蛋白質(zhì)應(yīng)用課件

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容4 多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系4 蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用4 蛋白質(zhì)的前沿應(yīng)用蛋白質(zhì)的前沿應(yīng)用 藥物分子分子伴侶藥物分子分子伴侶 綠色熒光蛋白（綠色熒光蛋白（GFPGFP） 1. 1.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)層次2.2.多肽、蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系多肽、蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 2.1 2.1 一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 F 氨基酸組成變化改變其功能氨基酸組成變化改變其功能 Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu GlyCys Tyr Phe

2、Gln Asn Cys Pro Arg GlySSSS牛催產(chǎn)素牛加壓素F 一級結(jié)構(gòu)改變引起分子病一級結(jié)構(gòu)改變引起分子病 基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的下基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的下降或喪失，就會產(chǎn)生疾病，這種病稱為降或喪失，就會產(chǎn)生疾病，這種病稱為分子病（分子?。╩olecular disease）。 最早從分子水平證最早從分子水平證明的先天性遺傳病明的先天性遺傳病鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥( (sickle-cell anemia) )。鐮刀形紅細(xì)胞鐮刀形紅細(xì)胞正常血細(xì)胞正常血細(xì)胞hemoglobin 6: GAA(Glu) -

3、GTA(Val) F 分子進(jìn)化分子進(jìn)化 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c 是由是由104104個(gè)氨基酸組個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。成的蛋白質(zhì)。比較比較5050種不同的種不同的生物，發(fā)現(xiàn)有生物，發(fā)現(xiàn)有3535個(gè)是保守的。個(gè)是保守的。凡與人類親緣關(guān)凡與人類親緣關(guān)系越遠(yuǎn)的生物，系越遠(yuǎn)的生物，其氨基酸順序與其氨基酸順序與人類的差異越大。人類的差異越大。從細(xì)胞色素從細(xì)胞色素c c的一級結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化的一級結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化F 蛋白質(zhì)前體的激活蛋白質(zhì)前體的激活 一些蛋白質(zhì)或一些蛋白質(zhì)或酶在細(xì)胞中首先酶在細(xì)胞中首先合成合成(翻譯翻譯)的是的是其前體其前體,在成為有在成為有功能的蛋白質(zhì)或功能的蛋白質(zhì)或酶之前需要激活酶之前需要激

4、活. 胰島素原的一級結(jié)構(gòu)胰島素原的一級結(jié)構(gòu)核糖核酸酶核糖核酸酶RNase的變性與復(fù)性的變性與復(fù)性 蛋白質(zhì)的正確折疊與分子伴侶蛋白質(zhì)的正確折疊與分子伴侶 多肽鏈的特定空間結(jié)構(gòu)是其功能的保證。多肽鏈的特定空間結(jié)構(gòu)是其功能的保證。肽鏈的正確折疊或者亞基的裝配常常需要由一些蛋白質(zhì)，例如熱激肽鏈的正確折疊或者亞基的裝配常常需要由一些蛋白質(zhì)，例如熱激蛋白蛋白（Heat shock protein , Hsp）和某些酶的幫助，并且消耗和某些酶的幫助，并且消耗ATPATP。但是，這樣的蛋白質(zhì)與酶并不加入到最終的折疊產(chǎn)物或裝配復(fù)合物但是，這樣的蛋白質(zhì)與酶并不加入到最終的折疊產(chǎn)物或裝配復(fù)合物中。它們被稱為中。它們

5、被稱為分子伴侶分子伴侶（molecular chaperone）。 2.2 2.2 高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 變性變性（denaturation）是指一些理化因素，如熱、光、機(jī)械力、）是指一些理化因素，如熱、光、機(jī)械力、酸堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、變性劑（如尿素等），破壞了維持酸堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、變性劑（如尿素等），破壞了維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的非共價(jià)作用力，使其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，結(jié)果導(dǎo)蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的非共價(jià)作用力，使其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，結(jié)果導(dǎo)致其生物活性的喪失。變性一般并不引起肽鍵的斷裂，但蛋白質(zhì)的致其生物活性的喪失。變性一般并不引起

6、肽鍵的斷裂，但蛋白質(zhì)的溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。 變性有時(shí)是可逆的。消除變性的因素，有些蛋白質(zhì)的生物活性可變性有時(shí)是可逆的。消除變性的因素，有些蛋白質(zhì)的生物活性可能得以恢復(fù)，稱為能得以恢復(fù)，稱為復(fù)性復(fù)性（renaturation）。）。瘋牛病病牛的海綿樣腦組織瘋牛病病牛的海綿樣腦組織瘋牛病瘋牛病(BSE)可可能是由于朊蛋白能是由于朊蛋白（Pron protein，PrP）的錯(cuò)誤折疊引起的錯(cuò)誤折疊引起的的 蛋白質(zhì)的變構(gòu)與血紅蛋白的輸氧功能蛋白質(zhì)的變構(gòu)與血紅蛋白的輸氧功能 變構(gòu)作用變構(gòu)作用（Allosteric effect ）是指效應(yīng)劑（變構(gòu)劑）作用于多亞基

7、是指效應(yīng)劑（變構(gòu)劑）作用于多亞基的蛋白質(zhì)或酶的某個(gè)亞基后，導(dǎo)致其構(gòu)象改變，繼而引起其他亞基的蛋白質(zhì)或酶的某個(gè)亞基后，導(dǎo)致其構(gòu)象改變，繼而引起其他亞基構(gòu)象的改變，結(jié)果引起蛋白質(zhì)或酶的生物活性發(fā)生變化。有的結(jié)果構(gòu)象的改變，結(jié)果引起蛋白質(zhì)或酶的生物活性發(fā)生變化。有的結(jié)果是變構(gòu)激活，有的則是變構(gòu)抑制。是變構(gòu)激活，有的則是變構(gòu)抑制。 例如，在血紅蛋白中，其例如，在血紅蛋白中，其4 4個(gè)亞基與氧分子的親和性不同。氧分個(gè)亞基與氧分子的親和性不同。氧分子與血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合（比較難）后，引起其構(gòu)象發(fā)生改變，子與血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合（比較難）后，引起其構(gòu)象發(fā)生改變，這種變化在亞基之間傳遞，從而改變了其他亞

8、基與氧的結(jié)合能力，這種變化在亞基之間傳遞，從而改變了其他亞基與氧的結(jié)合能力，使它們與氧的結(jié)合變得容易。其動(dòng)力學(xué)曲線呈使它們與氧的結(jié)合變得容易。其動(dòng)力學(xué)曲線呈S S型。型。氧合可以引發(fā)維系血紅蛋白氧合可以引發(fā)維系血紅蛋白4個(gè)亞基的個(gè)亞基的8對離子鍵相繼斷開，從比較對離子鍵相繼斷開，從比較緊湊的緊湊的T構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^松弛的構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^松弛的R構(gòu)象。構(gòu)象。血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線 與肌紅蛋白相比，血紅蛋白的多個(gè)亞基之間的相互作用使其與氧的結(jié)合與肌紅蛋白相比，血紅蛋白的多個(gè)亞基之間的相互作用使其與氧的結(jié)合能力總體上削弱了（氧合曲線右移能力總體上削弱了（氧合曲線右移,

9、,由雙曲線轉(zhuǎn)變成由雙曲線轉(zhuǎn)變成S S形曲線），但是賦予了形曲線），但是賦予了其新的能力其新的能力 可以容易地將其結(jié)合的氧從氧分壓高的組織（肺泡）向氧可以容易地將其結(jié)合的氧從氧分壓高的組織（肺泡）向氧分壓低的組織（肌肉）輸送和轉(zhuǎn)移。分壓低的組織（肌肉）輸送和轉(zhuǎn)移。3.3.蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用 F 生物催化作用：生物催化作用： 酶酶F 運(yùn)輸作用：如血紅蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白運(yùn)輸作用：如血紅蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白F 調(diào)節(jié)作用：如胰島素、生長激素調(diào)節(jié)作用：如胰島素、生長激素F 運(yùn)動(dòng)作用：如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白運(yùn)動(dòng)作用：如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白F 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子防御功能：

10、如免疫球蛋白、凝血因子F 營養(yǎng)功能：如卵清蛋白、酪蛋白營養(yǎng)功能：如卵清蛋白、酪蛋白F 結(jié)構(gòu)蛋白：如膠原蛋白、角蛋白結(jié)構(gòu)蛋白：如膠原蛋白、角蛋白F 能量轉(zhuǎn)換蛋白：如細(xì)胞色素能量轉(zhuǎn)換蛋白：如細(xì)胞色素F 基因調(diào)節(jié)蛋白：如阻遏蛋白基因調(diào)節(jié)蛋白：如阻遏蛋白 蛋白質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的生物學(xué)功能4.蛋白質(zhì)的前沿應(yīng)用蛋白質(zhì)的前沿應(yīng)用4.1 4.1 藥物分子伴侶藥物分子伴侶 蛋白質(zhì)分子中氨基酸的突變并不完全影響其功能，突變蛋白只蛋白質(zhì)分子中氨基酸的突變并不完全影響其功能，突變蛋白只要能夠到達(dá)作用位點(diǎn)就仍然可以行使其功能，而細(xì)胞內(nèi)該類錯(cuò)誤要能夠到達(dá)作用位點(diǎn)就仍然可以行使其功能，而細(xì)胞內(nèi)該類錯(cuò)誤折

11、疊的突變蛋白在到達(dá)作用位點(diǎn)之前往往會被質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)清除，折疊的突變蛋白在到達(dá)作用位點(diǎn)之前往往會被質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)清除，從而導(dǎo)致其功能的缺陷。從而導(dǎo)致其功能的缺陷。 一些低分子質(zhì)量具細(xì)胞通透性的化合物如甘油、二甲基亞砜、一些低分子質(zhì)量具細(xì)胞通透性的化合物如甘油、二甲基亞砜、三甲基胺等能校正并穩(wěn)定突變蛋白的構(gòu)象，協(xié)助突變蛋白逃離質(zhì)三甲基胺等能校正并穩(wěn)定突變蛋白的構(gòu)象，協(xié)助突變蛋白逃離質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，正確運(yùn)輸?shù)阶饔梦稽c(diǎn)，恢復(fù)其功能，這類分子被稱量監(jiān)控系統(tǒng)，正確運(yùn)輸?shù)阶饔梦稽c(diǎn)，恢復(fù)其功能，這類分子被稱為為分子伴侶分子伴侶。4.2 藥物分子伴侶的模式蛋白藥物分子伴侶的模式蛋白 Pgp（P糖蛋白）糖蛋白）是最早

12、發(fā)現(xiàn)的是最早發(fā)現(xiàn)的ATP膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中的成膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中的成員，被作為藥物分子伴侶研究的員，被作為藥物分子伴侶研究的模式蛋白。模式蛋白。 野生型野生型Pgp合成時(shí)先翻譯折疊產(chǎn)生合成時(shí)先翻譯折疊產(chǎn)生4個(gè)處于松散構(gòu)象的結(jié)構(gòu)域，個(gè)處于松散構(gòu)象的結(jié)構(gòu)域，各結(jié)構(gòu)域及各結(jié)構(gòu)域及TM片段之間再繼續(xù)折疊緊湊，然后離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)由高片段之間再繼續(xù)折疊緊湊，然后離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)由高爾基體，最后運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞表面。若爾基體，最后運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞表面。若Pgp發(fā)生突變，如第發(fā)生突變，如第490位酪氨位酪氨酸缺失，則會在蛋白質(zhì)折疊過程中形成熱力學(xué)障礙，折疊中間物在酸缺失，則會在蛋白質(zhì)折疊過程中形成熱力學(xué)障礙，折疊中間物在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

13、中積累而隨后被迅速水解，不能完成折疊及運(yùn)輸過程。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累而隨后被迅速水解，不能完成折疊及運(yùn)輸過程。4.3 綠色熒光蛋白（綠色熒光蛋白（GFP）2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者下村修（日本）下村修（日本） 馬丁馬丁查爾菲（美國）查爾菲（美國） 錢永?。ㄖ袊╁X永健（中國）綠色熒光蛋白綠色熒光蛋白 從水母從水母(Aequorea victoria)(Aequorea victoria)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的發(fā)光蛋白。分子質(zhì)量體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的發(fā)光蛋白。分子質(zhì)量為為26kDa26kDa，由，由238238個(gè)氨基酸構(gòu)成，第個(gè)氨基酸構(gòu)成，第65656767位氨基酸位氨基酸(Ser-Tyr-Gly)(Ser-Tyr-Gly)形成發(fā)光團(tuán)，是主要發(fā)光的位置。形成發(fā)光團(tuán)，是主要發(fā)光的位置。 特點(diǎn)：它產(chǎn)生熒光無需底物或輔因子，發(fā)色團(tuán)是其蛋白質(zhì)一級序列特點(diǎn)：它產(chǎn)生熒光無需底物或輔因子，發(fā)色團(tuán)是其蛋白質(zhì)一級序列固有的。固有的。4.4 GFP的應(yīng)用的應(yīng)用 報(bào)告基因和細(xì)胞標(biāo)記報(bào)告基因和細(xì)胞標(biāo)記 融合標(biāo)記融合標(biāo)記 其他：環(huán)境指示劑其