background image

The four orders of protein structure  

 

primary structure :-  the primary structure of the polypeptide chain of a 
protein is the order in which amino acids are joined together, and it 
includes the location of any disulfide bonds. 

The number of known protein sequences is so large and is increasing so 
rapidly that rather than being  available in printed from, sequence data 
are now deposited in electronic protein sequence databases that can 
be accessed via that internet . 

secondary structure :- " 

Configuration and conformation 

The term configuration refers to the geometric relationship between a 
given set of atoms . Interconversion of configurationally alternatives. 
(eg, conversion of D- to L- alanine   ) can be achieved only by breaking 
and re-forming covalent bonds.  

The similar - sounding term "conformation" refers to the Three-
dimensional architecture of a protein, the spatial relationship of all the 
atoms to all the others . 

The interconversion of conformers involves not the rupture of covalent 
bonds but the rupture and reformation of noncovalent forces ( 
hydrogen bonds, salt bonds, hydrophobic interaction ) that stabilize 
given conformations. Even after ruling out conformations precluded by 

steric

 interactions, the free rotation about two-thirds of the covalent 

bonds of the main chain of a polypeptide allows for a staggeringly large 
number of possible conformations for a given protein however, for a 


background image

given protein, only a small number of possible conformations have 
biologic significance  

Various forces stabilize protein structures  

several individually weak but numerically formidable noncovalent 
interaction stabilize protein conformation. 

These forces include hydrogen bonds, hydrophobic interaction, 
electrostatic interaction, and van der waals forces. 

HYDROGEN BONDS: Residues with polar R groups generally on the 
surface of globular protein, where they form hydrogen bonds primarily 
to water molecules. Elsewhere the aminoacyl residues of the backbone 
form hydrogen bonds with one another.  

HYDROPHOBIC INTERACTIONS:  Hydrophobic interactions involve the 
nonpolar R groups of aminoacyl residues that in typical globular protein 
reside in the interior of the protein. Formation of hydrophobic 
interaction is "entropically driven" . A roughly spherical overall shape 
minimizes surface area. Concentration of nonpolar  residues in the 
interior of the protein lowers the number of surface residues and 
maximizes the opportunity for the film of surface water molecules to 
form hydrogen bonds with one another, a process associated with an 
increase in entropy.  By contrast, the nonpolar environment of 
biological membranes favors hydrophobic surface residues whose 
nonpolar R groups participate in hydrophobic interaction with the alkyl 
side chain of the fatty acyl esters of membrane bilayers .. 

Electrostatic interaction : or salt bonds are formed between oppositely 
charged groups such as the amino terminal and carboxyl terminal 
groups of peptides and the charged R groups of polar aminoacyl 


background image

residues , while all formally charged groups tend to be located on the 
surface of globular proteins, exceptions occur. specific polar groups 
that perform essential biologic functions may reside in clefts that 
penetrate the interior of a protein . since polar residues can also 
participate in ionic interactions the presence of salts such as KCL can 
significantly decrease ionic interactions between surface residues.  

Van der waals interactions : Van der waals forces which are extremely 
weak and act only over extremely short distances, include both an 
attractive and a repulsive component. The attractive force involves 
interaction between induced 

dipole

 formed by momentary fluctuations 

in the electron distribution in nearby atom. The repulsive force comes 
into play when two atom come so close that their electron orbitals 
overlap. The distance of which the attractive force is maximal and the 
repulsive force is minimal is termed the van der waals radii. Atoms have 
characteristics van der waals radii and the optimal contact distance 
between two atom is the sum of their van der waals radii.. 

    Tertiary structure : Fig 6-10 P54 

The high information content of diagrams or models that include all 
atoms of a protein hinders the study of overall features of protein 
structure. Consequently, we employ simplified conventional 
representation to display structure featurs. The symbols used are 
cylinders for α-helices. broad arrows for 

β-  strands, and ribbon like 

strands for the remaining structures such as β-bends and loops

 

.. 

 

 

 


background image

Electrostatic bonds like surface residues :-  

Salt (electrostatic) bonds link oppositely charged R groups of residues 
and the charged α- groups of carboxyl and amino terminal residues. For 
example , the R group of Lysine ( Net charged +1 at physiologic PH )  
and aspartate or glutamate ( Net charged -1 ) can interact 
Electrostatically to stabilize protein .  

 Disulfide bonds confer additional stability : 

In addition to peptide bonds, covalent Disulfide bonds can form 
between Cysteine residues present in the same or different 
polypeptide. these disulfide bonds confer additional stability to specific 
conformation of proteins such as enzyme ( eg: Ribonuclease ) and 
structural proteins ( eg; KERATIN ) . 

hydrophobic interaction link interior residual : 

Nonpolar side chains of amino acids associate in the interior of globular 
protein. while these associations are individually extremely weak, these 
large number

 dictate

 that hydrophobic interaction contribute 

significantly to maintaining protein structure   …  

QUATERNARY STRUCTURE  

 oligomeric protein have multiple polypeptide chains !  

protein that contain two or more polypeptide chain  associated by 
noncovalent forces are said to exhibit quaternary structure in these 
multimeric protein the individed polypeptide chains are termed 
protomers or subunits . 


background image

Hydrogen bonds and electrostatic bonds formed between surface 
residues of adjacent subunits stabilize the association of subunits . 
protein composed of two or four subunits are termed dimeric or  
tetrameric proteins, respectively, homodimers, homotetramers, etc. 
consist of identical subunits, hetero-oligomers of dissimilar subunits. 
The different subunits of hetero-oligomers protein typically perform 
discrete functions. one subunit or set of identical subunits may perform 
a catalytic function , another subunit set, ligand   recognition or a 
regulatory role. Different spatial orientations of subunit confer 
alterative properties on the oligomer and pemit multimeric proteins to 
play unique roles in intercellular regulation.. 

Protein denaturant, disrupt secondary , tertiary , and quaternary 
structure .  

Reagents' such as urea, sodium dodecyl sulfate (SDS), mild H+ and mild 
OH- rupture hydrogen bonds, hydrophobic bonds, and electrostatic 
bonds ( but not peptide or disulfide bonds). They thus disrupt all the 
orders of protein structure except PRIMARY STURUCTE and destroy 
biologic activity . (fig) 

active

 

------------------------ inactive

  

    representation of denaturation of a protomer 


background image

physical methods reveal molecular weight and Quaternary structure  

determination of the quaternary structure of oligomeric proteins 
involves determining the number and kind of promoters present, their 
mutual orientation and the interactions that unite them . providing that 
oligomers do NOT undergo denataration during the procedure  

used to determine molecular weight, many methods can yield 
molecular weight data.  

These same techniques may be used to determine protomer molecular 
weight if the oligomer is first dentaturated . 

A- analytical ultracentrifugation . 

B- sucrose density gradient centrifugation. 

C- Gel filtration .  

D- polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE ). 

E- Electron microscopy visualizes macromolecular complexes . 

 

 

By Oday D. Abdulqader    ..  

 

 

 

 


background image

 اﻟﺳﻼم ﻋﻠﯾﻛم ھذه اﻟﻣﻼﺣظﻼت واﻟﺻور ﻟﻼطﻼع ﻓﻘط واﻟﻔﮭم ﻣﺎ اﻟﮭﺎ ﻋﻼﻗﮫ ﺑﻣﺎدة

 اﻟدﻛﺗورة اﺗﻣﻧﺎﻟﻛم اﻟﺗوﻓﯾﻖ

 ..

 

 

 

 

The sequence of amino acids in human insulin is its primary structure.  

 

 


background image

 

In the secondary structure of 

α

 b 1beta2-pleated sheet, hydrogen bonds 

form between the peptide chains. 

     --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

 

The ribbon model represents the tertiary structure of the polypeptide chain of myoglobin, which 
is a globular protein that contains a heme group that binds oxygen. 

 

 

 

 

 


background image

 

Interactions between amino acid R groups fold a protein into a specific 
three-dimensional shape called its tertiary structure. 

========================================================= 

 


background image

 

The 

α helix acquires a coiled shape from hydrogen bonds between the oxygen of the 

C

═O group and the hydrogen of the N¬H group in the next turn.  

----------------------------------------------------------------------------------------------------  

 

The fibrous proteins of 

α-keratin wrap together to form fibrils of hair and wool. 


background image

 

The structural levels of protein are(a) primary, (b) secondary, (c) 
tertiary, and sometimes (d) quaternary 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Oday Duraid
المشاهدات: لقد قام 31 عضواً و 291 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل