(3) R
基團的
大小、電荷
限制 → 只做
規律摺疊
→ α Helix, β Sheet
Ramachandron plot
二級構造的成因
(1) Peptide bond
不能轉動 →
Peptide bond
平面
(2) 一個胺基酸
R 基團
與前後 R 基團的限制 →
Peptide bond 平面
不能任意轉動 →
(4) 穩定二級構造的力量：
氫 鍵
α Helix,
β Sheet
Juang RH (2007) BCbaiscs
以
胜肽平面
轉角可預測二級構造
Ramachandron
Plot
Nelson & Cox
(2004) Lehninger Principles of
Biochemistry
(4e) p.125
Mathews et
al (2000) Biochemistry
(3e) p.164
α helix
β sheet
兩者都由
氫鍵組成
蛋白質二級構造
●
●
生物功能分子最重要的構成鍵結力量：
(1)
蛋白質二級構造、三級構造
(2) DNA 鹼基間的配對：
A:T
;
G:C
(3)
水分子之間 →
冰
(4)
抗原-抗体結合
(5)
蛋白質間親和力
二級構造 (Secondary structure)
Hydrogen bond 氫鍵
-
-
N
N
--
--
H
H
...
...
O
O
-
-
+
δ
-
-
δ
δ
-
δ
●
●
氫鍵有方向性：
立体排列
電子流向
Juang RH (2007) BCbaiscs
Mathews et
al (2000) Biochemistry
(3e) p.100
Alberts
e
t al
(2002) Molecular Biology of
the Cell (4e) p.58
氫鍵的組成
各種 α helix 的表達形式
Garrett & Grisham (1999) Biochemistry (2e) p.165
Campbell (1990) Biology (2e) p.65
Linus Pauline
& α helix
Judson (1996) The Eighth Day of Creation
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
7
9
9
8
8
8
10
10
11
11
12
12
13
13
13
氫鍵
氫鍵
N
C
C
N
C
C
N
C
C
α
α
C
C
α
α
N
C
C
C
α
α
C
C
胜
鍵
胜
鍵
胜
鍵
胜
鍵
N
N
H
H
O
O
C
C
1
1
2
2
3
3
3.6
3.6
5.4 A
o
α
α
α
α
α
α
α
α
α
α
氫鍵
氫鍵
Alpha Helices by
Geis
二級構造的特徵
Linus Pauling (Caltech)
●
●
α Helix:
螺旋
(1) Right handed (
右手旋
)
(2)
每
3.6
胺基酸繞一圈，每圈
5.4 Å
高
(3) Carbonyl (C=O)
與下游 H-N- 生成
氫鍵
(4)
每個氫鍵以
13
個原子夾著 (α
13
)
(5)
整個 α helix 呈
圓筒狀
，且有
偶極性
●
●
肌紅蛋白
(Myoglobin)
:
含有八個 α helix 圓筒 其間以 turn 轉折連結
Juang RH (2007) BCbaiscs
α helix 有構造上的方向性
Nelson & Cox
(2000) Lehninger Principles of
Biochemistry
(3e) p.165-166
右
手
旋
有
極
性
左
手
旋
用
α helix 組成堅固的立體構造
Zubay
(1988) Biochemistry
(2e) p.64
肌紅蛋白 myoglobin
數個 α helices 可聚成更高層結構
αααα
形成更複雜的構造
Stryer (1995) Biochemistry (4e) p.436
α helix 可捲繞出新的相鄰關係
Alberts
e
t al
(2002) Molecular Biology of
the Cell (4e) p.679
Garrett & Grisham (1999) Biochemistry (2e) p.1054
其他重要二級構造
●
●
β Sheet:
長帶
(1) 數條胺基酸鏈
平行排列
，並以
氫鍵
側向連接
(2) 胺基酸鏈可為
同向
(parallel) 或
反向
排列
(3) 整片 β sheet 呈
板狀
或
盾形
，更可捲成
筒狀
●
●
Reverse
Reverse
Turns
Turns:
β turn, γ turn
連結各種二級構造的轉折角，也是以
氫鍵
固定
●
●
Irregular:
不規則形狀
(但有
固定
形狀)
●
●
Random:
任意形
(時時在改變形狀)
β
helix
Juang RH (2007) BCbaiscs
典型的 β sheet 二級構造
Garrett & Grisham (1999) Biochemistry (2e) p.174
平板
平板
β sheet 的同向與反向平行
parallel
anti-parallel
轉折
turn
Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.140
all
α helices
all
β sheets
helices + sheets
Kleinsmith & Kish (1995) Principles of Cell and Molecular Biology (2e) p.26
各種二級構造組合
其他的二級構造
●
●
β Sheet:
長帶
(1) 數條胺基酸鏈 平行排列，並以 氫鍵 側向連接
(2) 胺基酸鏈可為 同向 (parallel) 或 反向 排列
(3) 整片 β sheet 呈 板狀 或 盾形，更可捲成 筒狀
●
●
Reverse
Reverse
Turns
Turns:
β turn, γ turn
連結各種二級構造的轉折角，也是以
氫鍵
固定
●
●
Irregular:
不規則形狀
(但有
固定
形狀)
●
●
Random:
任意形
(時時在改變形狀)
Juang RH (2007) BCbaiscs
β helix
造成轉角的幾種二級構造
β turn
γ turn
Pro
劇烈轉折
R 在同一側
R 在相對側
三個胺基酸平面夾一氫鍵
兩個胺基酸平面夾一氫鍵
Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.181
二級構造直接組合成三級構造
注意轉折及不規則、任意形
Mathews et
al (2000) Biochemistry
(3e) p.179