3蛋白质结构-2

第六节纤维蛋白和膜蛋白构象依结构特点将蛋白质分为三类:纤维(状)蛋白（fibrin,fibrousprotein）球蛋白（globin,globularprotein）膜蛋白（membraneprotein）一纤维蛋白：特点:纤维状或细棒状，分子轴比(长轴/短轴)10分类:水溶性：肌球蛋白、纤维蛋白原等不溶性：硬蛋白(胶原蛋白,角蛋白,弹性蛋白)(一)角蛋白（keratin）:-角蛋白,β-角蛋白,羽毛角蛋白,无定形角蛋白1.-角蛋白：头发角蛋白构成：-helix(0.45nm)原纤维(2nm)微纤维(8nm)大纤维(200nm)特性:a有较强的伸缩性，在热水或碱溶液中可伸展为β-sheetb水不溶性(含大量的疏水aa)c韧性，多螺旋结构紧密2.β-角蛋白:例如：各种丝蛋白代表：蚕丝中的丝心蛋白(fibroin)。含大量-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-重复单位不能形成-helix，多以反平行β-sheet存在维持力：链间(氢键)；片层之间(范德华力)纵向有韧性，无伸展性彩色电镜下观察从蜘蛛吐丝器吐出的丝心蛋白束（蓝色）(二)弹性蛋白（elastin）:存在：韧带、声带、主动脉等特性：非极性aa占90%以上，不含Met,Cys很少弹性和韧性极强（最多可伸长2~2.5)；富含Ala,Lys，以及Pro,Val,Gly等；含锁链素和异锁链素两种特殊的修饰aa；超分子结构：非弹性区：富含Ala和Lys，右手-helix（交联区）弹性区：呈左手油化螺旋(直径1.2~1.5nm,0.25nm/4aa)疏水，由Pro，Gly，Val等交替排列形成重复肽NH3+-CH-COO-NH3+(CH2)3NH3+CH-(CH2)2——(CH2)2-CHCOOCOO-(CH2)4NH3+-CH-COO-N1-弹性蛋白的网状结构：(三)胶原蛋白（collagen):1.特征：存在：皮肤、软骨、肌腱等。水解后为明胶至少有5种链，形成19种胶原，具有不同的化学结构及免疫学特性。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原为有横纹的纤维形胶原。Ⅰ型（21+2），韧性强度超过钢筋。分子量：胶原链分子量都在~100,000;~1000aa/肽链每分子长3000A°、15A°厚，长棒状分子结构特征：含三股胶原螺旋，96%符合(Gly-X-Y)n维持力：螺旋间氢键、链间范德华力以及链间共价交联（存在Lys和Hyl间醇醛交联或吡啶啉结构，二硫键）2.胶原的形成：以I型胶原为例羟化酶①羟化:发生在Pro,LysHyp,Hyl(90%)②糖化:Hyl-OH(葡萄糖、半乳糖)糖苷③前原胶原的形成：三条肽链交接在一起④原胶原形成:去处C-端和N-端端肽Lys氧化脱氨形成ε-醛基Lys交联Lys⑤胶原纤维的形成：原胶原分子首尾相对,定向排列,链间1/4错位排列胶原微纤维→胶原小纤维→胶原纤维端肽I型胶原的结构：40nm空穴区280nm3合成部位：胶原蛋白前体在粗面内质网上合成，并在形成三股螺旋之前于内质网腔中进行羟基化修饰。Pro残基的羟化反应是在与膜结合的脯氨酰-4羟化酶及脯氨酰-3羟化酶的催化下进行的。VC是这两种酶所必需的辅因子。VC缺乏导致胶原的羟化反应不能充分进行，不能形成正常的胶原纤维。导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。年龄增长，氧化反应加剧，胶原蛋白交联程度过大，韧性降低，脆性增加，易断裂，产生皱纹。二膜蛋白结构:膜蛋白：各种与生物膜相关连的蛋白(一)膜蛋白的分类：1.外周蛋白:位于膜表面或通过其它蛋白和膜相连的蛋白。与膜结合松散，一般是水溶性的结合力：与脂双层表面通过静电力、氢键或范德华力结合，改变离子强度或加入金属螯合剂可达到分离如：红细胞血影收缩蛋白，藻胆蛋白，cytC等1膜外周蛋白示例：藻胆蛋白藻胆蛋白PEPCAPC2内在蛋白:占膜蛋白的70%-80%依靠疏水作用与膜相互作用，在膜内部是疏水作用,膜外部是亲水难于和膜分离，常需要借助去污剂、有机溶剂或超声波根据与膜相互作用情况，目前主要有两大类，分别以-螺旋（血型糖蛋白、菌紫质、LHCII）和以β-折叠片跨膜（某些孔道蛋白，如LamB等）①人红细胞血型糖蛋白（glycophorin)位于人红细胞膜表面的糖蛋白，富含带负电的唾液酸。有A、B、C、D4种，B、C、D在红细胞中含量较少A型由131aa构成：N-端：70aa，在细胞膜外，结合约16个糖链，约100个糖残基，决定血型中部：20aa残基构成一个跨膜-螺旋棒，固定蛋白C-端：41aa残基，亲水，在细胞膜内②细菌视红素（菌紫质）（bacteriorhodopsin）:有色蛋白（247aa的单肽链–Lys216--NH-视黄醛），是一个光驱动的跨膜质子泵，可参与ATP合成分子量26,000，C-端在细胞质侧，N-端在细胞外侧肽链共形成7个跨膜-helix，螺旋之间以亲水性短链连接。每个螺旋3.5nm长，与膜同高，相隔1nm围成桶状大部分为疏水基位于桶外侧；少数亲水基在桶内侧，功能一是形成内部氢键及盐桥，固定桶的结构，二是作为质子通道③E.coli麦芽糖膜孔道蛋白（maltoporin，LamB）β-折叠膜蛋白主要存在于细菌细胞膜、线粒体等参与麦芽糖或其糊精出入E.coli细胞膜的运输以三聚体形式存在于膜上，每单体为421aa构成的肽链，形成18-股反平行β-折叠桶相邻折叠片之间以回环或β-转角连接N-端和C-端都在细胞内侧β-转角在胞内侧的桶边;长回环在细胞外侧胞外胞内侧NC④植物捕光色素蛋白复合物(light-harvestingcomplex,LHCII)叶绿体类囊体膜上的捕光天线蛋白LHCII通常以三聚体存在每个单体N-端在外，C-端在内，由233个aa组成，共A-E5个helix,A、B、C3个为跨膜helix。每肽结合约12个叶绿素分子几乎所有的捕光色素蛋白都是跨膜三螺旋模式基质类囊体膜腔NCEBCDA3.脂锚定蛋白:某些膜蛋白通过脂类分子共价连接而结合于膜上脂类分子(脂锚钩)作用：固定蛋白、对蛋白起调节作用分类：通过脂肪酸锚定通过糖基（链）1）硫醚连接的异戊二烯基锚钩：Pr-C-末端-Cys-聚异戊二烯基-膜如：酵母交配因子等2）硫酯连接的脂肪酰锚钩:Pr-Cys(或Ser，Thr)-脂肪酸-膜；如：G蛋白偶联受体3）酰胺连接的豆蔻酰锚钩：Pr-N-末端Gly-NH-豆蔻酰-膜如：cAMP依赖蛋白激酶、HIV-1的gag蛋白等4）酰胺连接的糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚钩：Pr-C-末端aa-磷酸乙醇胺残基-寡糖-肌醇磷酸-膜如：多种表面抗原，黏着分子，朊病毒蛋白等(二)内在膜蛋白和膜脂间的相互作用1结合力：外周蛋白：静电力,氢键,疏水相互作用内在蛋白：疏水作用(蛋白非极性基与脂双层烃基—范德华力)疏水/亲水作用（跨膜脂双层两种作用并存)2内在蛋白对膜脂的特殊要求:内在蛋白需要有一定量的膜脂存在才能维持功能有些要求特定种类的膜脂与其配合，如：线粒体内膜的β-羟丁酸脱氢酶要求必须有磷脂酰胆碱才表现活性3膜蛋白结合对膜脂的作用界面脂：指生物膜中内在蛋白周围一层或数层紧密结合的膜脂分子。其流动性大大降低；可封闭蛋白不产生非特异性泄露；通常是维持其生物活性的必要条件影响脂双层的排列：短程效应：如柱状蛋白，只影响相邻膜脂长程效应：蛋白的疏水核为楔形或部分嵌入膜内时，使膜发生变形4膜蛋白在膜上的运动：横向迁移，垂直旋动，不能翻转第七节蛋白质的三级结构三级结构：蛋白质的三级结构是指二级结构和超二级结构进一步盘曲折叠，形成包括主侧链在内的专一性三维排布。是蛋白质所有原子的空间排布。具备三级结构的蛋白质分子一般都有近似球形或椭球形的物理外形；是蛋白质功能发挥至关重要的一个结构层次一.一级结构决定蛋白的三级结构：证据主要来自三个方面：①蛋白变性复性②人工合成蛋白③生物合成蛋白1.主要是非共价键或次级键，包括：氢键：骨架之间，主、侧链之间，侧链之间，侧链与介质等疏水作用：疏水基团聚集作用范德华力（定向效应，诱导效应，分散效应）离子键（盐键）：内部盐桥；表面形成水化层2.共价键：二硫键：使三级结构趋向稳定化配位键:由两原子中的一个单方提供电子对，蛋白与配位金属二.维持三级结构的力三球形蛋白分子的装配原则(1)手性效应（chiraleffect）(2)内部疏水性:疏水基朝内，亲水基朝外，分子内部形成疏水内核，疏水表面尽可能减小；要求蛋白有双层或以上的结构(β-sheet)(3)无knot（结）结构：不打结(4)临近相关性:最相近的结构元素趋于彼此结合四球蛋白三级结构举例：1溶菌酶（lysozyme）分子构象——单结构域蛋白存在于卵白及动物眼泪中，催化细菌细胞壁多糖水解——杀菌为129aa构成的单链蛋白结构：①6个helix：4-helix；2310-helix②3个β-sheet③10个β-turn④1个β-meander⑤其余为coilN2甘油醛-3-P脱氢酶——多结构域蛋白为四聚体寡聚蛋白，每个亚基由一条334aa多肽和一分子NAD+辅基组成，盘曲形成两个功能不同的结构域。结构域1(N-端从1-147aa)：(NAD+辅基结合域)3个-helix+6个β-sheet马鞍形3个反平行β-sheet结构域2(C-端从148-334)：(催化结构域)9个β-sheet+4个-helix马鞍形两个结构域以单链相连Domain1Domain2