4蛋白质的二级结构

4蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构 2010遗传学 2)偶极离子间的能量 PartA 热动力学与蛋白质分子的构象 3/4Qu cos ,/4,,O,to r3(一个偶极子之间的角度和R3一种蛋白质自身所采取的构象或者功能状态取决于热成反比的函数) 动力学。(如典型的核糖核酸酶实验) –u12u22/3(4 ,,O,)2kTr6.------为了自由旋转偶极子蛋白质的天然构象或者有功能的构象是由热力学规律(偶极相互作用) ，给予能源(Keesom energy) 由于控制的:酵素破坏氢键，巯基乙醇破坏二硫键 蛋白质分子内的相互作用，偶极更合适的，作用时间1 )部分决定于多肽链氨基酸残基的局部分布; 相对长。 2 )在非局部构造特征折叠中，由重要的起主导的作 用力决定。 3、四极电荷，偶极-四极，四极-四极间的相互作用作用力讲课顺序从强到弱 弱于那些电荷和偶极离子，并各自依靠r-3, r-4 and r-5 由于不同的静电作用，原子间的作用力影响蛋白分 功能:蛋白质中最重要的四极电子基团是芳香环，子中的每个原子 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面势能、量子力、分子与周围溶剂他们间的弱极性相互作用，对蛋白质结构稳定性有着(一般为水)的热力学性质 重要作用。 一、共价作用力 三、范德华力 特点:蛋白质的原子之间共价作用力大于非共价力，请参看另外一本参考… 之间的相互作用力是与各原子核之间的距离和键角有四、氢键 关的。 紧密接触(原子核相隔不到的范德华半径数值)未成概念:氢键描述的是一个带有部分正电荷氢原子与一键原子之间的复杂作用。。 个以共价键相连的电负性供电原子间的相互作用，受非紧密接触 邻近电子间形成的键是局部构象参数主体原子具有电子密度。 氢键在蛋白质结构有重要作要的决定因素，并且未成键原子互相排斥力，是一个，它被普遍认为有别于一般的偶极相互作用。 用 主要的对空间构象的局限。 供体和受体间的氢键 二、静电作用力 包括: 1)带电基团之间相互作用; 2)偶极离子之间的相互作用 。 1、电荷间的相互作用 1 )产生静电作用力的基团包括电荷间与偶极间的相 互作用。电荷与电荷间的相互作用和,, 间的潜能12 有关，,/4πεεr, ，原子中两电荷之间的距离为r，1, 02 ε 是真空电容率，ε 是溶液的电介质常数 0 这些库仑力是长距离作用力，但由于干扰和周围 的高介电常数物质例如水或溶质离子存在而大大减 小，电荷表面间的相互作用，而不是点电荷，具有更 长的作用距离，受溶质离子影响更深，特别是多价离 子; 2 、偶极离子间的相互作用 1) 偶极离子间势能 -3/4Qu cos ,/4,,O,r2 -3/4/Q2u2/6(4 ,,O,)2 kTr4, 其中K是玻尔兹曼常数和 T是绝对温度 氢键键能: 五、疏水作用,必考,, (1)氢键相互作用的势能的是两个电负性原子核间的 距离和在氢原子与受体原子间的取向有关的一个复杂可能需要结合一些具体的例子考 的功能作用: 1 氢原子间的氢键是线性的 在受体原子中的角度取(概念)由于溶剂水的存在，水分子间发生强烈的相决于原子杂化的轨道: SP2受体(如碳-氧)是120 ，互作用，导致非极性溶质相互排斥。 并在SP2的杂化轨道或SP3受自从Kauzmann (1959) 提出这个新的观点，疏水作用体(如丝氨酸OH)为 当偏力普遍被认为是稳定球蛋白折叠状态的主要影响因109.5。然而，即使有一个很大角度变化范围， 离理想状态相当大时( +40 )也只有轻微的自由能素，它具有疏水的内部(和油滴相连)和极性(亲水变化。 的)外部。 2 氢键的强度与键长成反比 在蛋白质中主链氨基酸 间形成氢键，N-O间距离是0。29纳米(B-折叠)-0。疏水作用的解释: 30纳米(,-螺旋)，但由弱的氢键维持的电负性原子1 )疏水效应的一种解释:与极性水相相比，水分子之间的距离最大值也会超过0.35 nm左右。 在非极性表面的自由度减少造成的 3 在某些情况下，两个受体原子的氢原子间相互作用，2 )另一种理解疏水作用力的途径是分子表面张力的形成一个半氢键 键长相当长，分享键能结合在一起。扩展。这种直观 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法的作用体现在:它指出了疏这种类型有别于正常的受体间形成的双氢键(尤其是水作用力是依赖于水分子与非极性表面接近程度的减大多数氧原子) ，在这种情况下，形成的第二个氢键少(Chothia, 1974)。虽然表面张力这种宏观概降低了第一个的键能。 念与分子表面尺寸(维度)不相符合，但是很接近， 包括表面自由能弯曲(曲度)，使微观(分子)与宏 观(碳水化合物与水分子分界面的表面张力)协调一 致 3)此外，溶剂熵值也是与疏水效应相关的因素，蛋白 质分子的熵值有对折叠构象的稳定有一个大的影响。 PartB二级结构的概念 (定义)二级结构是在多肽链的主链内部的原子空间 排列布局，而不考虑到其侧链或与其有关的其他片段。 4 带相反电荷供体和受体间氢键作用特别强，可能存 在多个氢键 精氨酸胍基和天冬氨酸羧基或谷氨酸残 基之间也同样存在这种情况。在非极性环境下对于偶 极-偶极离子间相互作用，氢键也是增强的。 (2)在真空中供体和受体之间形成氢键的自由能，一 般8-40千焦/ mol范围内。然而，水是一个很好的 氢键供体和受体，例如氨基和水及氨基和氨基间氢键 能量差值是很小的。蛋白质中供体和受体间形成氢键， 无论是蛋白质内或溶剂。 过有时G1y或Pro可形成顺式肽键，即,接近于0?。 (C,连接两个刚性平面) b. 扭转角, 和,:另外2个扭转角, 和,的旋转实际PartB C 肽骨架:键和键角 上是所有蛋白质构象变化的来源，是蛋白质立体结构一、键长 的重要参数。但是这种旋转是受原子间的相互作用所 研究表明，肽键是刚性的平面(称为肽平面或酰限制的，即每对原子之间的接触距离不能小于两者的胺平面)，其中N原子与羧基C原子之间的键具有部范德华半径之和。 分双键性质，不能旋转。 二、键角 1、构象角的定义 本书中所出现的扭转角和构象角被视为同一概念。 考察一个四原子体系A一B一C一D，假定键长、键 角都是固定的，则扭转角定义为平面ABC与平面BCD 之间的夹角,以,表示。沿着中央2个原子连接的方向 BC(或CB，2种方向均可)观看时，以近端的一个键 A一B(或C一D)作为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 参考，若远端的键C一D (或A一B)相对0?为顺时针方向旋转时，定义,为(扭转角, 和,可变化的范围——Ramachandran构象图) 正值;若为反时针方向，定义,为负值。如果远端键与(肯能会考到) 近端键投影重合形成顺式构象，定义,,0? ，若为反 式构象，则,=180?，并规定一180? ,,,180? PartB D 螺旋结构——,螺旋 2、多肽链主链的扭转角 1)、定义:沿着主链的氨基酸序列的方向,将围绕着N螺旋结构可按下列参量来定义,每圈的氨基酸残一C,键、C,,C键及C,N键的旋转各自涉及到的4基数,n,，单位高度(沿着螺旋轴每个氨基酸长度),h,， 单位扭角,沿螺旋轴每个氨基酸旋转的角度,,t= 个原子的扭转角,分别以希腊字母,,,和,表示; 360?/n,。 1、 ,-螺旋模型(n = 3.6, h = 0.15 nm ) 2)、性质 a. 扭转角,:由于肽键是一个刚性平面而且通常是反 式构象，因此几乎所有多肽链的都接近于于180?，不 1)聚丙氨酸-,螺旋; 主链的二面角角度为:ф，-57.4?;ψ，-47.5?;ω， -179.8?;其他的参数为:n，每轮螺旋含3.62个氨基 酸;h，0.15 nm(每轮0.543 nm);N-H…O键长为0.286 nm。 下图所示这种螺旋结构中，用圆柱体的极线坐标表示 出每一轮原子的位置。相对于螺旋轴的氨基碳，氧原 子发生倾斜，NH键几乎平行于螺旋轴。 2、,螺旋的稳定性 据观察人工多肽得出的结论，螺旋的稳定性随着螺旋 长度的增加而增加。然而在球蛋白中，螺旋的平均长 度相对较短，平均是10个残基，很少有多余的20个 残基的，被分子结构域的外形尺寸所限制。 在蛋白质中螺旋的末尾通常通过氨基酸残基和侧链与 珠帘NH和CO以氢键来结合方式加帽，在人工合成的2)其他氨基酸残基,-螺旋形式(,-63 o, , -40 o ) 短肽中这种结构能稳定,螺旋结构。 Baker and Hubbard 检测了一系列蛋白质中α-螺 旋的主链二面角，大约为(ф-63?，ψ-40?)，与α- 多聚-L-丙氨酸中角度大不相同;这被Barlow and 3、 ,螺旋的氢键特点。 Thornton(1988) 证实，他们同时发现，在一些相(请参考另外一本资料) 似的蛋白质中，平均角度值为(-62?，-41?)。 4、在膜蛋白中的,-螺旋: 3) 两性分子螺旋 第一种类型:在整合膜蛋白的跨膜区域，α-螺旋是主两性分子螺旋，一面是非极性侧链，而相反的一面是要的二级结构，部分满足了主链氨基基团对氢键的要极性并带电荷的基团。这种结构形象的描述为螺旋轮求。成簇的α-螺旋，平行或反平行地排列并垂直于膜结构。 平面，形成一种亲水表面，同时极性侧链具有一些电 荷，通过窄的中心孔，促进离子的跨膜运输，例如在 细菌视紫质中。脯氨酸残基，虽然(可能是由于)标具有一个大的半径，较小的螺距，每圈大约3.2个氨基准α-螺旋几何学瓦解，在这种跨膜结构中也普遍存酸，因此和α-螺旋的几何学很相近 在。 ? 与α-螺旋相比，310螺旋的稳定性较差，氢键距第二种类型:另一种类型的嵌入膜的α-螺旋，是一种离也较长(N…O距离为0.309 nm, H…O距离为0.217 短的疏水螺旋并平行于膜平面，与双分子层表面相接，nm)，C=0…H角度也不是很有利 出现在前列腺素H2合酶-1中。 ? 具有局部310螺旋几何学的蛋白质构象片段作为5、 ,螺旋的脯氨酸残基(常常出现在,-螺旋C端三个位转角的成分或作为α-螺旋C-末端是非常普遍的现象。 置)。球蛋白中α-螺旋脯氨酸残基的分布和特征: 当其作为α-螺旋的C-末端时，这种构象可能是310和? α-螺旋中大多数脯氨酸残基都出现在第一圈，在α-螺旋的中间体，也可能被认为是一种扭转的α-螺旋 此处i?i-4氢键与脯氨酸是可共存的。 ? 在α-螺旋的N-末端，脯氨酸位于位置2，位置1分布: (脯氨酸邻位)经常为 天冬氨酸、天冬酰胺、丝? 虽然这种结构稳定性相对较低，较短的310螺旋 氨酸或苏氨酸，这样能够接受第三位氨基酸残基结构在蛋白质中是相当普遍的， 3.4 ,的残基出现 NH基团上的氢键。 在310螺旋结构中，但96 ,以上的螺旋为4个或更? 脯氨酸残基经常出现在α-螺旋 C-末端后的三个少的残基长度。 位置 ? 具310螺旋几何结构的蛋白质片段在转角结构组 成和,螺旋C端是相当普遍的。、 2、其他螺旋结构 1)左手-,螺旋结构 3),-螺旋 从Ramachandran图谱中(图5)可以看到有一个小区Pauling and Corey ( 1953)发现一个更加松散的螺旋，每域:(ф，ψ)为(+50?，+50?)，可形成左手α-螺旋螺旋一周含5.2残基，氢键从NHI到COi-5，但是，结构。然而，正如Ramachandran et al.(1963)指出，右正如他们所指出的，这种结构有一个沿其轴心圆形孔，手α-螺旋比左手螺旋更稳定，由于左手螺旋中羰基氧这使得范德华相互作用力明显减弱。Ramachandran et 和β-亚甲基原子上的紧密接触，因此蛋白质中不能观al. (1963) 也表明未成键连接在右手和左手,-螺旋中察到左手α-螺旋 是不存在的， 4)由甘氨酸和脯氨酸形成的螺旋结构 具有高的规则分布的甘氨酸和脯氨酸残基组成的肽序 列，可形成其他外的螺旋结构。 结构 具有这些规则的重复结构的聚甘氨酸2(-80 o , +150 o ) (Ramachandran et al., 1966),聚L脯氨酸1(-83 o, +158 o, ,=0 o ') (Ramachandran and Sasiseklian, 1968),和聚L脯 氨酸2(-78 o , + 149 o ) (Arnott and Dover, 1 968)的(,,,) 值的例子 特征: 2)310螺旋 1 )这种规则重复的聚氨基酸结构在天然蛋白质中很 在研究的57种蛋白质中ф，ψ平均值为ф-71?，少发生，但也有一些纤维状蛋白质规则重复结构，尤ψ-18可形成左手α-螺旋结构。然而，正如Ramachandran 其是胶原蛋白，其中大多数具有类似聚(脯-甘-脯氨et al.(1963)指出，右手α-螺旋比左手螺旋更稳定，由于酸)的三螺旋结构(Yonath and Traub,1969). 左手螺旋中羰基氧和β-亚甲基原子上的紧密接触，因2 )短的左手聚脯氨酸二螺旋往往会频繁发生在球状此蛋白质中不能观察到左手α-螺旋。 蛋白质中，有时缺乏脯氨酸残基。它们大多发生在蛋 白分子表面上，往往是在那些可移动的区域。 特征: Part E ,-折叠结构 ? 被观察的螺旋相当不规则，也不是理想的结构， 叠结构. E. ,-折叠结构 6) ,-膨胀区 1.螺旋结构由单一连续的多肽链构成 结构: 指在一个由两条链构成的狭窄的氢键区的 螺旋结构是由一条连续的多肽链形成，与螺旋结一条链中插入一个附加的残基. 构相比，折叠片结构是由两个或多个多肽链形成，它 分布: 几乎只在反向平行的,-折叠中可以看到. 们几乎是完全伸展的构象，并相邻近排列，它们之间 特征: (1) 插入的残基形成了近似于a-螺旋的构象或是相同的方向(平行)，或是相反的方向(反平行)。 ( ,-100 o,,-45 o ). (2) 对增强,-带状结构的右手卷曲 有作用. 2. ,-折叠结构的特征 另外类型的膨胀区: 1) 这个结构由一条链CO 和 另一条链NH之间 宽膨胀区: 附加的残基被加到宽的氢键区内构成形成稳定的氢键维持刚性和稳定性. 平行式中a-碳的,和,值(-119o和+113o) 比反平的结构. 行式中的(-139o和+135o) 小很多.而且,-折叠的氢键G1膨胀区: 一个甘氨酸残基 (, ~85 o , , ~0 o) 被键长比a-螺旋小一点. 插入,-折叠区并导致一个紧密转角终止那条,-折叠链. 2)拥有很多链的,-折叠被期望比拥有少一些链的 ,-折叠更稳定. PartB E F 多肽链中的转角 原因 (1)两边边缘的氢键供体和受体不能满足结 构内部对氢键的需要. (2)扩展的氢键网络由于,结构1. 介绍 的协同性而更加稳定. 球状蛋白主链的很大一部分(约20-40%)是转角结 构,这种结构经常折叠自己然后连接两个二级结构更加 规则的链,如a-螺旋和,-折叠.详细的构象分析以及分三个例子: 1. 在一些球状蛋白质内, ,-折叠形成一个圆环型类已经被很多研究者实现,通过理论的途径和对结构数的结构,阻止边缘效应. 据的分析. 2. 另一个例子,在分解酶C内, ,-折叠卷曲成一个但是仍有一些困难在完全的定义和清晰的分类上.大的螺旋结构. 尽管有这些问题,大量的可被观察的转角结构都接近于 3. 一些整体膜蛋白,细菌孔道蛋白,有大的篮状的一个很小的可被识别的特殊的结构.已经确定的类型有16条链的,-折叠结构插入薄膜脂质双分子层,疏水的I, II, III, I' and II'. 侧链与疏水的脂质层相对. III型转角与310螺旋的转角相对应。I型和III型 转角的1, 4氢键背离了能量优先的几何结构，H角大3) ,-折叠的不对称导致特征上的扭曲. 一个右手的扭曲代表一个多肽链通过一对邻近的约60o，H和O之间的距离大约0.215 nm。II型转角多肽链片段时,向右螺旋运动. 有更加正常的氢键几何结构。 一个完全不对称的折叠结构由很多不对称单位组I', II,和III'型转角比较偏爱第二个或第三个残基或成. 两个都为甘氨酸，在II型转角内，甘氨酸比较偏爱第 ,-折叠拥有两条链的扭曲程度比拥有更多链的更三个残基，在II' 型转角内，甘氨酸比较偏爱第二个残厉害,可以达到每个残基30o的扭曲. 基。 别的类型的转角包括VI型，让比咯氨酸在三号位4) ,-折叠里的脯氨酸 它们经常在边缘链上或处于扭曲的区域,例如,-膨置，两种这种类型的转角被描述成VIa和VIb，VIa又 被分为两种构象类型。 胀区, 脯氨酸形成的,角加重了,-折叠的扭曲.对于a- 一些具有别的几何构象的转角例子可以被描述但螺旋来说, 脯氨酸经常处于链的末端,经常随后带来一 个,-转角. 是很难被分类。另一种紧密转角,-转角，在一号残基 的CO和三号残基的NH之间形成氢键(,2 70o , 5) ,-折叠的分布. (1) 正向平行链比反向平行链罕见,见到的正向链,2-60o)已经被观察到但含量很少。 经常有5条或更多链的扩展结构,而反向链一般就两条 链,但是它们经常是多股的. (2) 正向平行链只存在于疏水的核心区域,被环或 螺旋从溶剂中隔离,而反向链有一端是暴露在溶剂中 的. (3) 除了全部是正向链和全部是反向链的,-折叠 结构以外,还有一种既包含正向链又包含反向链的,-折