蛋白质的结构和功能 ppt课件

第六章 蛋白质的结构和功能,1,蛋白质不是静止的分子，而是处于不停的运动之中。蛋白质的功能几乎总是依赖于与其它分子的相互作用，这种相互作用受到蛋白质分子的构象变化的影响。,2,主要内容,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白蛋白质与配体结合的空间互补性免疫球蛋白化学能对蛋白质相互作用的影响肌球蛋白与肌动蛋白,3,1、肌红蛋白,肌红蛋白（myoglobin，Mb）是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅基血红素构成，相对MW=16700，由153个AA残基。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称为珠蛋白。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,4,肌红蛋白的结构,1、肌红蛋白的三级结构（1）长短不同的8条-螺旋组成；（2）80%AA处于螺旋中（3）拐弯处为无规卷曲（4）肌红蛋白中4个Pro各处于四个拐弯处；（5）分子十分紧密，仅能容纳4个水分子；（6）亲水外部疏水内部,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,5,2、辅基血红素 Fe原子被称为原卟啉IX（9）的有机分子固定的，共称血素（Heme），使血液呈红色。Fe有六个配位键，其中四个与卟啉的吡咯环的N原子相连。Fe2+称亚铁血红素，Fe3+为高铁血红素，只有Fe2+的蛋白才能结合氧,肌红蛋白的结构,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,6,3、氧与肌红蛋白的结合Fe2+与珠蛋白的93位（F8）His的咪唑基N相连；当形成氧合肌红蛋白（oxy-myoglobin）时，第6个配位键与氧结合；当成高铁肌红蛋白时，第6配位键被H2O分子占据；在氧结合一侧有一E7 His氧结合部位形成空间位阻区,肌红蛋白的结构,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,7,肌红蛋白与氧的结合,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,8,Mb多肽微环境的作用,固定血红素基。保护血红素铁免遭氧化。为氧分子提供一个合适的结合部位。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,9,氧的结合改变了肌红蛋白的构型,肌红蛋白血红素与氧结合后，铁原子从离卟啉环平面上方0.055nm处，被拉到离卟啉环平面上方0.026nm处。这对Mb生物功能并没有影响，但会影响Hb的性质。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,10,肌红蛋白氧合曲线,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,11,肌红蛋白氧合曲线,pO2,K + pO2,Y =,O2,p50,= K = 2.8 torr,Y = 0.5,双曲线型,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,12,肌红蛋白氧合曲线,Hill图,logP50,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,13,肌红蛋白氧合曲线,2,静脉血中氧分压,线粒体中氧分压,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,细胞表面氧分压,14,15,2 血红蛋白,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,16,血红蛋白的结构, Hb分子近似球形；M.W.=68 000 Hb由四个亚基组成（二条亚基和二条亚基）； 亚基（141aa）比亚基（146aa）短，但都比肌红蛋白链（153aa）短；这主要是因为末端H螺旋比较短； 4个血红素分别位于四条多肽链的E和F螺旋之间的裂隙处，并暴露于分子表面。 Hb- 和Hb- 及Mb虽然三级结构相似，但其氨基酸序列却有很大的不同，约只有27个位置是相同的。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,17,18,血红蛋白4个血红素基分别位于每个多肽链的E和F螺旋之间的裂隙处，并暴露在分子的表面。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,19,氧结合引起的血红蛋白构象变化,氧合作用显著改变血红蛋白的四级结构。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,20,血红素铁0.039nm的微小位移导致血红蛋白构象的改变。,氧结合引起的血红蛋白构象变化,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,21,脱氧血红蛋白（紧张态） 氧合血红蛋白（松驰态）,氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同的构象态。（T态和R态）,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,22,氧合导致稳定T态的离子键和盐桥的断裂，血红蛋白的氧结合过程是一协同过程。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,23,血红蛋白结合氧的协同作用示意图,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,24,Hb的氧结合曲线,血红蛋白是目前了解最清楚的别构蛋白质，血红蛋白的氧合具有正协同效应，即一个O2的结合会增加同一分子中其余空的氧结合部位对O2的亲和力。Hb的氧合曲线呈S形而非双曲线形。每个血红蛋白分子有4个血红素，因此最多只能结合4分子氧，现假定O2与Hb的结合是“全或无”的现象。,Hb + 4 O2,Hb(O2)4,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,25,Hb(O2)4,HbO24,K =,Hb +Hb(O2)4,Y =,=,O24,K + O24,O2,P4(O2),K + P4(O2),Y =,O2,Hb(O2)4,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,26,Hb的氧结合曲线,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,27, 肺泡中pO2=100torr, YO2=0.97 毛细管中pO2=20torr, YO2=0.25 Hb P50=26torr Hb 0.97-0.25=0.72 Mb 0.97-0.89=0.08 协同效应增加血红蛋白在肌肉中卸O2效率。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,28,Hill图,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,29,H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响,血红蛋白与O2的结合受环境中其他分子的影响，如H+、CO2和BPG等。虽然它们在蛋白质分子上的结合部位离血红素基很远，但这些分子极大的影响血红蛋白的氧合性质。这种空间上相隔的部位之间的相互作用就是别构效应（allosteric effect）。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,30,pH下降时，Hb的氧饱和曲线向右移动。这种pH对血红蛋白对氧的亲和力的影响被称为Bohr效应。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,31,Bohr效应生理意义：,当血液流经肌肉时，这里的pH较低，CO2浓度较高，因此有利于血红蛋白释放O2，使组织能比因单纯氧分压降低获得更多的氧，但同时氧的释放又促使血红蛋白与H+和CO2结合，以补偿组织呼吸引起的pH降低；当血液流经肺时，由于氧分压高有利于血红蛋白与氧的结合因此而促进了H+和CO2的释放，同时CO2的呼出又有利于氧合血红蛋白的生成。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,32,Bohr效应示意图,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,33,BPG降低Hb对O2的亲和力,BPG是Hb的一个重要别构效应物。Hb四聚体分子只有一个BPG结合部位，位于由四个亚基缔合形成的中央孔穴内。BPG和两个链之间的离子键有助于稳定去氧形式（T态）的血红蛋白构象，促进氧的释放。人的某些生理性和病理性的缺氧可以通过红细胞中BPG浓度的改变来调节对组织的供氧量。胎儿红细胞中Hb F与BPG结合力比Hb A弱，这有助于胎儿从母体获得O2。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,34,Hb和两个亚基之间的离子键结合,35,BPG和二氧化碳对Hb氧合曲线的影响,36,BPG对Hb氧合曲线的影响,37,胎儿和成人的血红蛋白氧合曲线,38,镰刀状细胞贫血是分子病,镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的。,蛋白质与配体的可逆结合肌红蛋白与血红蛋白,39,病因： 患者的二条 链上的N-末端开始的第6位Glu被Val所取代。Hb-S 比 Hb-A负电荷减少，即电泳时向正极移动的速率下降。从三级结构上看，由于6glu位于分子表面，因此HbS表面多了一疏水侧链，血红蛋白的对氧亲和力和别构性质并不受此影响，但这一变化显著地降低了脱氧血红蛋白的溶解度。疏水侧