Chapter5 Protein三维结构 蛋白质构象(高级结构)的研究方法 到目前为止,研究蛋白质高级结构的方法仍然是 以X射线衍射法( X-ray diffraction method为主,X射 线衍射法的原理是:当X射线(λ=500nm投射到蛋白 质晶体样品时,蛋白质分子内部结构受到激动,入 射线反射波互相叠加产生衍射波,衍射波含有被测 蛋白质构造的全部信息,通过摄影即可得一张衍射 图案( diffraction pattern),再用电脑进行重组,即可 绘出一张电子密度图( electro density map)。从电子密 度图可以得到样品的三维分子图象,即分子结构的 模型
Chapter 5 Protein 三维结构 一、蛋白质构象（高级结构）的研究方法 到目前为止，研究蛋白质高级结构的方法仍然是 以X射线衍射法(X-ray diffraction method)为主，X射 线衍射法的原理是：当X射线(λ=500nm)投射到蛋白 质晶体样品时，蛋白质分子内部结构受到激动，入 射线反射波互相叠加产生衍射波，衍射波含有被测 蛋白质构造的全部信息，通过摄影即可得一张衍射 图案(diffraction pattern)，再用电脑进行重组，即可 绘出一张电子密度图(electro density map)。从电子密 度图可以得到样品的三维分子图象，即分子结构的 模型
二、 Protein的二级结构( secondary structure)207页 1、定义:是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折 叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有α-螺旋、 β折叠、β-转角。 2、蛋白质二级结构的形式 a、α_螺旋α helix):多为右手螺旋,如角蛋白(212页) 基本参数:36Aa;0.54nm;0.15mm;每个氨基酸旋转100度 特点:形成链内氢键;氢键与中心轴平行;侧链伸向外侧。 注意:一条多肽链能否形成 0 -helix,以及所形成的螺旋是否稳定跟它的 氨基酸组成和排列顺序有密切的联系,如R大小和R基带电性质等。 b、β折叠β -sheet structure):主链呈锯齿状折叠构象 有平行式和反平行式两种,如丝心蛋白 c、阝转角(阝rn;又叫β回折或β弯曲或发夹结构) d、无规卷曲( random coil)
二、Protein的二级结构（secondary structure)207页 1、定义：是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折 叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、 -折叠、-转角。 2、蛋白质二级结构的形式 a、α—螺旋(α—helix)：多为右手螺旋，如角蛋白（212页） 基本参数：3.6Aa; 0.54nm; 0.15nm; 每个氨基酸旋转100度 特点：形成链内氢键；氢键与中心轴平行；侧链伸向外侧。 注意：一条多肽链能否形成α—helix，以及所形成的螺旋是否稳定跟它的 氨基酸组成和排列顺序有密切的联系，如R大小和R基带电性质等。 b、β—折叠(β—sheet structure): 主链呈锯齿状折叠构象 有平行式和反平行式两种，如丝心蛋白 c、 β—转角（β— turn ;又叫β—回折或β—弯曲或发夹结构） d、无规卷曲(random coil)
3、超二级结构: 由若干个相邻的二级结构单元组合在一起,形成有规则,在 空间上能辨认的二级结构组合体,用于充当三级结构的构件。在 组织层次上介于二级和三级结构之间,但没有完整的结构域。已 知的超二级结构有3种基本组合形式:α螺旋的聚集体(aα)、 螺旋和β折叠的聚集体(βαβ父),β-折叠的聚集体(βββ和 PcB) 三、 Protein的三级结构 (tertiary structure) 、定义:是指多肽链在二级结构的基础上,肽链的不同区段的侧 链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象 在内的特征三维结构。 2、维持三级结构的次级键有:疏水键、氢键、盐键和范德华力, 此外,二硫键也参与稳定三级结构。尤其是疏水键,在蛋白质三级结 构中起着重要作用 “结构域”分单结构域和多结构域三级结构蛋白质,是三维折 叠的一个层次,是一个相对独立的三维实体,是球状蛋白质的折 叠单位
3 、超二级结构： 由若干个相邻的二级结构单元组合在一起，形成有规则，在 空间上能辨认的二级结构组合体，用于充当三级结构的构件。在 组织层次上介于二级和三级结构之间，但没有完整的结构域。已 知的超二级结构有3种基本组合形式：α-螺旋的聚集体(αα)、α- 螺旋和β-折叠的聚集体(βαβ◇)，β-折叠的聚集体(βββ和 βcβ)。 三、Protein的三级结构(tertiary structure)☆ 1、定义：是指多肽链在二级结构的基础上，肽链的不同区段的侧 链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象 在内的特征三维结构。 2、维持三级结构的次级键有：疏水键、氢键、盐键和范德华力， 此外，二硫键也参与稳定三级结构。尤其是疏水键，在蛋白质三级结 构中起着重要作用 “结构域”分单结构域和多结构域三级结构蛋白质，是三维折 叠的一个层次，是一个相对独立的三维实体，是球状蛋白质的折 叠单位
四、 Protein的四级结构( quarternary structure) 、定义:是指由两条或两条以上各自具有一、二、三级结构的多 肽链通过非共价键(次级键)连接起来的结构形式;各个亚基在 这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系 2、单体蛋白质和寡聚蛋白质;均一寡聚蛋白质和不均一寡聚蛋白 质 3、亚基(亚单位; Subunit);二聚体和四聚体;原体等。 五、稳定蛋白质三维结构的作用力(201页) 肽键是肽链的基本键,其他各种化学键参加链中及链间的联系。一级 结构的肽链是由肽键CONH连接而成,但同一肽链中的不同部位有 的还有二硫(SS)桥键(如胰岛素),有的含有磷酸酯键或羧酸酯键。 二级结构的螺旋构象要靠氢键来维持。三、四级结构的构象主要由次级键, 包括氢键、离子键(盐键)、疏水键和范德华力等来维持
四、Protein的四级结构（quarternary structure)◆ 1、定义：是指由两条或两条以上各自具有一、二、三级结构的多 肽链通过非共价键（次级键）连接起来的结构形式；各个亚基在 这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。 2、单体蛋白质和寡聚蛋白质；均一寡聚蛋白质和不均一寡聚蛋白 质。 3、亚基（亚单位；Subunit ）；二聚体和四聚体；原体等。 五、稳定蛋白质三维结构的作用力（201页） 肽键是肽链的基本键，其他各种化学键参加链中及链间的联系。一级 结构的肽链是由肽键—CO—NH—连接而成，但同一肽链中的不同部位有 的还有二硫(—S—S—)桥键(如胰岛素)，有的含有磷酸酯键或羧酸酯键。 二级结构的螺旋构象要靠氢键来维持。三、四级结构的构象主要由次级键， 包括氢键、离子键(盐键)、疏水键和范德华力等来维持
六、 Protein的结构与结构、结构和功能的关系 1、蛋白质结构与结构之间的相互关系。 2、蛋白质的一级结构与生物学功能的关系:如镰形血红蛋白与分子病。 3、蛋白质的三维结构与生物学功能的关系:如牛胰核糖核酸酶 (RNae)的复的经典实验。丈 第六章蛋白质结构与功能的关系 内容已涉及,以课外补充为主。重点了解 血红蛋白的结构与功能(257页)、血红蛋 白与分子病(266页)、免疫系统和免疫球 蛋白(270页) The End
六、Protein的结构与结构、结构和功能的关系 1、蛋白质结构与结构之间的相互关系。 2、蛋白质的一级结构与生物学功能的关系:如 镰形血红蛋白与分子病。 3、蛋白质的三维结构与生物学功能的关系：如牛胰核糖核酸酶 (RNase)的复的经典实验。★ The End 第六章 蛋白质结构与功能的关系 内容已涉及，以课外补充为主。重点了解 血红蛋白的结构与功能（257页）、血红蛋 白与分子病（266页）、免疫系统和免疫球 蛋白（270页）
(e÷:N 3. 6 residues/turn 肽链內形成氢键,氬键的取向几乎与轴 平行,第一个氨基酸残基的酰胺基团的 co基与第四个氨基酸残基酰胺基团的 xyl terminus NH基形成氢键 蛋白质分子多为右手α-螺旋
• 肽链内形成氢键，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基与第四个氨基酸残基酰胺基团的- NH基形成氢键。 • 蛋白质分子多为右手-螺旋
(a)Antiparallel β-折叠结构的氢键主 要是由两条肽链之间 形成的;也可以在同 肽链的不同部分之 op view 问形成。几乎所有肽 键都参与链内氢键的 交联,氢键与链的长 轴接近垂直 (b) 8 R Side view β-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
• -折叠结构的氢键主 要是由两条肽链之间 形成的；也可以在同 一肽链的不同部分之 间形成。几乎所有肽 键都参与链内氢键的 交联，氢键与链的长 轴接近垂直。 -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
R 2 2 Type I TUrns (a) 在β-转角部分,由四个氨基酸残基组成 弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=o和第四个残基的 N-H之间形成氢键,形成一个不很稳定的环状结构 这类结构主要存在于球状蛋白分子中
• 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成; • 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 –N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 • 这类结构主要存在于球状蛋白分子中
(a) β-a- B Loop
eme group (c) Tertiary structure E C-terminus N-terrrinus