醫(yī)學蛋白質(zhì)結構與功能的關系專題課件

蛋白質(zhì)結構與功能的關系一、蛋白質(zhì)的主要功能分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細胞中可達細胞干重的70%以上。更新快：組織細胞每天都在不斷地更新。因此，人體必須每天攝入一定量的蛋白質(zhì)，作為構成和補充組織細胞的原料。

（一）蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分（結構蛋白）生物化學與分子生物學（第9版）物質(zhì)運輸催化功能信息交流免疫功能氧化供能維持肌體的酸堿平衡維持正常的血漿滲透壓（二）蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能（功能蛋白）生物化學與分子生物學（第9版）二、蛋白質(zhì)執(zhí)行功能的主要方式細胞免疫系統(tǒng)(一)蛋白質(zhì)與配體的特異性識別在細胞表面的分子相互作用引發(fā)免疫反應生物化學與分子生物學（第9版）主要組織相容性復合體（majorhistocompatibilitycomplex，MHC）I型MHC蛋白的結構

I型MHC蛋白的功能生物化學與分子生物學（第9版）

IgM的五聚體形式IgG的結構(二)蛋白質(zhì)與配體的特異性結合生物化學與分子生物學（第9版）抗原－抗體的特異性結合生物化學與分子生物學（第9版）（一）一級結構是空間構象的基礎三、蛋白質(zhì)一級結構是高級結構與功能的基礎牛核糖核酸酶A一級結構與空間結構的關系生物化學與分子生物學（第9版）（二）一級結構相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結構與功能一級結構相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構象以及功能也相似。────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A5A6A10A30────────────────────────

人ThrSerIleThr

豬ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

馬ThrSerIleAla────────────────────────哺乳類動物胰島素A鏈氨基酸序列的差異生物化學與分子生物學（第9版）（三）氨基酸序列提供重要的生物進化信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細胞色素（cytochromeC），比較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間的關系。細胞色素C的生物進化樹生物化學與分子生物學（第9版）（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。生物化學與分子生物學（第9版）肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結構四、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結構（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結構相似生物化學與分子生物學（第9版）肌紅蛋白(myoglobin，Mb)肌紅蛋白是一個只有三級結構的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結構。血紅素分子中的兩個丙酸側鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結合。生物化學與分子生物學（第9版）血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結構，每個亞基可結合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結合而形成親水的球狀蛋白。生物化學與分子生物學（第9版）脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵生物化學與分子生物學（第9版）Hb與Mb一樣能可逆地與O2結合，Hb與O2結合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數(shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基與氧結合生物化學與分子生物學（第9版）肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）的氧解離曲線生物化學與分子生物學（第9版）一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應（positivecooperativity）。如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應（negativecooperativity）。協(xié)同效應(cooperativity)生物化學與分子生物學（第9版）Hb氧合與脫氧構象轉(zhuǎn)換示意生物化學與分子生物學（第9版）血紅素與氧結合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。生物化學與分子生物學（第9版）別構效應（allostericeffect）蛋白質(zhì)空間結構的改變伴隨其功能的變化，稱為別構效應。生物化學與分子生物學（第9版）（三）蛋白質(zhì)構象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質(zhì)的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。生物化學與分子生物學（第9版）蛋白質(zhì)構象改變導致疾病的機理：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)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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、阿爾茨海默病、亨廷頓舞蹈病、瘋牛病等。生物化學與分子生物學（第9版）瘋牛病是由朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構象改變PrPc轉(zhuǎn)變成PrPsc的過程生物化學與分子生物學（第9版）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein第四節(jié)一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)的等電點（isoelectricpoint,pI）生物化學與分子生物學（第9版）二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:生物化學與分子生物學（第9版）+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉生物化學與分子生物學（第9版）三、蛋白質(zhì)的變性與復性在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性（denaturation）生物化學與分子生物學（第9版）造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì):——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結構。生物化學與分子生物學（第9版）

應用舉例:臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

生物化學與分子生物學（第9版）若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為復性（renaturation）

。生物化學與分子生物學（第9版）

天然狀態(tài)，有催化活性非折疊狀態(tài)，無活性生物化學與分子生物學（第9版）在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用（proteincoagulation）生物化學與分子生物學（第9版）四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的A280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。生物化學與分子生物學（第9版）蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。五、應用蛋白質(zhì)呈色反應可測定蛋白質(zhì)溶液含量茚三酮反應（ninhydrinreaction）雙縮脲反應（biuretreaction）生物化學與分子生物學（第9版）蛋白質(zhì)組成的基本單位為L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸通過肽鍵相連而成肽。蛋白質(zhì)一級結構是氨基酸序列。二級結構是指蛋白質(zhì)主鏈局部的空間結構，不涉及氨基酸殘基側鏈構象。三級結構是指多肽鏈主鏈和側鏈的全部原子的空間排布位置。四級結構是指蛋白質(zhì)亞基之間的聚合。蛋白質(zhì)空間構象與功能有著密切關系，蛋白質(zhì)的空間構象發(fā)生改變，可導致其理化性質(zhì)變化和生物活性的喪失。分離純化蛋白質(zhì)是研究單一蛋白質(zhì)結構與功能的先決條件。通常利用蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，采取不損傷蛋白質(zhì)結構和功能的物理方法來純化蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的結構與功能組成蛋白質(zhì)的氨基酸氨基酸的分類不同氨基酸的差異性具有特征的解離常數(shù)和等電點茚三酮反應紫外吸收特性氨基酸通過肽鍵形成肽或蛋白質(zhì)一級結構氨基酸的排列順序，二硫鍵的位置二級結構蛋白質(zhì)主鏈的局部空間結構形式，以氫鍵維持其穩(wěn)定性，模體三級結構多肽鏈主鏈和側鏈全部原子的空間排布位置，次級鍵維系穩(wěn)定性，Domain四級結構多亞基之間的締合蛋白質(zhì)結構和功能的關系一級結構是高級結構和功能的基礎，維持正確的空間構