蛋白质的三维结构 (2).ppt

六.球状蛋白质与三级结构 三级结构(Tertiary Structure) ：是指多肽链在二级结构（超二级结构及结构域）的基础上，进一步地盘绕、折叠成具有特定走向的紧密球状构象。 1.三级结构的特点： 许多在一级结构上相差很远的aa残基在三级结构上相距很近。 大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能(如结合离子和小分子) 第三十页，共40页。 蛋白质的三维结构 (2) 第一页，共40页。 一、稳定蛋白质三维结构的作用力 ( 1 ) 主要是一些非共价键（或称次级键）：包括氢键、范德华力、疏水相互作用、盐键（离子键）。 第二页，共40页。 a. 氢键：大多数蛋白质采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如α-螺旋、β-折叠），同时保持大部分能成氢键的侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。 b. 疏水相互作用：球状蛋白质中的疏水残基（非极性）有一种自然的避开水相互相聚集在分子内部的趋势，这种现象称为疏水相互作用。它在维持蛋白质的三维结构方面占有突出的地位。 c. 离子键（盐键）：是蛋白质中带有正、负电荷的侧链之间的一种静电相互作用。生理pH下，酸性氨基酸（Asp、Glu）侧链解离成负离子，碱性氨基酸（Ｌys、Arg、His）离解成正离子，多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的表面，与水分子形成排列有序的水化层。偶尔有少数带相反电荷的侧链在分子的疏水内部形成盐键。 d. 范德华力: 极性分子间及极性基团间作用力,比氢键和离子键都弱。 第三页，共40页。 （2）此外，二硫键在稳定某些蛋白质的构象方面起着重要作用 二硫键不指导多肽链的折叠，三维结构形成后，二硫键可稳定此构象。 第四页，共40页。 维持三维结构的作用力 第五页，共40页。 二、? 二级结构的基本类型 二级结构：蛋白质多肽主链本身折叠和盘旋形成的构象。 类型：α螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲 第六页，共40页。 （一）α螺旋（α－helix） α螺旋是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件，肽链主链骨架围绕中心轴盘绕成螺旋状称为α螺旋。 1.α螺旋的结构特征： ① 蛋白质多肽链象螺旋状盘曲，每隔3.6个氨基酸残基沿中心轴螺旋上升一圈，每上升一圈沿螺旋轴方向上升0.54nm （螺距），即每个氨基酸残基向上升高0.15nm，每个氨基酸残基绕中心轴旋转100° ； ② α螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧；螺旋的直径0.5nm； ③ α螺旋的稳定性是靠链内氢键维持的。相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行；氢键是由肽键上C=O氧与它后面第四个残基上的N-H氢间形成氢键；肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，因此α螺旋相当稳定。 第七页，共40页。 2.α螺旋的手性： ① α螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然蛋白质的α螺旋几乎都是右手螺旋，右手螺旋比左手螺旋稳定 （均为L－氨基酸残基组成） 。 ②但在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手α—螺旋。 α-螺旋具有旋光能力（α碳原子构型的不对称性和α-螺旋构象本身的不对称性引起的）。α-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和。 第八页，共40页。 3. 影响α螺旋形成的因素： R侧链和pH对α螺旋的影响 ①大的R基（如Ile）造成空间阻碍不能形成α螺旋。 ② Pro（吡咯环，不具有酰胺氢，不能形成链内氢键）中止α螺旋。 ③ 多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基，不能形成稳定的α螺旋，如多聚Lys、多聚Glu。 总之R基较小，且不带电荷的氨基酸利于α螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α螺旋。 第九页，共40页。 （二）β-折叠（β－pleated sheet） 两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的N－H和C=O之间形成氢键，这样的多肽构象就是β-折叠片。 特点： （1）氢键与肽链的长轴接近垂直； （2）多肽主链呈锯齿状折叠构象； （3）侧链R基交替分布在片层平面的两侧。 β-折叠两种形式(按多肽主链中N C的指向)： 平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端均在同一侧。 反平行式：即肽链的N末端一顺一反的排列着。 ? 第十页，共40页。 在纤维状蛋白质中β-折叠主要是反平行式，氢键主要是在肽链之间形成；在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存在。 β-折叠既可在肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。  第十一页，共40页。 （三）β-转角（β－turn） 又称β-回折（reverse turn）、β-弯曲（β-bend）等。非重复性结构，球状