蛋白质的高级结构.docx

蛋白质的多肽链并不是线形伸展的,而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。蛋白质的三维构象,也称空间结构或高级结构,是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。高级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所必须的,包括二级、三级和蛋白质的多肽链并不是线形伸展的,而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。蛋白质的三维构象,也称空间结构或高级结构,是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。高级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所必须的,包括二级、三级和四级结构。
一、 有关概念
构型与构象
构型是指立体异构体中取代原子或基团在空间的取向,构型的改变必须通过共价键的断裂。构象是指这些取代基团当单键旋转时可能形成的不同的立体结构,构象的改变不涉及共价键的改变。
二面角
因为肽键不能自由旋转,所以肽键的四个原子和与之相连的两个a碳原子共处一个平面,称肽平面。肽平面内的C=O与N-H呈反式排列,各原子间的键长和键角都是固定的。肽链可看作由一系列刚性的肽平面通过a碳原子连接起来的长链,主链的构象就是由肽平面之间的角度决定的。主链上只有a碳原子连接的两个键是单键,可自由旋转。绕Ca-N1旋转的角称①,而绕Ca-C2旋转的角称中。这两个角称为二面角。规定当旋转键两侧的肽链成顺式时为0度。取值范围是正负180度,当二面角都是180度时肽链完全伸展。由于空间位阻,实际的取值范围是很有限的。
二、 二级结构
(一) 二级结构是肽链的空间走向
蛋白质的二级结构是指肽链主链的空间走向(折叠和盘绕方式),是有规则重复的构象。肽链主链具有重复结构,其中氨基是氢键供体,羰基是氢键受体。通过形成链内或链间氢键可以使肽链卷曲折叠形成各种二级结构单元。复杂的蛋白质分子结构,就由这些比较简单的二级结构单元进一步组合而成。
(二) 肽链卷曲折叠形成四种二级结构单元
(a-helix)a螺旋模型是Pauling和Corey等研究以-角蛋白时于1951年提出的。角蛋白是动物的不溶性纤维状蛋白,是由动物的表皮衍生而来的。它包括皮肤的表皮以及毛发、鳞、羽、甲、蹄、角、丝等。角蛋白可分为两类,一类是
a角蛋白,胱氨酸含量丰富,如角、甲、蹄的蛋白胱氨酸含量高达22%;另一类是B角蛋白,不含胱氨酸,但甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸的含量很高,蚕丝丝心蛋白就属于这一类。a角蛋白,如头发,暴露于湿热环境中几乎可以伸长一倍,冷却干燥后又收缩到原来长度。B角蛋白则无此变化。
a角蛋白的X射线衍射图案极其相似,沿长轴方向都有一个大周期结构或重复单位,其长度为5—。Pauling等考虑到肽平面对多肽链构象的限制作用,设计了多肽链折叠的各种可能模型,发现其中一种a螺旋模型能很好地说明a角蛋白的X射线衍射图案中的5—。在这个模型中,,。螺旋的直径是11埃。螺旋上升时,每个氨基酸残基沿轴旋转100°,,。这与衍射图案中的小周期完全一致。其二面角①=-57度,中=-48度。在a螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧,相邻的螺圈之间形成链内氢键,氢键的取向几乎与中心轴平行。氢键是由肽键中氮原子上的氢与其N端第四个羰基上的氧之间形成的。a螺旋的结构允许所有的肽键都