加载中…蛋白质的二级结构和纤维状蛋白质
(2014-06-17 10:32:14)
标签：
健康 |
分类： 零散知识 |
（一）肽链的构象
多肽链的共价主链上所有的α--碳原子都形成单键，因此，从理论上讲，一个多肽主链能有无限多种构象。
但是，目前已知，一个多肽链在生物体内只有一种或很少几种构象，且相当稳定，这种构象称天然构象，此时蛋白质具有生物活性，这一事实说明：天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转。
1.肽链的二面角
多肽主链上只有α碳原子连接的两个键（Cα-N1和Cα-C2）是单键，能自由旋转。环绕Cα-N1键旋转的角度为Φ，环绕Cα-C2键旋转的角度称Ψ，多肽链的所有可能构象都能用Φ和Ψ来描述，称二面角。
当Φ的旋转键Cα-N1两侧的N1-C1和Cα-C2呈顺式时，规定Φ=0°，当Ψ的旋转键Cα-C2两侧的Cα-N1和C2-N2呈顺式时，规定Ψ=0°，从Cα向N1看，顺时针旋转Cα-N1键形成的Φ角为正值，反之为负值。从Cα向C2看，顺时针旋转Cα-
C2键形成的Ψ角为正值，反之为负值。
2.多肽链折叠的空间限制
Φ和Ψ同时为0的构象实际不存在，因为两个相邻肽平面上的酰胺基H原子和羰基0原子的接触距离比其范德华半经之和小，空间位阻。因此二面角（Φ、Ψ）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。Cα上的R基的大小与带电性影响Φ和Ψ。
3.拉氏构象图
Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离，确定了哪些成对二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标，在座标图上标出，该座标图称拉氏构象图。
（1）实线封闭区域
一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。
（2）虚线封闭区域
是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。
（3）虚线外区域
是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，斥力大，构象极不稳定。
Gly的Φ、Ψ角允许范围很大。
总之，由于原子基因之间的空间相互作用，肽链构象的范围是很有限的，对非Gly
氨基酸残基一般允许区占全平面的7.7%，最大允许区占全平面20.3％。
（二）二级结构的基本类型
驱使蛋白质折叠的主要动力：
(1)暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。
(2)要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。
1.α－螺旋
（1）α－螺旋及其特征
在α螺旋中，多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，相邻的螺圈之间形成链内氢键，构成螺旋的每个Cα都取相同的二面角Φ、Ψ。典型的α螺旋有如下特征：
① 二面角：Φ= -57°, Ψ= - 48°，是一种右手螺旋
② 每圈螺旋：3.6个氨基酸残基，高度：0.54nm
③ 每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm
④ 氨基酸残基侧链向外
⑤ 相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行。
⑥ 肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=0氧间形成氢键。
这种典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基，13表示氢键封闭的环包括13个原子。
其他螺旋结构包括：2.27螺旋（n=1），310
螺旋（n=2，Φ= -49°, Ψ= -
26°），613螺旋（n=3），4.316螺旋（n=4），封闭环原子数3n+4（n=1、2、.....）。
（2）R侧链结构对α-螺旋的影响
R侧链的大小和带电性决定了能否形成α-螺旋以及形成的α-螺旋的稳定性。
① 多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸
残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的α—螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。而当这些残基分散存在时，不影响α-螺旋稳定。
②
Gly的Φ角和Ψ角可取较大范围，在肽链中连续存在时，使形成α-螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成α-螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α-螺旋。
③ R基大且有分支（如Ile）不易形成α-螺旋。
④ Pro中止α螺旋。
⑤
R基较小，且不带电荷的氨基酸利于α-螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α-螺旋。
（3）pH对α-螺旋的影响
调节溶液的pH使多聚L-Glu和多聚L-Lys不带电荷即可形成α-螺旋。
（4）右手α-螺旋与左手α-螺旋
蛋白质中的α－螺旋几乎都是右手螺旋（右手螺旋比左手螺旋稳定），但在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手α－螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly（226-229）组成（φ+64°、Ψ+42°）。
（5）α－螺旋结构的旋光性
由于α－螺旋结构是一种不对称的分子结构，因而具有旋光性，原因：①α碳原子的不对称性，②
构象本身的不对称性。
天然α-螺旋能引起偏振光右旋，利用α-螺旋的旋光性，可测定蛋白质或多肽中α-螺旋的相对含量，也可用于研究影响α-螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变的因素。
α-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和，而无规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。
（6）α-螺旋（包括其它二级结构）形成中的协同性
一旦形成一圈α-螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。
2.β-折叠
两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是β-折叠片。β-折叠中所有的肽链都参于链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直。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的两侧。
平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向。φ=-119°，Ψ=+113°
反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同φ=-139°，Ψ=+135°
从能量上看，反平β－折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH－O几乎在一条直线上，此时氢键最强。
在纤维状蛋白质中β-折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存在。
在纤维状蛋白质的β-折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在球状蛋白质中，β-折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。
3.β-转角（β-turn）
β－转角也称β－回折（reverse
turn）、β－弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pin
structure）。β－转角是球状蛋白质分子中出现的180°回折，有人称之为发夹结构，由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。目前发现的β-转角多数在球状蛋白质分子表面，β-转角在球状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基的1/4。
β转角的特征：
①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。
②主链骨架以180°返回折叠。
③第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H生成氢键
④C1α与C4α之间距离小于0.7nm
⑤多数由亲水氨基酸残基组成。
4.无规卷曲
没有规律的多肽链主链骨架构象。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。
α-螺旋，β-转角，β-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲的φ、Ψ二面角可存在于所有允许区域内。
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