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1、关于蛋白质的结构与功能的关系第1页，讲稿共87张，创作于星期三1.4 蛋白质结构与功能的关系一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 RNaseRNase是由是由124124氨基酸残基组成的单肽链，分子中氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 8 个个CysCys的的-SH-SH构成构成4 4对二硫键对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂（如质变性剂（如8mol/L8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链下，酶分子中的二硫键全部
2、被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析透析的方法除去变性剂的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个活性。这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。如下图：如下图
3、：概述第2页，讲稿共87张，创作于星期三第3页，讲稿共87张，创作于星期三2.2.前体与活性蛋白质一级结构的关系前体与活性蛋白质一级结构的关系 由由108108个氨基酸残基构成个氨基酸残基构成的的前胰岛素原前胰岛素原(pre-(pre-proinsulinproinsulin），在合成的时），在合成的时候完全没有活性，当切去候完全没有活性，当切去N-N-端端的的2424个氨基酸信号肽，个氨基酸信号肽，形成形成8484个氨基酸的个氨基酸的胰岛素胰岛素原原（proinsulinproinsulin），胰），胰岛素原也没活性，在包岛素原也没活性，在包装分泌时，装分泌时，A A、B B链之间的链之间的
4、3333个氨基酸残基被切除，才个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。形成具有活性的胰岛素。如如图所示图所示:第4页，讲稿共87张，创作于星期三胰岛素：胰岛素：AB两条链构成，两条链构成，A链含链含21个氨基酸残基，个氨基酸残基，B链含链含 30 个氨基酸残基，链间有两对二硫键，个氨基酸残基，链间有两对二硫键，A链上有一对二硫键。链上有一对二硫键。第5页，讲稿共87张，创作于星期三3.同源蛋白质有顺序同源性：比较不同来源的细胞色素C发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白质一级结构上相对应
5、的氨基酸差别越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。第6页，讲稿共87张，创作于星期三一 肌红蛋白的结构 珠蛋白第7页，讲稿共87张，创作于星期三第8页，讲稿共87张，创作于星期三 所以，蛋白质一定的结构执行一定的功能。所以，蛋白质一定的结构执行一定的功能。功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比较种属功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。若一某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。级结构变化，蛋白质的功能可能发
6、生很大的变化。第9页，讲稿共87张，创作于星期三第10页，讲稿共87张，创作于星期三肌红蛋白的结构肌红蛋白的结构第11页，讲稿共87张，创作于星期三第12页，讲稿共87张，创作于星期三肌红蛋白的亚基铁卟啉肌红蛋白的亚基铁卟啉第13页，讲稿共87张，创作于星期三第14页，讲稿共87张，创作于星期三第15页，讲稿共87张，创作于星期三第16页，讲稿共87张，创作于星期三第17页，讲稿共87张，创作于星期三第18页，讲稿共87张，创作于星期三肌红蛋白的氧合曲线肌红蛋白的氧合曲线第19页，讲稿共87张，创作于星期三第20页，讲稿共87张，创作于星期三第21页，讲稿共87张，创作于星期三第22页，讲稿共
7、87张，创作于星期三第23页，讲稿共87张，创作于星期三第24页，讲稿共87张，创作于星期三血红蛋白第25页，讲稿共87张，创作于星期三第26页，讲稿共87张，创作于星期三第27页，讲稿共87张，创作于星期三第28页，讲稿共87张，创作于星期三 Hb Hb由由4 4条肽链条肽链组成：组成：22、22，功能是运载，功能是运载O O2 2。在。在去氧去氧HbHb亚基中有下列几对离子键：亚基中有下列几对离子键：第29页，讲稿共87张，创作于星期三第30页，讲稿共87张，创作于星期三第31页，讲稿共87张，创作于星期三第32页，讲稿共87张，创作于星期三第33页，讲稿共87张，创作于星期三第34页，讲
8、稿共87张，创作于星期三第35页，讲稿共87张，创作于星期三 由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构象由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构象呈紧呈紧张态张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基与，对氧的亲和力很低，第一个亚基与O O2 2结合时，离子键的破结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的构象之后引起它的构象从紧张态变成松弛态从紧张态变成松弛态，其它的离子键也依次破，其它的离子键也依次破坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象的变化导致血红蛋白坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象的变化导
9、致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因此第四个亚基结合氧的能力比第一个大对氧的亲和力大大增强，因此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。几百倍。第36页，讲稿共87张，创作于星期三第37页，讲稿共87张，创作于星期三第38页，讲稿共87张，创作于星期三第39页，讲稿共87张，创作于星期三上述上述HbHb与与O O2 2结合后，结合后，HbHb的构象发生变化，这类变化称为的构象发生变化，这类变化称为变变构效应，构效应，即通过构象变化影响蛋白质的功能。像血红蛋白这种具有即通过构象变化影响蛋白质的功能。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构效应的蛋白质称为变构蛋白变构蛋白（allosteric p
10、roteinallosteric protein）。血红）。血红蛋白的这种变构效应蛋白的这种变构效应能更有效地行使其运氧的生物学功能。能更有效地行使其运氧的生物学功能。第40页，讲稿共87张，创作于星期三第41页，讲稿共87张，创作于星期三 血红蛋白（血红蛋白（Hb）和肌红蛋白（）和肌红蛋白（Mb）氧结合曲线的比较）氧结合曲线的比较第42页，讲稿共87张，创作于星期三第43页，讲稿共87张，创作于星期三第44页，讲稿共87张，创作于星期三第45页，讲稿共87张，创作于星期三二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）结合于四个亚基的中央空穴处）结合于四个亚基的中央空穴处第46页，讲稿共87张，创作于星
11、期三BPG分子与Hb的两条链的结合第47页，讲稿共87张，创作于星期三二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）降低血红蛋白对氧的亲和力）降低血红蛋白对氧的亲和力第48页，讲稿共87张，创作于星期三波尔（波尔（Bohr）效应有利于血红蛋白对氧的运输）效应有利于血红蛋白对氧的运输第49页，讲稿共87张，创作于星期三第50页，讲稿共87张，创作于星期三第51页，讲稿共87张，创作于星期三 蛋白质的一级结构与分子病蛋白质的一级结构与分子病 现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变有关，现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变有关，都称之为都称之为分子病分子病。例如镰刀型贫血症，它是由于血红蛋。例如镰刀型贫
12、血症，它是由于血红蛋白的白的-亚基上的亚基上的第六位氨基酸第六位氨基酸由由谷氨酸谷氨酸变成了变成了缬氨酸缬氨酸，导致血红蛋白的结构和功能的改变，其运输氧气的能力导致血红蛋白的结构和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰刀状。大大地降低，并且红细胞呈镰刀状。第52页，讲稿共87张，创作于星期三镰刀状血红细胞第53页，讲稿共87张，创作于星期三第54页，讲稿共87张，创作于星期三v 1.镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的的v 2.镰刀状细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变镰刀状细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化化v 3.镰刀状细胞血红蛋白可形
13、成纤维状沉淀镰刀状细胞血红蛋白可形成纤维状沉淀v 4.镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正第55页，讲稿共87张，创作于星期三由于基因水平的突变导致的血红蛋白的分子病由于基因水平的突变导致的血红蛋白的分子病第56页，讲稿共87张，创作于星期三v地中海贫血症可以由几条途径产生：地中海贫血症可以由几条途径产生：v缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因；缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因；v所有基因都可能存在，但一个或多个基因发生无义突变，结果产所有基因都可能存在，但一个或多个基因发生无义突变，结果产生缩短了的蛋白链，或发生移码突变致使合成的链含不正确的氨基生缩短了的蛋白链，或发
14、生移码突变致使合成的链含不正确的氨基酸序列；酸序列；v所有基因都可能存在，但突变发生在编码区之外，导致转录被阻所有基因都可能存在，但突变发生在编码区之外，导致转录被阻断或前体断或前体mRNAmRNA的不正确加工。的不正确加工。第57页，讲稿共87张，创作于星期三蛋白质工程 利用基因工程手段，包括用基因的点突变和基因表达等改造蛋白质分子的结构与功能，使之更完善、甚至是新的性质和功能。第58页，讲稿共87张，创作于星期三免疫系统和免疫球蛋白v（一）免疫系统（一）免疫系统v（二）免疫系统能识别自我和非我（二）免疫系统能识别自我和非我v（三）在细胞表面的分子相互作用引发免疫反应（三）在细胞表面的分子相
15、互作用引发免疫反应v（四）免疫球蛋白的结构和类型（四）免疫球蛋白的结构和类型v（五）基于抗体（五）基于抗体抗原相互作用的生化分析方法抗原相互作用的生化分析方法第59页，讲稿共87张，创作于星期三 免疫系统 机体执行免疫应答和免疫功能的组织系统。由免疫器官和组织、免疫细胞和免疫分子组成。第60页，讲稿共87张，创作于星期三第61页，讲稿共87张，创作于星期三第62页，讲稿共87张，创作于星期三第63页，讲稿共87张，创作于星期三第64页，讲稿共87张，创作于星期三第65页，讲稿共87张，创作于星期三第66页，讲稿共87张，创作于星期三第67页，讲稿共87张，创作于星期三免疫球蛋白的结构免疫球蛋白
16、的结构第68页，讲稿共87张，创作于星期三第69页，讲稿共87张，创作于星期三第70页，讲稿共87张，创作于星期三第71页，讲稿共87张，创作于星期三第72页，讲稿共87张，创作于星期三第73页，讲稿共87张，创作于星期三第74页，讲稿共87张，创作于星期三第75页，讲稿共87张，创作于星期三第76页，讲稿共87张，创作于星期三第77页，讲稿共87张，创作于星期三第78页，讲稿共87张，创作于星期三第79页，讲稿共87张，创作于星期三v骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两种形成特有的纤维状或丝状结骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两种形成特有的纤维状或丝状结构的蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。它们参与需能的收
17、缩活动。构的蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。它们参与需能的收缩活动。v肌球蛋白是一种很长的捧状分子，有两条彼此缠绕的肌球蛋白是一种很长的捧状分子，有两条彼此缠绕的“螺旋肽螺旋肽链的尾巴和一个复杂的链的尾巴和一个复杂的“头头”。它的总分子量为。它的总分子量为450000450000，约，约160nm160nm长，长，实际上含有六条肽链。实际上含有六条肽链。v长尾巴是由二条分子量各为长尾巴是由二条分子量各为200000200000的肽链组成，这两条肽链称的肽链组成，这两条肽链称为重链为重链(heavy chain H(heavy chain H链链)。重链具有柔软的可转动铰链。重链具有柔软的可转动铰链
18、。v头是球形的，含有重链的末端和四条轻链头是球形的，含有重链的末端和四条轻链(light chain(light chain，L L链链)，其，其中两条称作中两条称作L2L2，分子量为，分子量为1800018000，另外两条称为，另外两条称为LlLl和和L3,L3,分子量分分子量分别为别为1600016000和和2500025000。肌球蛋白分子的头部具有酶活性，催化。肌球蛋白分子的头部具有酶活性，催化ATPATP水解成水解成ADPADP和磷酸，并释放能量。许多肌球蛋白分子装配在一起形和磷酸，并释放能量。许多肌球蛋白分子装配在一起形成骨骼肌的粗丝成骨骼肌的粗丝(thick filament)(
19、thick filament)。肌球蛋白也存在于非肌肉细。肌球蛋白也存在于非肌肉细胞内。胞内。肌肉的构成肌肉的构成第80页，讲稿共87张，创作于星期三 骨骼肌的组织水平第81页，讲稿共87张，创作于星期三v粗丝 是由肌球蛋白构成的。细丝是由肌动蛋白构成的。在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝(thin(thin filament)filament)，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，球状肌动蛋白球状肌动蛋白(G(G肌动蛋白肌动蛋白)和纤维状肌动蛋白和纤维状肌动蛋白(F(F肌动肌动蛋白蛋白)。纤维状肌动蛋白
20、实际上是一根由。纤维状肌动蛋白实际上是一根由GG肌动蛋白肌动蛋白分子分子(分子量为分子量为46000)46000)缔合而成的细丝。两根缔合而成的细丝。两根FF肌动蛋白肌动蛋白细丝彼此卷曲形成双股绳索结构。细丝彼此卷曲形成双股绳索结构。第82页，讲稿共87张，创作于星期三 在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝(thin filament)(thin filament)，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，球状肌动蛋白种形式存在，球状肌动蛋白(G(G肌动蛋白肌动蛋白)和纤维状肌和纤维状肌动蛋白动蛋白(F(F肌动蛋白肌动蛋白)。纤维状肌动蛋白实际上是一。纤维状肌动蛋白实际上是一根由根由GG肌动蛋白分子肌动蛋白分子(分子量为分子量为46000)46000)缔合而成的细丝。缔合而成的细丝。两根两根FF肌动蛋白细丝彼此卷曲形成双股绳索结构。肌动蛋白细丝彼此卷曲形成双股绳索结构。第83页，讲稿共87张，创作于星期三第84页，讲稿共87张，创作于星期三第85页，讲稿共87张，创作于星期三六 蛋白质结构与功能的进化 蛋白质的结构与功能具有高度的统一性与适应性。第86页，讲稿共87张，创作于星期三感谢大家观看第87页，讲稿共87张，创作于星期三