第三节 蛋白质超二级结构和结构域
motif and domain
3.1 超二级结构motif
3.2 结构域domain
3.1 超二级结构motif
相邻的二级结构单元组合在一起,彼此相互作用,排列形成规则的,在空间结构上能够辨认的二级结构组合体,并充当三级结构的构件(block building),成为超二级结构,介于二级结构与结构域之间的结构层次.
常见的几种超二级结构形式
a.α-loop-α; b.β-α-β; c.β-loop-β; d. Rossmann折叠;
E,f,g. 回形拓扑结构
3.2 结构域domain
多肽链在超二级结构的基础上进一步折叠成紧密
的近乎于球状的结构,这种结构称为结构域(domain).
具有部分生物功能.对于较大的蛋白质分子或亚基,
多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构.
第 四 节 蛋白质的三 级 结 构

Protein Tertiary Structure
三级结构指一个不可分的单元(分子)的完整的三维空间结构.对于蛋白质,此单元通常是共价连接的一个分子.
目前已经测出三级结构的生物大分子都储存在蛋白质数据库中(Protein data bank,PDB),借助软件可查阅显示其空间结构,还可以在不同方向旋转以获得空间结构的细节.
嗜热菌蛋白酶与人碳酸酐酶的结构图
4.1 研究蛋白质三级结构的方法
X射线晶体衍射(X-ray crystallography)
多维核磁共振( multi-dimensional NMR)
三维电子显微镜技术(3-dimensiional EM)
扫描探针显微术( Scanning Probe Microscopy ,SPM)

X射线晶体衍射(X-ray crystallography)
第一步结晶:需要通过大量的条件筛选和优化以恰好使蛋白质分
子间的相互作用促成蛋白质分子形成高度有序的晶
体而不是随机 聚合形成的沉淀.
第二步数据收集
第三步相角的测定
第四步相角的改进
第五步电子密度图的解释
第六步修正
可在原子或接近原子的水平上分析蛋白质的精细三维结构.提供如特定原子的位置,它们之间的关系,溶剂的亲和性及分子内柔性的变化等.
X射线波长0.1nm,接近化学键键长.
部分与蛋白质晶体学相关的网站:
http://www.xtal.tsinghua.edu.cn
http://www.ccdc.cam.ac.uk
http://www.crystal.harvard.edu
http://biop.ox.ac.uk
http://molbio.princeton.edu
http://www.iucr.org
三维电子显微镜技术(3-dimensiional EM)
2 电镜观察与三维结构的重建
1 蛋白质的二维结晶化
影响因素:蛋白质的性质;脂-蛋白质的比例;去垢剂;温度;离子强度和pH值
电镜观察:制样;负染;冷冻电镜技术
三维结构重建:是指由样品的一个或多个投影图得到样品中各组分的三维关系.
中心界面定律:实空间三维密度分布在一个平面上的投影的傅里叶变换等于垂直于观察方向的三维傅里叶变换的中心截面.
生物大分子的二维结晶及电镜重构技术优点:
1 许多蛋白质(特别是膜蛋白)更容易形成二维晶体.
2 由电子显微图象的傅里叶变换可以直接测定结构因子
的相位,所以不需要制备蛋白质的重原子衍生物.
3 蛋白质二维晶体的组装是一个比三维结晶更便于
人工控制的进程.
4 二维结晶化技术可能更适合于生物大分子复合体系
的结构研究.
第五节 蛋白质的四级结构
独立的三级结构之间的非共价缔合称为四级结构.这些独立的三级结构称为亚基或亚单位.
思考题:
1 蛋白质超二级结构和结构域
2 研究三级结构的意义
3 研究蛋白质三级结构的方法