蛋白质的三维结构化学课件.ppt

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1、研究蛋白质构象的方法维系蛋白质三维结构的作用力多肽主链折叠的空间限制蛋白质二级结构纤维状蛋白超二级结构和结构域球状蛋白质与三级结构膜蛋白的结构第5章蛋白质的三维结构化学蛋白质的四级结构一、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。许多α-碳原子成

2、对的二面角决定了多肽链主链骨架的构象，因此多肽链主链的构象都用φ和ψ二面角来描述。肽平面肽平面三、多肽链折叠的空间限制（一）肽平面与α-碳的二面角（φ和ψ）当φ和ψ的旋转轴所在的两个肽平面处于共平面，并且旋转键两侧的主链处于顺式构型时，规定φ=0o和ψ=0o。此时从Cα沿键轴方向观察，顺时针旋转的φ和ψ的角度为正值（0o～+180o），逆时针旋转的为负值（0o～-180o)。HRCαNNOHCHOC逆时针顺时针φ=0oψ=0o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

3、会有无数构象，但实际上蛋白质的空间构象数目很少，因为α-碳原子上的两个单键的旋转受多种因素限制.导致多肽链折叠的限制。原因有：1、C-Cα和N-Cα间的旋转受Cα上R大小和极性的影响。2、主链上有1/3是C-N键,带有部分双键性质不能自由旋转3、当φ和ψ同时等于0度时的构象实际是不存在的.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（德兰）等人根据原子的范德华半径确定了非键合原子间的最小接触距离(允许距离).根据此最小接触距离，确定哪些成对二面角（φ

4、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，并以横坐标（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蛋白质的二级(Secondary)结构是指多肽链的主链C=O和N-H间形成的氢键维系的局部规则构象。主要有-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲。（一）-螺旋1.α-螺旋结构是1950年PaulingL（鲍林）等人提出的。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

5、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.4.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

6、成螺旋将即容易又快速.7.α-螺旋是不对称分子,因α-碳原子时手性碳原子和α-螺旋构象也具有不对称性.所以α-螺旋具有旋光性。O………………H-c-[-NH-CH-CO-]3-N-R8、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-螺旋稳定因素稳定因素是链内氢键。影响因素：(1)氨基酸R基大小

7、(2)氨基酸R基的带电情况(3)脯氨酸和羟脯氨酸等某些氨基酸存在时。（二）-折叠(-片或-构象)-pleatedsheet1、-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-基与折叠面垂直。2、-折叠有两种类型。一种为平行式，另一种为反平行式。3、-折叠中的每条多肽链叫-股，-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.

8、325nm）4、稳定-折叠力主要是链间或链内氢键，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，平行β-片一般是大结构，的β-股往往大于5个，反平行的可以只有2个β-股组成。7、平行β-折叠中的氨基酸残基的疏水侧链位于折叠片平面的两侧，反平行β-折叠中的氨基酸残基的疏水侧链的则位于一侧（它的亲水侧链和疏水侧链交替排列）8、在纤维状蛋白质中的β-折叠片主要