第一章 蛋白质的结构.ppt

第一章 蛋白质的结构与功能 蛋白质是活细胞中含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，是各种生物功能主要的体现者。以核酸-蛋白质的结构、功能及其相互关系为中心，逐渐形成了分子生物学，成为带领生命科学进入新时代的龙头。 蛋白质的功能与其特殊的结构有着十分密切的内在联系，结构是特定功能的内在依据，功能则是特定结构的外在表现，涉及其生物学意义、分子功能和亚细胞定位。因此，阐明蛋白质的分子结构及其与功能的关系是现代生物化学的基本命题，是揭示生命运动规律的必由之路。 1.1 蛋白质分子的结构 根 据结构特点可将天然蛋白质分为：球形蛋白质 （glosular protein）、 纤维状蛋白质（fibrous protein）、膜蛋白（membrane protein）和 天然无序蛋白质（intrinsically disordered protein），其中， 研究得最深入的是球形蛋白质，将 其分子结构划分成一、二、三、四级四个结构层次： 三级结构（tertiary structure）则指整个肽链的氨基酸残基侧链基团互相作用以及与环境间的相互作用下形成的三维结构。 寡聚体内亚基的空间排列称为四级结构（quaternary structure）。 相邻的二级结构往往形成某种有规律的、空间上可辩认的、更高层次的折叠单元，称为超二级结构（super-secondary structure）或折叠单元（folding unit），主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集。与此同时，Wetlaufer观察到蛋白质分子中存在相对稳定的球状亚结构，其间由单肽链相互连接，命名为结构域（structural domain）。 球状蛋白分子结构的不同水平 1.1.1 蛋白质的一级结构 1.1.1.1 蛋白质氨基酸 见 表1.1 1.1.1.2 蛋白质一级结构研究进展 （ 1 ）Edman降解试剂和方法的改进 （2）序列仪的改进与创新 （3）质谱法在蛋白质测序中的应用 （4）核酸测序与蛋白质测序有机结合，相互印证，仍是当前的最佳选择。 1.1.2 蛋白质的二级结构 1.1.2.1 决定蛋白质高级结构的因素 （1）肽链的折叠模式取决于其特定的氨基酸序列 多肽链中氨基酸序列包含着决定其三维结构的信息，称为蛋白质卷曲密码（code of protein folding）或立体化学密码(stereochemistry code)，至今尚未完全破译。 （2）细胞内特有的微环境（pH、离子强度、水、温度等）是多肽链折叠成天然构象的重要环境因素。 （3）维持蛋白质三维结构的作用力： 1.1.2.2 肽键的性质 肽键具有部分双键的性质，肽键两端有关原子（羰基C、羰基O、羰基C连接的Cα、氨基N、氨基H和氨基N连接的Cα）必须处于同一平面，称为肽平面。绕C-Cα单键转动的为Ψ角，绕N-Cα单键转动的为Φ角，相邻的肽平面通过Cα彼此连接（图1.5）。Ψ角以Cα-C对N-H键呈反式时为0°，Φ角以N-Cα对C-O键呈反式时为0°。从Cα看，Cα-C键或N-Cα键顺时针方向旋转用“+”号表示，沿反时针方向旋转用“－”号表示。 1.1.2.3 蛋白质的二级结构 （1）螺旋（helix）： ①α-螺旋：3.613R ； ②310R螺旋 ； ③π-螺旋：4.416R （2）β-片层（β-pleated sheet）： （3）回折（reverse turn）： ①β-回折 ； ② γ-回折： （4）Ω环（Ωloop）： （5）连接条带： （6）无序结构： 1.1.3 超二级结构 1.1.3.1 简单超二级结构： （1）α-拐角（α-α corner）： （2）α-发夹（α-hairpin）： （3）β-发夹（β-hairpin）： （4）拱形结构（arch）： （1）复绕α-螺旋（coiled-coilα-helix）: （2）βχβ-单元（βχβ-unit）： （3）β-迂回（β-meander）： （4）β-折叠筒（β-sheet barrel）： 1.1.3.3 一些已知功能的超二级结构 （1）螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix, HTH）： （2）锌指（Zine fenger, ZF）: （3）亮氨酸拉链（Leucine Zipper, LZ）： （4）螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix, HLH）： （5）EF手（EF-hand）： 1.1.4 结构域 1.1.4.1 结构域的概念： 球蛋白分子内存在紧密的球状亚结构，称为结构域。 结构域的概念具有三种不同而又