第三章蛋白质化学之三结构和功能.ppt

蛋白质结构和功能 重点： 蛋白质二级结构 胶原蛋白结构特点 掌握： 蛋白质超二级结构 蛋白质三级结构 蛋白质四级结构 蛋白质变性 了解： 膜蛋白结构 蛋白质折叠和结构预测 蛋白质的结构层次 §5-1 蛋白质的二级结构(Secondary) 多肽链的主链在一级结构的基础上在空间的排列、或规则的几何走向、旋转及折叠。 以肽键平面为基本单位的肽链通过氢键形成而折叠、盘曲 形成的主链构象。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 天然蛋白质一般均含有α-螺旋，β-折叠，β-转角结构和无规则卷曲等 。 二级结构是由相邻的氨基酸残基的侧链基团决定的。 α-螺旋（?-helix ） 定义：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的右手螺旋结构。 α-螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰富的二级结构。是多肽链沿长轴卷曲而成的有规则的螺旋型构象。 α-螺旋几乎都是右手的，但也偶有左手的。右手螺旋比左手螺旋稳定。无论是右手还是左手螺旋都是由L-型AA残基组成。右手α-螺旋和左手α-螺旋不是对映体。 α-螺旋是手性结构，具有旋光能力，但比旋度不等于组成AA简单加和。 1、 α-螺旋的特点 以肽键平面为基本单位，Cα为转折，绕中心轴形成右手螺旋。 a-螺旋是一个棒状结构，紧密卷曲的多肽主链形成棒的内部，侧链向外伸展。 每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54nm（螺距）。每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm。 氨基酸残基侧链‘R’伸向外侧。不计侧链，螺旋直径0.5nm 相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的去向几乎与中心轴平行。 从N-末端出发，氢键是由每个肽基的C=O与其前面第3个肽基的N-H 之间形成的。 由氢键封闭的环是13元环，因此α-螺旋也称3.613-螺旋。 α-螺旋示意图 2、影响α-螺旋形成的因素 与氨基酸的组成和排列顺序有关： 在肽链上连续排列酸性或碱性氨基酸残基，由于所带电荷同性相斥，影响链内氢链生成趋势而不利于α—螺旋的形成。 较大的R侧链基团，如I1e、Phe、等集中的区段，因空间位阻的影响，不利于α—螺旋的形成； 甘氨酸残基，由于没有侧链的约束。其中Φ与Ψ角可以任意取值，从而使形成α—螺旋所需要的二面角的几率很小。如果在肽链上连续排列，则α—螺旋不能形成； 脯氨酸残基，由于其N原子位于刚件的吡咯环上，其Cα—N键不能旋转，因而不可能形成α—螺旋所需的Φ角。加上不可能形成链内氢键。脯氨酸残基是影响α—螺旋形成的最大障碍。 二、β-折叠结构 （?-pleated sheet） β-折叠又称β-片层，指两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向平行或反平行排列聚集在一起，由相邻肽链主链上的-NH和 C＝O之间形成有规则的氢键维持的多肽构象;或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而形成的构象。 1、 β-折叠的特点 β-折叠的肽链几乎是完全伸展的，所有的肽键都参与链间氢键的交联，氢键与肽链的长轴接近垂直。 两个氨基酸残基之间的轴心距为0.35nm。 氢键由相邻两条肽链中一条肽链的羰基和另一条肽链的氨基之间形成。为链间氢键。 多肽主链取锯齿状折叠构象。 在纤维蛋白中β-折叠主要是反平行，而在球蛋白中反平行和平行两种方式几乎同样广泛存在。反平行折叠片中重复周期为0.7nm，而平行中为0.65nm。 β-折叠示意图 2、影响β-折叠形成的因素 R基团过大并带同种电荷，则不能形成?-折叠片。 是纤维状蛋白质的基本构象，也存在于球状蛋白质中。 如：蚕丝蛋白中含有大量的 ?-折叠，因为其结构中含有大量的Ala和Gly（其R-基团小）。 三、β-转角结构 (?-turn) 蛋白质分子多肽链上经常出现180°的回折，在这种肽链的回折角上就是β-转角结构，它是由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H之间形成氢键（发夹结构） β-转角处富含Ala,Pro ?-转角的特点：都有四个氨基酸残基，弯角处第一个残基的C＝O和第四个残基的NH之间形成氢键，产生一种不稳定的环形结构。 存在于多肽链的转角部位，可使多肽链急剧地扭转走向，形成蛋白质地密集球形结构。?-转角多数存在于球状蛋白质中。 ?-转角示意图 四、无规则卷曲 （non-regular coil） 又称自由回转、自由绕曲。是指没有一定规律的松散肽链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域里，所以越来越受到人们的重视。 §5-2 纤维状蛋白质 一、定义 蛋白质呈纤维状，分子轴比（长轴／短轴）大于10，是有规则的线形结构。 是动物的基本支架和外保护成分。占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。 二、分类 不溶性（硬蛋白）：角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白等； 可溶性：肌球蛋白、纤维蛋白原等，球状蛋白质的长向聚集体。 1、角蛋白