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蛋白质一级结构与高级结构关系

时间：2020-05-30 下载该word文档

蛋白质一级结构与高级结构关系
蛋白质分子就是由氨基酸首尾相连而成得共价多肽链,天然蛋白质分子有自己特有得空间结构,称为蛋白质构象。
蛋白质结构得不同组织层次:一级结构指多肽链得氨基酸序列。二级结构就是指多肽链借助氢键排列成特有得α螺旋与β折叠片段。三级结构就是指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向得紧密球状构象。球状构象给出最低得表面积与体积之比,因而使蛋白质与周围环境得相互作用降到最小。四级结构就是指寡居蛋白质中各亚基之间在空间上得相互关系与结合方式。二、三、四级结构为蛋白质得高级结构。蛋白质得天然折叠结构决定于3个因素:1。与溶剂分子(一般就是水得相互作用。2。溶剂得PH值与离子组成。3。蛋白质得氨基酸序列。后一个就是最重要得因素。
（一）蛋白质折叠得热力学假说
蛋白质得高级结构由其一级结构决定得学说最初由Christian B、 Anfinsen于1954年提出。在1950年之前,Anfinsen一直从事蛋白质结构方面得研究。在进入美国国立卫生研究所(NIH以后,继续从事这方面得研究。Anfinsen与两个博士后Michael Sela、 Fred White在研究中发现,使用高浓度得巯基试剂——β- 巯基乙醇(β- mercaptoethanol可将二硫键还原成自由得巯基,如果再加入尿素,进一步破坏已被还原得核糖核酸酶分子内部得次级键,则该酶将去折叠转变成无任何活性得无规卷曲。对还原得核糖核酸酶得物理性质进行分析得结果清楚地表明了它得确采取得就是无规卷曲得形状。
在成功得到一种去折叠得核糖核酸酶以后,Anfinsen 着手开始研究它得重折叠过程。考虑到被还原得核糖核酸酶要在已被还原得8个Cys残基上重建4对二硫键共有105 种不同得组合,但只有一种就是正确得形式,如果决定蛋白质构象得信息一直存在于氨基酸序列之中,那么,最后重折叠得到得总就是那种正确得形式。否则,重折叠将就是随机得,最后只能得到少量得正确形式。Anfinsen得重折叠实验还就是比较顺利得,她通过透析得方法除去了导致酶去折叠得尿素与巯基乙醇,再将没有活性得酶转移到其生理缓冲溶液之中,在有氧气得情况下于室温放置,以使巯基能重新氧化成二硫键。经过一段时间以后,发现核糖核酸酶活性得以恢复,这意味着它原来得构象恢复了。由于上述过程没有细胞内任何其她成分得参与,完全就是一种自发得过程,因此,有理由相信此蛋白质正确折叠所需要得所有信息全部存在于它得一级结构之中。在此基础上,Anfinsen提出了蛋白质折叠得热力学假说(thermodynamic hypothesis。根据此假说,一个蛋白质得天然三维构象对应于在生理条件下其所处得热力学最稳定得状态。热力学稳定性由组成得氨基酸残基之间得相互作用决定,于就是蛋白质得三维构象直接由它得一级结构决定。
(二蛋白质高级结构对高级结构形成得影响

1．二级结构
蛋白质得二级结构由氢键维持。包括α螺旋、β折叠、β转角与无规卷等。 α螺旋就是一种重复性结构,螺旋中每个α-碳得Φ与Ψ分别为-57º与-47º附近。每圈螺旋占3、6个氨基酸残基,沿螺旋轴方向上升0、54nm。每个残基绕轴旋转100º,沿轴上升0、15nm。残基得侧链伸向外侧。相邻螺圈之间形成氢键,氢键得取向几乎与螺旋轴平行。从N-末端出发,氢键就是由每个肽基得氧与其前面第三个肽基得N-H形成得。
氨基酸组成与序列影响α螺旋得形成。
(1R基得电荷性质影响α螺旋形成。多聚赖氨酸在PH为7得水中不能形成α螺旋。因为PH为7时R基具有正电荷,彼此间由于静电排斥,不能形成链内氢键。在PH为12时,多聚赖氨酸能自发形成氢键。
(2R基大小影响α螺旋形成。多聚异亮氨酸由于R基较大,造成空间阻碍,不能形成α螺旋。
(3脯氨酸为α亚氨基酸,不含自由得α-氨基,不能形成链内氢键。因此,多肽链中存在连续脯氨酸时,α螺旋中断。
(4甘氨酸由于R基为氢,可形成得酰胺平面与α-碳原子得二面角可取范围较大,不易形成α螺旋。
(5R基小,且不带电荷得氨基酸利于α螺旋得形成。多聚丙氨酸在PH为7得水中自发形成α螺旋。
β折叠: β－折叠片由两条或多条伸展得多肽链(或一条多肽链得若干肽段侧向聚集,通过相邻肽链主链上得N-H与C=O之间有规则得氢键,形成锯齿状片层结构。所有得肽链都参于链间氢键得形成,氢键与肽链得长轴接近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象,侧链R基交替地分布在片层平面得两侧。β-折叠片中,相邻多肽链平行或反平行。从能量上瞧,反平行β折叠比平行得更稳定,氢键NH---O几乎在一条直线上,此时氢键最强。特征: ⑴ 主链骨架本身以大约180°回折 ⑵ 回折部分通常由四个氨基酸残基构成
⑶构象依靠第一残基得-CO基与第四残基得- NH基之间形成氢键来维系。转角结构通常负责各种二级结构单元之间得连接作用,它对于确定肽链得走向起着决定性得作用。
脯氨酸与甘氨酸就是频繁出现在β-转角中得残基。无规卷曲。无规卷曲繁殖那些不能被归入明确得二级结构得多肽片段。无规卷曲也像其她二级结构一样就是明确而稳定得结构,受侧链相互作用得影响很大。球状蛋白中含量较高,对外界理化因子敏感,与生物活性有关,对外界理化因子极为敏感。
蛋白质二级结构得形成由氨基酸序列决定。稳定蛋白质二级结构主要为氢
键。氨基酸R基得大小及带电荷状况对二级结构得形成影响也很大。特定得氨基酸残基有利于形成特定得二级结构。
2．三级结构
一个蛋白质得三级结构就是指由二级结构元件构建成得总三维结构,包括一级结构中相距远得肽段之间得几何相互关系与侧链在三维空间中彼此间得相互关系。多肽链借助氢键形成二级结构,在一级序列上相邻得二级结构往往在三维折叠中彼此靠近并相互作用形成超二级结构。由超二级结构进一步装配成相对独立得球状实体——结构域或三级结构。蛋白质折叠形成三级结构得驱动力就是形成可能得最稳定结构。有两种力在起作用,一就是肽链必须满足自身结构固有得限制,包括折叠中α-碳得二面角得限制以及手性效应;二就是肽链必须折叠以便埋藏疏水侧链,就是之与溶剂水得接触降到最小程度。疏水相互作用就是形成特定三级结构得主要动力。
多肽链得二级结构决定于短程序列,三维结构主要决定于长程序列。
二硫桥在稳定蛋白质构象中得作用。蛋白质复性实验证明,二硫桥对肽链得正确折叠并不就是必要得,但它对稳定折叠太结构做出贡献。含二硫桥得分子有较小得熵变化,因此稳定。
归根结底,蛋白质得三维结构就是由一级结构决定得。也就就是说三维结构就是多肽链上得各个单键旋转自由度受到各种限制得总结果。这些限制包括肽键得刚性平面性质、肽链中疏水基与亲水基得数目与位置、带正电荷与负电荷得R基得数目与位置以及溶剂与其她溶质等。在这些限制因素下通过R基团得彼此相互作用以及R基团与溶剂与其她溶质相互作用,最后达到平衡,形成了在一定条件下热力学上最稳定得空间结构。即复杂生物大分子“自我装配”原则。
3．四级结构
自然界中很多蛋白质以独立折叠得球状蛋白质得聚集体形式存在。这些球状蛋白质通过非共价键彼此缔合在一起。缔合形成具集体得方式构成蛋白质得四级结构。稳定司机结构得作用力与稳定三级结构得没有本质区别。