蛋白質的結構與功能的關系

關于蛋白質的結構與功能的關系1.4蛋白質結構與功能的關系蛋白質結構與功能的關系⒈一級結構是空間構象的基礎

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中8個Cys的-SH構成4對二硫鍵，形成具有一定空間構象的蛋白質分子。在蛋白質變性劑（如8mol/L的尿素）和一些還原劑（如巰基乙醇）存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有的二硫鍵準確無誤地恢復原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個實驗表明，蛋白質的一級結構決定它的空間結構，而特定的空間結構是蛋白質具有生物活性的保證。如下圖：概述第2頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2.前體與活性蛋白質一級結構的關系

由108個氨基酸殘基構成的前胰島素原(pre-proinsulin），在合成的時候完全沒有活性，當切去N-端的24個氨基酸信號肽，形成84個氨基酸的胰島素原（proinsulin），胰島素原也沒活性，在包裝分泌時，A、B鏈之間的33個氨基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素。如圖所示:第4頁,共87頁，2024年2月25日，星期天胰島素：AB兩條鏈構成，A鏈含21個氨基酸殘基，B鏈含30

個氨基酸殘基，鏈間有兩對二硫鍵，A鏈上有一對二硫鍵。第5頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.同源蛋白質有順序同源性：比較不同來源的細胞色素C發(fā)現(xiàn)，與功能密切相關的氨基酸殘基是高度保守的，這說明不同種屬具有同一功能的蛋白質，在進化上來自相同的祖先，但存在種屬差異。不同種屬間的同源蛋白質一級結構上相對應的氨基酸差別越大，其親緣關系愈遠，反之，其親緣關系愈近。第6頁,共87頁，2024年2月25日，星期天一肌紅蛋白的結構珠蛋白第7頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；比較種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。第9頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共87頁，2024年2月25日，星期天肌紅蛋白的結構第11頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共87頁，2024年2月25日，星期天肌紅蛋白的亞基鐵卟啉第13頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共87頁，2024年2月25日，星期天肌紅蛋白的氧合曲線第19頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共87頁，2024年2月25日，星期天血紅蛋白第25頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

Hb由4條肽鏈組成：2α、2β，功能是運載O2。在去氧Hb亞基中有下列幾對離子鍵：第29頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

由于血紅蛋白亞基之間存在大量離子鍵，使其構象呈緊張態(tài)，對氧的親和力很低，第一個亞基與O2結合時，離子鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當血紅蛋白的一個亞基結合氧之后引起它的構象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它的離子鍵也依次破壞，此時破壞離子鍵所需要的能量也少，構象的變化導致血紅蛋白對氧的親和力大大增強，因此第四個亞基結合氧的能力比第一個大幾百倍。第36頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共87頁，2024年2月25日，星期天上述Hb與O2結合后，Hb的構象發(fā)生變化，這類變化稱為變構效應，即通過構象變化影響蛋白質的功能。像血紅蛋白這種具有變構效應的蛋白質稱為變構蛋白（allostericprotein）。血紅蛋白的這種變構效應能更有效地行使其運氧的生物學功能。第40頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

血紅蛋白（Hb）和肌紅蛋白（Mb）氧結合曲線的比較第42頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共87頁，2024年2月25日，星期天二磷酸甘油酸（BPG）結合于四個亞基的中央空穴處第46頁,共87頁，2024年2月25日，星期天BPG分子與Hb的兩條β鏈的結合第47頁,共87頁，2024年2月25日，星期天二磷酸甘油酸（BPG）降低血紅蛋白對氧的親和力第48頁,共87頁，2024年2月25日，星期天波爾（Bohr）效應有利于血紅蛋白對氧的運輸?shù)?9頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共87頁，2024年2月25日，星期天⒋蛋白質的一級結構與分子病

現(xiàn)知幾乎所有遺傳病都與蛋白質分子結構改變有關，都稱之為分子病。例如鐮刀型貧血癥，它是由于血紅蛋白的β-亞基上的第六位氨基酸由谷氨酸變成了纈氨酸，導致血紅蛋白的結構和功能的改變，其運輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細胞呈鐮刀狀。第52頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐮刀狀血紅細胞第53頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

1.鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的

2.鐮刀狀細胞血紅蛋白的氨基酸序列的細微變化

3.鐮刀狀細胞血紅蛋白可形成纖維狀沉淀

4.鐮刀狀細胞血紅蛋白的治療性矯正第55頁,共87頁，2024年2月25日，星期天由于基因水平的突變導致的血紅蛋白的分子病第56頁,共87頁，2024年2月25日，星期天地中海貧血癥可以由幾條途徑產生：①缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因；②所有基因都可能存在，但一個或多個基因發(fā)生無義突變，結果產生縮短了的蛋白鏈，或發(fā)生移碼突變致使合成的鏈含不正確的氨基酸序列；③所有基因都可能存在，但突變發(fā)生在編碼區(qū)之外，導致轉錄被阻斷或前體mRNA的不正確加工。第57頁,共87頁，2024年2月25日，星期天蛋白質工程利用基因工程手段，包括用基因的點突變和基因表達等改造蛋白質分子的結構與功能，使之更完善、甚至是新的性質和功能。

第58頁,共87頁，2024年2月25日，星期天免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白

（一）免疫系統(tǒng)

（二）免疫系統(tǒng)能識別自我和非我

（三）在細胞表面的分子相互作用引發(fā)免疫反應

（四）免疫球蛋白的結構和類型

（五）基于抗體—抗原相互作用的生化分析方法第59頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

免疫系統(tǒng)機體執(zhí)行免疫應答和免疫功能的組織系統(tǒng)。由免疫器官和組織、免疫細胞和免疫分子組成。

第60頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第61頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第63頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共87頁，2024年2月25日，星期天免疫球蛋白的結構第68頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第70頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第71頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第74頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第76頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第77頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第79頁,共87頁，2024年2月25日，星期天骨骼肌以及很多非肌肉細胞含有兩種形成特有的纖維狀或絲狀結構的蛋白質：肌球蛋白和肌動蛋白。它們參與需能的收縮活動。肌球蛋白是一種很長的捧狀分子，有兩條彼此纏繞的“—螺旋肽鏈的尾巴和一個復雜的“頭”。它的總分子量為450000，約160nm長，實際上含有六條肽鏈。長尾巴是由二條分子量各為200000的肽鏈組成，這兩條肽鏈稱為重鏈(heavychainH鏈)。重鏈具有柔軟的可轉動鉸鏈。頭是球形的，含有重鏈的末端和四條輕鏈(lightchain，L鏈)，其中兩條稱作L2，分子量為18000，另外兩條稱為Ll和L3,分子量分別為16000和25000。肌球蛋白分子的頭部具有酶活性，催化ATP水解成ADP和磷酸，并釋放能量。許多肌球蛋白分子裝配在一起形成骨骼肌的粗絲(thickfilament)。肌球蛋白也存在于非肌肉細胞內。肌肉的構成第80頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

骨骼肌的組織水平第81頁,共87頁，2024年2月25日，星期天粗絲是由肌球蛋白構成的。細絲是由肌動蛋白構成的。