1、 1 研究研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法 2 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 3 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)- -細胞和組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì)細胞和組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì) 4 球狀蛋白質(zhì)和三級結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)和三級結(jié)構(gòu) 5 寡聚體蛋白質(zhì)和四級結(jié)構(gòu)寡聚體蛋白質(zhì)和四級結(jié)構(gòu) 6 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 第一節(jié)第一節(jié) 研究研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象蛋白質(zhì)空間構(gòu)象 是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間上的走向及所有原子和基團在空間中的排列與分布。上的走向及所有原子和基團在空間中的排列與分布。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包括二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)

2、和四級結(jié)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包括二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。構(gòu)。lX-射線晶體衍射和核磁共振光譜是研究射線晶體衍射和核磁共振光譜是研究大分子結(jié)構(gòu)的主要方法。大分子結(jié)構(gòu)的主要方法。 lX-射線晶體衍射可用來研究處在晶體狀射線晶體衍射可用來研究處在晶體狀態(tài)下的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)態(tài)下的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)l核磁共振核磁共振(NMR)光譜可用來研究處在溶光譜可用來研究處在溶液狀態(tài)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。液狀態(tài)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) l蛋白質(zhì)的二級蛋白質(zhì)的二級(Secondary)(Secondary)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈的結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈的原子在空間的排列。原子在空間的排列。l

3、只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。l主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折疊、折疊、 - -轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。l肽平面：主鏈肽鍵肽平面：主鏈肽鍵C-N具有雙鍵性質(zhì)而具有雙鍵性質(zhì)而不能自由旋轉(zhuǎn)，肽鍵的不能自由旋轉(zhuǎn)，肽鍵的4個原子和與之相個原子和與之相連的兩個連的兩個-碳原子碳原子(C)都處于同一個平都處于同一個平面內(nèi)，此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱肽平面或酰面內(nèi)，此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱肽平面或酰胺平面胺平面。肽平面的結(jié)構(gòu)肽平面的結(jié)構(gòu)l繞繞C-N1鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱(角角)，l繞繞C-C2鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱(角角)。l多肽鏈的所有可能構(gòu)象都能

4、用多肽鏈的所有可能構(gòu)象都能用和和這兩這兩個構(gòu)象角稱二面角描述。個構(gòu)象角稱二面角描述?？臻g障礙使順式結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定空間障礙使順式結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定蛋白質(zhì)中大約有蛋白質(zhì)中大約有6的脯氨酸殘基處于順式構(gòu)象的脯氨酸殘基處于順式構(gòu)象二面角決定了二面角決定了相鄰兩個肽平面的空間關(guān)系相鄰兩個肽平面的空間關(guān)系l在在 - -螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定；螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定；l肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型；肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型；l相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角；相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角；CONCN+O-CNCOHCl各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的

5、距離即螺距為沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,0.54nm,含含3.63.6個氨基酸殘基；個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離兩個氨基酸之間的距離為為0.15nm;0.15nm;l肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個氨向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基的酰胺基團的基酸殘基的酰胺基團的-CO-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基與第四個氨基酸殘基酰胺基團的基團的-NH-NH基形成氫鍵?；纬蓺滏I。l蛋白質(zhì)分子為右手蛋白質(zhì)分子為右手 - -螺旋。螺旋。l - -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。平

6、行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象l在在 - -折疊中，折疊中， - -碳原子總是處于折疊的角上，碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的氨基酸的R R基團處于折疊的棱角上并與棱角基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.350.35nmnm l - -折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的

7、長軸接近垂直。接近垂直。l - -折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的的N-N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。兩條肽鏈的方向相反。反平行反平行 -折疊折疊平行平行 -折疊折疊l在在 - -轉(zhuǎn)角部分，由四個轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基酸殘基組成氨基酸殘基組成; ;l彎曲處的第一個氨基酸彎曲處的第一個氨基酸殘基的殘基的 -C=O -C=O 和第四個和第四個殘基的殘基的 N-H N-H 之間形成之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。l這類結(jié)構(gòu)主要存在于球這類結(jié)

8、構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。狀蛋白分子中。l當?shù)鞍踪|(zhì)處于某種狀態(tài)時（缺乏特定分子）下是無序的，而在另一種狀態(tài)時（結(jié)合特定分子）是有序的。第三節(jié)第三節(jié) . 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)- -細胞和組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì)細胞和組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì)3.1. 3.1. -角蛋白角蛋白(keratin)(keratin)角蛋白是外胚層細胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)角蛋白是外胚層細胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)(structural (structural protein)protein)，來源于皮膚以及皮膚的衍生物：發(fā)、毛、，來源于皮膚以及皮膚的衍生物：發(fā)、毛、鱗、羽、甲，蹄、角等。鱗、羽、甲，蹄、角等。角蛋白可分為兩類，一類是角蛋白可分為兩類，一類

9、是- -角蛋白，另一類是角蛋白，另一類是- -角蛋白。角蛋白。- -角蛋白是角蛋白中的優(yōu)勢形式。角蛋白是角蛋白中的優(yōu)勢形式。帶有許多二硫鍵的角蛋白，例如指甲的角蛋白就帶有許多二硫鍵的角蛋白，例如指甲的角蛋白就很硬，而且不易彎曲。很硬，而且不易彎曲。而含有少量二硫鍵的角蛋白，例如羊毛中的角蛋而含有少量二硫鍵的角蛋白，例如羊毛中的角蛋白就很容易彎曲和抻長。白就很容易彎曲和抻長。燙發(fā)燙發(fā)3.2 絲心蛋白絲心蛋白 蠶絲的主要成分是絲心蛋白，而絲心蛋白的主要二級結(jié)構(gòu)是蠶絲的主要成分是絲心蛋白，而絲心蛋白的主要二級結(jié)構(gòu)是 -折疊。折疊。Pauling和和Corey正是依據(jù)絲心蛋白的正是依據(jù)絲心蛋白的X-射

10、線衍射圖提出了射線衍射圖提出了 -折折疊結(jié)構(gòu)。疊結(jié)構(gòu)。絲心蛋白含有的多肽鏈都是反平行排列的絲心蛋白含有的多肽鏈都是反平行排列的 -折疊結(jié)構(gòu)，大多折疊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)絲心蛋白的一級結(jié)構(gòu)含有長的重復(fù)序列片段，數(shù)絲心蛋白的一級結(jié)構(gòu)含有長的重復(fù)序列片段，-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-。絲心蛋白是很柔軟的，因為堆積的折疊片只是靠側(cè)鏈之間的絲心蛋白是很柔軟的，因為堆積的折疊片只是靠側(cè)鏈之間的范德華力結(jié)合在一起的。范德華力結(jié)合在一起的。3.3.膠原蛋白膠原蛋白 膠原蛋白或稱膠原膠原蛋白或稱膠原(collagen)是很多脊椎動物和無脊椎動物休是很多脊椎動物和無脊椎動物休內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，它

11、也屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，使骨、腱、軟骨和內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，它也屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，使骨、腱、軟骨和皮膚具有機械強度。皮膚具有機械強度。 第四節(jié)第四節(jié) 球狀蛋白質(zhì)和三級結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)和三級結(jié)構(gòu)球狀蛋白近似球形。球狀蛋白近似球形。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure) (tertiary structure) 和四級結(jié)和四級結(jié)構(gòu)通常是針對球狀蛋白質(zhì)而言。構(gòu)通常是針對球狀蛋白質(zhì)而言。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中的所有原子的三維蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中的所有原子的三維空間排列，包括它的二級結(jié)構(gòu)要素和它的側(cè)鏈在空間空間排列，包括它的二級結(jié)構(gòu)要素和它的側(cè)鏈在空間結(jié)構(gòu)上的

12、關(guān)系結(jié)構(gòu)上的關(guān)系4.1. 4.1. 三級結(jié)構(gòu)的某些特征：三級結(jié)構(gòu)的某些特征：1). 1). 球狀蛋白質(zhì)常都含有球狀蛋白質(zhì)常都含有-螺旋和螺旋和-折疊片兩種基本要素折疊片兩種基本要素2). 2). 側(cè)鏈的定位隨極性而變化側(cè)鏈的定位隨極性而變化3). 球狀蛋白具有緊密堆砌的核心球狀蛋白具有緊密堆砌的核心4). 4). 超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)(supersecondary(supersecondary structure) structure)即基元即基元(motif)(motif) 在許多蛋白質(zhì)分子中常觀察到二級結(jié)構(gòu)要素的某些組合，在許多蛋白質(zhì)分子中常觀察到二級結(jié)構(gòu)要素的某些組合，即即超二級結(jié)構(gòu)或稱

13、為基元超二級結(jié)構(gòu)或稱為基元。這些組合有：。這些組合有： 基元：兩個平行的基元：兩個平行的鏈由一個鏈由一個-螺旋右手交聯(lián)螺旋右手交聯(lián), ,為最為最常見的一種組合常見的一種組合-發(fā)夾基元：由三條反平行的發(fā)夾基元：由三條反平行的鏈鏈( (或肽段或肽段) )組成。組成。基元：由二條連續(xù)的反平行的基元：由二條連續(xù)的反平行的-螺旋構(gòu)成。螺旋構(gòu)成。-桶式桶式(-barrel) (-barrel) 基元：由連續(xù)的基元：由連續(xù)的-片卷筑而成片卷筑而成( (有三種有三種不同的形式不同的形式) )。-桶式桶式-發(fā)夾發(fā)夾5). 5). 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)(domain)l分子較大的多肽鏈常折疊成兩個或多個球

14、狀簇，這分子較大的多肽鏈常折疊成兩個或多個球狀簇，這種球狀簇叫做域或結(jié)構(gòu)域。種球狀簇叫做域或結(jié)構(gòu)域。l結(jié)構(gòu)域是由幾個超二級結(jié)構(gòu)單位組成的，大多數(shù)由結(jié)構(gòu)域是由幾個超二級結(jié)構(gòu)單位組成的，大多數(shù)由100-200100-200個氨基酸殘基構(gòu)成。平均直徑約個氨基酸殘基構(gòu)成。平均直徑約2.5nm2.5nml結(jié)構(gòu)域常具特殊功能，例如，結(jié)合小分子結(jié)構(gòu)域常具特殊功能，例如，結(jié)合小分子(3-(3-磷酸磷酸甘油醛脫氫酶同甘油醛脫氫酶同NADNAD的結(jié)合屬于這種情況的結(jié)合屬于這種情況) ) 。4.2. 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)空間構(gòu)象穩(wěn)定的因素 蛋白質(zhì)多肽鏈在生理條件下折疊形成特定的空間構(gòu)蛋白質(zhì)多肽鏈在生理條件

15、下折疊形成特定的空間構(gòu)象顯然是熱力學上一種有利的過程，是各種作用力相互象顯然是熱力學上一種有利的過程，是各種作用力相互作用、精巧平衡的結(jié)果。作用、精巧平衡的結(jié)果。（1 1）靜電相互作用：）靜電相互作用：離子相互作用：離子相互作用： 蛋白質(zhì)分子的相反電荷基團的結(jié)合稱蛋白質(zhì)分子的相反電荷基團的結(jié)合稱為鹽鍵或離子鍵為鹽鍵或離子鍵( (離子對離子對) ) 。偶極與偶極間的相互作用偶極與偶極間的相互作用: 在電中性分子之間的非共價在電中性分子之間的非共價結(jié)合統(tǒng)稱為范德華力。結(jié)合統(tǒng)稱為范德華力。l（2）氫鍵）氫鍵: 氫鍵是一種由氫鍵是一種由弱酸性的供體基團弱酸性的供體基團(D-H)和一和一個具獨電子的原子

16、個具獨電子的原子(A)之間形成的最顯著的靜電作用力之間形成的最顯著的靜電作用力。蛋白質(zhì)具有眾多的氫鍵供體和受體，包括主鏈上的羰基蛋白質(zhì)具有眾多的氫鍵供體和受體，包括主鏈上的羰基和酰胺基及極性側(cè)鏈基團。和酰胺基及極性側(cè)鏈基團。l （3）疏水作用疏水作用: 疏水作用是由于蛋白質(zhì)多肽鏈的疏水疏水作用是由于蛋白質(zhì)多肽鏈的疏水殘基具有避開水的傾向、彼此在分子內(nèi)聚集所產(chǎn)生的作殘基具有避開水的傾向、彼此在分子內(nèi)聚集所產(chǎn)生的作用力用力。這種力是維持蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的主要的作用力。這種力是維持蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的主要的作用力。l （4）二硫鍵二硫鍵:兩個硫原子之間形成的共價鍵，一般指多兩個硫原子之間形成的共價鍵，一般

17、指多肽鏈中的兩個半胱氨酸殘基側(cè)鏈的硫原子之間形成的共肽鏈中的兩個半胱氨酸殘基側(cè)鏈的硫原子之間形成的共價鍵。價鍵。二硫鍵是某些蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。二硫鍵是某些蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。l疏水鍵疏水鍵l-“非極性基團被極性水分子排擠相互聚攏”作用力。l氫鍵氫鍵-側(cè)鏈間側(cè)鏈間形成形成l范德華力范德華力（分子間分子間作用力，受彼此距作用力，受彼此距離影響離影響）離子鍵離子鍵（或鹽鍵）或鹽鍵）l 鍵 能l肽鍵肽鍵 l二硫鍵二硫鍵l離子鍵離子鍵 l氫鍵氫鍵l疏水鍵疏水鍵 l范德華力范德華力 90kcal/mol3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol這

18、四種鍵能遠小于共價鍵，稱這四種鍵能遠小于共價鍵，稱次級鍵次級鍵提問：次級鍵微弱但卻是提問：次級鍵微弱但卻是維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中主維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中主要的作用力要的作用力,原因何在原因何在?4.3.蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性l蛋白質(zhì)的變性：是指蛋白質(zhì)在某些物理和蛋白質(zhì)的變性：是指蛋白質(zhì)在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變，化學因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。 l變性是指蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而變性是指蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而肽鍵不斷裂。

19、變性后的蛋白質(zhì)某些性質(zhì)肽鍵不斷裂。變性后的蛋白質(zhì)某些性質(zhì)發(fā)生變化。發(fā)生變化。蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性 正常結(jié)構(gòu)正常結(jié)構(gòu) 變性后結(jié)構(gòu)物理因素物理因素(1)(1) 加熱：加熱： 加熱是引起蛋白質(zhì)變性的最常見加熱是引起蛋白質(zhì)變性的最常見因素，蛋白質(zhì)熱變性后結(jié)構(gòu)伸展變形。因素，蛋白質(zhì)熱變性后結(jié)構(gòu)伸展變形。(2) (2) 低溫：低溫： 低溫處理可導(dǎo)致某些蛋白質(zhì)的變性。低溫處理可導(dǎo)致某些蛋白質(zhì)的變性。如如:11S:11S大豆蛋白質(zhì)、乳蛋白在冷卻或冷凍時可以發(fā)生大豆蛋白質(zhì)、乳蛋白在冷卻或冷凍時可以發(fā)生凝集和沉淀就是低溫變性的例子。凝集和沉淀就是低溫變性的例子。(3 ) (3 ) 機械處理：機械處理： 有些機

20、械處理如揉捏、攪打等，由于剪有些機械處理如揉捏、攪打等，由于剪切力的作用使蛋白質(zhì)分子伸展，破壞了其中切力的作用使蛋白質(zhì)分子伸展，破壞了其中的的一螺旋，使蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變而導(dǎo)致一螺旋，使蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變而導(dǎo)致變性。面團的揉制就是典型的例子。變性。面團的揉制就是典型的例子。(4). (4). 其它因素：其它因素： 如高壓、輻射等處理均能導(dǎo)致蛋白的變性。如高壓、輻射等處理均能導(dǎo)致蛋白的變性?；瘜W因素化學因素 (1). pH(1). pH值值： pHpH值的變化會改變氨基酸殘基側(cè)鏈的離子值的變化會改變氨基酸殘基側(cè)鏈的離子化狀態(tài)，從而影響蛋白質(zhì)的電荷分布和氫鍵化狀態(tài)，從而影響蛋白質(zhì)的電荷分布和氫鍵的

21、穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。 (2). (2). 離液序列離子：離液序列離子： Ca2+、Mg2+離子是Pr分子中的組成部分，對穩(wěn)定Pr構(gòu)象起著重要作用，除去Ca2+、Mg2+會大大地降低Pr對熱、酶的穩(wěn)定性； 而Cu2+、Fe2+、Hg2+、Ag+等易與Pr分子中的-SH形成穩(wěn)定的化合物，而降低蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。 (3). (3). 有機溶劑：有機溶劑： 有機溶劑可降低有機溶劑可降低PrPr分子間的靜電斥，導(dǎo)致其分子間的靜電斥，導(dǎo)致其變性；變性； 或是進入蛋白質(zhì)的疏水性區(qū)域，破壞蛋白或是進入蛋白質(zhì)的疏水性區(qū)域，破壞蛋白質(zhì)分子的疏水相互作用。質(zhì)分子的疏水相互作用。 (4). (4). 有機化合物：有機化合

22、物： 高濃度的脲素和胍鹽(48molL)會導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子中氫鍵的斷裂，因而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性 十二烷基磺酸鈉( SDS )能在蛋白質(zhì)的疏水區(qū)和親水區(qū)間起作用，不僅破壞疏水相互作用，還能促使天然蛋白分子伸展，所以是一種很強的變性劑。(5). (5). 還原劑：還原劑： 巰基乙醇、半胱氨酸、二硫蘇糖醇等還原劑能使Pr分子中存在的二硫鍵還原，從而改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象。 l除去變性因素，在適當條件下變性蛋白質(zhì)除去變性因素，在適當條件下變性蛋白質(zhì)可恢復(fù)其天然構(gòu)象和生物活性，這種現(xiàn)象可恢復(fù)其天然構(gòu)象和生物活性，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（renaturation）。）。l如果變性條件劇烈持久，蛋

23、白質(zhì)的變性是如果變性條件劇烈持久，蛋白質(zhì)的變性是不可逆的。不可逆的。4.4.1 多肽鏈的折疊是一個有序的過程多肽鏈的折疊是一個有序的過程l蛋白質(zhì)折疊途徑蛋白質(zhì)折疊途徑 ： 局部折疊的二級結(jié)構(gòu)局部折疊的二級結(jié)構(gòu)（ 螺旋、螺旋、 折疊）折疊）熔融小球（疏水區(qū)熔融小球（疏水區(qū)聚集）聚集） 三級結(jié)構(gòu)形成三級結(jié)構(gòu)形成 單域蛋白形成單域蛋白形成4.4.2 分子伴侶分子伴侶l一組生物體內(nèi)廣泛存一組生物體內(nèi)廣泛存在的蛋白質(zhì)，非共價在的蛋白質(zhì)，非共價地與新生肽鏈和解折地與新生肽鏈和解折疊的蛋白質(zhì)肽鏈結(jié)合，疊的蛋白質(zhì)肽鏈結(jié)合，并幫助它們折疊和轉(zhuǎn)并幫助它們折疊和轉(zhuǎn)運。運。l主要有二大類：伴侶主要有二大類：伴侶蛋白、

24、熱激蛋白蛋白、熱激蛋白70家家族。族。 l1、運用物理化學的方法，測定蛋、運用物理化學的方法，測定蛋 白質(zhì)最白質(zhì)最低能量的構(gòu)象。低能量的構(gòu)象。l需要復(fù)雜的數(shù)學運算。需要復(fù)雜的數(shù)學運算。l目前很少獲得目前很少獲得 成功，但是對于研究蛋白成功，但是對于研究蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象非常有用。質(zhì)的空間構(gòu)象非常有用。l2、經(jīng)驗方法、經(jīng)驗方法比理論方法容易，也易成功比理論方法容易，也易成功l由由Chou 和和Fasman在在70年代提出來年代提出來l每種氨基酸出現(xiàn)在各種二級結(jié)構(gòu)中傾向或者頻率每種氨基酸出現(xiàn)在各種二級結(jié)構(gòu)中傾向或者頻率是不同的是不同的例如：例如：lLeu,Met ,Glu ,Ala是是-螺旋的強形成

25、者螺旋的強形成者;lIle, Val,Phe,Tyr是是-螺旋的強形成者螺旋的強形成者; lPro,Gly是是 螺旋的強破壞者螺旋的強破壞者;lPro也不適合于也不適合于 折疊折疊lPro,Gly往往出現(xiàn)在往往出現(xiàn)在-拐角處拐角處,而而Val則不會出現(xiàn)則不會出現(xiàn). 苯丙酪苯丙酪第五節(jié)第五節(jié) 寡聚體蛋白質(zhì)和四級結(jié)構(gòu)寡聚體蛋白質(zhì)和四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)定義四級結(jié)構(gòu)定義 許多蛋白質(zhì)分子是由兩個或兩個以上具有三級結(jié)許多蛋白質(zhì)分子是由兩個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的。這些多肽鏈借次級鍵締合在一起，構(gòu)的多肽鏈組成的。這些多肽鏈借次級鍵締合在一起，蛋白質(zhì)分子的這種結(jié)構(gòu)形式稱為蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)蛋白質(zhì)分子的

26、這種結(jié)構(gòu)形式稱為蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 Quarternary structure 5.1. 四級結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容四級結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容研究寡聚蛋白質(zhì)中亞基的數(shù)目和亞基間的相互關(guān)研究寡聚蛋白質(zhì)中亞基的數(shù)目和亞基間的相互關(guān)系系 含有兩個或多個折疊的多肽鏈，它們彼此聚集，構(gòu)含有兩個或多個折疊的多肽鏈，它們彼此聚集，構(gòu)成一個完整的、有功能的實體，這種蛋白質(zhì)稱成一個完整的、有功能的實體，這種蛋白質(zhì)稱寡聚寡聚蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。在寡聚蛋白質(zhì)中，每一條折疊的多肽鏈稱為在寡聚蛋白質(zhì)中，每一條折疊的多肽鏈稱為亞基亞基(subunit) (subunit) 。 在寡聚蛋白質(zhì)中，穩(wěn)定亞基間相互關(guān)系的作用力與維在寡聚蛋白質(zhì)

27、中，穩(wěn)定亞基間相互關(guān)系的作用力與維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的作用力相同，即持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的作用力相同，即亞基間的離子鍵、亞基間的離子鍵、氫鍵和疏水作用力等。氫鍵和疏水作用力等。 原體原體：由一條肽鏈：由一條肽鏈(一個亞基一個亞基)構(gòu)成，也可以由幾條構(gòu)成，也可以由幾條不同的肽鏈不同的肽鏈(幾個不同的亞基幾個不同的亞基)構(gòu)成。構(gòu)成。 例如血紅蛋白例如血紅蛋白5.2. 寡聚體蛋白質(zhì)亞基的對稱性寡聚體蛋白質(zhì)亞基的對稱性l蛋白質(zhì)只有旋轉(zhuǎn)對稱這樣一種類型的對稱方式蛋白質(zhì)只有旋轉(zhuǎn)對稱這樣一種類型的對稱方式l 在寡聚體蛋白質(zhì)中，每個亞基本身是不對稱的，整個在寡聚體蛋白質(zhì)中，每個亞基本身是不對稱的，整個寡聚體的四級結(jié)

28、構(gòu)卻是對稱的。寡聚體的四級結(jié)構(gòu)卻是對稱的。l但是，蛋白質(zhì)不可能倒置或鏡像對稱，因為這樣一種對但是，蛋白質(zhì)不可能倒置或鏡像對稱，因為這樣一種對稱結(jié)合把手性稱結(jié)合把手性L-殘基轉(zhuǎn)變成殘基轉(zhuǎn)變成D-殘基。殘基。5.3. 5.3. 寡聚體蛋白質(zhì)存在的意義寡聚體蛋白質(zhì)存在的意義1 1 增高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性增高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性. . 亞基結(jié)合的一個普遍性的好處是有利于減少蛋白質(zhì)表面亞基結(jié)合的一個普遍性的好處是有利于減少蛋白質(zhì)表面積積/ /體積比。體積比。減少減少蛋白質(zhì)表面與溶劑水的相互作用，蛋白質(zhì)表面與溶劑水的相互作用，使使蛋白質(zhì)變得更加穩(wěn)定。蛋白質(zhì)變得更加穩(wěn)定。2 2 遺傳上的經(jīng)濟性和有效性遺傳上的經(jīng)濟性和

29、有效性. . 蛋白質(zhì)單體的寡聚結(jié)合對一種生物來說，在遺傳上是經(jīng)蛋白質(zhì)單體的寡聚結(jié)合對一種生物來說，在遺傳上是經(jīng)濟的。濟的。編碼一個能裝配成同聚多體的單體所需要的編碼一個能裝配成同聚多體的單體所需要的DNADNA片段比編碼一條與該同聚多肽具同樣分子量的大多肽所片段比編碼一條與該同聚多肽具同樣分子量的大多肽所需的需的DNADNA片段小許多。片段小許多。例如例如HIV(HIV(人類免疫缺陷性病毒人類免疫缺陷性病毒) )蛋白酶蛋白酶是由相同亞基構(gòu)是由相同亞基構(gòu)成的一種二聚體蛋白質(zhì)，但分子量只是那些由單一肽鏈成的一種二聚體蛋白質(zhì)，但分子量只是那些由單一肽鏈構(gòu)成的酶（同功能）的一半。構(gòu)成的酶（同功能）的一

30、半。l3 協(xié)同性協(xié)同性. 別構(gòu)效應(yīng)物作用于蛋白質(zhì)的某些部別構(gòu)效應(yīng)物作用于蛋白質(zhì)的某些部位而發(fā)生的相互影響稱為協(xié)同性。位而發(fā)生的相互影響稱為協(xié)同性。l4 匯聚蛋白的活性部位匯聚蛋白的活性部位. 許多酶的催化效力來許多酶的催化效力來自單個亞基的寡聚結(jié)合。自單個亞基的寡聚結(jié)合。l例如，細菌谷氨酰胺合成酶的活性部位就是由相鄰亞基對構(gòu)例如，細菌谷氨酰胺合成酶的活性部位就是由相鄰亞基對構(gòu)成的，解離的單體是無活性的。成的，解離的單體是無活性的。l一、一、血紅蛋白和肌紅蛋白的生理作用及結(jié)構(gòu)血紅蛋白和肌紅蛋白的生理作用及結(jié)構(gòu)l最常見有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)是血紅蛋白最常見有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)是血紅蛋白l血紅蛋白血紅蛋白

31、是血液中紅細胞的主要蛋白質(zhì)。是血液中紅細胞的主要蛋白質(zhì)。l功能功能:隨血液在肺部和毛細血管間轉(zhuǎn)運氧。隨血液在肺部和毛細血管間轉(zhuǎn)運氧。 血紅蛋白血紅蛋白-亞基由亞基由141個氨基酸殘基組成，個氨基酸殘基組成，-亞基亞基由由146個氨基酸殘基組成。共個氨基酸殘基組成。共2個個-亞基亞基2個個-亞基亞基第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系l肌紅蛋白肌紅蛋白存在于肌肉等組織中。存在于肌肉等組織中。l功能：當氧從毛細血管中擴散進入肌肉功能：當氧從毛細血管中擴散進入肌肉組織后，就被組織細胞內(nèi)的肌紅蛋白結(jié)組織后，就被組織細胞內(nèi)的肌紅蛋白結(jié)合。肌紅蛋白是組織細胞內(nèi)的氧貯存者。合。

32、肌紅蛋白是組織細胞內(nèi)的氧貯存者。 肌紅蛋白是由肌紅蛋白是由153個個aa殘基組成的單鏈蛋殘基組成的單鏈蛋白白血紅蛋白和肌紅蛋白對氧親和力的差別，導(dǎo)致一種有效的氧血紅蛋白和肌紅蛋白對氧親和力的差別，導(dǎo)致一種有效的氧釋放系統(tǒng)的產(chǎn)生釋放系統(tǒng)的產(chǎn)生該差別是由它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致。該差別是由它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致。l二、血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線二、血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線l 肌紅蛋白的氧合曲線是雙曲線，而肌紅蛋白的氧合曲線是雙曲線，而血紅蛋白的氧合曲線是血紅蛋白的氧合曲線是S型曲線。型曲線。lP50 半飽和氧分壓半飽和氧分壓l肌紅蛋白和血紅蛋白對氧的親和性的差異形成了有效肌紅蛋白和血紅蛋白對氧

33、的親和性的差異形成了有效的將氧從肺轉(zhuǎn)運到肌肉的氧轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。的將氧從肺轉(zhuǎn)運到肌肉的氧轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。 Y為氧飽和度，為氧飽和度，pO2為氧分壓。為氧分壓。l血紅蛋白的氧合曲線為血紅蛋白的氧合曲線為S形，而肌紅蛋白的氧形，而肌紅蛋白的氧合曲線為雙曲線，合曲線為雙曲線，S形曲線說明血紅蛋白與氧形曲線說明血紅蛋白與氧的結(jié)合具有協(xié)同性。的結(jié)合具有協(xié)同性。l l脫氧血紅蛋白分子中，它的四條多肽鏈的脫氧血紅蛋白分子中，它的四條多肽鏈的C端都參與了鹽橋的形成。由于多個鹽橋的存端都參與了鹽橋的形成。由于多個鹽橋的存在，使它處于受約束的強制狀態(tài)。當一個氧分在，使它處于受約束的強制狀態(tài)。當一個氧分子沖破了某種阻力和血紅蛋白的一個亞基結(jié)合子沖破了某種阻力和血紅蛋白的一個亞基結(jié)合后，這些鹽橋被打斷，使得亞基的構(gòu)象發(fā)生改后，這些鹽橋被打斷，使得亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，從而引起鄰近亞基的構(gòu)象也發(fā)生改變，這變，從而引起鄰近亞基的構(gòu)象也發(fā)生改變，這種構(gòu)象的變化就更易于和氧的結(jié)合；并繼續(xù)影種構(gòu)象的變化就更易于和氧的結(jié)合；并繼續(xù)影響第三個、第四個亞基與氧的結(jié)合，故表現(xiàn)出響第三個、第四個亞基與氧的結(jié)合，故表現(xiàn)出S型的氧合曲線。型的氧合曲線。 l(二二) 氧合曲線的不同反映出生理環(huán)境的差異氧合曲線的不同反映出生理環(huán)境的差異l P50:達到最大達到最大 氧量氧量50%時的氧分壓時的氧分壓.l