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蛋白质空间结构与功能

第三章蛋白质结构与功能

本章介绍:研究蛋白质空间结构的方法蛋白质的二级结构纤维状蛋白质---细胞组织的结构物质球状蛋白质和三级结构寡聚体蛋白质和四级结构蛋白质空间结构与功能的关系

一研究蛋白质空间结构的方法(一)X射线衍射法是研究蛋白质空间结构的主要方法

一研究蛋白质空间结构的方法(二)核磁共振光谱法研究液态蛋白质的构象

蛋白质的二级结构指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象。二.蛋白质的二级结构天然蛋白质包括α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲等二级结构。

二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象氨基酸残基是通过肽键连接形成线性的多肽链的，仔细观察发现一个多肽链的骨架是由通过肽键连接的重复单位N-Cα-C组成的，酰胺氢和羰基氧结合在骨架上，而不同氨基酸残基的侧链连接在α-碳上。1.肽平面的结构

可将肽链的主链看成是由被Ca隔开的许多平面组成的。N端C端RHHOCCaNCaCRONOCNCaCRONCaHHHHCaH二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象

虽是单键却有双键性质，不能自由旋转周边六个原子在同一平面上前后两个a-carbon在对角(trans)CHaNCOCa0.123nm0.133nm0.153nm0.145nmC--N0.145nm(正常)C~N0.133nmC=N0.125nm(正常)二蛋白质的二级结构

二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象2.多肽链主链构象用扭角描述二面角两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）

因此，从理论上讲，蛋白质中的所有Cα-C单键和Cα-N单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。但事实上，一个天然蛋白质多态链在一定条件下只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。主要原因：二蛋白质的二级结构二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象

1.这是因为主链上由1/3具有部分双键性质的C-N键，不能自由旋转。2.此外主链上由很多R侧链，其大小及电荷情况各异。3.它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应，制约着大量的构象形成。原因：二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象

酰胺平面IICa-C和Ca-N之间是s键，可以自由旋转：两个相邻酰胺平面绕Ca的旋转酰胺平面ICaCaCaCCHOONNRHHfy二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象

完全伸展的多肽主链构象酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主链构象Φ=00，ψ=00非键合原子接触半径二蛋白质的二级结构

二蛋白质的二级结构(一)肽单位和肽链的构象3.多肽允许的构象可用拉氏图预测Ramachandran构象图

二蛋白质的二级结构(二)蛋白质的二级结构1.a-螺旋(a-helix)2.?b-折叠(b-pleatedsheet)3.?b-转角(b-turn)4.无规卷曲(nonregularcoil)

1）肽链中的酰胺平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋，并盘绕前进。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈；每圈间距0.54nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，旋转100°。α-螺旋结构的主要特点：1.α-螺旋(α-helix)二蛋白质的二级结构(二)蛋白质的二级结构

2）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧；肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴;α-螺旋结构的主要特点：1.?-螺旋(?-helix)二蛋白质的二级结构(二)蛋白质的二级结构

3）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键。α-螺旋结构的主要特点：1.?-螺旋(?-helix)二蛋白质的二级结构(二)蛋白质的二级结构

*R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。*α-螺旋遇到Pro、羟脯氨酸就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。*带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。影响a-螺旋结构稳定性的因素：1.?-螺旋(?-helix)aa对α-螺旋破坏侧链对α-螺旋的影响离子间作用对α-螺旋的影响二蛋白质