蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1、 你了解什么是蛋白質(zhì)嗎?蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基是由許多氨基酸酸(amino acids)通過肽鍵通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。相連形成的高分子含氮化合物。一、蛋白質(zhì)的功能m 1.貯存貯存：生物體內(nèi)的離子、小分子、代謝物可與蛋白質(zhì)結(jié)合貯存于體內(nèi)，如血紅蛋白生物體內(nèi)的離子、小分子、代謝物可與蛋白質(zhì)結(jié)合貯存于體內(nèi)，如血紅蛋白通過血紅素攜帶氧分子、肝臟中的鐵蛋白貯存鐵質(zhì)。通過血紅素攜帶氧分子、肝臟中的鐵蛋白貯存鐵質(zhì)。 2.生物反應的催化作用生物反應的催化作用：這種蛋白質(zhì)稱為酶這種蛋白質(zhì)稱為酶，幾乎所有的生物體中的化學反應都是由酶幾乎所有的生物體中的

2、化學反應都是由酶催化。催化。3. 運輸運輸：運運輸小至電子，大至巨型分子等各種物質(zhì)到體內(nèi)各處，例如運鐵蛋白運送鐵質(zhì)；輸小至電子，大至巨型分子等各種物質(zhì)到體內(nèi)各處，例如運鐵蛋白運送鐵質(zhì)；血紅蛋白運送氧氣；有些蛋白質(zhì)在細胞膜上形成氣孔或通道讓離子通過細胞膜；而蛋白血紅蛋白運送氧氣；有些蛋白質(zhì)在細胞膜上形成氣孔或通道讓離子通過細胞膜；而蛋白質(zhì)本身要穿過細胞膜時，也需要其它蛋白質(zhì)的幫助。質(zhì)本身要穿過細胞膜時，也需要其它蛋白質(zhì)的幫助。4. 傳遞信息傳遞信息：在神經(jīng)細胞的接合處在神經(jīng)細胞的接合處，蛋白質(zhì)擔任某些傳遞神經(jīng)信號所需的小分子的接受蛋白質(zhì)擔任某些傳遞神經(jīng)信號所需的小分子的接受器；另外，一些生物反應

3、的進行必須由組織、器官之間的信號來控制，攜帶這些信號的器；另外，一些生物反應的進行必須由組織、器官之間的信號來控制，攜帶這些信號的分子稱為激素分子稱為激素，大部分的激素是蛋白質(zhì)，如胰島素大部分的激素是蛋白質(zhì)，如胰島素；也有一些蛋白質(zhì)擔任激素的接受器。也有一些蛋白質(zhì)擔任激素的接受器。 5. 抗體抗體：免疫系統(tǒng)的產(chǎn)物，可以用來與外部入侵的細菌或是病毒結(jié)合。免疫系統(tǒng)的產(chǎn)物，可以用來與外部入侵的細菌或是病毒結(jié)合。 6. 調(diào)控調(diào)控：在合成蛋白質(zhì)的過程中，有許多蛋白質(zhì)必須適時、適量加入反應。酶在轉(zhuǎn)錄翻在合成蛋白質(zhì)的過程中，有許多蛋白質(zhì)必須適時、適量加入反應。酶在轉(zhuǎn)錄翻譯過程中，由多種蛋白質(zhì)通過復雜的反饋機

4、制來促進或是抑制一翻譯過程。譯過程中，由多種蛋白質(zhì)通過復雜的反饋機制來促進或是抑制一翻譯過程。 7. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：構(gòu)成生物體的力學支架，例如膠原蛋白構(gòu)成生物體的力學支架，例如膠原蛋白，約占哺乳類蛋白質(zhì)含量的約占哺乳類蛋白質(zhì)含量的1/4，這類，這類蛋白質(zhì)稱為結(jié)構(gòu)蛋白蛋白質(zhì)稱為結(jié)構(gòu)蛋白。二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分成四種層次蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分成四種層次:由氨基酸序列的由氨基酸序列的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)開始，先卷繞成幾種固開始，先卷繞成幾種固定的定的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)，若干二級結(jié)構(gòu)再組合成完整的，若干二級結(jié)構(gòu)再組合成完整的三三級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)，成為蛋白質(zhì)的一個分子。三級結(jié)構(gòu)已經(jīng)，成為蛋白質(zhì)的一個分子。三級結(jié)構(gòu)已經(jīng)

5、是蛋白質(zhì)的獨立單位，可以具有其生物活性；但是蛋白質(zhì)的獨立單位，可以具有其生物活性；但有些蛋白質(zhì)分子，可以再次聚合若干其它的單元有些蛋白質(zhì)分子，可以再次聚合若干其它的單元分子成為聚合體，進而形成分子成為聚合體，進而形成四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)，有更復雜，有更復雜的調(diào)節(jié)功能。的調(diào)節(jié)功能。 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級一級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：是指氨基酸在肽鍵中的排列順序和二硫：是指氨基酸在肽鍵中的排列順序和二硫鍵的位置，肽鏈中氨基酸間以肽鍵為連接鍵。鍵的位置，肽鏈中氨基酸間以肽鍵為連接鍵。二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之：是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵星湖作用而形成的空間結(jié)構(gòu)。間由于氫鍵星湖

6、作用而形成的空間結(jié)構(gòu)。 三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步折疊，盤曲而形成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)。一步折疊，盤曲而形成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)：是由兩條或者兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的是由兩條或者兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)想。多肽鏈聚合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)想。高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)共價結(jié)構(gòu)共價結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)有時稱為蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)有時稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)，但多數(shù)場合把蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)看成是但多數(shù)場合把蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)看成是氨基酸序氨基酸序列列的同義詞。的同義詞。不同的蛋白質(zhì)，

7、由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的蛋白質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的生物學功能。蛋白質(zhì)的生物學功能不同的生物學功能。蛋白質(zhì)的生物學功能是蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)，是蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)，功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在生命活動過程中，不同的蛋白質(zhì)執(zhí)在生命活動過程中，不同的蛋白質(zhì)執(zhí)行不同的生理功能。蛋白質(zhì)的生理功能不行不同的生理功能。蛋白質(zhì)的生理功能不僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與其空間結(jié)構(gòu)僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與其空間結(jié)構(gòu)有直接聯(lián)系。有直接聯(lián)系。（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)一級

8、結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為疾病，稱為“分子病分子病”。四、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)m 蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展

9、，而是折疊、盤曲蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展，而是折疊、盤曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)。m 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的生物學活性和理化性質(zhì)生物學活性和理化性質(zhì)主要決定于完整的空間主要決定于完整的空間結(jié)構(gòu)，因此僅僅測定蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)并不能完全結(jié)構(gòu)，因此僅僅測定蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)并不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物活性和理化性質(zhì)。例如球狀蛋白了解蛋白質(zhì)分子的生物活性和理化性質(zhì)。例如球狀蛋白質(zhì)質(zhì)( (如血漿中的白蛋白、球蛋白和酶等如血漿中的白蛋白、球蛋白和酶等) )和纖維狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)( (角蛋白、膠原蛋白和纖維蛋白等角蛋白、膠原蛋白和纖維蛋白等) )，前者溶于水，

10、后者，前者溶于水，后者不溶于水，顯而易見，此種性質(zhì)不能僅用蛋白質(zhì)的一級不溶于水，顯而易見，此種性質(zhì)不能僅用蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來解釋。結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來解釋。m 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的二級、三級和四級結(jié)構(gòu)二級、三級和四級結(jié)構(gòu)。（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) 五、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 Hb與與Mb一樣能可一樣能可逆地與逆地與O2結(jié)合，結(jié)合， Hb與與O2結(jié)合后稱為結(jié)合后稱為氧合氧合Hb。氧合氧合Hb占總占總Hb的百分的百分數(shù)（稱數(shù)（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨O2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白

11、的構(gòu)象變化與結(jié)合氧 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線協(xié)同效應協(xié)同效應(cooperativity) 一一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)協(xié)同效應同效應。 如果是促進作用則稱為如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應正協(xié)同效應，如果是抑制作用如果是抑制作用則稱為則稱為負協(xié)同效應負協(xié)同效應。變構(gòu)效應變構(gòu)效應(allosteric effect)凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與

12、某小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導致蛋白質(zhì)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，導致蛋白質(zhì)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應。的變構(gòu)效應。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病m蛋白質(zhì)構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。m蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機理：蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。理改變。m這類疾病包括：這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病瘋牛病