蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1、 概述概述一一 * 肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能二二 * 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能三三 * 血紅蛋白分子病血紅蛋白分子病 4免疫系統(tǒng)與免疫球蛋白免疫系統(tǒng)與免疫球蛋白5 肌肉收縮肌肉收縮6蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)化蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)化主要內(nèi)容1.4 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) RNaseRNase是由是由124124氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中 8 8 個(gè)個(gè)CysCys的的-SH-SH構(gòu)成構(gòu)成4 4對(duì)二硫鍵對(duì)二硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。在蛋白質(zhì)變

2、性劑（如在蛋白質(zhì)變性劑（如8 8mol/Lmol/L的尿素）和一些還原劑（如巰基的尿素）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(jié)乙醇）存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當(dāng)用構(gòu)破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當(dāng)用透析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(fù)，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(fù)，所有的二硫鍵準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。若用其他的方法改所有的二硫鍵準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對(duì)方式，酶完全喪失活性。這個(gè)變分子中二硫鍵的配對(duì)方式，酶完

3、全喪失活性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表實(shí)驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)明，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。如下圖：如下圖：概述2. 2. 前體與活性蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系前體與活性蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系 由由108108個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的基構(gòu)成的前胰島素原前胰島素原( (pre-proinsulinpre-proinsulin），），在合成的時(shí)候完全沒(méi)在合成的時(shí)候完全沒(méi)有活性，當(dāng)切去有活性，當(dāng)切去N-N-端端的的2424個(gè)氨基酸信號(hào)肽，個(gè)氨基酸信號(hào)肽，形成形成8484個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的胰胰島素原島素原

4、（proinsulinproinsulin），胰），胰島素原也沒(méi)活性，在島素原也沒(méi)活性，在包裝分泌時(shí)，包裝分泌時(shí)，A A、B B鏈鏈之間的之間的3333個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基被切除，才形成具基被切除，才形成具有活性的胰島素。有活性的胰島素。如如圖所示圖所示: :胰島素：胰島素：AB兩條鏈構(gòu)成，兩條鏈構(gòu)成，A鏈含鏈含21個(gè)氨基酸殘基，個(gè)氨基酸殘基，B鏈含鏈含 30 個(gè)氨基酸殘基，鏈間有兩對(duì)二硫鍵，個(gè)氨基酸殘基，鏈間有兩對(duì)二硫鍵，A鏈上有一對(duì)二硫鍵。鏈上有一對(duì)二硫鍵。3.同源蛋白質(zhì)有順序同源性： 比較不同來(lái)源的細(xì)胞色素C發(fā)現(xiàn)，與功能密切相關(guān)的氨基酸殘基是高度保守的，這說(shuō)明不同種屬具有同一功能的蛋白

5、質(zhì)，在進(jìn)化上來(lái)自相同的祖先，但存在種屬差異。不同種屬間的同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)上相對(duì)應(yīng)的氨基酸差別越大，其親緣關(guān)系愈遠(yuǎn)，反之，其親緣關(guān)系愈近。一 肌紅蛋白的結(jié)構(gòu) 珠蛋白 所以，蛋白質(zhì)一定的結(jié)構(gòu)執(zhí)行一定的功能。所以，蛋白質(zhì)一定的結(jié)構(gòu)執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質(zhì)總是有著不同的序列；比功能不同的蛋白質(zhì)總是有著不同的序列；比較種屬來(lái)源不同而功能相同的蛋白質(zhì)的一級(jí)較種屬來(lái)源不同而功能相同的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可能有某些差異，但與功能相關(guān)的結(jié)結(jié)構(gòu)，可能有某些差異，但與功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)也總是相同。若一級(jí)結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)也總是相同。若一級(jí)結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)的功能可能發(fā)生很大的變化。功能可能發(fā)生很大的變化。 肌紅

6、蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的亞基鐵卟啉肌紅蛋白的亞基鐵卟啉肌紅蛋白的氧合曲線肌紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白 Hb Hb由由4 4條肽鏈條肽鏈組成：組成：22、22，功能是運(yùn)載，功能是運(yùn)載O O2 2 。在去氧在去氧HbHb亞基中有下列幾對(duì)離子鍵：亞基中有下列幾對(duì)離子鍵： 由于血紅蛋白亞基之間存在大量離子鍵，使其構(gòu)象由于血紅蛋白亞基之間存在大量離子鍵，使其構(gòu)象呈呈緊張態(tài)緊張態(tài)，對(duì)氧的親和力很低，第一個(gè)亞基與，對(duì)氧的親和力很低，第一個(gè)亞基與O O2 2結(jié)合時(shí)，離結(jié)合時(shí)，離子鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)子鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象

7、亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它，其它的離子鍵也依次破壞，此時(shí)破壞離子鍵所需要的能量也少，的離子鍵也依次破壞，此時(shí)破壞離子鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對(duì)氧的親和力大大增強(qiáng)，因此第構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對(duì)氧的親和力大大增強(qiáng)，因此第四個(gè)亞基結(jié)合氧的能力比第一個(gè)大幾百倍。四個(gè)亞基結(jié)合氧的能力比第一個(gè)大幾百倍。 上述上述HbHb與與O O2 2結(jié)合后，結(jié)合后，HbHb的構(gòu)象發(fā)生變化，這類變化稱的構(gòu)象發(fā)生變化，這類變化稱為為變構(gòu)效應(yīng)，變構(gòu)效應(yīng)，即通過(guò)構(gòu)象變化影響蛋白質(zhì)的功能。像血即通過(guò)構(gòu)象變化影響蛋白質(zhì)的功能。像血紅蛋白這種具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為紅蛋白

8、這種具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為變構(gòu)蛋白變構(gòu)蛋白（allostericallosteric protein protein）。血紅蛋白的這種變構(gòu)效應(yīng)）。血紅蛋白的這種變構(gòu)效應(yīng)能能更有效地行使其運(yùn)氧的生物學(xué)功能。更有效地行使其運(yùn)氧的生物學(xué)功能。 血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）和肌紅蛋白（）和肌紅蛋白（Mb）氧結(jié)合曲線的比較）氧結(jié)合曲線的比較二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）結(jié)合于四個(gè)亞基的中央空穴處）結(jié)合于四個(gè)亞基的中央空穴處BPG分子與Hb的兩條鏈的結(jié)合二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）降低血紅蛋白對(duì)氧的親和力）降低血紅蛋白對(duì)氧的親和力波爾（波爾（Bohr）效應(yīng)有利于血紅蛋白對(duì)氧的運(yùn)輸）效應(yīng)有利于

9、血紅蛋白對(duì)氧的運(yùn)輸 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病 現(xiàn)知幾乎所有遺傳病都與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變有現(xiàn)知幾乎所有遺傳病都與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，都稱之為關(guān)，都稱之為分子病分子病。例如鐮刀型貧血癥，它是由。例如鐮刀型貧血癥，它是由于血紅蛋白的于血紅蛋白的-亞基上的亞基上的第六位氨基酸第六位氨基酸由由谷氨酸谷氨酸變變成了成了纈氨酸纈氨酸，導(dǎo)致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的改變，其運(yùn)輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細(xì)胞呈鐮刀其運(yùn)輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細(xì)胞呈鐮刀狀。狀。 鐮刀狀血紅細(xì)胞v1.鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變

10、引起的引起的v2.鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白的氨基酸序列的細(xì)鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白的氨基酸序列的細(xì)微變化微變化v3.鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白可形成纖維狀沉淀鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白可形成纖維狀沉淀v4.鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白的治療性矯正鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白的治療性矯正由于基因水平的突變導(dǎo)致的血紅蛋白的分子病由于基因水平的突變導(dǎo)致的血紅蛋白的分子病v地中海貧血癥可以由幾條途徑產(chǎn)生：地中海貧血癥可以由幾條途徑產(chǎn)生：v缺失一個(gè)或多個(gè)編碼血紅蛋白鏈的基因；缺失一個(gè)或多個(gè)編碼血紅蛋白鏈的基因；v所有基因都可能存在，但一個(gè)或多個(gè)基因發(fā)生無(wú)義突變，所有基因都可能存在，但一個(gè)或多個(gè)基因發(fā)生無(wú)義突變，結(jié)果產(chǎn)生縮短了的蛋白鏈，或發(fā)生移碼突變致

11、使合成的鏈結(jié)果產(chǎn)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；含不正確的氨基酸序列；v所有基因都可能存在，但突變發(fā)生在編碼區(qū)之外，導(dǎo)致所有基因都可能存在，但突變發(fā)生在編碼區(qū)之外，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄被阻斷或前體轉(zhuǎn)錄被阻斷或前體mRNAmRNA的不正確加工。的不正確加工。 蛋白質(zhì)工程 利用基因工程手段，包括用基因的點(diǎn)突變和基因表達(dá)等改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能，使之更完善、甚至是新的性質(zhì)和功能。 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白v（一）免疫系統(tǒng)（一）免疫系統(tǒng)v（二）免疫系統(tǒng)能識(shí)別自我和非我（二）免疫系統(tǒng)能識(shí)別自我和非我v（三）在細(xì)胞表面的分子相互作用引發(fā)免疫反應(yīng)（三）在細(xì)胞表面的分子相互作用引發(fā)免疫反

12、應(yīng)v（四）免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和類型（四）免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和類型v（五）基于抗體（五）基于抗體抗原相互作用的生化分析方法抗原相互作用的生化分析方法 免疫系統(tǒng) 機(jī)體執(zhí)行免疫應(yīng)答和免疫功能的組織系統(tǒng)。由免疫器官和組織、免疫細(xì)胞和免疫分子組成。 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)v骨骼肌以及很多非肌肉細(xì)胞含有兩種形成特有的纖維狀或骨骼肌以及很多非肌肉細(xì)胞含有兩種形成特有的纖維狀或絲狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)：肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白。它們參與需能絲狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)：肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白。它們參與需能的收縮活動(dòng)。的收縮活動(dòng)。v肌球蛋白是一種很長(zhǎng)的捧狀分子，有兩條彼此纏繞的肌球蛋白是一種很長(zhǎng)的捧狀分子，有兩條彼此纏繞的“螺旋肽鏈的

13、尾巴和一個(gè)復(fù)雜的螺旋肽鏈的尾巴和一個(gè)復(fù)雜的“頭頭”。它的總分子量為。它的總分子量為450000450000，約，約160nm160nm長(zhǎng)，實(shí)際上含有六條肽鏈。長(zhǎng)，實(shí)際上含有六條肽鏈。v長(zhǎng)尾巴是由二條分子量各為長(zhǎng)尾巴是由二條分子量各為200000200000的肽鏈組成，這兩條肽的肽鏈組成，這兩條肽鏈稱為重鏈鏈稱為重鏈(heavy chain H(heavy chain H鏈鏈) )。重鏈具有柔軟的可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸。重鏈具有柔軟的可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。鏈。v頭是球形的，含有重鏈的末端和四條輕鏈頭是球形的，含有重鏈的末端和四條輕鏈(light chain(light chain，L L鏈鏈) )，其中兩條稱作，其中兩

14、條稱作L2L2，分子量為，分子量為1800018000，另外兩條稱為，另外兩條稱為L(zhǎng)lLl和和L3,L3,分子量分別為分子量分別為1600016000和和2500025000。肌球蛋白分子的頭部具。肌球蛋白分子的頭部具有酶活性，催化有酶活性，催化ATPATP水解成水解成ADPADP和磷酸，并釋放能量。許多和磷酸，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肌球蛋白分子裝配在一起形成骨骼肌的粗絲(thick (thick filament)filament)。肌球蛋白也存在于非肌肉細(xì)胞內(nèi)。肌球蛋白也存在于非肌肉細(xì)胞內(nèi)。肌肉的構(gòu)成肌肉的構(gòu)成 骨骼肌的組織水平v粗絲 是由肌球蛋白構(gòu)成的。細(xì)

15、絲是由肌動(dòng)蛋白構(gòu)成的。 在骨骼肌中與粗絲緊密締合在一起的是細(xì)絲在骨骼肌中與粗絲緊密締合在一起的是細(xì)絲(thin filament)(thin filament)，它由肌動(dòng)蛋白組成。肌動(dòng)蛋白，它由肌動(dòng)蛋白組成。肌動(dòng)蛋白以兩種形式存在，球狀肌動(dòng)蛋白以兩種形式存在，球狀肌動(dòng)蛋白(G(G肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白) )和和纖維狀肌動(dòng)蛋白纖維狀肌動(dòng)蛋白(F(F肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白) )。纖維狀肌動(dòng)蛋白。纖維狀肌動(dòng)蛋白實(shí)際上是一根由實(shí)際上是一根由GG肌動(dòng)蛋白分子肌動(dòng)蛋白分子( (分子量為分子量為46000)46000)締合而成的細(xì)絲。兩根締合而成的細(xì)絲。兩根FF肌動(dòng)蛋白細(xì)絲彼此卷曲肌動(dòng)蛋白細(xì)絲彼此卷曲形成雙股繩索結(jié)構(gòu)。形成雙股繩索結(jié)構(gòu)。 在骨骼肌中與粗絲緊密締合在一起的是細(xì)絲在骨骼肌中與粗絲緊密締合在一起的是細(xì)絲(thin filament)(thin filament)，它由肌動(dòng)蛋白組成。肌動(dòng)蛋白，它由肌動(dòng)蛋白組成