距0.54nm◆氨基酸的側(cè)鏈伸向螺旋的外側(cè)。◆螺旋的穩(wěn)定是靠氫鍵。氫鍵方向與長軸平行。構(gòu)造特點(diǎn)氫鍵

21精品課件22精品課件

-螺旋（1）螺旋走向，穩(wěn)定以氫鍵連接，氫鍵與軸平行。（2）側(cè)基R伸向螺旋外側(cè)。（3）棒狀構(gòu)造，高度壓縮，緊密排列。（4）規(guī)律排列（5）由1條充足伸展的肽鏈的肽鍵平面折疊成的右手螺旋。（6）每隔3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm。（7）1個螺圈內(nèi)有13個原子。23精品課件四種不一樣的α-螺旋模型24精品課件三股螺旋又稱膠原螺旋、超螺旋

膠原纖維中原膠原蛋白分子的排列25精品課件膠原蛋白的三股螺旋

26精品課件2、b-折疊(b-片層)27精品課件b-折疊(b-片層)28精品課件β-pleatedsheet1）多肽鏈充足伸展，每個肽單元以C為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，折疊成鋸齒狀的構(gòu)造，R基團(tuán)交替的位于鋸齒狀構(gòu)造上下方。2）兩條以上的肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段并行排列，走向可以相似，也可以不一樣。3）β-pleatedsheet的穩(wěn)定靠氫鍵。29精品課件兩條以上肽鏈并列時,

-片層有順向反向平行30精品課件31精品課件

-折疊-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒樁狀α-碳原子總是處在折疊的角上，氨基酸的R基團(tuán)處在折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm。-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。32精品課件β折疊構(gòu)造β折疊片示意圖33精品課件α-螺旋和-折疊構(gòu)造比較區(qū)別點(diǎn)α-螺旋

-折疊形狀螺旋狀鋸齒狀氫鍵鏈內(nèi)，與長軸平行鏈間，與長軸垂直R－基團(tuán)較大較小延伸性較大較小升1AA殘基高度0.15nm0.36nm舉例毛發(fā)角蛋白蠶絲蛋白34精品課件3、b-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲35精品課件轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角構(gòu)造一般負(fù)責(zé)多種二級構(gòu)造單元之間的連接作用，它對于確定肽鏈的走向起著決定性的作用。β轉(zhuǎn)角γ轉(zhuǎn)角36精品課件轉(zhuǎn)角構(gòu)造β轉(zhuǎn)角37精品課件轉(zhuǎn)角構(gòu)造γ轉(zhuǎn)角38精品課件β–turnandrandomcoil氫鍵無規(guī)卷曲:是用來論述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈構(gòu)造。39精品課件

-轉(zhuǎn)角-轉(zhuǎn)角也稱-回折或發(fā)夾構(gòu)造，存在于球狀蛋白中。在-轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基酸殘基構(gòu)成;彎曲處的第一種氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一種不很穩(wěn)定的環(huán)狀構(gòu)造。40精品課件無規(guī)卷曲41精品課件無規(guī)卷曲多肽鏈主鏈不規(guī)則隨機(jī)盤曲形成的構(gòu)象。無規(guī)卷曲與生物活性有關(guān)，對外界理化因子極為敏感。42精品課件43精品課件三.“模體”（motif）----超二級構(gòu)造一種蛋白質(zhì)分子中可以有二個或三個具有二級構(gòu)造的肽段，在空間位置上互相靠近，形成特殊的空間構(gòu)造。44精品課件超二級構(gòu)造指示:

刪除樣本文檔圖標(biāo),并替代為工作文檔圖標(biāo)，如下:在Word中創(chuàng)立文檔.返回PowerPoint在“插入”菜單中選擇“對象...”單擊“從文獻(xiàn)創(chuàng)立”定位“文獻(xiàn)”框中的文獻(xiàn)名確認(rèn)選中“顯示為圖標(biāo)”。單擊“確定”選擇圖標(biāo)從“幻燈片放映”菜單中選擇“動作設(shè)置”單擊“對象動作”，并選擇“編輯”單擊“確定”超二級構(gòu)造是指二級結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造單位（α螺旋、β折疊等）互相匯集，形成有規(guī)律的二級構(gòu)造的匯集體。三級構(gòu)造的構(gòu)件（1）αα（2）β×β（3）β迂回（4）β折疊桶(5)βαβ超二級構(gòu)造可直接作為三級機(jī)構(gòu)的“模體”（motif）或構(gòu)造域的構(gòu)成單位，是介于二級構(gòu)造和構(gòu)造域之間的一種構(gòu)造層次，這重要是氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)互相作用的成果。45精品課件超二級構(gòu)造若干相鄰的二級構(gòu)造單元組合在一起，互相作用，形成有規(guī)則的（在空間上可識別的）二級構(gòu)造組合體。常見類型：、、、46精品課件（1）α×α復(fù)繞α－螺旋47精品課件48精品課件（2）β×β指示:

刪除樣本文檔圖標(biāo),并替代為工作文檔圖標(biāo)，如下:在Word中創(chuàng)立文檔.返回PowerPoint在“插入”菜單中選擇“對象...”單擊“從文獻(xiàn)創(chuàng)立”定位“文獻(xiàn)”框中的文獻(xiàn)名確認(rèn)選中“顯示為圖標(biāo)”。單擊“確定”選擇圖標(biāo)從“幻燈片放映”菜單中選擇“動作設(shè)置”單擊“對象動作”，并選擇“編輯”單擊“確定”β×β－單元的手性49精品課件50精品課件（3）β迂回

指示:

刪除樣本文檔圖標(biāo),并替代為工作文檔圖標(biāo)，如下:在Word中創(chuàng)立文檔.返回PowerPoint在“插入”菜單中選擇“對象...”單擊“從文獻(xiàn)創(chuàng)立”定位“文獻(xiàn)”框中的文獻(xiàn)名確認(rèn)選中“顯示為圖標(biāo)”。單擊“確定”選擇圖標(biāo)從“幻燈片放映”菜單中選擇“動作設(shè)置”單擊“對象動作”，并選擇“編輯”單擊“確定”A.β迂回B.希臘鑰匙C.雙希臘鑰匙51精品課件（4）β折疊桶

反平行β折疊桶β折疊桶的多種形式52精品課件（5）βαβ53精品課件組合組合54精品課件超二級構(gòu)造類型

X

55精品課件三、構(gòu)造域構(gòu)造域的定義多肽鏈上由相鄰二級構(gòu)造單元聯(lián)絡(luò)而成的局部性區(qū)域是多肽鏈的獨(dú)立折疊單位構(gòu)造域的大小變化很大

常見的范圍在100-200個殘基之間56精品課件構(gòu)造域(structuraldomain)構(gòu)造域是蛋白質(zhì)三維折疊中的一種層次，重要是相鄰的二級構(gòu)造片段集裝在一起形成超二級構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上，深入折疊成近乎球狀，相對獨(dú)立的三維實體，這個區(qū)域稱為構(gòu)造域。由此可見：構(gòu)造域：1）構(gòu)成基礎(chǔ)是超二級構(gòu)造，2）相稱獨(dú)立區(qū)域，3）屬于三級構(gòu)造。而超二級構(gòu)造概念：蛋白質(zhì)分子中α-螺旋，β-折疊，β-轉(zhuǎn)角等集合在一起，彼此互相作用，形成有規(guī)則的在空間上能識別的二級構(gòu)造組合體，稱超二級構(gòu)造，有三種類型。57精品課件構(gòu)造域免疫球蛋白最突出的例子58精品課件構(gòu)造域木瓜蛋白酶內(nèi)的2個構(gòu)造域彼此很不相似59精品課件構(gòu)造域彈性蛋白酶的二個構(gòu)造域彼此非常相似60精品課件細(xì)胞色素b乳酸脫氫酶免疫球蛋白61精品課件五、蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造指多肽鏈中所有氨基酸殘基的空間關(guān)系，其具有二級構(gòu)造、超二級構(gòu)造或構(gòu)造域62精品課件蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造(tertiarystructure)**蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造是指在多種二級構(gòu)造的基礎(chǔ)上再深入盤曲或折迭。也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。肌紅蛋白（myoglobin，Mb）一條多肽鏈/血紅素輔基/153個氨基酸/有8段-螺旋構(gòu)造(A、B、C、D、E、F、G及H）功能:儲存O263精品課件J.C.Kendrew和M.F.Peruz用X-衍射法測定了血紅蛋白和肌紅蛋白的三級構(gòu)造獲得了1962年諾貝爾化學(xué)獎64精品課件

-螺旋65精品課件血紅素的構(gòu)造式肌紅蛋白結(jié)合氧示意圖吡咯環(huán)/甲炔基橋/配位鍵66精品課件蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造總結(jié)蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造(TertiaryStructure)是指在二級構(gòu)造基礎(chǔ)上，肽鏈的不一樣區(qū)段的側(cè)鏈基團(tuán)互相作用在空間深入盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特性三維構(gòu)造。維系這種特定構(gòu)造的力重要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級構(gòu)造中起著重要作用。67精品課件六、蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造（quaternarystructure）二條或二條以上具有獨(dú)立三級構(gòu)造的多肽鏈通過次級鍵形成的空間構(gòu)造。其中，每個具有獨(dú)立三級構(gòu)造的多肽鏈稱為亞基(subunit)。血紅蛋白結(jié)構(gòu)示意圖重要穩(wěn)定原因：氫鍵、離子鍵蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局及互相作用，稱為蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造。68精品課件蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造 概念 (1)亞基(subunit) 亞基也叫做亞單位，也有人稱之為原聚體或單體。多由一條多肽鏈折疊而成，具有一二三級構(gòu)造。 一般亞基沒有活性，當(dāng)它們構(gòu)成具有完整構(gòu)造的蛋白質(zhì)時，才體現(xiàn)出生物活性。69精品課件 (2)蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造是由兩個或兩個以上的亞基之間互相作用，彼此以非共價鍵相連而形成的更復(fù)雜的構(gòu)象。四級構(gòu)造實際上就是亞基的立體排布、互相作用及接觸部位的布局。維持蛋白質(zhì)四級構(gòu)造的重要化學(xué)鍵是疏水鍵，它是由亞基間氨基酸殘基的疏水基互相作用而形成的。 亞基之間不含共價鍵，亞基間次級鍵的結(jié)合比二、三級構(gòu)造疏松，因此在一定的條件下，四級構(gòu)造的蛋白質(zhì)可分離為其構(gòu)成的亞基，而亞基自身構(gòu)象仍可不變。

70精品課件 一種蛋白質(zhì)中，亞基構(gòu)造可以相似，也可以不一樣。相似的稱為同型亞基，不一樣的則稱為異型亞基。如煙草斑紋病毒的外殼蛋白是由2200個相似的亞基形成的多聚體；正常人血紅蛋白A是兩個α亞基與兩個β亞基形成的四聚體；天冬氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶由六個調(diào)整亞基與六個催化亞基構(gòu)成。 由2~10個亞基構(gòu)成具有四級構(gòu)造的蛋白質(zhì)稱為寡聚體，更多亞基數(shù)目構(gòu)成的蛋白質(zhì)則稱為多聚體。71精品課件沒有四級構(gòu)造的蛋白質(zhì)：1.只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)。2.雖然有多條多肽鏈，但他借助于共價鍵相連（如：胰島素和IgG等3.多聚體、多酶復(fù)合體、不屬于四級構(gòu)造范圍。72精品課件胰島素的二聚體73精品課件蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造總結(jié)蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造(QuaternaryStructure)是指由多條各自具有一、二、三級構(gòu)造的肽鏈通過非共價鍵連接起來的構(gòu)造形式；各個亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的互相作用關(guān)系。這種蛋白質(zhì)分子中，最小的單位一般稱為亞基或亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，無生理活性；維持亞基之間的化學(xué)鍵重要是疏水力。由多種亞基匯集而成的蛋白質(zhì)常常稱為寡聚蛋白；74精品課件75精品課件四級構(gòu)造76精品課件蛋白質(zhì)的構(gòu)造77精品課件

小結(jié)78精品課件蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次可總結(jié)為:一級結(jié)構(gòu)（肽鏈結(jié)構(gòu)，指多肽鏈中的氨基酸排列順序）↓二級結(jié)構(gòu)（多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊形成的有規(guī)律性的結(jié)構(gòu)）↓超二級結(jié)構(gòu)（相鄰二級結(jié)構(gòu)的聚集體）↓結(jié)構(gòu)域（在空間上可明顯區(qū)分的相對獨(dú)立的區(qū)域性結(jié)構(gòu)）↓三級結(jié)構(gòu)（球狀蛋白質(zhì)中所有原子在空間的相對位置）↓四級結(jié)構(gòu)（亞基聚合體）79精品課件α-螺旋(α-helix)

β-折疊(β-

pleatedsheet)β-轉(zhuǎn)角(β-turn)無規(guī)則卷曲（randomcoil）80精品課件氫鍵、范德華力、疏水互相作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數(shù)量大疏水互相作用力對維持三級構(gòu)造尤其重要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定離子鍵氫鍵范德華力疏水互相作用力81精品課件七．蛋白質(zhì)和多肽合成基本原理