蛋白質(zhì)結構和功能關系

蛋白質(zhì)結構和功能關系第1頁/共24頁第六章蛋白質(zhì)結構與功能關系第2頁/共24頁Knowingthethree-dimensionalstructureofaproteinisanimportantpartofunderstandinghowtheproteinfunctions.However,thestructureshownintwodimensionsonapageisdeceptivelystatic.Proteinsaredynamicmoleculeswhosefunctionsalmostinvariablydependoninteractionswithothermolecules,andtheseinteractionsareaffectedinphysiologicallyimportantwaysbysometimessubtle,sometimesstrikingchangesinproteinconformation.蛋白質(zhì)一級結構決定高級結構，決定蛋白質(zhì)的功能。第3頁/共24頁Thefunctionsofmanyproteinsinvolvethereversiblebindingofothermolecules.Amoleculeboundreversiblybyaproteiniscalledaligand.p253Aligandbindsatasiteontheproteincalledthebindingsite,whichiscomplementarytotheligandinsize,shape,charge,andhydrophobicorhydrophiliccharacter.Furthermore,theinteractionisspecific:theproteincandiscriminateamongthethousandsofdifferentmoleculesinitsenvironmentandselectivelybindonlyoneorafew.第4頁/共24頁第一節(jié)：肌紅蛋白結構與功能Myoglobin是重要的氧結合蛋白一、三級結構Myoglobin-1peptideplus1輔基構成，153AA，MW16,700。脫去血紅素謂之珠蛋白。Kendew等1963年完成鯨肌紅蛋白空間結構測定，利用不同分辨率X射線衍射，可以識別出AA殘基。0.6nm，多肽鏈走向；0.2nm，側鏈基團；0.14nm，所有AA殘基。結構：p253由8段a螺旋構成，疏水基團幾乎全部位于分子內(nèi)部。第5頁/共24頁第6頁/共24頁第7頁/共24頁二、血紅素：由原卟啉IX與Fe結合形成血紅素，2價，則為亞鐵血紅素，3+為高鐵血紅素p254，它以非共價的形式結合于肌紅蛋白分子疏水空穴中。第8頁/共24頁三、O2與肌紅蛋白的結合在氧和肌紅蛋白結合時，血紅素之Fe在第五配位鍵與His93(proximal)進行結合，而第六配位鍵與氧結合，另一個氧原子則與His64(distal)作用。p255第9頁/共24頁四、O2與肌紅蛋白的結合改變了肌紅蛋白的構象，氧的結合，將Fe拉回到卟啉環(huán)平面，從而導致His93的空間位置改變，進而使整個蛋白的構象發(fā)生改變。第10頁/共24頁第11頁/共24頁五、肌紅蛋白氧合曲線肌紅蛋白與氧結合是在組織中，可逆的接受來自Hb的O2，有：MbO2=Mb+O2,該式的解離常數(shù)可以描述為：K=[Mb][O2]/[MbO2],(1)轉換后有：[MbO2][Mb]=O2/K(2),引入Y，定義為給定氧壓下肌紅蛋白氧飽和度，即MbO2占總Mb的比例Y=[MbO2]/[Mb]+[MbO2]，(3)以（2）式MbO2替換,得：Y=O2/O2+K,按Henry定律，改寫為O2分壓，則第12頁/共24頁實踐中，Y值可以通過光譜法測量，再以Y對p(O2)作圖，得到的曲線為氧合曲線或氧解離曲線。意義：當y=1,所有Mb均與O2結合當y=0.5時，Y=K=P50為方便起見，對前面方程進行改寫：再兩邊取對數(shù)，得到：以log[Y/(1-Y)]對logPO2作圖得到一條直線：即Hill圖第13頁/共24頁第二節(jié)Hb脊椎動物，4個亞基構成，成人主要為HbA，含a2b2。分別為141和146個aa殘基。Hb的近側F8His位于a鏈His87或b鏈His92，遠側His為E7，分別為His58和His63.當O2與Hb的一個亞單位之血紅素結合時，可導致Fe被拉回血紅素平面（只是非常微小的變化），后者又會拖動F8His殘基，從而引起Hb構象變化，使Hb的b亞基之間空穴減小，導致BPG被擠出，促使Hb與O2的親和力增加。第14頁/共24頁Hb的構象有兩種狀態(tài)，即R態(tài)和T態(tài)，R態(tài)與O2親和力更高，在去氧狀態(tài)時，T態(tài)更加穩(wěn)定并由廣泛的鹽鍵維持構象穩(wěn)定，但一旦其中一個亞基與氧結合，將使Hb由T轉變?yōu)镽態(tài)第15頁/共24頁二、Hb氧合曲線Hb的氧合曲線是S型曲線，而非Mb的雙曲線，其生理意義是在低氧分壓下，有利于釋放氧。這一現(xiàn)象早在1910年就由Hill發(fā)現(xiàn)，并試圖對其進行了解釋。第16頁/共24頁Hb與O2結合的解離常數(shù)為：變形后得：以n代替4得到一般性方程：該方程是一個S型曲線，但在n=1和n=4時，具有顯著差別：在n=4時，Hb與氧的結合顯示出高度協(xié)同性。P262把上述方程進行變形，得到：該方程謂之Hill方程，第17頁/共24頁第18頁/共24頁以第19頁/共24頁TR第20頁/共24頁H+，CO2和BPG對Hb結合氧的影響：1.Bohr效應：當H+濃度增加時，Hb的氧分數(shù)飽和曲線向右移動的現(xiàn)象，即pH的降低可導致血紅蛋白氧結合力下降的現(xiàn)象。丹麥生理學家C.Bohr發(fā)現(xiàn)。從機制上說，H+升高促進鏈間鹽橋的形成，促進由R轉變?yōu)門態(tài)。P264Figure生理意義CO2同樣可以降低Hb與O2的親和力，原因是CO2與Hb的C端aa殘基的NH2反應生成氨甲酸-AA，產(chǎn)生的H+通過Bohr效應起作用。第21頁/共24頁2.BPG降低Hb與O2親和力BPG帶負電荷，每個Hb四聚體可結合一個BPG，BPG與Hb的結合，阻礙了O2的結合，促進O2的釋放。在氧合曲線上，BPG濃度增加導致曲線右移。第22頁/共24頁第三節(jié)：血紅蛋白與分子病迄今發(fā)現(xiàn)的與Hb缺陷有關的遺傳性疾病有500種以上。多數(shù)系單個aa殘基的突變造成。一、鐮刀狀細胞貧血