,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,蛋白质的二级结构,二级结构的定义,二级结构的类型,二级结构与,Ramachandran,图,二级结构的可变性,蛋白质的二级结构二级结构的定义,1,二级结构的定义,二级结构是多肽链骨架（主链）的局部空间结构，不涉及侧链的构象及整个肽链的空间排列。,二级结构是局部肽段的构象,二级结构是由氢键维系的,二级结构是完整肽链构象的结构单元，也称构象单元,二级结构的定义二级结构是多肽链骨架（主链）的局部空间结构，不,2,二级结构的类型,规则的二级结构,a,螺旋,b,折叠,部分规则的二级结构,b,转角,W,环形,无规卷曲,二级结构的类型规则的二级结构,3,a,螺旋,基本结构参数,螺旋偶极矩,两亲性螺旋,倾向于形成,a,螺旋的氨基酸,3,10,螺旋和,p,螺旋,a螺旋基本结构参数,4,结构生物学7课件,5,a,螺旋的结构参数和特征,构象角：,(,),(-57,-47,),3.6,残基,/,圈，,5.4,/,圈,第,n,个残基的,C=O,与第,n+4,个残基的,N-H,形成氢键，,O,之间的距离为,2.86,；,N,端的前,4,个残基的,NH,和,C,端的最后,4,个残基的,C=O,不能形成氢键，因此在肽链的,N,端和,C,端不易形成,a,螺旋,一个氢键闭合环之间包含,13,个原子，故,a,螺旋又称,3.6,13,螺旋,主链形成中心圆柱，,R,基团向外伸出；螺旋中心没有空腔，具有原子密堆积结构,长度可变：,440,个残基都有发现，平均长度约,10,个残基，相当于,15,长,a螺旋的结构参数和特征构象角：(,)(-57,-4,6,结构生物学7课件,7,螺旋偶极矩,肽单位中,C=O,和,N-H,都具有极性，使每个肽单位产生一个偶极矩,a,螺旋中所有氢键都是同样的取向,沿着螺旋轴，每个肽单位的偶极矩叠加，使,a,螺旋变成一个巨大的偶极，,N,端带部分正电荷，,C,端带部分负电荷,这一偶极矩的量级相当于在螺旋的每一端产生,0.50.7,单位电荷,由于偶极效应，带负电的配体（如磷酸根离子）常常结合到,a,螺旋的,N,端；但很少发现带正电的配体结合到,a,螺旋的,C,端,螺旋偶极矩肽单位中C=O和N-H都具有极性，使每个肽单位产生,8,两亲性螺旋,螺旋一侧主要分布亲水残基，另一侧主要集中疏水残基，从而具有两亲性（,amphipathicity,）,疏水残基和亲水残基按螺旋旋转周期规律地相间排布,球蛋白中，两亲性螺旋常常以其疏水面相互聚合，形成特定的超二级结构；膜蛋白中，两亲螺旋的疏水面与膜相互作用，有利于膜蛋白在膜中的整合，螺旋的亲水面则能形成极性的环境通道。,两亲性螺旋螺旋一侧主要分布亲水残基，另一侧主要集中疏水残基，,9,结构生物学7课件,10,倾向于形成,a,螺旋的氨基酸,倾向于形成,a,螺旋的氨基酸：,A,E,L,M,不利于,a,螺旋形成的氨基酸：,P,G,N,Y,C,P,的出现常常导致螺旋的终止,倾向于形成a螺旋的氨基酸倾向于形成a螺旋的氨基酸：A,E,11,3,10,螺旋和,p,螺旋,3,10,螺旋,(,),=(-49,-26,),3,个残基,/,圈,一个氢键闭合环中包括,10,个原子,螺旋过于紧密，因而有张力,一般存在于肽链的,N,端或,C,端，或者,a,螺旋的最后一圈,p,螺旋,(4.4,15,),(,)=(-57,-70,),4.4,个残基,/,圈,一个氢键闭合环中包括,15,个原子,螺旋中心出现空腔，过于松散，能量上不稳定,天然蛋白质中还没有真正发现过这种螺旋,310螺旋和p螺旋310螺旋,12,b,折叠,b,折叠链,反平行,b,片层,平行,b,片层,混合型,b,片层,b,片层的扭曲,倾向于形成,b,折叠的残基,b折叠b折叠链,13,b,折叠链（,b,-strand,）,b,折叠链可以看成是一种特殊的螺旋：拉伸了的,a,螺旋，,2,个残基,/,每圈，,3.23.4,/,每个残基。多肽链具有几乎完全伸展的构象,b,折叠链的主链内部不形成氢键，因此单股的,b,折叠链是不稳定的,每个,b,折叠的平均长度约,20,，一般包含,510,个残基,b折叠链（b-strand）b折叠链可以看成是一种特殊的螺,14,b,折叠链（,b,-strand,）,两股或多股,b,折叠链之间以主链氢键相连，构成,b,片层（,b,-sheet,），这些,b,折叠链在空间上相互靠近，在序列上可能相距很远甚至来自不同的多肽链,b,片层是一种褶皱的结构，以,a,碳原子为支点上下折叠，侧链的取向上下交替,b折叠链（b-strand）两股或多股b折叠链之间以主链氢,15,反平行,b,片层,相邻两条,b,链具有相反的走向,(,)=(-139,+135,),；,3.4,/,残基,氢键对间隔宽窄交替,疏水侧链通常分布在片层的一侧,反平行b片层相邻两条b链具有相反的走向,16,平行,b,片层,相邻两条,b,链走向相同,(,)=(-119,+113,),；,3.2,/,残基,氢键对间隔均匀，与,b,链成一定角度,疏水侧链通常分布在片层的两侧,平行b片层相邻两条b链走向相同,17,混合型,b,片层,1,3,4,2,5,1,3,2,4,5,混合型b片层1342513245,18,b,片层的扭曲,b片层的扭曲,19,b,突起（,b,-bulge,）,b 突起（b-bulge）,20,倾向于形成,b,折叠的氨基酸,强烈倾向于形成,b,折叠的氨基酸：,V,I,Y,十分不利于形成,b,折叠的氨基酸：,E,倾向于形成b折叠的氨基酸强烈倾向于形成b折叠的氨基酸：V,21,规则二级结构的特点,主链具有周期性重复的构象,a,螺旋和,b,片层中都存在较多的氢键，因而具有较强的刚性,a,螺旋的刚性比,b,片层更强一些,规则二级结构的特点主链具有周期性重复的构象,22,b,转角,由,4,个连续的残基构成,第一个残基的,C=O,与第四个残基的,N-H,形成氢键,大多数,b,转角出现在分子表面,I,型,II,型,b转角由4个连续的残基构成I型II型,23,b,发夹,b 发夹,24,b,转角的类型,11,种不同类型的,b,转角中与中心两个残基有关的两面角的参数,b转角的类型11种不同类型的b转角中与中心两个残基有关的两面,25,倾向于形成,b,转角的氨基酸,II,型,b,转角中，第,3,个残基必须为,Gly,Pro,经常出现在第,2,个残基处,很多,b,转角的第,3,个残基出现,Asp,Asn,或,Gly,倾向于形成b转角的氨基酸II型b转角中，第3个残基必须为Gl,26,b,转角与蛋白质的功能和进化,糖基化和磷酸化等翻译后加工通常发生在,b,转角或其附近,b,转角在进化中的保守性比氨基酸序列的保守性强,b 转角与蛋白质的功能和进化糖基化和磷酸化等翻译后加工通常发,27,g,转角和,p,转角,g,转角,由,3,个残基构成，第,1,个残基和第,3,个残基形成氢键,p,转角,由,6,个残基构成，第,1,个和第,6,个残基形成氢键,p,转角经常出现在,a,螺旋,C,端的最外圈,g转角和p转角g转角,28,W,环形,结构特征,外形和希腊字母,“,W,”,相似,由,616,个残基构成，最常见的为,68,个,构成,W,环形的首尾两个残基间的距离小于,10,，最常见的距离是,5 5.5,。,肽链柔性比转角大，很难分类,W环形结构特征,29,部分规则的二级结构特点,非周期性的主链结构,形成氢键数目较少，肽链具有较大的柔性,部分规则的二级结构特点非周期性的主链结构,30,无规卷曲,相对于以上,4,种二级结构而言，是无规则的,肽链具有更大的柔性,仍然是有序的结构,无规卷曲相对于以上4种二级结构而言，是无规则的,31,二级结构对蛋白质结构和功能的意义,规则的二级结构作为蛋白质三级结构的结构单元，部分规则的和无规卷曲的二级结构将这些结构单元连接和组合起来,功能上，规则的二级结构是维持蛋白质三级结构的“脚手架”，直接和蛋白质生物活性有关的大多数是由转角和,W,环形构成,二级结构对蛋白质结构和功能的意义规则的二级结构作为蛋白质三级,32,二级结构与,Ramachandran,图,二级结构与Ramachandran图,33,二级结构与,Ramachandran,图,二级结构与Ramachandran图,34,二级结构的可变性,影响蛋白质二级结构改变的因素,pH poly-Lys,：,pH,11.0,，,a,螺旋；中性,pH,，无规卷曲,温度,poly-Lys,：碱性,pH(11.8),，,4,，,a,螺旋；,52,，,b,折叠。,溶剂 伴刀豆球蛋白,A,：在水溶液中,a,螺旋含量仅,2%,，但在,70%,氯乙醇中可升高至,55%,，,二级结构的可变性影响蛋白质二级结构改变的因素,35,二级结构的可变性,两可肽,一些又可能形成,a,螺旋和,b,折叠两种不同形式二级结构的肽段被称为两可肽。,例：,丙糖磷酸异构酶 灰色链霉菌蛋白水解酶,A,VAHAL,a,螺旋,b,折叠,脊椎血红蛋白 核糖核酸酶,VNTFN,a,螺旋,b,折叠,两可肽的形成原因,邻近的残基不同,远程肽段的影响，肽段所处的分子环境的差异,二级结构的可变性两可肽,36,二级结构的可变性,朊病毒,二级结构的可变性朊病毒,37,