蛋白质三维结构化学

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1、第5章蛋白质的三维结构化学教学目的：使学生掌握蛋白质的二、三、四级结构，了解超二级结构和结构域教学重点：蛋白质的二级结构教学难点：结构域教学方法及手段：多媒体教学内容：一、研究蛋白质构象的方法（一）X射线衍射法（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱方法1、紫外差光谱2、荧光和荧光偏振3、圆二色性4、核磁共振二、稳定蛋白质三维结构的作用力维持蛋白质三维结构的力主要是非共价力(次级键),包括氢键、范得华力、疏水力和盐键（离子键）。此外共价二硫键在稳定蛋白质构象方面也具有重要作用。三、多肽链折叠的空间限制（一）肽平面与α-碳原子的二面角（ψ和φ）肽键是

2、一种酰胺键，通常用羰基碳和酰胺氮之间的单键表示，主链上三种键（Cα-C，C-N和N-Cα）是单键，所以原则上可绕轴自由旋转，但酰胺氮上的孤对电子与羰基氧具有明显的共轭作用。共扼的结果：C-N键具有40%双键的性质，C=O具有40%单键的性质，限制了C-N键的自由旋转。α-碳原子的二面角（φ；ψ）决定了相邻肽单位的相对位置，许多α-碳原子成对的二面角决定了多肽链主链骨架的构象，因此多肽链住链的构象都用φ和ψ二面角来描述。理论上推测α-碳原子的两个单键可以在-180o与+180o间自由旋转，蛋白质会有无数构象，但实际上蛋白质的空间构象数目很少，

3、往往具有一种或几种具有生物学活性的构象，因为α-碳原子上的两个单键的旋转受多种因素限制。（二）可允许的φ和ψ值:拉氏图α-碳原子的二面角允许的范围时多少,印度学者RamachandranGN等人根据原子的范德华半径确定了非键合原子间德最小接触距离(允许距离).根据此最小接触距离，确定哪些成对二面角（φ和ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并在横坐标（φ）对纵坐标（ψ）所作的φ-ψ图上标出。该图叫拉氏图。四、二级结构：多肽主链的局部规则构象主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角和无规则卷曲。（一）a-螺旋1、α-螺旋结构是1

4、950年PaulingL等人提出的,是纤维状蛋白和球状蛋白中均存在的结构.2、螺旋中每个α-碳的二面角φ和ψ分别在-57o和-47o附近,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，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；两个氨基酸之间的轴心距为0.15nm.每个氨基酸残基的倾角为100度.3、氨基酸的R基伸向外侧,如果R基不计算在内,螺旋的直径为0.5nm.54.相邻的两个螺旋圈间形成氢键.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基与第五个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。氢键的通式:5、天然蛋白

5、质有的为右手螺旋,有的为左手螺旋,但天然蛋白质绝大多数为右手螺旋.左手螺旋很少。6、多肽链在形成螺旋时具有协同性,一旦形成了一圈α-螺旋随后的氨基酸残基形成螺旋将即容易又快速.7.、α-螺旋是不对称分子,具有旋光能力.是α-碳原子的不对称性和α-螺旋构象的不对称性的总反映.8、非典型的螺旋结构天然蛋白质还有许多非典型的螺旋结构,为了表示螺旋结构,常采用一种表示方法:ns.n表示螺旋每上升一圈的氨基酸残基数,s表示H键封闭环内参与共价结构的原子数,典型的α-螺旋结构表示为3.613.非典型的螺旋有3.010、4.416.9、影响a-螺旋稳定因

6、素稳定因素是链内氢键.氢键能否形成与多肽链的氨基酸组成有关，如果多肽链中出现脯氨酸,螺旋不能形成。影响因素：氨基酸R基大小,较大的氨基酸残基的R基集中的区域,不利于α-螺旋的形成.如多具异亮氨酸由于在它的α-碳原子附近有较大的R基,造成空间阻碍,不能形成α-螺旋.氨基酸R基的带电情况,如在pH7时,多聚丙氨酸能形成α-螺旋,多聚赖氨酸则不能.在pH13时多聚赖氨酸能自发形成α-螺旋.脯氨酸和羟脯氨酸存在时,不能形成α-螺旋.因为脯氨酸和羟脯氨酸的α-碳原子和氨基参与R基吡咯环的形成,在形成肽键后无多余的H参与氢键的形成.（二）b-折叠(b-

7、片或b-构象)b-pleatedsheet1、b-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，肽链的主链呈锯齿状折叠构象,Cα-位于锯齿的顶角。R与折叠面垂直。2、b-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。反平行的结构更稳定.3、b-折叠中的每条多肽链叫b-股，b-折叠也具有重复结构，重复单位含2个氨基酸残基。反平行中的重复周期长度为0.7nm（每个氨基酸残基长0.35nm)，平行的为0.65nm(每个氨基酸残基长0.325nm）4、稳定b-折叠力主要是链间氢键，几乎所有肽

8、键都参与链内或链间氢键的交联，在反平行中氢键的取向与链的长轴接近垂直。5、如果,多肽链的氨基酸残基侧链过大,且带有同种电荷时,β-折叠不能形成.6、平行比反平行的β-折叠更规则，