蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系s

一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

第6章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

當(dāng)前第1頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)

（二）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病當(dāng)前第2頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)

一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

當(dāng)前第3頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性牛核糖核酸酶序列規(guī)定構(gòu)象一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)當(dāng)前第4頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)最早的序列分析：胰島素蛋白質(zhì)InsulinChainA:8-10位存在著不同（牛，ASV；豬，TSI；羊，AGV）(Brownetal.,1955)。一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)功能相似當(dāng)前第5頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)表-胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)及種屬差異

位置來源氨基酸排列順序的部分差異A8A9A10B30人蘇絲異亮蘇豬蘇絲異亮丙牛丙絲纈丙狗蘇絲異亮丙山羊丙甘纈

丙馬蘇甘異亮丙象蘇甘纈

蘇抹香鯨蘇絲異亮丙兔蘇絲異亮絲當(dāng)前第6頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)從細(xì)胞色素c的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化細(xì)胞色素c是由104個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。比較50種不同的生物，凡與人類親緣關(guān)系越遠(yuǎn)的生物，其氨基酸順序與人類的差異越大。分子進(jìn)化

當(dāng)前第7頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)促腎上腺皮質(zhì)激素39MSH促黑激素13一級(jí)結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)功能不同當(dāng)前第8頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)MSH主要作用于黑色素細(xì)胞。體內(nèi)黑色素細(xì)胞分布于皮膚及毛發(fā)、眼球虹膜色素層等。胞漿內(nèi)的黑色素小體內(nèi)含酪氨酸酶，可促進(jìn)酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?、MSH作用主要為激活酪氨酸酶，并促進(jìn)酪氨酸酶合成，從而促進(jìn)黑色素合成，使皮膚及毛發(fā)顏色加深。當(dāng)前第9頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)氨基酸組成變化改變其功能當(dāng)前第10頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)

Patient’ssymptoms:Cough,feverandheadache,atingeofyellowinwhitesofeyes,visiblepalemucousmembrane,enlargedheart,welldevelopedphysically,anemic,muchlessRDcells（二）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病clinicaltest:Theshapeoftheredcellswasveryirregular,largenumberofthin,elongated,sickle-shapedandcrescent-shapedforms.基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)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(huì)產(chǎn)生疾病，這種病稱為分子病（moleculardisease）。當(dāng)前第11頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)鐮刀狀紅細(xì)胞貧血ObservedNormalrangeRedcellcount2.6×106/ml4.6～6.2×106/mlHemoglobincontent8g/100ml14～18g/100mlWhitecellcount15,250/ml4,000～10,000/ml當(dāng)前第12頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)pIofsickle-cellHbwashigherthannormaloneby0.23,whichisequivalentto2to4netpositivechargesperHbmolecule.(1949,Pauling)2-Delectrophoresisshowedonlyonepeptideof28digestedHbpeptidesisdifferent(1954,Ingram).Identifyingthecause當(dāng)前第13頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)Identifyingthecause正常人患者當(dāng)前第14頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)SequenceanalysisshowedthedifferenceinAAsequence.HbA:Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-HbS:

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-

DifferenceinprimarystructureofHbS：CATA：CTTFurtherstudiesshowedthattheAAvariationisduetothegenemutation.當(dāng)前第15頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)正常人血紅蛋白β鏈的第6位氨基酸是Glu，而鐮刀狀細(xì)胞貧血病人的血紅蛋白中，Glu變成了Val，僅此一個(gè)氨基酸之差，本是水溶性的血紅蛋白，就聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)胞變形成鐮刀狀而極易破裂，產(chǎn)生貧血。當(dāng)前第16頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.由較短肽鏈組成的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)不同，生物功能也不同.2.由較長(zhǎng)肽鏈組成的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中，其中“關(guān)鍵”部分結(jié)構(gòu)相同，其功能也相同；“關(guān)鍵”部分改變，其功能也隨之改變。當(dāng)前第17頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（二）、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能當(dāng)前第18頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)在蛋白質(zhì)與其他分子的相互作用中能被它可逆結(jié)合的其他分子稱為配體。配體可以是任何一種分子，包括另一種蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)上的配體結(jié)合部位和配體在大小、形狀、電荷以及疏水或親水性質(zhì)方面都是互補(bǔ)的。當(dāng)前第19頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)輔基（非蛋白小分子）+脫輔基蛋白質(zhì)＝全蛋白質(zhì)血紅素+珠蛋白＝肌紅蛋白(一)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能(myoglobin，Mb)當(dāng)前第20頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)Mb是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段-螺旋結(jié)構(gòu)。153AAs整條多肽鏈折疊成緊密球形分子，氨基酸側(cè)鏈上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，富極性及電荷的則在分子表面。Mb分子內(nèi)部有一個(gè)袋形空穴，血紅素居與其中。血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。（16.6KD）珠蛋白(globin)當(dāng)前第21頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)某些過渡金屬的低氧態(tài)（特別是Fe2+和Cu+）具很強(qiáng)的結(jié)合氧傾向。卟（bu）啉類(porphyrins)，這類化合物在葉綠素、細(xì)胞色素以及其他一些天然色素中還將遇到。血卟啉（血紅素）使血液呈紅色，葉綠蛋白中的鎂卟啉（葉綠素）是植物成綠色的原因。卟啉是一類由四個(gè)吡咯類亞基的α-碳原子通過次甲基橋（=CH-）互聯(lián)而形成的大分子雜環(huán)化合物，26個(gè)π鍵，高度共軛體系，顯色當(dāng)前第22頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)配位化合物的組成

配位鍵，又稱配位共價(jià)鍵，是一種特殊的共價(jià)鍵。當(dāng)共價(jià)鍵中共用的電子對(duì)是由其中一原子獨(dú)自供應(yīng)時(shí)，就稱配位鍵當(dāng)前第23頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)內(nèi)軌型外軌型當(dāng)前第24頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白中血紅素輔基的結(jié)構(gòu)血紅素(亞鐵原卟啉)Fe(Ⅱ)的6個(gè)配位鍵中4個(gè)與N原子相連，第5個(gè)與組氨酸結(jié)合Fe的第6個(gè)配位鍵結(jié)合氧當(dāng)前第25頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白的功能肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)在組織中肌紅蛋白接納自血紅蛋白釋放的氧，當(dāng)細(xì)胞中脫氧的細(xì)胞器（線粒體）大量需氧時(shí)，肌紅蛋白便把貯存的O2分配給它們。當(dāng)前第26頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)O2的結(jié)合改變肌紅蛋白的構(gòu)象鐵原子的位置與卟啉環(huán)平面的關(guān)系結(jié)合氧后發(fā)生改變His64(E7)當(dāng)前第27頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)Uponoxygenation,theFeatomismovedintotheporphyrinplane,leadingtotheformationofastrongbondwithO2.Localstructuralchange當(dāng)前第28頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)MbO2Mb+O2解離平衡常數(shù)KK=[MbO2][Mb][O2]=[MbO2][O2]或[Mb]KY=[MbO2][Mb]+[MbO2]

=[O2]+K[O2]Y=P(O2)+KP(O2)氧分?jǐn)?shù)飽和度（Y）：在給定氧分壓下氧合肌紅蛋白分子數(shù)占肌紅蛋白分子總數(shù)的百分比當(dāng)前第29頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白的氧合曲線P(O2)=K時(shí)Y=0.5，表示為P50或P0.5P(O2)/torr氧飽和分?jǐn)?shù)（Y）Y=P(O2)+KP(O2)P50定義為肌紅蛋白一半被飽和時(shí)所需的氧分壓當(dāng)前第30頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)(二)、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能當(dāng)前第31頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)

Hemegroup當(dāng)前第32頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)StructuralsimilarityofMbandHb當(dāng)前第33頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)

血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基中間有一個(gè)疏水袋形空穴，可結(jié)合一個(gè)血紅素并攜帶1分子氧，因此1分子Hb共結(jié)合4分子氧。Hb各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb各亞基之間通過8對(duì)鹽鍵，緊密結(jié)合成親水的球狀蛋白。成人紅細(xì)胞中Hb主要是由兩條α肽鏈和兩條β肽鏈組成（α2β2）。Hemoglobin(Hb)Theconservedhydrophobiccorestabilizesthe3Dstructure.

當(dāng)前第34頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)4subunitsaremaintainedtogetherby8pairsofionicinteractions.當(dāng)前第35頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)四級(jí)結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的兩個(gè)特點(diǎn)：亞基的締合出現(xiàn)一個(gè)空穴，它是另一配體2,3-二磷酸甘油酸(BPG)的結(jié)合位點(diǎn)出現(xiàn)亞基的相互作用區(qū)域，特別是α和β鏈之間的接觸界面。當(dāng)前第36頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)在從肺部經(jīng)心臟到達(dá)外周組織的動(dòng)脈血中Hb約為96％氧飽和度。在回到心臟的靜脈血中Hb僅為64％氧飽和度。因此每100ml血經(jīng)過組織約釋放Hb攜帶的1/3氧或相當(dāng)于大氣壓和體溫下6.5ml氧氣血紅蛋白(Hb)的功能血細(xì)胞攜帶和分配氧的蛋白質(zhì)當(dāng)前第37頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)Y=P(O2)+KP(O2)Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。當(dāng)前第38頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線哪個(gè)對(duì)氧的親和能力強(qiáng)？通過亞基-亞基相互作用調(diào)節(jié)氧合能力當(dāng)前第39頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)一個(gè)配體與蛋白質(zhì)上一個(gè)結(jié)合部位的結(jié)合影響同一蛋白質(zhì)上其他結(jié)合部分的親和力別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)別構(gòu)蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)物的結(jié)合部分：調(diào)節(jié)部位/別構(gòu)部位同促：O2異促：BPG當(dāng)前第40頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)共8個(gè)鹽橋，氧合時(shí)伴鹽橋斷裂當(dāng)前第41頁\共有44頁\編于星期六\11點(diǎn)協(xié)同、有次序tense(T)relaxed當(dāng)前第42頁\共有44頁\編于星