Biochem2010v蛋白质的高级结构.ppt

球状蛋白质globular proteins 纤维状蛋白质的含量虽然很高，但种类却只占自然界中蛋白质的很小一部分。球状蛋白质是细胞各种功能的主要执行者。 球状蛋白质的二级结构元件要更加的丰富和多样。 球状蛋白质三维结构具有更加明显丰富的折叠层次：二级结构?超二级结构?结构域?三级结构?四级结构。 球状蛋白分子是紧密的球状或椭球状实体，内部空间较小，偶尔有水分子大小或更大的空腔存在。 疏水侧链大部分（80～90%）埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。 球状蛋白质globular proteins 蛋白质的四级结构 亚基之间以非共价键缔合在一起，构成蛋白质的四级结构。有些亚基之间有二硫键相连。 可以由相同的亚基构成，也可由不同的亚基组成。例如：血红蛋白含有4个亚基，α2β2。 大多数这种蛋白质中亚基数目为偶数，尤以2和4个的为多。 稳定四级结构的作用力与稳定三级结构的作用力没有本质区别。 亚基缔合的驱动力主要是疏水相互作用，亚基缔合的专一性则由相互作用的亚基表面上极性基团之间的氢键和静电相互作用提供。 四级结构的对称性 四级结构中最常见的是二聚体，也有三聚体或四聚体甚至更高的聚合体。 大多数寡聚蛋白质分子其亚基的排列是对称的，对称性是四级结构蛋白质最重要的性质之一。 蚯蚓血红蛋白hemerythrin 亚基 八聚体 三聚体 蛋白质的变性denaturation 变性：引起生物功能丧失的三维结构改变。 引起变性的因素：热、紫外线、高压和表面张力，或者有机溶剂、脲、胍、酸、碱。 蛋白质的变性实质是分子中的非共价键被破坏，引起了天然构象的解体。 变性不涉及共价键（肽键和二硫键）的破裂，一级结构保持完好。 蛋白质的变性是在很窄的变性剂浓度范围内，或pH或温度间隔内突然发生的。这表明解折叠过程是协同的。 蛋白变性的后果 生物活性丧失，这是变性的主要特征； 原本在分子内部的一些侧链R基团暴露； 溶解度降低，分子之间相互凝集，形成沉淀； 分子结构伸展松散，易被蛋白酶分解。 变性剂denaturing agent 尿素、胍、去污剂等主要是破坏蛋白质分子内的疏水相互作用，使非极性基团暴露在水中。酸碱能改变所带电荷并破坏氢键。 当变性因素除去后，变性蛋白质又可以重新回复到天然的构象，这个过程称为蛋白质的复性。 因此，一般认为，蛋白质的变性过程是可逆的。 核糖核酸酶A (RNase A)的变性复性实验 RNase A 在8 mol/L 的尿素或6mol/L盐酸胍存在下用β-巯基乙醇处理，紧密的球状结构变成松散的构象，失去酶活性。 当用透析法将尿素（或盐酸胍）和巯基乙醇除去后，RNase A的活性可以回复达到原来的95% - 100%。 尿素 盐酸胍 氨基酸序列决定三维结构 复性过程中肽链上的8个巯基的配对与天然的完全相同（如果随即组合的话有105种可能），说明巯基的配对被氨基酸的序列所决定。 蛋白质的三维结构归根结底是由一级序列决定的。 二硫键对肽链的正确折叠不是必要的，但可以稳定折叠后的结构。 Christian B. Anfinsen 1972 Nobel Prize in Chemistry：for his work on ribonuclease, especially concerning the connection between the amino acid sequence and the biologically active conformation? 蛋白质的折叠folding过程 多肽链的折叠是自发的过程，但是蛋白质是怎样达到正确的折叠构象，是很复杂的问题。 折叠的速度是很快的，许多蛋白质完成正确折叠的时间不到1秒钟。 一般认为蛋白质折叠经过一系列的中间体状态transition state。 折叠的步骤 由完全的伸展态快速形成局部二级结构（α-螺旋、β折叠片）； 局部二级结构聚集形成初始的结构域； 由这些结构域装配成熔球态molten globule； 对结构域的构象进行调整； 最后形成有完整三级结构的蛋白质。 折叠过程的模型 分子伴侣molecular chaperone 在体外蛋白质的折叠不需要额外的分子参与，但是折叠的速度比体内慢得多，因为在体内蛋白质的折叠是在催化剂的帮助下进行的。 有一类蛋白质称为‘分子伴侣’，它们通过抑制新生肽链不恰当的聚集，协助多肽链的正确折叠。 许多的这类蛋白质最初被称作‘热休克蛋白质heat shock protein’，因为它们能被高温或其它逆境所诱导。研究最多的是Hsp70和Hsp60。 很多蛋白质的折叠要求二硫键异构酶和肽脯氨酰异构酶。 ⑤ 蛋白质的高级结构 稳定蛋白质高级结构的作用力 稳定蛋白质的高级结构的作用