蛋白质结构与功能的关系课件

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,蛋白质结构与功能的关系,The Relation of Structure and Function of Protein,第三节,蛋白质结构与功能的关系第三节,1,一、,蛋白质的主要功能,分布广,：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。,含量高,：蛋白质是生物体中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的,45%,，而在细胞中可达细胞干重的,70%,以上。,更新快,：,组织细胞每天都在不断地更新。因此，人体必须每天摄入一定量的蛋白质，作为构成和补充组织细胞的原料。,（一）蛋白质是生物体重要组成成分（结构蛋白）,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,一、蛋白质的主要功能分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞,2,物质运输,催化功能,信息交流,免疫功能,氧化供能,维持肌体的酸碱平衡,维持正常的血浆渗透压,（二）蛋白质具有重要的生物学功能（功能蛋白）,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,物质运输（二）蛋白质具有重要的生物学功能（功能蛋白）生物化学,3,二、蛋白质执行功能的主要方式,细胞免疫系统,(,一,),蛋白质与配体的,特异性识别,在细胞表面的分子相互作用引发免疫反应,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,二、蛋白质执行功能的主要方式细胞免疫系统(一)蛋白质与配体的,4,主要组织相容性复合体,（,major histocompatibility complex,，,MHC,）,I,型,MHC,蛋白的结构,I,型,MHC,蛋白的,功能,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,主要组织相容性复合体（major histocompatib,5,IgM,的五聚体形式,IgG,的结构,(,二,),蛋白质与配体的,特异性,结合,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,IgM的五聚体形式IgG的结构(二)蛋白质与配体的特异性结,6,抗原抗体的特异性结合,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,抗原抗体的特异性结合生物化学与分子生物学（第9版）,7,（一）一级结构是空间构象的基础,三、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础,牛核糖核酸酶,A,一级结构与空间结构的关系,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,（一）一级结构是空间构象的基础三、蛋白质一级结构是高级结构与,8,（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能,一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。,氨基酸残基序号,胰岛素 ,A5 A6 A10 A30,人,Thr Ser Ile Thr,猪,Thr Ser Ile Ala,狗,Thr Ser Ile Ala,兔,Thr Gly Ile Ser,牛,Ala Gly Val Ala,羊,Ala Ser Val Ala,马,Thr Ser Ile Ala,哺乳类动物胰岛素,A,链氨基酸序列的差异,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能一级结构相,9,（三）氨基酸序列提供重要的生物进化信息,一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素（,cytochrome C,），比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。,细胞色素,C,的生物进化树,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,（三）氨基酸序列提供重要的生物进化信息一些广泛存在于生物界的,10,（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病,例：镰刀形红细胞贫血,N-val his leu thr pro,glu,glu C(146),HbS,肽链,HbA,肽 链,N-val his leu thr pro,val,glu C(146),这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫,11,肌红蛋白,/,血红蛋白含有血红素辅基,血红素结构,四、蛋白质的功能依赖特定空间结构,（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基血红素结构 四、蛋白质的功能,12,肌红蛋白,(myoglobin,，,Mb),肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有,8,段,-,螺旋结构。,血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的,F8,组氨酸残基还与,Fe,2+,形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌红蛋白是一个只有三级,13,血红蛋白,(hemoglobin,，,Hb),血红蛋白具有,4,个亚基组成的四级结构，每个亚基可结合,1,个血红素并携带,1,分子氧。,Hb,亚基之间通过,8,对盐键，使,4,个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基组,14,脱氧,Hb,亚基间和亚基内的盐键,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,脱氧Hb亚基间和亚基内的盐键 生物化学与分子生物学（第9版）,15,Hb,与,Mb,一样能可逆地与,O,2,结合，,Hb,与,O,2,结合后称为,氧合,Hb,。氧合,Hb,占总,Hb,的百分数（称,百分饱和度,）随,O,2,浓度变化而改变。,（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合,生物化学与分子生物学（第,9,版）,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合,16,肌红蛋白（,Mb,）和血红蛋白（,Hb,）的氧解离曲线,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,肌红蛋白（Mb）和血红蛋白（Hb）的氧解离曲线生物化学与分子,17,一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为,协同效应,。,如果是促进作用则称为,正协同效应（,positive cooperativity,）,。,如果是抑制作用则称为,负协同效应（,negative cooperativity,）,。,协同效应,(cooperativity),生物化学与分子生物学（第,9,版）,一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另,18,Hb,氧合与脱氧构象转换示意,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,Hb氧合与脱氧构象转换示意生物化学与分子生物学（第9版）,19,血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继,20,别构效应（,allosteric effect,）,蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为,别构效应,。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,别构效应（allosteric effect）蛋白质空间结构,21,（三）蛋白质构象改变可引起疾病,蛋白质构象疾病,：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,（三）蛋白质构象改变可引起疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠,22,蛋白质构象改变导致疾病的机理,：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。,这类疾病包括,：人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，,23,疯牛病是由朊病毒蛋白（,prion protein,PrP,）引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的,PrP,富含,-,螺旋，称为,PrP,c,。,PrP,c,在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为,-,折叠的,PrP,sc,，从而致病。,疯牛病中的蛋白质构象改变,PrP,c,转变成,PrP,sc,的过程,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,疯牛病是由朊病毒蛋白（prion protein,PrP）,24,蛋白质的理化性质,The Physical and Chemical Characters of Protein,第四节,蛋白质的理化性质The Physical and Chem,25,一、蛋白质具有两性电离的性质,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液,pH,条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,当蛋白质溶液处于某一,pH,时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的,pH,称为,蛋白质的等电点,。,蛋白质的等电点（,isoelectric point,pI,）,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解,26,二、蛋白质具有胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自,1,万至,100,万之巨，其分子的直径可达,1,100nm,，为胶粒范围之内。,颗粒表面电荷,水化膜,蛋白质胶体稳定的因素,:,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1,27,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,溶液中蛋白质的聚沉,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白,28,三、,蛋白质的变性与复性,在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,蛋白质的变性（,denaturation,）,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,三、蛋白质的变性与复性在某些物理和化学因素作用下，其特定的空,29,造成变性的因素,:,如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等,。,变性的本质,:,破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,造成变性的因素:变性的本质:破坏非共价键和二硫键，不改变,30,应用举例,:,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。,此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,应用举例:生物化学与分子生物学（第9版）,31,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为,复性（,renaturation,）,。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢,32,天然状态，有催化活性,非折叠状态，无活性,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,天然状态，有催化活性非折叠状态，无活性生物化学与分子生物学,33,在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。,变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。,蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。,蛋白质沉淀,蛋白质的凝固作用（,protein coagulation,）,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集,34,四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰,由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在,280nm,波长处有特征性吸收峰。蛋白质的,A,280,与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,生物化学与分子生物学（第,9,版,）,四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭,35,蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,蛋白质和多肽分子中肽键在稀