[发明专利]一种模块化组装的蛋白质结构模型

说明书

本发明公开了一种模块化组装的蛋白质结构模型，由通用模块(肽平面模块)和氨基酸特征模块(α碳原子和侧链模块)依次重复连接而来，并分别在两端连接氨基模块和羧基模块，即：氨基模块‑氨基酸特征模块1‑通用模块1‑氨基酸特征模块2‑通用模块2……氨基酸特征模块n‑羧基模块。本发明模块以肽平面和α碳原子为基本结构模块，构筑可以准确展示蛋白质一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等空间构型的模型，利于模型的标准化生产制造和有利于学生的理解、及在科研上的应用。

技术领域

本发明属于教学、科研用具技术领域，具体涉及一种模块化组装的蛋白质结构模型。

背景技术

蛋白质是具有空间立体结构的生物大分子，在生命活动中发挥非常重要的功能。蛋白质的结构有一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等多种层次，对蛋白质空间结构的理解与研究是研究生物分子间相互关系、利用生物大分子进行生产实践活动的重要一环。常规的球棍模型可以很好地示意化学小分子的结构，然而蛋白质分子量大，原子种类和数目多，空间结构变化复杂，依靠球和棍逐一拼接然只能做一些氨基酸或者简单多肽的模型，并且不易大众化推广，因而具有很大的局限性。

蛋白质的一级结构是由氨基酸组成的肽链。专利201130086280.X发表了一种氨基酸分子的结构模型，由表示侧链基团的袋形气球、表示氨基的正六面体、表示羧基的球体、表示氢原子的椭球体、表示化学键的铁棍连接在表示碳原子的正四面体上构成。该模型可以直观形象地展示20种氨基酸的分子结构，但用多个这样的模型难以拼接多肽模型及蛋白质三维结构，且显然是不能批量制造和推广的。李卫东(生物学教学，2006，31(3)：37)用不同颜色的纸条作为不同类型的氨基酸，并利用回形针相互挂钩将许多“氨基酸”连接成“多肽 链”，继续通过回形针钩挂形成“蛋白质”的二、三级结构，最后折叠成具有一定空间结构的蛋白质。该方法不能准确展示肽键和肽平面的形成，也难以展示二面角，利用回形针挂钩形成的空间结构不准确且有随意性和误导性，难以在科研领域获得应用。

在现有的蛋白质结构功能教学、科研过程中，尚无一种能简单、直观展示蛋白质从一级结构到空间立体结构的模型，给从业者和学生造成一定的困惑。

发明内容

蛋白质虽然是由氨基酸组成，然而其空间结构的最大特征是具有肽平面和二面角。以肽平面和二面角为基础的模型最能符合蛋白质空间结构特性。除脯氨酸外的其他19个蛋白质氨基酸形成的肽平面具有相同的结构，适合于模块化标准化制作，称为通用模块。二面角的本质是α碳原子与N原子和羧基碳原子连接键的自由旋转，当把α碳原子上连接的侧链简化后，除甘氨酸外的所有蛋白质氨基酸结构都是相同的，因而可以把α碳原子及其上连接的侧链、氢原子组合模块化称为氨基酸特征模块，这对普通的教学、研究用途已经足够；需要氨基酸的进一步详细结构时，则可以把简化后的侧链更换为完整的侧链。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种模块化组装的蛋白质结构模型，由通用模块(肽平面模块)和氨基酸特征模块(α碳原子和侧链模块)依次重复连接而来，并分别在两端连接氨基模块和羧基模块，即：氨基模块-氨基酸特征模块 1-通用模块1-氨基酸特征模块2-通用模块2……氨基酸特征模块n-羧基模块。

所述的通用模块是代表肽平面中羰基与氨基形成的酰胺平面结构组合模型，其结构如式I所示：

其中：L1、L2、L3、L4、L5表示与相应原子相连的键。O、C、N、H原子及键L1、L2、L3、L4、L5可以用四方形平面上的图示方法表示，也可以用代表原子和键的立体模型表示。L4、L5是可选结构。“○”仅示意连接的原子，不代表该原子模型的形状，在本发明中可以是球形、四面体形、椭球形及其他形状。