蛋白质结构分析.ppt

第一节 引言
Introduction
一、诺贝尔奖与蛋白质结构分析
1914年诺贝尔物理学奖，劳厄( Laue) 发现晶体中的X射线衍射现象
1915年诺贝尔物理学奖，布拉格父子用X射线对晶体结构的研究
1936年诺贝；实验测定三级结构时往往无法识别无规卷曲(缺失其座标)，即使有座标则其温度因子也较高。无规卷曲同Ω环的区分主要是其长度和其形状的波动性。
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（二）超二级结构的主要类型和特征
超二级结构(supersecondary structure)指位于同一主链的多个二级结构组装形成的特定组装体，可直接作为三级结构的或结构域的组成单元，是从蛋白质二级结构形成三级结构的一个过渡结构形式，也称为立体结构形成的模体。
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（1）β转角或Ω环等连接连续四个α螺旋形成的四α螺旋捆；
（2）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基、在螺旋两端含有强亲水侧链氨基酸的α螺旋组成的亮氨酸拉链(Leucine zipper)；
（3）一条主链中相邻七个两亲α螺旋通过过度结构形成的七次穿膜螺旋组；
（4）连续主链中两段α螺旋连接三段β折叠链形成的Rossmann折叠；
（5）β转角连接a螺旋构成的a-螺旋-β转角-α螺旋；
（6）Ω环连接α螺旋构成的α螺旋-Ω环-α螺旋等。
（7）β-折叠都为超二级结构。
超二级结构的主要类型：
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三级结构（protein tertiary structure），即蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。蛋白质三级结构的稳定主要靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键、二硫键、范德华力和静电作用维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分解后具有很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装(assembly)模式存在着差异，在三级结构层面不同的蛋白质将体现各自整体的结构特征。
（三）三级结构的主要类型和特征
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1. 水溶性蛋白质三级结构的基本特征
a. 飘带显示全α螺旋人血清白蛋白单体三级结构，结构略微松散()；b. 飘带显示全α螺旋人血清白蛋白单体三级结构，树枝状显示氨基酸侧链，结构明显紧密；
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c. 飘带显示全β折叠人晶状体蛋白三级结构，结构略微松散()，全蓝色的树枝状结构为配体；d. 飘带显示全β折叠人晶状体蛋白的三级结构，树枝状显示氨基酸侧链，结构非常紧密，全蓝色的树枝状结构为配体。
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2. 膜蛋白三级结构的基本特征
a～c. 细菌视紫红质蛋白，结晶时结合了大量脂类()；
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d. 人淋巴细胞激活抗原 CD98()；e. 鸡β1-肾上腺素受体，七螺旋跨膜蛋白()并结合有其配体；f. 大肠杆菌NANC离子通道蛋白()。
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3. 蛋白质三级结构中二级结构的折叠和组装
按二级结构组装模式对蛋白质进行分类对解析蛋白质高级结构形成规律和预测蛋白质功能有重要帮助。蛋白质二级结构组装模式主要是全α螺旋、全β折叠、α螺旋/β折叠，还有少量α螺旋+β折叠类。
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全a-螺旋蛋白质
人血清白蛋白(上图a,b)和细菌视紫红质(下图 a-c)
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全β-折叠蛋白质
人晶状体蛋白(上图c, d)和大肠杆菌NANC离子通道蛋白(下图f)
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a-螺旋/β-折叠蛋白质
细胞表面标志蛋白CD98(图d)及糖酵解的绝大多数酶蛋白 (图a)
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a-螺旋+β-折叠类蛋白质
人TBP与双螺旋DNA复合物()
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有独立三级结构的单元通过非共价键聚集成的非共价复合物称为四级结构，其所含独立三级结构单位为亚基(subunit)。形成四级结构全部依靠非共价键相互作用，且来自不同亚基的二级结构间可发生强的相互作用以稳定四级结构，如生成跨亚基的更大β折叠结构或α螺旋聚集体；其中，氢键、疏水相互作用和静电作用是主要维持力。为了形成稳定的四级结构，必然要求相互作用的任两个蛋白质间在空间外形互补以增加接触面且理化性质互补。这些特征也是预测蛋白质间相互作用时有用的辅助判据。
（四）四级结构的主要类型和特征
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PBO-1蛋白质呈现的对称结构
偶数亚基形成的四级结构具有较高的对称性
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二、蛋白质高级结构中二级结构的测定与指认
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