蛋白質(zhì)化學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué).ppt

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的功能依賴特定的空間結(jié)構(gòu) 一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的變化 都會引起蛋白質(zhì)功能發(fā)生改變 環(huán)境條件在蛋白質(zhì)特定結(jié)構(gòu)的形成和維持以及蛋白質(zhì)特異生物學(xué)功能的發(fā)揮過程中 都起重要的作用 一 纖維狀蛋白質(zhì)大多為結(jié)構(gòu)蛋白 如膠原蛋白 角蛋白 彈性蛋白等 纖維狀蛋白質(zhì)大都由幾條肽鏈絞合而成 組成纖維狀 難溶于水 主要為機(jī)體提供堅(jiān)實(shí)的支架 連接細(xì)胞 組織和器官 起結(jié)構(gòu)與支撐等作用 這類特性與功能是由纖維狀蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中特殊的氨基酸組成以及由此構(gòu)成的特殊空間結(jié)構(gòu)所決定的 角蛋白 高等動物表皮層表面的角質(zhì)層 包括毛發(fā) 指甲 羽毛等 含較多的疏水性氨基酸與半胱氨酸 肽鏈骨架幾乎全為 螺旋 很少有環(huán) 轉(zhuǎn)角等結(jié)構(gòu) 兩條雙鏈 螺旋相互盤繞成左手超螺旋 原纖維 8條原纖維再平行排列構(gòu)成微纖維 微纖維還可進(jìn)一步聚合成巨纖維 在肽鏈間以及原纖維間通過許多二硫鍵形成共價(jià)交聯(lián)而維持構(gòu)象穩(wěn)定 不同纖維聚合程度及二硫鍵多少不同 形成不同的角質(zhì)層結(jié)構(gòu) 二 球狀蛋白質(zhì)在球狀蛋白質(zhì)中 多肽鏈折疊成致密的球形構(gòu)象 其結(jié)構(gòu)比纖維狀蛋白質(zhì)復(fù)雜得多 具有多種多樣的生物功能 各種球狀蛋白質(zhì)有某些共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 內(nèi)部由疏水性殘基組成疏水核心 親水的殘基多分布于表面 形成親水的球狀結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中出現(xiàn)較多 是其主要的二級結(jié)構(gòu)類型 肌紅蛋百和血紅蛋白肌紅蛋白 myoglobin MB 和血紅蛋白 hemoglobin Hb 都是以血紅素為輔基的球狀蛋白質(zhì) 均有貯氧和運(yùn)氧功能 血紅素是鐵噗啉化合物 噗啉環(huán)中的Fe2 可通過配位鍵與氧可逆結(jié)合 Mb是由一條肽鏈構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì) 有150個(gè)左右的殘基 構(gòu)成8段 螺旋血紅素居于球狀結(jié)構(gòu)的空穴中 成人HbA 由 2 2構(gòu)成4級結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì) 鏈141個(gè)殘基 鏈146個(gè)殘基 每個(gè)亞基結(jié)合一個(gè)血紅素 一分子血紅蛋白可結(jié)合4分子氧 每個(gè)亞基的氨基酸序列與Mb有不少相似 所含的 螺旋段及螺旋走向與Mb相近 二級和三級結(jié)構(gòu)也類似于Mb 肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) 氧飽和曲線 Mb為直角雙曲線 Hb為S形曲線 協(xié)同效應(yīng) Mb無協(xié)同效應(yīng) Hb有協(xié)同效應(yīng) Bohr效應(yīng) Mb無 Hb有 肌紅蛋白 Mb 和血紅蛋白 Hb 的氧解離曲線 協(xié)同效應(yīng) cooperativity 一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后 能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合的能力 這種現(xiàn)象 稱為協(xié)同效應(yīng) Bohr效應(yīng) Hb與氧的結(jié)合受CO2與溶液pH的影響 在pH降低 pCO2升高時(shí) 使氧解離曲線右移的現(xiàn)象 Bohr效應(yīng)的存在 提高了血紅蛋白在體內(nèi)的運(yùn)氧效率 三 蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性 denaturation 指在某些理化因素影響下 蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象破壞 導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失 蛋白質(zhì)的復(fù)性 renaturation 指變性蛋白質(zhì)在去除變性因素后 重新恢復(fù)其天然構(gòu)象的過程 酶的二級 三級結(jié)構(gòu)破壞 活性完全喪失 但多肽鏈一級結(jié)構(gòu)依然完整 尿素巰基乙醇 去除尿素和巰基乙醇 恢復(fù)到天然狀態(tài) 牛核糖核酸酶變性與復(fù)性 1 蛋白酶原的激活的一般規(guī)律 四 蛋白質(zhì)的活性調(diào)控 2 變構(gòu)調(diào)節(jié)是體內(nèi)廣泛存在的蛋白質(zhì)和酶活性調(diào)控方式 許多的酶 膜蛋白 受體蛋白 離子通道蛋白 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑多種蛋白 大量的轉(zhuǎn)錄因子均可通過自身的變構(gòu)調(diào)節(jié)其功能 3 化學(xué)修飾調(diào)節(jié) chemicalmodification 蛋白質(zhì) 酶 在某些酶的催化下 與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合 從而調(diào)節(jié)其生物活性的過程 蛋白質(zhì)的活性可發(fā)生無活性 或低活性 與有活性 或高活性 的互變 這種互變由不同的酶催化 常見的方式 磷酸化與去磷酸化 五 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變異與功能 一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的變異 都會影響到蛋白質(zhì)的功能和活性 并可引起相應(yīng)的疾病 1 一級結(jié)構(gòu)變異與功能通過實(shí)驗(yàn)改變胰島素一級結(jié)構(gòu) 切除A鏈第一個(gè)氨基酸殘基 活性僅剩2 10 再切去第2 4位殘基 生物活性完全喪失 但如切除B鏈第28 30位殘基 其生物活性仍保持 這說明 只有維持蛋白質(zhì)構(gòu)象關(guān)鍵部位一級結(jié)構(gòu)的氨基酸殘基的改變 才會導(dǎo)致生物功能的變異 病因 鏈的第6個(gè)Aa谷氨酸 纈氨酸纈氨酸通過疏水作用與另一血紅蛋白分子 鏈互相 鎖 在一起 最終與其他血紅蛋白鏈共同形成一個(gè)不溶的纖維束 使紅細(xì)胞扭旋成鐮刀形 脆性增大 易破裂溶血 鐮刀狀紅細(xì)胞貧血癥 2 蛋白質(zhì)構(gòu)象變異與功能蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊可引起蛋白質(zhì)構(gòu)象病朊病毒蛋白 prionpoterin PrP 是一種可引起人和動物神經(jīng)退行性病變的蛋白質(zhì) 如動物撓癢癥 瘋牛病 人類的庫魯病等 這類病具有傳染性 遺傳性和散在發(fā)病的特點(diǎn) 在動物間的傳播是由不含核酸的PrP組成的傳染性顆粒進(jìn)行 正常型PrPC 富含 螺旋 水溶性強(qiáng) 蛋白酶敏感 致病型PrPSC 多肽鏈全部形成 折疊 對蛋白酶不敏感 水熔性差 對熱穩(wěn)定 可以相互聚集 最終形成淀粉樣纖維沉淀而致病 兩者的一級結(jié)構(gòu)完全相同 僅構(gòu)象不同 主要參考文獻(xiàn) 1 DdvidL Nelson MichaelM Cox LehningerPrinciplesofBiochemistry 4thed NewYork W H FreemanandCompany 20052 RorbetK Murry DarylK Granner PeterA Mayes etal Harper sBiochemistry 26thed NewYork McG