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1、蛋白质化学蛋白质的结构与功能关系本讲稿第一页，共十七页蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能本讲稿第二页，共十七页蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系蛋蛋白白质质特特定定的的功功能能都都是是由由其其特特定定的的构构象象所所决决定定的的，各各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。一一部部分分氨氨基基酸酸残残基基直直接接参参与与构构成成蛋蛋白白质质的的功功能能活活性性区区，它它们们的的特特殊殊侧侧链链基基团团即即为为蛋蛋白白质质的的功功能能基基团团，这这种种氨氨基酸残基如被置换都会直接影响该蛋白质的功能基酸残基如被置换都会直接影响该蛋白质
2、的功能另另一一部部分分氨氨基基酸酸残残基基虽虽然然不不直直接接作作为为功功能能基基团团，但但它它们们在在蛋蛋白白质质的的构构象象中中处处于于关关键键位位置置，这这种种残残基基一一旦旦被被置换就会影响蛋白质的构象，从而影响蛋白质的活性置换就会影响蛋白质的构象，从而影响蛋白质的活性本讲稿第三页，共十七页蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系一一级级结结构构不不同同的的各各种种蛋蛋白白质质，它它们们的的构构象象和和功功能能自自然然不不同同；反反之之，一一级级结结构构大大体体相相似似的的蛋蛋白白质质，它它们们的的构构象和功能也可能相似象和功能也可能相似例例如如，来来源源于于不不同同动动物
3、物种种后后的的胰胰岛岛素素，它它们们的的一一级级结结构构不不完完全全一一样样，但但其其组组成成的的氨氨基基酸酸总总数数或或排排列列顺顺序序却却很相似，从而使其基本构象和功能相同。很相似，从而使其基本构象和功能相同。又又如如几几种种来来源源不不同同的的蛋蛋白白酶酶，其其一一级级结结构构各各不不相相同同，但但它它们们的的活活性性部部位位都都含含有有以以丝丝氨氨酸酸残残基基为为中中心心的的相相似似排排列列顺顺序序，使使其其分分子子中中这这一一局局部部的的构构象象相相似似，并并显显示示出相似的催化肽键水解的活性。出相似的催化肽键水解的活性。本讲稿第四页，共十七页蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构
4、与功能的关系牛胰凝乳蛋白酶牛胰凝乳蛋白酶丝丝半蛋丝丝半蛋甘天丝甘甘脯亮缬半甘天丝甘甘脯亮缬半牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶天丝半谷胺天丝半谷胺甘天丝甘甘脯缬缬半甘天丝甘甘脯缬缬半猪弹性蛋白酶猪弹性蛋白酶丝甘半谷胺丝甘半谷胺甘天丝甘甘脯亮组半甘天丝甘甘脯亮组半人凝血酶人凝血酶天丙半谷天丙半谷甘天丝甘甘脯苯缬蛋甘天丝甘甘脯苯缬蛋牛凝血酶牛凝血酶天丙半谷天丙半谷甘天丝甘甘脯苯缬蛋甘天丝甘甘脯苯缬蛋人凝血因子人凝血因子Xa天丙半谷胺天丙半谷胺甘天丝甘甘脯组缬苏甘天丝甘甘脯组缬苏牛凝血因子牛凝血因子Xa天丙半谷胺天丙半谷胺甘天丝甘甘脯组缬苏甘天丝甘甘脯组缬苏但是，有些一级结构同源性较小（但是，有些一级结构同源性较
5、小（10%）的蛋白质如不同物种的血红）的蛋白质如不同物种的血红蛋白，其高级结构非常相似，因此具有非常相似的功能。蛋白，其高级结构非常相似，因此具有非常相似的功能。本讲稿第五页，共十七页蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系蛋白质特定的构象显示出特定的功能蛋白质特定的构象显示出特定的功能-构象决定功能别构效应别构效应(allostericeffect，也有人译为别位效应或，也有人译为别位效应或变构效应变构效应)：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质(或酶)结合后(结合部位多在远离活性部位的另一部位，通常称为别位)，能够引起该蛋白质(或酶)的构象发生微妙而规律的变化，从而使其活性发生变化(活性
6、可以从无到有或从有到无，也可以从低到高或从高到低)，这种现象称为别构效应。别构效应充分说明了构象与功能活性之间的密切关系。本讲稿第六页，共十七页蛋白质的结构与功能一、活性蛋白质与前体二、血红蛋白的结构与功能三、蛋白质的变性本讲稿第七页，共十七页活性蛋白质与前体活性蛋白质与前体激素与激素原胰岛素与前体（参见p278)-调节生理功能酶与酶原胰蛋白酶与酶原：胰蛋白酶酶原在肠激酶的作用下，切开它的Lys6-Ile7之间的肽键，切下N-端的6肽，使构象发生变化，形成酶的活性中心。（参见P283)-信号肽本讲稿第八页，共十七页二、血红蛋白的结构和功能二、血红蛋白的结构和功能本讲稿第九页，共十七页血红蛋白的
7、结构和功能血红蛋白的结构和功能血血红红蛋蛋白白(Hb)就就是是一一种种最最早早发发现现的的具具有有别别构构效效应应的的蛋蛋白白质质，它它的的功功能能是是运运输输氧氧和和二二氧氧化化碳碳，Hb运运输输O2的的作用是通过它对作用是通过它对O2的结合与脱结合的结合与脱结合(释放释放)来实现的。来实现的。Hb有有两两种种能能够够互互变变的的天天然然构构象象。一一种种叫叫紧紧密密型型(T型型)，另另一一种种叫叫松松弛弛型型(R型型)。T型型对对O2的的亲亲和和力力低低，不不易易与与O2结结合合；R型型则则相相反反，它它与与O2的的亲亲和和力力高高，易易于结合于结合O2。本讲稿第十页，共十七页血红蛋白的结
8、构和功能血红蛋白的结构和功能本讲稿第十一页，共十七页血红蛋白的结构和功能血红蛋白的结构和功能血红蛋白T态和S态示意本讲稿第十二页，共十七页血红蛋白的结构和功能血红蛋白的结构和功能T型型Hb分分子子的的第第一一个个亚亚基基与与O2结结合合后后，即即引引起起其其构构象象开开始始变变化化，将将构构象象变变化化的的“信信息息”传传递递至至第第二二个个亚亚基基，使使第第二二、第第三三和和第第四四个个亚亚基基与与O2的的亲亲和和力力依依次增高，次增高，Hb分子的构象由分子的构象由T型转变成型转变成R型。型。Hb随随红红细细胞胞在在血血循循环环中中往往返返于于肺肺及及其其他他组组织织之之间间，随随着着条条件
9、件的的变变化化，Hb的的T型型与与R型型不不断断互互变变：在在肺肺部部毛毛细细血血管管内内，O2分分压压很很高高，促促使使T型型转转变变为为R型型，利利于于Hb饱饱和和地地“装装载载”O2；在在全全身身组组织织毛毛细细血血管管中中，O2分分压压较较低低，R型型Hb又又转转变变为为T型型，有有利利于于释释放放O2。Hb分分子子两两型型构构象象的的互互变变，引引起起结结合合O2与与释释放放O2的的变化，这就微妙地完成了运变化，这就微妙地完成了运O2的功能的功能本讲稿第十三页，共十七页血红蛋白的结构和功能血红蛋白的结构和功能血红蛋白T态和S态示意血红蛋白O2结合曲线（S形曲线）本讲稿第十四页，共十七
10、页分子病分子病在在蛋蛋白白质质的的一一级级结结构构中中，参参与与功功能能活活性性部部位位的的残残基基或或处处于于特特定定构构象象关关键键部部位位的的残残基基，即即使使在在整整个个分分子子中中发发生生一一个个残残基基的的异异常常，那那么么该该蛋蛋白白质的功能也会受到明显的影响。质的功能也会受到明显的影响。本讲稿第十五页，共十七页分子病分子病正常红细胞镰刀状红细胞本讲稿第十六页，共十七页蛋白质的变性蛋白质的变性变性是指在一些物理或化学因素作用下，使蛋白质分变性是指在一些物理或化学因素作用下，使蛋白质分子空间结构破坏，从而引起蛋白质理化性质改变，子空间结构破坏，从而引起蛋白质理化性质改变，包括结晶性
11、能消失。蛋白质溶液粘度增加，呈色反包括结晶性能消失。蛋白质溶液粘度增加，呈色反应加强及易被消化水解等，尤其是溶解度降低和生应加强及易被消化水解等，尤其是溶解度降低和生物活性丧失的过程。物活性丧失的过程。蛋白质变性的机理是分子中非共价键断裂，使蛋白质蛋白质变性的机理是分子中非共价键断裂，使蛋白质分子从严密且有序的空间结构转变成杂乱松散、无分子从严密且有序的空间结构转变成杂乱松散、无序的空间结构，因此生物活性也必然丧失；同时由序的空间结构，因此生物活性也必然丧失；同时由于蛋白质变性后，分子内部的疏水基团暴露到了分于蛋白质变性后，分子内部的疏水基团暴露到了分子的表面，因此其溶解度降低、容易沉淀析出。变子的表面，因此其溶解度降低、容易沉淀析出。变性的蛋白质大多沉淀，但沉淀的蛋白质在蛋白质分性的蛋白质大多沉淀，但沉淀的蛋白质在蛋白质分离纯化中并不是变性的。离纯化中并不是变性的。本讲稿第十七页，共十七页