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1、蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,第 二 节,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,是不是所有的蛋白质都有一、二、三、四级结构呢？,蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级结构(primary structure),主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,Ser-Val-Tyr-Cys;SVYC,牛胰岛素的一级结构,Frederick Sanger is anEnglish biochemist and a two-timeNobel laureate in chemistry,the only pe
2、rson to have been so.In 1958,he was awarded a Nobel prize in chemistry“for his work on the structure of proteins,especially that of insulin”.In 1980,Walter Gilbert and Sanger shared half of the chemistry prize“for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids”.T
3、he other half was awarded toPaul Berg“for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids,with particular regard to recombinant-DNA”.,蛋白质的一级结构研究,蛋白质的氨基酸组成测定：酸水解；碱水解。,断裂二硫键：过甲酸氧化法；巯基化合物还原法。,末端氨基酸残基测定：N末端：PITC法、DNFB或FDNB法；C末端：肼解法、还原法、羧肽酶法。,氨基酸的排列顺序测定：酶裂解或化学裂解肽段后，Edman降解法进行氨基酸序列测定。,二硫键位置的测
4、定：对角线电泳。,胰蛋白酶(Trypsin):切割Arg或Lys的羧基形成的肽键。,溴化氢(cyanogen bromide):切割Met羧基形成的肽键。,二硝基氟苯(FDNB):与肽链N末端氨基酸残基反应。,二、蛋白质的二级结构(secondary structure),蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。,主要的化学键：氢键,多肽链主链构象是否有空间限制？,YES！,肽平面,肽键的4个原子C、O、N、H及与之相邻的C1、C2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了肽平面(peptide plane)。,C-N:0.14
5、6nmC=N:0.127nm,C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型。,Peptide plane,-碳原子上的一对二面角(dihedral angle):N-C之间称角，C-C之间称角。这对二面角决定了相邻肽平面的相对位置。,是不是和角的任意组合都是允许的？,多肽链主链骨架的构象是由一系列-碳原子的的二面角决定的,=180,=180完全伸展的主链构象,=0,=0时的主链构象,非共价键合原子(non-convelently-bonded atom)之间的接触距离,A Ramachanran diagram（拉氏构象图）showing values for Phi and Psi,
6、Helix:red-strand:blueOthers:green,多肽链主链构象的空间限制,肽平面是刚性平面。-碳原子的一对二面角、角的取值范围是有限制的。,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),Linus Carl Pauling,Linus Pauling is one of only two people awarded two Nobel Prizes in different fields(the Chemistry and Peace prizes),and the only
7、person awarded two unshared prizes.,-螺旋,-螺旋,3.6，0.54，0.15,平行,右手,氢键,多肽链主链绕中心轴形成右手螺旋，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。,在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢键。氢键的方向与-螺旋轴的方向几乎平行。,每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm。,0.54nm,一些侧链基团虽然不参与螺旋，但它们可影响-螺旋的稳定性,在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，-螺旋就不稳定。,在多肽链中只要出现Pro，-螺旋就被中断。,肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成-螺旋。,-角
8、蛋白,胶原蛋白,两个右手螺旋肽链拧成左手超螺旋,三个左手螺旋肽链拧成右手超螺旋,-折叠,两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的C=O 和NH之间形成氢键。,平行式,反平行式,（1）氢键与肽链的长轴接近垂直。（2）多肽主链呈锯齿状折叠构象。（3）侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。（4）包括平行式和反平行式两种构象。,-折叠特征,-sheet in a Protein,丝心蛋白,-转角,球状蛋白质分子中出现的180回折，由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。,由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成;主链骨架以180返回折叠;第
9、一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H形成氢键;多数由亲水氨基酸残基组成。,特征,无规卷曲,没有规律性的主链骨架构象。但，仍具有特定构象。,三、蛋白质的三级结构(tertiary structure),整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,肌红蛋白(Mb),Heme group,Mb的三级结构,Mb由一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素构成，血红素位于分子内部一个袋型空穴中。,Mb有8段 螺旋结构，分别称为A、B、C、D、E、F、G及H肽段。,整条多肽链折叠成紧密球状分子，非极性氨基酸残基大都在分子内部，极性氨基酸残基则在分子表面。
10、,蛋白质的超二级结构(supersecondary structures,motif),是指二级结构的基本结构单位（-螺旋，-折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体。基本形式有、。,在较大的球形蛋白质分子里，多肽链常常折叠形成两个或多个近似球状的三维实体,它们之间由舒展的肽链连接。,结构域（domain),IgG,对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和三级结构往往是一个意思，也就是说是单结构域的。,结构域是球状蛋白质的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域的缔合。,有的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。,亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键、离子键和Van der Waals
11、力。,四、蛋白质的四级结构(quaternary structure),蛋白质分子中各亚基的种类、数目、空间排布以及相互作用，称为蛋白质的四级结构。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。,血红蛋白（Hb）的四级结构,4个亚基组成（22)，-亚基含141个氨基酸，亚基含146个氨基酸。每个亚基含有1分子血红素，可结合1分子氧。,蛋白质的结构层次,氨基酸排列顺序,主链骨架局部空间结构,二级结构聚集体,多肽链中紧密的球状构象,所有原子的空间排布,多个亚基的聚合体,蛋白质的分子结构小结,蛋白质的分子结构包括4个层次：一级结构、二级结构
12、、三级结构、四级结构。其中二、三、四级称为高级结构。一级结构指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。二级结构指多肽链主链局部空间构象。三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。四级结构指两个或两个以上亚基组成的聚合体。,超二级结构指相邻的二级结构的聚集体。结构域是多肽链中紧密的球状构象。蛋白质都有一、二、三级结构。有些蛋白质有超二级结构和结构域两个过渡层次结构。两个或两个以上亚基构成的蛋白质有四级结构。,肽键具有部分双键性质，参与肽键形成的4个原子和相邻的2个C形成一个刚性的肽平面。肽键的部分双键性质以及二面角和限制了主链构象。蛋白质二级结构的主要类型有：-螺旋、-折叠、-转角以及无规卷曲。稳定一级结构的作用力：肽键、二硫键稳定高级结构的作用力：氢键、盐键、疏水力、范德华力、二硫键,蛋白质三级结构代表：肌红蛋白。蛋白质四级结构代表：血红蛋白。,
