生物体内蛋白质

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 生物体内的蛋白及其功能,结构蛋白:构成细胞骨架的蛋白，如纤维蛋白,和部分膜蛋白。,功能蛋白:生物体内参与生物学功能，多数为,球蛋白，一些膜蛋白。,第一节 血红蛋白与氧的运输,一 前言:,血红蛋白（hemoglobin，Hb)，是迄今为止在结构与能关系方面研究最清楚的蛋白质.,人的三种血红蛋白(Hb):,HbA 成人,95%,2,2,HbA,2,成人 2%,2,2,HbF 胎儿 80%,2,2,成人96%；组织回流血 64%,氧解离曲线：氧饱和度氧分压,结合常数=,HbO,2,Hb O,2,n,Hill系数n=2.8,协同与变构,氧,分压,(毫米汞柱）,氧饱和度,100%,(三)氧合前后Hb构象变化：,Hb的4个亚基间形成8个盐桥，并且结合一分子BPG(2,3-二磷酸甘油酸)，束缚了Hb的分子结构，使其对O,2,分子的亲和力下降。,NH,3,+,-Val Asp,94,His,146,-,COO,-,2,-,OOC-Arg Asp,126,Lys,40,Val-NH,3,+,1,NH,3,+,-Val Lys,40,Asp,126,Arg-COO,-,2,-,OOC-His,146,Asp,94,Val-NH,3,+,1,血红蛋白的中央空穴中还结合着一分子的2,3-二磷酸甘油酸（BPG）,O O,-,C O,-,HC-O-P-O,-,CH,2,O,O,O=P-O,-,O,-,BPG分子的两个磷酸基和一个羧基与血红蛋白两个,-亚基中的Val,1,-NH,3,+,、Lys,82,(EF6)的-NH,3,+,及His,143,(H21)的咪唑基之间共形成6个盐桥,亚基,Fe,2+,与O,2,结合后直径缩小，落入卟啉环空穴中,使E、F空穴收缩，H Tyr22突围而出,导致大量盐桥断裂，挤出BPG分子,-亚基构象变化，排除了E Val11的空间障碍，后者即可与O,2,结合,血红蛋白,-亚基,E Val,11,氧合前后Hb的四级结构变化：,(三)影响血红蛋白氧亲和力的主要因素,1 BPG的调节作用：,可降低血红蛋白对氧的亲和力。,血红蛋白不能同时与BPG或4个O,2,分子结合，具有竞争关系，在代谢调节中具有重要的生理意义：,在空气稀薄环境或肺呼吸困难时，BPG带偿性增加，使为数不多的O,2,分子得以尽量释放,HbF（,2,2,）胎儿型血红蛋白的,亚基的H21(143)为Ser，而不是亚基的His。减少了血红蛋白对BPG的亲和力，近而使,HbF对O,2,的结合能力提高，适应胎儿生长快速的需要。,2,H,+,浓度和CO,2,分压的影响：,Bohr效应：PH对Hb对O,2,的亲和力的影响。,CO,2,+H,2,O,碳酸酐酶,H,2,CO,3,H,+,+HCO,2,-,HbO,2,+H,+,+CO,2,PH=7.2(肌肉),Hb,H,+,+O,2,PH=7.6(肺),CO,2,H,+,结合部位（3个）:,亚基：N-Val-,NH,2,，His,122,-,咪唑基,亚基：His,146,-,咪唑基,CO,2,结合部位:每个亚基的N-末端氨基,Hb-NH,2,+CO,2,Hb-NHCOO,-,+H,+,(氨基甲酸血红蛋白),通过形成盐桥来稳定脱氧Hb的结构，使Hb和O,2,的亲和力降低，促进O,2,的释放。,(四)血红蛋白结构与分子病,1 镰刀型贫血病,（sickle-cell anemia):,分子病（molecular disease):,因基因突变而导致蛋白表达,异常或缺失，从而影响正常生理功,能而引起的疾病。,镰刀型贫血病是被认识最早,的分子病。1949年Pauling应用电泳技术，,发现致病原因是由于红细胞中含有异常血红蛋白HbS。,HbA-,链,：H,2,N Val-His-Leu-Thr-Pro-,Glu,-Glu-Lys-,HbS-,链,：H,2,N Val-His-Leu-Thr-Pro-,Val,-Glu-Lys-,1 2 3 4 5 6 7 8,Glu（C,T,T）,Val,（C,A,T）,镰刀型状红细胞中HbS分子聚合：,疏水性Val 取代位于蛋白表面的亲水的Glu后，降低了蛋白的溶解度，并且,成为一个“粘性”突起，,通过疏水作用等与其它,HbS分子聚合成为14股,纤维状沉淀，压迫细胞,质膜弯曲成镰刀形。后,者不易透过毛细血管；,氧压低时某些细胞还会,破裂在血管中成胶冻状，,影响正常功能，并加剧,细胞的镰刀状化,组织,缺血死亡,6,2 其它与血红蛋白异常有关的疾病：,目前发现的人类血红蛋白疾病近300种，分为血红蛋白病（,或链改变）,和地中海贫血病（,或链丢失）两类:,突变发生在Hb分子表面：,血红蛋白溶解度、聚合性变异。如镰刀形贫血病,突变发生在Hb的血红素附近：,影响血红素与O,2,的结合或与亚基的结合。如：各种先天性青紫血红蛋白(HbM)，是由于血红素附近的His被取代,突变发生在特异部位：影响Hb的空间结构,突变发生在亚基界面上：,影响亚基聚合，如Hb Kempsey(,2,2,99AspAsn,)，影响亚基之间氢键的形成。对氧的亲和力异常高，在组织中不能释放,O,2,血红蛋白肽链基因缺失或发生无义突变：,或-,地中海贫血病,第二节 免疫球蛋白的识别与防御功能,免疫（immunity)：,是人及脊椎动物重要的自体防御机能，分为细胞免疫和体液免疫两大系统。,细胞免疫(cellular immnue system):,破坏被病毒感染的宿主细胞、某些寄生物及外来移植组织细胞等。通过产生各种效应细胞，包括巨嗜细胞、T淋巴细胞、嗜中性细胞等起作用,T淋巴细胞：成熟于胸腺（thymus galnd),Tc（胞毒细胞）：通过表面受体识别与MHC（组织相容性复,合体）蛋白结合的抗原，消除显示不正常抗原的细胞,Th（T助细胞）：识别与MHC结合的抗原，分泌细胞因子,（淋巴因子），刺激多种免疫细胞增殖。,体液免疫(humoral immnue system):,针对细菌、病毒感染及外源性蛋白等。通过B淋巴细胞分泌的补体和抗体来承担。,B淋巴细胞在骨髓（bone marrow）中完成发育,B细胞,特定抗体,抗原,迅速分裂,记忆细胞,(memory cell),带有与亲代相同抗体,（效应）浆细胞(,plasma cell),分泌,可溶性抗体,一 抗原与抗体：,免疫反应:,当异物(异种蛋白等）进入机体后，免疫系统产生相应的免疫球蛋白，识别并和异物结合，以消除异物的过程。,抗原(antigen):,能刺激机体产生免疫反应的外源性物质。,免疫球蛋白(immunoglobulin,I,g):,由于抗原刺激免疫系统而产生的具有免疫特性的球蛋白。又称抗体(antiboby).,二 抗体的结构:,共同特点:,特异性；多样性；,一类具有四链结构的血清糖蛋白：,H(重链)：50,000 70,000,L(轻链)：22,000 23,000,依aa组成，所有的重链和轻链都可分成两部分：,C区(aa 组成恒定)：占重链3/4或4/5，占L链,V区(aa 组成多变)：占重链1/4或1/5，在N-末,端，是抗原结合部位。,N,N,H链,L链,V区,C区,C,C,C,C,(一)抗体的类型:,根据重链和轻链C区抗原性差异分类：,1.根据H链差异可分为5大类:,H链：,相应抗体：IgA IgG IgM IgE IgD(五类),功能：IgA、IgG、IgM：抗感染有关,IgE：过敏或变态反应有关,IgD：功能不清,2.根据L链不同可分为两型：,L链：,相应抗体分：,型,型(两型),(二)抗体的分子结构：,1.IgG结构:,占血清抗体的70 80%，150,000，可透过胎盘,2,H链(446aa)：V,H,、C,1、C,2、C,3区,2,L链(214aa)：V,L,、C,L,区,V,H,和V,L,结合抗原；C,2结合补体；C,3结合巨嗜细胞、,淋巴细胞等,铰链区：H链之间的-S-S-,多集中于此；结合糖链处；,富含Pro,无,-螺旋，柔韧,木瓜蛋白酶:,Fc(补体结合片段),Fab(抗原结合片段),S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,V,L,C,L,V,H,C,1,C,2,C,3,F,C,F,ab,木瓜蛋白酶,:,IgG空间结构：,每个IgG分子有12个空间结构相似的结构域组成：由两层反平行,-sheet构成，每层34个，片层之间充满疏水aa，并以一个二硫键相连。,-sheet片之间以,-turn、少量,helix和,无规则卷曲连接。,V,L,区和V,H,区相对，形成一个 1.2 1.52.0nm的裂隙，为抗原结合空穴。,免疫球蛋白V,L,区,V,H,V,L,C,L,V,H,V,L,抗原结合位,抗原结合位,糖链,IgG效价=2,2.,IgM,结构：,IgM：950,000 巨球蛋白,(5IgM单体+末端J链),IgM单体：,H链：V,H,，C,1 C,4,L链：V,L,，C,L,一个IgM单体可结合2分子抗原，,IgM效价=10,存在形式单体是其膜结合形式；五聚体只存在于血流,主要功能：感染早期产生，抑制、凝集、溶解入侵到血液,的细菌等,3.,其它免疫球蛋白结构：,IgA:主要存在于身体分泌物，如泪、唾液尤其是乳汁中,IgD:存在于B细胞表面，功能不清,IgE:以Fc区与嗜碱性粒细胞等结合，结合过敏原后，诱导细胞分泌组胺等活性胺，导致过敏或变态反应,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,S-S,亚,单,位,亚,单,位,IgA,1,IgD,S-S,S-S,S-S,IgE,(三)抗原抗体相互作用,可溶性抗原与抗体能够发生可逆性的沉淀反应,分子量达10,000以上的蛋白，均可成为良好的抗原。,抗原决定簇：抗原分子表面可刺激机体产生抗体并与其专,一性结合的部位。,蛋白的抗原性取决于其抗原决定簇的性质及分布。,血液中抗原抗体相互作用是一种蛋白分子的群体相互作用,抗原与抗体的结合需要空间结构互补，并以非共价键相互作用。只有诱导该抗体产生的抗原才能与该抗体结合,抗体对抗原只有识别与结合的作用，但不对抗原构成杀伤。免疫沉淀可被巨嗜细胞或粒细胞吞噬；细胞性抗原的杀伤作用由补体来完成（形成破膜复合体）。,第三节 肌肉蛋白与肌肉运动,肌肉收缩（muscle contraction)是最完善的细胞运动,肌肉是效力极高的换能器，ATP化学能,机械能,收缩过程依靠收缩蛋白（肌球蛋白、肌动蛋白）及起调节作用的原肌球蛋白、肌原蛋白和Ca,2+,的相互作用,一 肌纤维的,分子构成：,肌肉,肌细胞,肌纤维,肌原纤维,(,I,带+A带）,细丝+粗丝,肌节:两z线之间,粗丝和细丝的相对运动是肌肉收缩的基础,二 粗丝(thick filament)结构：,构成:肌球蛋白(myosin)，2H,4L（L,1,2,x,L,2,L,3,）,肌球蛋白头部功能区：,肌动蛋白结合位,ATP酶活性部位,聚合:肌球蛋白分子尾部,对尾部地反向排列，成一,束粗丝，分子的头朝向两,端，并露出粗丝表面。,复绕,-,helix,三 细丝(thin filament)结构：,肌动蛋白:原肌球蛋白:肌原蛋白=7:1:1,1.,肌动蛋白(actin),球型(G型):单肽链折叠形成的球型,纤维型(F型):由球型聚合形成长纤维,功能:球型单体表面有肌球蛋白结合位，与肌球蛋白分子,头部结合成肌动球蛋白。,纤维型肌动蛋白可以提高肌球蛋白头部ATP酶活性,2.,原肌球蛋白(protomyosin):,双股helix，棒状直径20 A,，,长490A,，每分子覆盖7个,G型肌动球蛋白,3.肌原蛋白(troponin，Tn):,原肌球蛋白结合亚基(Tn T)：与原