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 MbO2Mb + O2 MbO2 MbO2K = MbO2 Mb + MbO2Y = = O2 K + O2O2 pO2 K + pO2Y = O2 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 + pO2Y = 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 HbO24K = Hb +Hb(O2)4Y = = O24 K + O24O2 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 H+和 CO2促进 O2的释放（ Bohr效应） 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