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1、 蛋白质结构和功能的关系 一级结构是空间结构与功能 的基础,蛋白质的功能依赖特定的空间 结构.一级结构和空间结构的变化,都会 引起蛋白质功能发生改变. 环境条件在蛋白质特定结构的 形成和维持以及蛋白质特异生物学功能 的发挥过程中,都起重要的作用. 呀 骚 铅 柔 侍 灰 霓 己 殆 糠 碗 础 濒 凿 销 梅 浊 纪 伟 不 辜 向 屋 队 日 俘 屡 胜 奋 搬 吊 糟 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 一.纤维状蛋白质 大多为结构蛋白,如胶原蛋白,角蛋白,弹性 蛋白等. 纤维状蛋白质大都由几条肽链绞合而成,组 成纤维状,难溶于水
2、.主要为机体提供坚实的支架,连 接细胞、组织和器官,起结构与支撑等作用. 这类特性与功能是由纤维状蛋白质一级结构 中特殊的氨基酸组成以及由此构成的特殊空间结构所 决定的. 权 顿 钓 胜 绦 邀 溅 凝 五 风 饵 彻 撤 漾 资 哇 受 舞 菏 篇 恕 鹃 荫 撅 括 镑 押 窜 尊 孽 蹭 狈 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 角蛋白： 高等动物表皮层表面的角质层,包括 毛发,指甲,羽毛等.含较多的疏水性氨基酸与 半胱氨酸.肽链骨架几乎全为-螺旋,很少有 环,转角等结构. 两条双链-螺旋相互盘绕成左手超 螺旋(原纤维),8条原纤
3、维再平行排列构成微 纤维,微纤维还可进一步聚合成巨纤维.在肽链 间以及原纤维间通过许多二硫键形成共价交 联而维持构象稳定. 不同纤维聚合程度及二硫 键多少不同,形成不同的角质层结构. 芝 浓 斤 您 耀 浊 案 蛊 棠 扯 涡 乌 匣 猾 的 盗 咖 渝 椽 烽 狈 绰 慷 兵 累 珠 相 仗 壶 沪 徘 邢 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 二.球状蛋白质 在球状蛋白质中,多肽链折叠成致密的 球形构象,其结构比纤维状蛋白质复杂得多,具 有多种多样的生物功能. 各种球状蛋白质有某些共同的结构特 点. 内部由疏水性残基组成疏水核心,亲
4、水的残 基多分布于表面,形成亲水的球状结构。 -转转角在球状蛋白质质中出现较现较 多， 是其主要的二级结级结 构类类型。 州 冰 拘 慧 房 芬 壳 冈 姑 萄 烂 其 瓷 虏 檄 管 磊 胯 珐 契 搅 峭 萌 柴 嚏 胁 思 弛 晨 续 搏 啸 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 肌红蛋百和血红蛋白 肌红蛋白(myoglobin.MB)和血 红蛋白(hemoglobin,Hb)都是以血红素 为辅基的球状蛋白质,均有贮氧和运氧功 能. 血红素是铁噗啉化合物,噗啉环 中的Fe 2+可通过配位键与氧可逆结合. 未 尖 艰 汤 定 帛 染
5、 慷 隐 坯 骂 吓 努 蚊 脏 包 汁 斑 凄 呸 具 伍 跟 班 幕 报 冬 矽 瘤 恫 桌 牢 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 Mb是由一条肽链构成三级结构的球状 蛋白质.有150个左右的残基,构成8段螺旋 血红素居于球状结构的空穴中。 成人HbA,由22构成4级结构的球状 蛋白质.链141个残基,链146个残基,每个亚 基结合一个血红素.一分子血红蛋白可结合4 分子氧.每个亚基的氨基酸序列与Mb有不少相 似,所含的螺旋段及螺旋走向与Mb相近,二级 和三级结构也类似于Mb. 痴 搓 彼 警 享 乏 围 广 举 楼 渐 窄 砰
6、 黍 惠 训 庞 盔 蓟 压 哭 矿 尝 癣 倡 扑 砷 胎 赛 构 衔 盈 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 粗 檄 专 些 铅 苛 伙 谁 教 凌 率 答 佛 芽 群 宜 绳 锐 酷 澡 镶 糊 抹 梦 捉 马 艘 艳 蛮 之 瓜 戮 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 肌红蛋白与血红蛋白的结构 僻 陕 赔 狐 磷 掸 酒 举 颠 灭 憾 祟 卸 糖 北 官 郊 统 融 械 易 撞 札 晦 诬 捌 舀 纠 款 沤 嘴 展 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3
7、蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 氧饱和曲线:Mb为直角双曲线;Hb 为S形曲线. 协同效应:Mb无协同效应;Hb有协 同效应. Bohr效应:Mb无，Hb有. 波 竿 间 瞬 卖 旗 并 蹲 穿 臆 声 酗 晶 馆 牧 省 汉 坍 驮 倦 锐 然 泣 仪 拓 初 瞄 勋 好 捶 盲 爽 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 肌红蛋白（Mb）和血红蛋白（Hb）的氧解离曲线 接 挺 拾 孜 压 总 瓜 语 乍 善 凤 透 掌 须 逞 埂 涉 遗 沟 渍 晌 曝 赤 呆 遭 决 赣 承 舷 春 境 晾 蛋 白 质 化 学 与
8、蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 协同效应（cooperativity） 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结 合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结 合的能力,这种现象，称为协同效应。 剥 蔽 裳 清 肠 吴 化 豆 击 夷 独 歇 柿 擎 炽 顾 驳 篇 哨 呵 驰 挟 吓 馆 今 兹 渐 夺 辐 呀 则 膳 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 Bohr效应:Hb与氧的结合受 CO2与溶液pH的影响,在pH降低,pCO2升 高时,使氧解离曲线右移的现象. Bohr效应的存在,提高了血红 蛋白
9、在体内的运氧效率. 铸 哦 思 咖 纬 枢 失 毖 蛰 习 才 畦 锌 祭 闭 悯 畏 垣 觅 茧 滔 怂 触 吭 真 疆 啼 匙 篱 烂 爪 贝 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力 环境氧浓度高时 Hb快速吸收氧分子 环境氧浓度低时 Hb快速释出氧分子 动脉 静脉 血红蛋白对氧的运输 氟 探 割 瓦 培 骤 番 姜 韭 浇 笑 为 尔 克 完 募 根 显 静 罕 齐 骸 僻 侣 锐 象 侗 矛 粉 蹈 两 砧 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学
10、 与 蛋 白 质 组 学 3 三.蛋白质的变性与复性 蛋白质的变性(denaturation):指在某 些理化因素影响下,蛋白质特定的空间构象破 坏,导致其理化性质的改变和生物活性的丧失. 蛋白质的复性(renaturation):指变性蛋 白质在去除变性因素后,重新恢复其天然构象 的过程. 刚 澎 激 颜 苔 标 窖 号 割 憎 洪 奈 蕾 夷 镰 贾 废 并 力 淬 我 飞 挺 乡 冲 鞭 佃 姨 饱 裤 端 地 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 酶的二级、三级结构破坏，活性完全丧失 ，但多肽链一级结构依然完整。 尿素 巯基乙醇
11、 去除尿素和巯基乙醇 恢复到天然状态 牛核糖核酸酶变性与复性 蛇 要 能 使 栏 蔫 悠 穆 蜀 粉 馋 纹 瘴 见 泣 昌 隧 馅 抛 侄 锭 博 扦 构 寻 孕 疾 配 酝 叮 尖 淌 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 无活性蛋白质前体 一处或数处肽键断裂 蛋白质构象的改变 有生物活性的蛋白质 1.蛋白酶原的激活的一般规律 四.蛋白质的活性调控 退 蕊 鹿 之 坛 舵 千 吐 蝎 烩 尺 寥 少 帜 饲 沤 控 思 六 火 熙 争 乾 尹 迹 应 飞 茅 俺 否 蛔 陆 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质
12、 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 2.变构调节 是体内广泛存在的蛋白质和 酶活性调控方式. 蛋白质 蛋白质构 象改变 调控物 蛋白质功 能的改变 许多的酶,膜蛋白,受体蛋白,离子通道蛋白 ,信号转导途径多种蛋白, 大量的转录因子均 可通过自身的变构调节其功能. 蜀 健 克 泽 猩 粘 拖 醒 威 厕 磐 蝶 迟 焊 褪 瞥 淋 绘 向 邱 础 规 募 疽 苦 唇 撵 喜 湍 噪 忿 的 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 3.化学修饰调节(chemical modification) 蛋白质(酶)在某些酶的催化下,与某种 化学基团
13、发生可逆的共价结合,从而调节其生物活性 的过程. 蛋白质的活性可发生无活性(或低活性)与 有活性(或高活性)的互变.这种互变由不同的酶催化 . 常见的方式:磷酸化与去磷酸化。 渔 惟 辅 腕 赖 叛 概 蚂 圭 缨 几 塑 药 捌 朱 侍 芋 议 藕 冀 崭 踊 汗 至 垣 攀 桅 曹 铂 宫 怖 再 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 五.蛋白质结构变异与功能 一级结构和空间结构的变异,都会影响到蛋白 质的功能和活性,并可引起相应的疾病. 1.一级结构变异与功能 通过实验改变胰岛素一级结构:切除A链第一 个氨基酸残基,活性仅剩2%-
14、10%,再切去第2-4位残基, 生物活性完全丧失.但如切除B链第28-30位残基,其生 物活性仍保持.这说明,只有维持蛋白质构象关键部位 一级结构的氨基酸残基的改变,才会导致生物功能的变 异. 堕 炊 炕 生 棵 欠 奶 屋 寥 钦 咆 板 牧 霞 逃 信 宜 菩 哭 羽 拔 鸭 垫 要 驰 漓 妥 炎 闻 胎 美 癸 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 拼 睛 怨 闺 腻 扭 毋 氰 骡 俯 怠 驶 赛 汀 震 距 骸 网 卷 讽 口 虎 彪 笑 宣 请 串 苏 譬 六 姆 亦 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白
15、 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 l 病因：链的第6个Aa 谷氨酸缬氨酸 l 缬氨酸通过疏水作用 与另一血红蛋白分子链 互相“锁”在一起，最终 与其他血红蛋白链共同 形成一个不溶的纤维束 ，使红细胞扭旋成镰刀 形，脆性增大,易破裂溶 血。 镰刀状红细胞贫血症镰刀状红细胞贫血症 夺 欧 缄 桶 朝 停 翔 弄 茫 洋 踪 触 拎 炬 保 秃 已 殷 哦 表 篡 息 镣 缴 长 稳 娄 窝 莆 限 馈 处 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 2.蛋白质构象变异与功能 蛋白质错误折叠可引起蛋白质构象病 朊病毒蛋白(prion pot
16、erin,PrP)是 一种可引起人和动物神经退行性病变的蛋白 质,如动物挠痒症,疯牛病,人类的库鲁病等. 这类病具有传染性,遗传性和散在发病的特点 .在动物间的传播是由不含核酸的PrP组成的 传染性颗粒进行. 倔 乡 综 窟 钠 桃 洼 诡 多 耕 褐 偏 急 炕 痉 划 唾 砂 哀 钞 器 轰 涟 绪 掩 橡 滨 离 监 领 滑 换 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 正常型PrPC ：富含富含 螺旋，水溶性强、蛋白酶螺旋，水溶性强、蛋白酶 敏感。敏感。 致病型致病型PrPSC ：多肽链全部形成全部形成 折叠，折叠，对蛋白 酶不敏感
17、,水熔性差,对热稳定,可以相互聚集, 最终形成淀粉样纤维沉淀而致病. 两者的一级结构完全相同，仅两者的一级结构完全相同，仅构象不同。 赣 钵 撒 穴 喳 漫 堰 婿 骇 蹬 苍 市 骇 苔 流 运 拒 鹰 桩 渗 筋 嚷 淘 痈 矢 胃 凭 具 以 性 搁 牲 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 DNAmRNA 基因表达 蛋白质 一级结构 蛋白质构象 二级结构 三级结构 四级结构 特殊 功能 环境条件 孟 簿 蔼 行 孜 椅 研 檄 嫩 使 忘 枫 嚣 凭 王 柬 孕 娱 睬 呸 厚 悟 攘 能 许 阐 盐 切 济 魔 畔 惟 蛋 白
18、 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 主要参考文献： 1.Ddvid L.Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. 4 th ed .New York :W .H.Freeman and Company.2005 2.Rorbet K.Murry, Daryl K.Granner, Peter A.Mayes,et al. Harpers Biochemistry. 26 th ed. New York:McGraw Hill Company.2003 3.查锡良主编. 生物化学. 第7版.北京：人民卫生出版社， 2008 4.陈惠黎主编.生物大分子的结构和功能. 上海：复旦大学 出版社，1999 5.药立波主编.分子生物学.第2版.北京：人民卫生出版社 ，2004 雹 纱 祥 摘 莱 哺 站 箱 匪 坎 多 鹰 憾 啡 姜 陶 钝 尖 脏 卖 歼 忻 含 淘 唯 剧 咎 衙 地 照 切 尉 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3 蛋 白 质 化 学 与 蛋 白 质 组 学 3