3第三章蛋白质的结构与功能2.ppt

第三章 蛋白质的结构与功能 X-射线晶体衍射和核磁共振光谱是研究大分子结构的主要方法。 X-射线晶体衍射可用来研究处在晶体状态下的蛋白质的空间结构 核磁共振(NMR)光谱可用来研究处在溶液状态的蛋白质的结构。 蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链的原子在空间的排列。 只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有?-螺旋、?-折叠、?-转角。 肽平面：主链肽键C-N具有双键性质而不能自由旋转，肽键的4个原子和与之相连的两个α-碳原子(Cα)都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称肽平面或酰胺平面。 绕Cα-N1键旋转的角度称Φ(角)， 绕Cα-C2键旋转的角度称Ψ(角)。 多肽链的所有可能构象都能用Φ和Ψ这两个构象角称二面角描述。 （1）?-螺旋 ?-helix 在?-螺旋中肽平面的键长和键角一定； 肽键的原子排列呈反式构型； 相邻的肽平面构成两面角； （1）?-螺旋 各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子为右手?-螺旋。 ?-螺旋 （2）?-折叠 ?-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象 在?-折叠中，?-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm （2）?-折叠 ?-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 ?-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。 （3）?-转角 ?-turn 在?-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 –N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。 当蛋白质处于某种状态时（缺乏特定分子）下是无序的，而在另一种状态时（结合特定分子）是有序的。 5). 结构域(domain) 分子较大的多肽链常折叠成两个或多个球状簇，这种球状簇叫做域或结构域。 结构域是由几个超二级结构单位组成的，大多数由100--200个氨基酸残基构成。平均直径约2.5nm 结构域常具特殊功能，例如，结合小分子(3-磷酸甘油醛脱氢酶同NAD的结合属于这种情况) 。 （2）氢键: 氢键是一种由弱酸性的供体基团(D-H)和一个具独电子的原子(A)之间形成的最显著的静电作用力。蛋白质具有众多的氢键供体和受体，包括主链上的羰基和酰胺基及极性侧链基团。 （3）疏水作用: 疏水作用是由于蛋白质多肽链的疏水残基具有避开水的倾向、彼此在分子内聚集所产生的作用力。这种力是维持蛋白质分子稳定的主要的作用力。 （4）二硫键:两个硫原子之间形成的共价键，一般指多肽链中的两个半胱氨酸残基侧链的硫原子之间形成的共价键。二硫键是某些蛋白质维持结构稳定性的主要因素。 4.3.?? 蛋白质的变性与复性 蛋白质的变性：是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质变性。 变性是指蛋白质高级结构发生改变，而肽键不断裂。变性后的蛋白质某些性质发生变化。 蛋白质变性的因素 物理因素 (1) 加热： 加热是引起蛋白质变性的最常见因素，蛋白质热变性后结构伸展变形。 (2) 低温： 低温处理可导致某些蛋白质的变性。 如:11S大豆蛋白质、乳蛋白在冷却或冷冻时可以发生凝集和沉淀就是低温变性的例子。 (3 ) 机械处理： 有些机械处理如揉捏、搅打等，由于剪切力的作用使蛋白质分子伸展，破坏了其中的α一螺旋，使蛋白质网络发生改变而导致变性。面团的揉制就是典型的例子。 化学因素 (1). pH值： pH值的变化会改变氨基酸残基侧链的离子化状态，从而影响蛋白质的电荷分布和氢键的稳定性。 (2). 离液序列离子： Ca2+、Mg2+离子是Pr分子中的组成部分，对稳定Pr构象起着重要作用，除去Ca2+、Mg2+会大大地降低Pr对热、酶的稳定性； 而Cu2+、Fe2+、Hg2+、Ag+等易与Pr分子中的-SH形成稳定的化合物，而降低蛋白质的稳定性。 (3). 有机溶剂： 有机溶剂可降低Pr分子间的静电斥，导致其变性； 或是进入蛋白质的疏水性区域，破坏蛋白