蛋白 たんぱく 质结构
蛋白 たんぱく 质结构是 ぜ 指 ゆび 蛋白 たんぱく 质分子 ぶんし 的 てき 空 そら 间结构。作 さく 为一类重要 じゅうよう 的 てき 生物 せいぶつ 大分 おおいた 子 こ ,蛋白 たんぱく 质主要 よう 由 ゆかり 碳 、氢 、氧 、氮 、硫 等 ひとし 化学 かがく 元素 げんそ 组成。绝大部分 ぶぶん 蛋白 たんぱく 质都是 ぜ 由 よし 20种不同 ふどう 的 てき L型 がた α あるふぁ 氨基酸 さん 连接形成 けいせい 的 てき 聚合物 ぶつ ,但 ただし 还存在 そんざい 另外两种不 ふ 常 つね 见氨基 もと 酸 さん ,硒半胱氨酸 さん 、吡咯赖氨酸 さん ,参与 さんよ 到 いた 极少数 すう 的 てき 蛋白 たんぱく 质合成 ごうせい 中 ちゅう (其翻译机制 せい 也不同 どう 于61种密码子)。在 ざい 形成 けいせい 蛋白 たんぱく 质后,这些氨基酸 す 又 また 被 ひ 称 しょう 为残基 もと 。
蛋白 たんぱく 质和多 た 肽之 これ 间的界 かい 限 げん 并不是 ぜ 很清晰,有人 ゆうじん 基 もと 于发挥功能 のう 性 せい 作用 さよう 的 てき 结构域 いき 所 ところ 需的残 ざん 基数 きすう 认为,若 わか 残 ざん 基数 きすう 少 しょう 于40,就称之 の 为多肽或肽。
要 よう 发挥生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう ,蛋白 たんぱく 质需要 じゅよう 正 せい 确折 おり 叠 为一个特定 とくてい 构型,主要 しゅよう 是 ぜ 通 どおり 过大量的 りょうてき 非 ひ 共 きょう 价相互 そうご 作用 さよう (如氢键 、离子键 、范德华力 和 わ 疏水 そすい 作用 さよう )来 らい 实现;此外,在 ざい 一 いち 些蛋白 しろ 质(特 とく 别是分泌 ぶんぴつ 性 せい 蛋白 たんぱく 质)折 おり 叠中 なか ,雙 そう 硫鍵 也起到 いた 关键作用 さよう 。为了从分子 こ 水平 すいへい 上 じょう 了解 りょうかい 蛋白 たんぱく 质的作用 さよう 机 つくえ 制 せい ,常常 つねづね 需要 じゅよう 测定蛋白 たんぱく 质的三 さん 维结构。由 よし 研究 けんきゅう 蛋白 たんぱく 质结构而发展起 おこり 来 らい 了 りょう 结构生物 せいぶつ 学 がく ,采 さい 用 よう 了 りょう 包括 ほうかつ X射 い 线晶体 からだ 学 がく 、核 かく 磁共振 きょうしん 以及冷 ひや 冻电镜(cryo-EM)等 とう 技 わざ 术来解析 かいせき 蛋白 たんぱく 质结构。
一定数量的残基对于发挥某一生物 せいぶつ 化学 かがく 功 こう 能 のう 是 ぜ 必要 ひつよう 的 てき ;40-50个残基 もと 通常 つうじょう 是 ぜ 一 いち 个功能 のう 性 せい 结构域 いき 大小 だいしょう 的 てき 下限 かげん 。蛋白 たんぱく 质大小 しょう 的 てき 范围可 か 以从这样一个下限一直到数千个残基。目前 もくぜん 估计的 てき 蛋白 たんぱく 质的平均 へいきん 长度在 ざい 不同 ふどう 的 てき 物 ぶつ 种中有 ちゅうう 所 しょ 区 く 别,一般 いっぱん 约为200-380个残基 もと ,而真 ま 核 かく 生物 せいぶつ 的 てき 蛋白 たんぱく 质平均 へいきん 长度比 ひ 原核 げんかく 生物 せいぶつ 长约55%。[ 1] 更 さら 大 だい 的 てき 蛋白 たんぱく 质聚合体 がったい 可 か 以通过许多 おお 蛋白 たんぱく 质亚基 もと 形成 けいせい ;如由数 すう 千 せん 个肌 はだ 动蛋白 しろ 分子 ぶんし 聚合形成 けいせい 蛋白 たんぱく 纤维。
蛋白 たんぱく 质三维结构的三种显示方式。图中蛋白 たんぱく 质为磷酸丙 へい 糖 とう 异构酶 (triose phosphate isomerase)。左 ひだり :显示全部 ぜんぶ 原子 げんし ,并以原子 げんし 类型标色(碳原子 げんし 为蓝绿色,氧原子 げんし 为红色 しょく ,氮原子 げんし 为蓝色 しょく );中 ちゅう :只 ただ 显示主 ぬし 链构象 ぞう ,以二 に 级结构 类型标色(α あるふぁ 螺旋 らせん 为紫色 しょく ,β べーた 折 おり 叠 为黄色 しょく );右 みぎ :显示“溶剂可 か 及表面 めん ”,以残基 もと 类型标色(酸性 さんせい 氨基酸 さん 为红色 しょく ,碱性氨基酸 さん 为蓝色 しょく ,极性氨基酸 さん 为绿色 しょく ,非 ひ 极性氨基酸 さん 为白色 しょく )。
上面 うわつら 的 てき 图片包含 ほうがん 可 か 点 てん 击的链接 蛋白 たんぱく 质结构的 てき 交互 こうご 式 しき 图像 ,以PCNA 为演示 しめせ 。(PDB 1AXC )
蛋白 たんぱく 质结构 ,从一级结构到四级结构
蛋白 たんぱく 质的分子 ぶんし 结构可 か 划分为四级,以描述 じゅつ 其不同 ふどう 的 てき 方面 ほうめん :
除 じょ 了 りょう 这些结构层次,蛋白 たんぱく 质可以在多 た 个类似 に 结构中 ちゅう 转换,以行使 こうし 其生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう 。对于功 こう 能 のう 性 せい 的 てき 结构变化,这些三级或四级结构通常用化学 かがく 构象 进行描述,而相应的结构转换就被称 しょう 为构象 ぞう 变化。
一级结构是通过共 きょう 价键 (肽键 )形成 けいせい 。生物 せいぶつ 体 たい 中 ちゅう ,肽键 的 てき 形成 けいせい 是 ぜ 发生在 ざい 蛋白 たんぱく 质生物 せいぶつ 合成 ごうせい 的 てき 翻 こぼし 译步 ふ 骤。氨基酸 さん 链的两端,根 ね 据 すえ 末 まつ 端 はし 自由 じゆう 基 もと 团的 てき 成分 せいぶん ,分 ふん 别以“N末端 まったん ”(或 ある “氨基 端 はし ”)和 かず “C末端 まったん ”(或 ある “羧基 端 はし ”)来 らい 表示 ひょうじ 。
定 てい 义不同 どう 类型的 てき 二级结构有不同的方法,[ 2] [ 3] [ 4] 最 さい 常用 じょうよう 的 てき 方法 ほうほう 是 ぜ 通 どおり 过主链原子 げんし 之 の 间的氢键的 てき 排列 はいれつ 方式 ほうしき 来 らい 判断 はんだん 的 てき 。而在蛋白 たんぱく 质完全 ぜん 折 おり 叠的状 じょう 态下,这些氢键可 か 以得到 いた 稳定。
三级结构主要是通过结构“非 ひ 特 とく 异性”相互 そうご 作用 さよう 来 らい 形成 けいせい 。然 しか 而,只 ただ 有 ゆう 当 とう 蛋白 たんぱく 质结构域通 どおり 过“特 とく 异性”相互 そうご 作用 さよう (如盐桥,氢键以及侧链间的堆 うずたか 积作用 よう )固定 こてい 到 いた 相 あい 应位置 いち ,所 しょ 形成 けいせい 的 てき 三级结构才能稳定。对于细胞外周 がいしゅう 蛋白 たんぱく ,二 に 硫键起 おこり 到 いた 了 りょう 关键的 てき 稳定作用 さよう ;而对于细胞内蛋白 たんぱく 质,则很少 しょう 出 で 现二 に 硫键,因 いん 为原生 げんせい 质中 ちゅう 是 ぜ 还原环境,不利 ふり 于二 に 硫键的 てき 形成 けいせい 。[ 5]
组成蛋白 たんぱく 质的α あるふぁ -氨基酸 さん 单位,又 また 称 たたえ 为氨基 もと 酸 さん 残 ざん 基 もと 。R表示 ひょうじ 残 ざん 基 もと 的 てき 侧链。
CO-R-N法 ほう 则
α あるふぁ -氨基酸 さん 由 よし 一个所有氨基酸类型中都含有的共同部分(形成 けいせい 蛋白 たんぱく 质的主 ぬし 链)和 わ 一个对每一类氨基酸都不同的侧链所组成。如右图所示 しめせ ,“Cα あるふぁ ”原子 げんし 连接着 せっちゃく 4个不同 どう 类别的 てき 原子 げんし 或 ある 基 もと 团 :一 いち 个氨基 もと 、一 いち 个羧基 もと 、一 いち 个氢原子 げんし (图中略 ちゅうりゃく 去 さ 氢原子 げんし )和 わ 一 いち 个条侧链(用 もちい “R”表示 ひょうじ ,以代表 だいひょう 各 かく 种不同 ふどう 的 てき 氨基酸 さん 的 てき 侧链)。不完全 ふかんぜん 符合 ふごう 这一特性的一个特例是脯氨酸 さん ,其Cα あるふぁ 原子 げんし 没 ぼつ 有 ゆう 连接氢原子 げんし 而是被 ひ 侧链取代 だい 。由 よし 于连接着 せっちゃく 不同 ふどう 的 てき 4个基团,这就使 し 氨基酸 さん 有 ゆう 了 りょう 手性 てしょう ;但 ただし 大 だい 多数 たすう 蛋白 たんぱく 质都是 ぜ 同一 どういつ 构型的 てき (左手 ひだりて 型 がた 的 てき 同 どう 手性 てしょう )。由 よし 于甘氨酸没 ぼつ 有 ゆう 侧链(或 ある 者 もの 说侧链为一 いち 个氢原子 げんし ),因 いん 此没有 ゆう 手性 てしょう 。左手 ひだりて 型 がた 的 てき 氨基酸 さん 可 か 以用一 いち 个简单的“CORN”法 ほう 则来记忆:以氢原子 げんし 在 ざい 前 まえ 来 らい 看 み Cα あるふぁ 原子 げんし ,其他三 さん 个基团“CO-R-N”以顺时针 方向 ほうこう 排 はい 布 ぬの 。
侧链决定了 りょう 20种α あるふぁ -氨基酸 さん 的 てき 化学 かがく 性 せい 质,具体 ぐたい 如下表 ひょう :
残 ざん 基 もと 名称 めいしょう
三 さん 字母 じぼ 代 だい 码
单字母 はは 代 だい 码
相 あい 对丰度 ど (%) E.C.
分子 ぶんし 量 りょう
pKa[ 6]
VdW 体 からだ 积 (ų)
带电(C), 极性(P), 疏水 そすい 性 せい (H)
丙 へい 氨酸 (Alanine)
ALA
A
13.0
71
67
H
精 せい 氨酸 (Arginine)
ARG
R
5.3
157
12.5
148
C+
天 てん 冬 ふゆ 酰胺 (Asparagine)
ASN
N
9.9
114
96
P
天 てん 冬 ふゆ 氨酸 (Aspartate)
ASP
D
9.9
114
4.5
91
C-
半 はん 胱氨酸 さん (Cysteine)
CYS
C
1.8
103
8.3
86
P
谷 たに 氨酸 (Glutamate)
GLU
E
10.8
128
4.5
109
C-
谷 たに 氨酰胺 (Glutamine)
GLN
Q
10.8
128
114
P
甘 あま 氨酸 (Glycine)
GLY
G
7.8
57
48
组氨酸 さん (Histidine)
HIS
H
0.7
137
6.8
118
P,C+
异亮氨酸 (Isoleucine)
ILE
I
4.4
113
124
H
亮 あきら 氨酸 (Leucine)
LEU
L
7.8
113
124
H
赖氨酸 さん (Lysine)
LYS
K
7.0
129
11.1
135
C+
甲 きのえ 硫氨酸 さん (Methionine)
MET
M
3.8
131
124
H
苯丙氨酸 (Phenylalanine)
PHE
F
3.3
147
135
H
脯氨酸 さん (Proline)
PRO
P
4.6
97
90
H
丝氨酸 さん (Serine)
SER
S
6.0
87
73
P
苏氨酸 さん (Threonine)
THR
T
4.6
101
93
P
色 いろ 氨酸 (Tryptophan)
TRP
W
1.0
186
163
P
酪氨酸 さん (Tyrosine)
TYR
Y
2.2
163
9.8
141
P
缬氨酸 さん (Valine)
VAL
V
6.0
99
105
H
基 もと 于化学 かがく 性 せい 质的不同 ふどう ,可 か 以将20种天然 てんねん 氨基酸 さん 分 ぶん 成 なり 多 た 个类别。重要 じゅうよう 的 てき 影 かげ 响因子 いんし 是 ぜ 侧链带电性 せい 、亲 /疏水 そすい 性 せい 、大小 だいしょう 等 とう 。不同 ふどう 侧链在 ざい 水溶液 すいようえき 环境中 ちゅう 的 てき 相互 そうご 作用 さよう 在 ざい 塑造和 わ 维持蛋白 たんぱく 质结构中扮 ふん 演 えんじ 着 ぎ 重要 じゅうよう 的 てき 角 かく 色 しょく 。疏水 そすい 性 せい 的 てき 侧链趋向于被包 つつみ 埋 うめ 于蛋白 しろ 质内部 ぶ ,形成 けいせい 疏水 そすい 核心 かくしん ,稳定蛋白 たんぱく 质结构;而亲水性 すいせい 的 てき 侧链则更多 た 的 てき 是 ぜ 暴露 ばくろ 于溶剂中。疏水 そすい 性 せい 的 てき 残 ざん 基 もと 包括 ほうかつ 亮 あきら 氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和 わ 缬氨酸 さん 以及疏水 そすい 性 せい 相 しょう 对较弱 じゃく 的 てき 甘 あま 氨酸、丙 へい 氨酸、色 いろ 氨酸和 わ 甲 かぶと 硫氨酸 さん 。带电侧链对于蛋白 たんぱく 质结构的稳定性 せい 也非常 ひじょう 重要 じゅうよう ,通 つう 过不同 どう 带电侧链之 の 间形成 けいせい 离子键可以稳定 てい 结构,而如果 はて 结构内部 ないぶ 有 ゆう 未配 みはい 对的带电侧链则会大 だい 大 だい 减弱结构的 てき 稳定性 せい ;此外,带电残 ざん 基 もと 有 ゆう 很强的 てき 亲水性 せい ,通常 つうじょう 位 い 于蛋白 しろ 质表面 めん 。带正电的残 ざん 基 もと 有 ゆう 赖氨酸 さん 和 かず 精 きよし 氨酸,有 ゆう 时组氨酸也带正 せい 电荷;带负电的残 ざん 基 もと 为谷氨酸和 かず 天 たかし 冬 ふゆ 氨酸。其余的 てき 氨基酸 さん 一般有带不同功能基团的较小的亲水侧链。如丝氨酸和 わ 苏氨酸 さん 侧链带羟基 もと ,谷 たに 氨酰胺和天 てん 冬 ふゆ 酰胺带酰胺基。一些氨基酸具有特殊性质,如两个半胱氨酸 さん 之 の 间能够通过侧链上的 てき 巯基共 ども 价连接 せっ 而形成 けいせい 二 に 硫键 ,脯氨酸 さん 为环状 じょう 且构象 ぞう 比 ひ 较固定 こてい ,甘 あま 氨酸为最小 さいしょう 氨基酸 さん 且构象 ぞう 最 さい 具 ぐ 可 か 变性。
两个氨基酸 さん 通 どおり 过脱水 だっすい 形成 けいせい 肽键
二 に 面 めん 角 かく φ ふぁい 和 わ ψ ぷさい 的 てき 图示。其中黄色 おうしょく 部分 ぶぶん 显示的 てき 是 ぜ 肽平面 めん ,而R1和 わ R2分 ふん 别表示 ひょうじ 左右 さゆう 两个残 ざん 基 もと 的 てき 侧链。
两个氨基酸 さん 可 か 以通过縮 ちぢみ 合 あい 反應 はんのう 结合在 ざい 一起 かずき ,并在两个氨基酸 さん 之 の 间形成 けいせい 肽键 。而不断 ふだん 地 ち 重 じゅう 复这一反应就可以形成一条很长的残基链(即 そく 多 た 肽链)。这一反 はん 应是由 ゆかり 核 かく 糖 とう 体 からだ 在 ざい 翻 こぼし 译 进程中 ちゅう 所 しょ 催化 的 てき 。肽键虽然是 ぜ 单键 ,但 ただし 具有 ぐゆう 部分 ぶぶん 的 てき 双 そう 键性 せい 质(由 ゆかり C=O双 そう 键中的 てき π ぱい 电子云 うん 与 あずか N原子 げんし 上 じょう 的 てき 未 み 共用 きょうよう 电子对 发生共振 きょうしん 导致),因 いん 此C-N键(即 そく 肽键)不能 ふのう 旋转,从而连接在 ざい 肽键两端的 てき 基 もと 团处于一个平面 めん 上 じょう ,这一平面就被称为肽平面 めん 。而对应的肽二 に 面 めん 角 かく φ ふぁい (肽平面 めん 绕N-Cα あるふぁ 键的旋转角 かく )和 わ ψ ぷさい (肽平面 めん 绕Cα あるふぁ -C1 键的旋转角 かく )有 ゆう 一定的取值范围;一旦所有残基的二面角确定下来,蛋白 たんぱく 质的主 ぬし 链构象 ぞう 也就随 ずい 之 の 确定。根 ね 据 すえ 每 まい 个残基 もと 的 てき φ ふぁい 和 わ ψ ぷさい 来 らい 做图,就可以得到 いた 拉 ひしげ 氏 し 图 ,由 ゆかり 于形成 けいせい 同 どう 一类二级结构的残基的二面角的值都限定在一定范围内,因 いん 此在拉 ひしげ 氏 し 图上就可以大致分辨 べん 残 ざん 基 もと 参与 さんよ 形成 けいせい 哪一类二级结构。下表 かひょう 列 れつ 出 で 了 りょう 肽键与对应类型单键以及氢键 键长 的 まと 比 ひ 较。
肽键
平均 へいきん 长度
单键
平均 へいきん 长度
氢键
平均 へいきん 长度(±30)
Cα あるふぁ - C
153 pm
C - C
154 pm
O-H --- O-H
280 pm
C - N
133 pm
C - N
148 pm
N-H --- O=C
290 pm
N - Ca
146 pm
C - O
143 pm
O-H --- O=C
280 pm
肽或蛋白 たんぱく 质的氨基酸 さん 序列 じょれつ (或 ある 残 ざん 基 もと 序列 じょれつ )被 ひ 称 しょう 为蛋白 たんぱく 质一级结构 。残 ざん 基 もと 的 てき 标号总是从蛋白 しろ 质的氨基端 はし (没 ぼつ 有 ゆう 参与 さんよ 形成 けいせい 肽键)开始。蛋白 たんぱく 质一级结构可 か 以通过测定 てい 其对应的基 もと 因 いん (更 さら 准 じゅん 确地说是开放阅读框 かまち 架 か )的 てき 碱基序列 じょれつ 来 らい 间接确定(参 まいり 见翻 こぼし 译 ),但 ただし 对于转录后 きさき 修 おさむ 饰 和 わ 翻 こぼし 译后修 おさむ 饰 ,如二 に 硫键形成 けいせい 、磷酸化 か 和 わ 糖 とう 基 もと 化 か 等 ひとし (通常 つうじょう 被 ひ 认为是 ぜ 一级结构的组成信息),则无法 ほう 通 どおり 过这种翻译法来 らい 测定;此外,也可以通过埃 ほこり 德 とく 曼降解法 かいほう 或 ある 连续质谱 来 らい 对蛋白 しろ 质样品 ひん 进行直接 ちょくせつ 测序。
蛋白 たんぱく 质一级结构 简图。
α あるふぁ -螺 にし 旋与氢键(黄色 おうしょく 点 てん )
早 はや 在 ざい 1951年 ねん ,第 だい 一个蛋白质结构解出前7年 ねん ,鮑 あわび 林 りん 和 かず 他 た 的 てき 同 どう 事 こと 就利用 りよう 已 やめ 知的 ちてき 键长和 わ 键角提出 ていしゅつ 了 りょう α あるふぁ 螺旋 らせん 和 わ β べーた 折 おり 叠的 てき 结构。[ 7] α あるふぁ 螺旋 らせん 和 わ β べーた 折 おり 叠都是 ぜ 将 はた 主 しゅ 链上的 てき 氢键供 きょう 体 たい 和 わ 受体饱和的 てき 一 いち 种方式 しき 。这两个蛋白 たんぱく 质二 に 级结构 仅依赖于主 ぬし 链骨架 か ,即 そく 所有 しょゆう 氨基酸 さん 的 てき 共同 きょうどう 部分 ぶぶん ,这就解 かい 释了为什么这两个蛋白 たんぱく 质二级结构频繁地出现于大多数的蛋白质结构中。随 ずい 着 ぎ 越来 ごえく 越 えつ 多 た 的 てき 蛋白 たんぱく 质结构得到 いた 解析 かいせき ,更 さら 多 た 的 てき 蛋白 たんぱく 质二级结构被发现,如各类Loop和 わ 其他形式 けいしき 的 てき 螺旋 らせん 。蛋白 たんぱく 质二级结构都有自己独特的几何构架,即 そく 二 に 面 めん 角 かく ψ ぷさい 和 わ φ ふぁい 有 ゆう 特定 とくてい 的 てき 值,处于Ramachandran图的特定 とくてい 区域 くいき 。蛋白 たんぱく 质二级结构还包括转角、Loop和 わ 其他一些不常见的二级结构元素(如310 螺旋 らせん 等 とう )。除 じょ 了 りょう 有 ゆう 规则的 てき 二 に 级结构以外 がい ,主 しゅ 链骨架 か 的 てき 其他部分 ぶぶん 就被称 しょう 为无规则卷曲 きょく 。
从侧面 めん 看 み 一 いち 个α あるふぁ 螺旋 らせん ,紫色 むらさきいろ 细线表示 ひょうじ 氢键。
从羧基 もと 端 はし 看 み 一 いち 个α あるふぁ 螺旋 らせん 。
两条反 はん 平行 へいこう 的 てき β べーた 链所形成 けいせい 的 てき β べーた 折 おり 叠,虚 きょ 线表示 ひょうじ 氢键,箭 や 头表示 ひょうじ 从氨基 もと 端 はし 到 いた 羧基端 はし 的 てき 方向 ほうこう 。
蛋白 たんぱく 质二级结构元素通常被折叠为一个紧密形态,元素 げんそ 之 の 间以各 かく 种类型 がた 的 てき 环(loop)和 かず 转角相 しょう 连。蛋白 たんぱく 质三 さん 级结构的 てき 形成 けいせい 驱动力 りょく 通常 つうじょう 是 ぜ 疏水 そすい 残 ざん 基 もと 的 てき 包 つつみ 埋 うめ ,但 ただし 其他相互 そうご 作用 さよう ,如氢键、离子键和二 に 硫键等 ひとし 同 どう 样也可 か 以稳定 じょう 三 さん 级结构。蛋白 たんぱく 质三 さん 级结构包括 ほうかつ 所有 しょゆう 的 てき 非 ひ 共 きょう 价相互 そうご 作用 さよう (不 ふ 包括 ほうかつ 二 に 级结构),并定义了蛋白 たんぱく 质的整体 せいたい 折 おり 叠,对于蛋白 たんぱく 质功能 のう 来 らい 说是至 いたり 关重要 じゅうよう 的 てき 。
蛋白 たんぱく 质四级结构是由两个或多个多肽链通过相互作用形成的结构。其中,单独的 てき 一条链就被称为亚基 。不 ふ 是 ぜ 所有 しょゆう 的 てき 蛋白 たんぱく 质都有 ゆう 四 よん 级结构,许多蛋白 たんぱく 可 か 以以单体 形式 けいしき 来 らい 发挥功 こう 能 のう 。蛋白 たんぱく 质四级结构的 てき 稳定性 せい 与 あずか 其三级结构处于同一水平。两个或 ある 多 た 个亚基 もと 形成 けいせい 的 てき 复合物 ぶつ 统称为多聚体(multimer),如果是 ぜ 两个亚基则称二 に 聚体或 ある 二 に 体 たい (dimer),三个亚基称三聚体或三体(trimer),以此类推。如果多 た 聚体为相同 どう 的 てき 亚基组成,则加上 じょう “同 どう 源 みなもと (homo-)”作 さく 为前缀,反 たん 之 の 则用“异源(hetero-)”,如同源 げん 二聚体或异源三聚体。
赖氨酸 さん 侧链上 じょう 的 てき 碳原子 げんし 的 てき 命名 めいめい
残 ざん 基 もと 侧链上 じょう 的 てき 原子 げんし 根 ね 据 すえ 希 まれ 腊字母 はは 表 ひょう 的 てき 顺序(α あるふぁ 、β べーた 、γ がんま 、δ でるた 、ε いぷしろん 等 とう )来 らい 命名 めいめい ,如Cα あるふぁ 指 ゆび 的 てき 是 ぜ 对应残 ざん 基 もと 上 じょう 最 さい 接近 せっきん 羰基 的 てき 碳原子 げんし ,而Cβ べーた 则是次 じ 接近 せっきん 的 てき 。Cα あるふぁ 通常 つうじょう 被 ひ 认为是 ぜ 主 ぬし 链骨架 か 的 てき 组成原子 げんし 。这些原子 げんし 之 の 间的键对应的二面角则相应以χ1、χ かい 2、χ かい 3等 とう 来 らい 命名 めいめい ,如赖氨酸侧链上 じょう 第 だい 一 いち 、二 に 个碳原子 げんし (即 そく Cα あるふぁ 和 わ Cβ べーた )之 の 间共价键的 てき 二 に 面 めん 角 かく 为χ かい 1。侧链可 か 以有多 た 种不同 ふどう 的 てき 构象,每 まい 一种类型的残基都有几种比较稳定的侧链构象。[ 8]
结构域 いき 、结构模 も 体 たい 与 あずか 折 おり 叠类型 がた [ 编辑 ]
蛋白 たんぱく 质结构域。这两个显示 しめせ 蛋白 たんぱく 质结构都有 ゆう 一个共同的结构域(栗色 くりいろ ), PH 结构域 いき , 它参与 さんよ phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate 绑定。
蛋白 たんぱく 质经常 つね 描述为由几个结构单元所 しょ 构成。这些结构单位包括 ほうかつ 结构域 いき ,模 も 体 たい ,和 かず 折 おり 叠。尽 つき 管 かん 真 ま 核 かく 生物 せいぶつ 体 からだ 可 か 以表达数万种不同的蛋白质,但 ただし 对应的 てき 结构域 いき 、模 も 体 たい 与 あずか 折 おり 叠类型 がた 的 てき 数量 すうりょう 却少得 とく 多 た 。一种合理的解释是,这是进化的 てき 结果;因 いん 为基因 いん 或 ある 基 もと 因 いん 的 てき 一 いち 部分 ぶぶん 可 か 以在基 もと 因 いん 组内 うち 被 ひ 加 か 倍 ばい 或 ある 移 うつり 动。也就是 ぜ 说,通 つう 过基 もと 因 いん 重 じゅう 组 ,一个结构域可以从相应蛋白质A移 うつり 动到本 ほん 不 ふ 具有 ぐゆう 此结构域的 てき 蛋白 たんぱく 质B上 うえ ,而其发生的 てき 进化驱动力 りょく 可能 かのう 是 ぜ 由 よし 于该结构域 いき 对应的 てき 生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう 趋向于被蛋白 たんぱく 质B所 しょ 利用 りよう 。
许多蛋白 たんぱく 质都可 か 以被分 ぶん 为多个结构组成 なり 单元,蛋白 たんぱく 质结构域 (Protein domains)就是这样一个组成单元。结构域 いき 一般可以自稳定,且常常 つね 独立 どくりつ 进行蛋白 たんぱく 质折叠 ,而不需要 じゅよう 蛋白 たんぱく 质其他 た 部分 ぶぶん 的 てき 参与 さんよ ;很多结构域 いき 都 みやこ 有 ゆう 自己 じこ 独特 どくとく 的 てき 生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう 。很多结构域 いき 并不是 ぜ 一 いち 个基 もと 因 いん 或 ある 基 もと 因 いん 家族 かぞく 对应蛋白 たんぱく 质的独特 どくとく 结构单元,而往往是许多类蛋白 しろ 质的共同 きょうどう 结构单元。因 よし 为它们所属 しょぞく 的 てき 蛋白 たんぱく 质的生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう 中 ちゅう 占 うらない 据 すえ 显着地位 ちい ,蛋白 たんぱく 质结构域通常 つうじょう 被 ひ 命名 めいめい 和 わ 被 ひ 挑选出来 でき ; 例 れい 如,“钙调蛋白 たんぱく 的 てき 钙 结合结构域 いき ”。或 ある 者 もの 以几类最初 はつ 发现此结构域的 てき 蛋白 たんぱく 名称 めいしょう 衍生而来,例 れい 如PDZ结构域 いき (最初 さいしょ 发现于PSD95、DlgA和 わ ZO-1这三个蛋白质)。由 よし 于结构域自身 じしん 可 か 以稳定 てい 存在 そんざい ,因 いん 此可以将不同 ふどう 来 き 源 げん 的 てき 结构域 いき 通 どおり 过基 もと 因 いん 工程 こうてい 人 ひと 为地结合在 ざい 一起 かずき ,形成 けいせい 融合 ゆうごう 蛋白 たんぱく 质 。
结构模 も 体 たい (structural motif)和 わ 序列 じょれつ 模 も 体 たい 是 ぜ 指 ゆび 在 ざい 大量 たいりょう 不同 ふどう 蛋白 たんぱく 质中被 ひ 发现的 てき 蛋白 たんぱく 质的三维结构或氨基酸序列的短的片断。结构模 も 体 たい 是 ぜ 一种结构组成单元,它是由 よし 几个二级结构的特定组合(如螺旋 らせん -轉 てん 角 かく -螺旋 らせん )所 しょ 组成;这些组合又 また 被 ひ 称 しょう 为超 ちょう 二 に 级结构 。结构模 も 体 たい 往往 おうおう 还包含有 がんゆう 长度不同 ふどう 的 てき loop区 く 。
折 おり 叠类型 がた 则指的 てき 是 ぜ 整体 せいたい 的 てき 结构排列 はいれつ 类型,如螺旋 らせん 束 たば 、β べーた 桶 おけ 、和 わ 罗斯曼折叠 ,或 ある 是 ぜ 由 ゆかり 蛋白 たんぱく 质数据 すえ 库结构分类中 ちゅう 提供 ていきょう 的 てき 不同 ふどう 的 てき 折 おり 叠。[ 9]
从一级结构到更高级结构的过程就被称为蛋白 たんぱく 质折叠 。一个序列特定的多肽链(折 おり 叠之前 まえ 的 てき 蛋白 たんぱく 质一般都被称为多肽链)一般折叠为一种特定构象(又 また 称 たたえ 为天然 てんねん 构象);但 ただし 有 ゆう 时可以折叠为一种以上的构象,且这些不同 どう 构象具有 ぐゆう 不同 ふどう 的 てき 生物 せいぶつ 学 がく 活性 かっせい 。在 ざい 真 ま 核 かく 细胞 内 うち ,许多蛋白 たんぱく 质的正 せい 确折叠需要 じゅよう 分子 ぶんし 伴 とも 侣的 てき 帮助。
蛋白 たんぱく 质折叠前后 きさき 。
对蛋白 しろ 质结构进行 ぎょう 分 ぶん 类的方法 ほうほう 有 ゆう 多 た 种,有 ゆう 多 た 个结构数据 すえ 库(包括 ほうかつ SCOP 、CATH 、和 わ FSSP )数 すう 据 すえ 库提供 ていきょう 不同 ふどう 的 てき 结构分 ぶん 类。分 ぶん 别采用 よう 不同 ふどう 的 てき 方法 ほうほう 进行结构分 ぶん 类。存 そん 放 ひ 蛋白 たんぱく 质结构的PDB 数 かず 据 すえ 库中就引用 よう 了 りょう SCOP的 てき 分 ぶん 类。对于大 だい 多数 たすう 已 やめ 分 ぶん 类的蛋白 たんぱく 质结构来说,SCOP 、CATH 和 わ FSSP 的 まと 分 ぶん 类是相 しょう 同 どう 的 てき ,但 ただし 在 ざい 一些结构中还有所区别。
蛋白 たんぱく 质数据 すえ 库 (PDB)中 ちゅう 蛋白 たんぱく 质结构的一 いち 些例子 こ 。
按方法 ほう 和年 かずとし 份确定 てい 蛋白 たんぱく 质结构的速 そく 率 りつ
在 ざい 专门存 そん 储蛋白 しろ 质和核酸 かくさん 分子 ぶんし 结构的 てき 蛋白 たんぱく 质数据 すえ 库中 なか ,接近 せっきん 90%的 てき 蛋白 たんぱく 质结构是用 よう X射 い 线晶体 からだ 学 がく 的 てき 方法 ほうほう 测定的 てき [ 10] 。X射 い 线晶体 からだ 学 がく 可 か 以通过测定 てい 蛋白 たんぱく 质分子 ぶんし 在 ざい 晶 あきら 体 たい 中 ちゅう 电子密度 みつど 的 てき 空 そら 间分布 ぶんぷ ,在 ざい 一定分辨率下解析蛋白质中所有原子的三维坐标。大 だい 约9%的 てき 已 やめ 知 ち 蛋白 たんぱく 质结构是通 どおり 过核 かく 磁共振 きょうしん 技 わざ 术测定 じょう [ 10] 。该技术还可用 かよう 于测定 てい 蛋白 たんぱく 质的二 に 级结构。蛋白 たんぱく 质二级结构的组成可以通过圆二 に 色 しょく 性 せい 测定。振 ふ 动光谱法 也可用 よう 于表征 せい 肽,多 た 肽和蛋白 たんぱく 质的构象[ 11] 。二维红外光谱 已 やめ 成 なり 为研究 けんきゅう 不能 ふのう 用 よう 其他方法 ほうほう 研究 けんきゅう 的 てき 柔 やわら 性 せい 肽和蛋白 たんぱく 质的结构的 てき 有 ゆう 价值的 てき 方法 ほうほう [ 12] [ 13] 。低温 ていおん 电子显微镜 (Cryo-electron microscopy)是 ぜ 近年 きんねん 来 らい 兴起的 てき 一种获得低分辨率(低 てい 于5埃 ほこり )蛋白 たんぱく 质结构的方法 ほうほう ,该方法 ほう 最大 さいだい 的 てき 优点是 ぜ 适用于大型 がた 蛋白 たんぱく 质复合 ごう 物 ぶつ (如病毒 びょうどく 外 そと 壳蛋白 しろ 、核 かく 糖 とう 体 からだ 和 わ 類 るい 澱粉 でんぷん 蛋白 たんぱく 纤维)的 てき 结构测定;并且在 ざい 一些情况下也可获得较高分辨率的结构,如具有 ぐゆう 高 だか 对称性 せい 的 てき 病毒 びょうどく 外 がい 壳和膜 まく 蛋白 たんぱく 二 に 维晶体 たい [ 14] [ 15] 。
近年 きんねん 来 らい ,随 ずい 着 ぎ 结构基 もと 因 いん 组学 的 てき 兴起,大量 たいりょう 的 てき 蛋白 たんぱく 质结构获得 とく 了 りょう 测定,为研究 けんきゅう 蛋白 たんぱく 质的作用 さよう 机 つくえ 理 り 提供 ていきょう 了 りょう 重要 じゅうよう 的 てき 结构信 しん 息 いき 。
测定蛋白 たんぱく 质序列 じょれつ 比 ひ 测定蛋白 たんぱく 质结构容易 ようい 得 とく 多 た ,而蛋白 しろ 质结构可以给出 で 比 ひ 序列 じょれつ 多 た 得 とく 多 た 的 てき 关于其功能 のう 机 つくえ 制 せい 的 てき 信 しん 息 いき 。因 よし 此,许多方 かた 法被 はっぴ 用 よう 于从序列 じょれつ 预测结构。
二级结构预测
三级结构预测
四级结构预测:主要 しゅよう 是 ぜ 预测蛋白 たんぱく 质-蛋白 たんぱく 质之间的相互 そうご 作用 さよう 方式 ほうしき 。
与 あずか 蛋白 たんぱく 质结构相关的软件有 ゆう 很多,主要 しゅよう 分 ぶん 为以下 か 几类:
更 さら 多 た 软件可 か 以在ExPASy Proteomics tools (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 )上 じょう 查找。
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