氨基酸与蛋白质5.ppt
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氨基酸与蛋白质5.ppt
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Myoglobincontainsasinglepolypeptidechainof153aminoacidresiduesofknownsequenceandasingleironprotoporphyrin,orheme,group.Thesamehemegroupisfoundinhemoglobin,theoxygen-bindingproteinoferythrocytes,andisresponsibleforthedeepred-browncolorofbothmyoglobinandhemoglobin.Myoglobinisparticularlyabundantinthemusclesofdivingmammalssuchasthewhale,seal,andporpoise,whosemusclesaresorichinthisproteinthattheyarebrown.Storageanddistributionofoxygenbymusclemyoglobinpermittheseanimalstoremainsubmergedforlongperiodsoftime.,Thefirstbreakthroughinunderstandingthethree-dimensionalstructureofaglobularproteincamefromx-raydiffractionstudiesofmyoglobincarriedoutbyJohnKendrewandhiscolleaguesinthe1950s.Myoglobinisarelativelysmall(Mr16,700),oxygen-bindingproteinofmusclecells.Itfunctionsbothtostoreoxygenandtofacilitateoxygendiffusioninrapidlycontractingmuscletissue.,七、球状蛋白质与三级结构,1962年诺贝尔化学奖,
(一)球状蛋白质(结构域)的分类:
1.反平行螺旋,蚯蚓肌红蛋白,子宫珠蛋白,流感病毒血凝素,烟草花叶病毒蛋白,Severalexamplesofantiparallel-proteins.,2.,-结构,丙糖磷酸异构酶(侧),丙糖磷酸异构酶(顶),丙酮酸激酶,Parallel-arrayproteinstheeight-stranded-barrelsoftriosephosphateisomerase(a,sideview,andb,topview)and(c)pyruvatekinase.,Severaltypicaldoublywoundparallel-sheetproteins.,3.全-结构,大豆胰蛋白酶抑制剂,玉红氧还蛋白,木瓜蛋白酶结构域2,Examplesofantiparallel-sheetstructuresinproteins.,伴刀豆凝集素,晶体蛋白,Examplesoftheso-calledGreekkeyantiparallel-barrelstructureinproteins.,链霉属枯草杆菌蛋白酶,谷胱甘肽还原酶结构域3,甘油醛-3-磷酸脱氢酶结构域2,Sheetstructuresformedfromantiparallelarrangementsof-strands.(a)Streptomycessubtilisininhibitor,(b)glutathionereductasedomain3,and(c)theseconddomainofglyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenaserepresentminimalantiparallelsheetdomainstructures.Ineachofthesecases,anantiparallel-sheetislargelyexposedtosolventononefaceandcoveredbyhelicesandrandomcoilsontheotherface.,4.富含金属或二硫键的蛋白质,胰岛素,磷脂酶A2,高氧还势铁蛋白,铁氧还蛋白,花菜蛋白,
(二)球状蛋白质三维结构的特征1.含多种二级结构元件;2.具有明显的折叠层次;3.球蛋白分子是紧密近似球状的实体;4.疏水侧链在分子内部,亲水侧链在分子表面;5.分子表面有空穴,是结合底物,效应物等配体,行使生物学功能的活性部位,空穴通常是一个疏水的区域。
八、膜蛋白的结构1.具有单个跨膜肽段的膜蛋白,2.具有7个跨膜肽段的膜蛋白,3.桶型膜蛋白-膜孔蛋白,
(二)脂锚定膜蛋白,疱症性口炎糖蛋白,甲状腺球蛋白,乙酰胆碱酯酶,糖脂A,*,九、蛋白质折叠和结构预测
(一)蛋白质的变性1.变性蛋白质的特点:
空间结构破坏,一级结构完好;活性丧失;溶解度降低;易分解。
2.引起变性的因素:
加热、辐射、高压等物理因素;有机溶剂、酸、碱、尿素等化学因素。
3.变性的协同性:
变性发生在较窄的范围内。
4.复性:
一定条件下可以恢复活性。
Proteindenaturation.Resultsareshownforproteinsdenaturedbytwodifferentenvironmentalchanges.Ineachcase,thetransitionfromthefoldedtounfoldedstateisfairlyabrupt,suggestingcooperativityintheunfoldingprocess.(a)Thermaldenaturationofhorseapomyoglobin(myoglobinwithoutthehemeprostheticgroup)andribonucleaseA.Themidpointofthetemperaturerangeoverwhichdenaturationoccursiscalledthemeltingtemperature,orTm.Thedenaturationofapomyoglobinwasmonitoredbycirculardichroism,atechniquethatmeasurestheamountofhelicalstructureinamacromolecule.DenaturationofribonucleaseAwastrackedbymonitoringchangesintheintrinsicfluorescenceoftheprotein,whichisaffectedbychangesintheenvironmentofTrpresidues.(b)Denaturationofdisulfide-intactribonucleaseAbyguanidinehydrochloride(GdnHCl),monitoredbycirculardichroism.,7531种可能连接方式中的1种,核糖核酸酶的复性,
(二)氨基酸序列规定蛋白质的三维结构,(三)蛋白质折叠的热力学,(四)蛋白质折叠的动力学1.折叠不是随机搜索的过程。
2.折叠时先形成局部二级结构,再形成结构域,熔球态,最后形成完整的三级结构。
3.折叠时二硫键异构酶和肽基脯氨酸异构酶起重要作用。
4.分子伴侣在折叠时有重要作用,主要是防止肽链的错误折叠.。
Amodelforthestepsinvolvedinthefoldingofglobularproteins.Chaperoneproteinsmayassistintheinitiationofthefoldingprocess.,(五)蛋白质结构的预测1.二级结构的预测参照表5-6,按Pi=Ai(被计算的氨基酸残基处于某一二级结构的份数)/Ti(肽链中的各种氨基酸残基处于某一二级结构的份数)的计算值预测,Pi大于1表示该氨基酸残基倾向于形成所预测的二级结构,Pi小于1表示该氨基酸残基倾向于形成其他构象。
相邻6个残基至少4个倾向于形成螺旋,即为螺旋核,由此延伸到4个残基的p平均值小于1,螺旋内不可出现Pro。
相邻6个残基至少3个倾向于形成折叠片,即为折叠核,由此延伸到4个残基的P平均值小于1。
Theseresiduesareclassifiedasstronghelixformers(H),helixformers(h),weakhelixformers(I),indifferenthelixformers(i),helixbreakers(b),andstronghelixbreakers(B).SimilarclasseswereestablishedbyChouandFasmanfor-sheetformingability.Suchalgorithmsareonlymodestlysuccessfulinpredictingtheoccurrenceofhelicesandsheetsinproteins.,Themolecularmotionsofthepeptideandtheeffectsofthewatermoleculesweretakenintoaccountinmappingthemostlikelypathstothefinalstructureamongthecountlessalternatives.Thesimulatedfoldingtookplaceinatheoreticaltimespanof1ms;however,thecalculationrequiredhalfabillionintegrationstepsontwoCraysupercomputers,eachrunningfortwomonths.,Asimulatedfoldingpathway.Thefoldingpathwayofa36-residuesegmentoftheproteinvillin(anactin-bindingproteinfoundprincipallyinthemicrovilliliningtheintestine)wassimulatedbycomputer.Theprocessstartedwiththerandomlycoiledpeptideand3,000surroundingwatermoleculesinavirtual“waterbox.”,2.三级结构的预测和计算机模拟原理复杂,已由一些成功的例证。
AcomparisonofthestructuresoffourproteindomainsandpredictionsofthesestructuresbytheprogramLINUSbyRoseandSrinivasan.,十、亚基缔合和四级结构,
(一)有关四级结构的一些概念亚基(单体),同多聚,杂多聚
(二)四级缔合的驱动力主要有范氏作用力,氢键,离子键和疏水作用力,其中疏水作用力最为重要,二硫键对于稳定四级结构有重要意义。
(三)亚基相互作用的方式亚基之间的分布有各种各样的对称关系。
Quaternarystructureofdeoxyhemoglobin.X-raydiffractionanalysisofdeoxyhemoglobin(hemoglobinwithoutoxygenmoleculesboundtothehemegroups)showshowthefourpolypeptidesubunitsarepackedtogether.(a)Aribbonrepresentation.(b)Aspace-fillingmodel.Thesubunitsareshowningrayandlightblue;thesubunitsinpinkanddarkblue.Notethatthehemegroups(red)arerelativelyfarapart.,Thequaternarystructureofliveralcoholdehydrogenase.Withineachsubunitisasix-strandedparallelsheet.Betweenthetwosubunitsisatwo-strandedantiparallelsheet.ThepointinthecenterisaC2symmetryaxis.,Isologousandheterologousassociationsbetweenproteinsubunits.(a)Anisologousinteractionbetweentwosubunitswithatwofoldaxisofsymmetryperpendiculartotheplaneofthepage.(b)Aheterologousinteractionthatcouldleadtotheformationofalongpolymer.,亚基之间的同多聚和杂多聚,(c)Aheterologousinteractionleadingtoaclosedstructureatetramer.(d)Atetramerformedbytwosetsofisologousinteractions.,Thepolypeptidebackboneoftheprealbumindimer.Themonomersassociateinamannerthatcontinuesthe-sheets.AtetramerisformedbyisologousinteractionsbetweenthesidechainsextendingoutwardfromsheetDAGHHGADinbothdimers,whichpacktogethernearlyatrightanglestooneanother.,Severalpossiblesymmetricarraysofidenticalproteinsubunits,including(a)cyclicsymmetry,(b)dihedralsymmetry,and(c)cubicsymmetry,includingexamplesoftetrahedral(T),octahedral(O),andicosahedral(I)symmetry.,Rotationalsymmetryinproteins.(a)Incyclicsymmetry,subunitsarerelatedbyrotationaboutasinglen-foldaxis,wherenisthenumberofsubunitssorelated.Theaxesareshownasblacklines;thenumbersarevaluesofn.OnlytwoofmanypossibleCnarrangementsareshown.(b)Indihedralsymmetry,allsubunitscanberelatedbyrotationaboutoneorbothoftwoaxes,oneofwhichistwofold.D2symmetryismostcommon.(c)Icosahedralsymmetry.Relatingall20triangularfacesofanicosahedronrequiresrotationaboutoneormoreofthreeseparaterotationalaxes:
twofold,threefold,andfivefold.Anend-onviewofeachoftheseaxesisshownattheright.,Theoligomericstatesofhemerythrininvariousmarineworms.(a)ThehemerythrininThermistezostericolacrystallizedasamonomer;(b)theoctamerichemerythrincrystallizedfromPhascolopsisgouldii;(c)thetrimerichemerythrincrystallizedfromSiphonosomacollectedinmangroveswampsinFiji.,Viralcapsids.(a)Poliovirus.Thecoatproteinsofpoliovirusassembleintoanicosahedron300indiameter.Icosahedralsymmetryisatypeofrotationalsymmetry.Ontheleftisasurfacecontourimageofthepolioviruscapsid.Intheimageontheright,lineshavebeensuperimposedtoshowtheaxesofsymmetry.(b)Tobaccomosaicvirus.Thisrod-shapedvirus(asshownintheelectronmicrograph)is3,000longand180indiameter;ithashelicalsymmetry.,Thestructureofatypicalmicrotubule,showingthearrangementofthe-and-monomersofthetubulindimer.,(五)四级缔合在结构和功能上的优越性,1.增强结构稳定性;2.提高遗传的经济性和效率;3.构成功能部位;4.为别构效应提供结构基础。
基本要求1.熟悉研究蛋白质构象的主要方法。
2.掌握稳定蛋白质三级结构的作用力。
3.熟悉多肽主链折叠的空间限制。
4.掌握蛋白质的二级结构。
5.熟悉主要的纤维状蛋白质的结构特点。
6.掌握超二级结构和结构域的含义,熟悉其结构特点。
7.掌握球状蛋白质的三级结构的特征。
8.熟悉膜蛋白的结构特点。
9.掌握蛋白质的变性和复性,了解蛋白质折叠的动力学、热力学和结构预测。
10.熟悉蛋白质四级结构的特点。
作业题1.第249页第1题;2.第249页第2题;3.第249页第5题;4.第250页第8题;5.第250页第10题;6.第250页第11题;7.流感病毒的凝集素蛋白含有一个53个残基的螺旋,这个螺旋有多长?
螺旋中的每个残基与两个氢键有关,这个螺旋中共有多少个氢键?
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- 氨基酸 蛋白质