级结构与功能的关系.ppt

第三节 蛋白质的结构与功能,（一）一级结构与功能的关系,以细胞色素C为例：细胞色素C广泛存在于真核生物细胞的线粒体中，是一种含有血红素辅基的单链蛋白质。在生物氧化时，细胞色素C在呼吸链的电子传递系统中起传递电子的作用，使血红素上铁原子的价数发生变化。,1.同功能蛋白的种属特异性与一级结构的关系,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,脊椎动物的细胞色素C由l04个氨基酸残基组成，分子量约13,000左右；昆虫有108个氨基酸残基组成；植物则有112个氨基酸残基组成，大都沿N端延伸。对不同生物的细胞色素C的一级结构分析表明，大约有28个氨基酸残基是各种生物共有的，表明这些氨基酸残基是规定细胞色素C的生物功能所必需的。,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,其中包括第14和17位上两个半胱氨酸残基是细胞色素C与血红素辅基共价相连的位置；第70-80位上成串的不变氨基酸残基可能是细胞色素C与酶结合的部位。 在分子进化过程中，细胞色素C分子中保持氨基酸残基不变的区域称为保守部位。保守部位的氨基酸都是细胞色素C完成其生物学功能所必需的。,三、蛋白质结构与功能关系,表4-5 不同有机体中细胞色素C中的氨基酸顺序与人的差异,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,2.一级结构变异与分子病,所谓分子病是指由于遗传基因突变导致蛋白分子中某些氨基酸残基被更换所造成的一种遗传病。镰刀状细胞贫血病（sickle-cell anemia）是最早被认识的一种分子病，这种疾病在非洲的某些地区十分流行。病人的红细胞在氧气不足的情况下变形而呈镰刀状，故由此得名,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,2.一级结构变异与分子病,通过对血红蛋白分子的一级结构研究表明，病人的血红蛋白（HbS）与正常人的血红蛋白（HbA）相比，在574个氨基酸残基中只有2个氨基酸残基的差异。HbA和 HbS的-链是完全相同的，所不同只是-链上从N末端开始的第6位的氨基酸残基，在正常的HbA分子中是谷氨酸，而患者的HbS分子中为缬氨酸所代替，,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,2.一级结构变异与分子病,镰刀状细胞贫血病： Hb-A（正常人）：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患者）： Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys -链 1 2 3 4 5 6 7 8,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,2.一级结构变异与分子病,原因是什么？ Glu 和Val 分子的侧链在性质上有很大的不同。Glu 侧链带负电荷，而Val侧链是一个非极性基团，所以使得HbS分子表面的负电荷减少，这种变化使患者的血红蛋白容易发生聚集并形成杆状多聚体，这就是导致红细胞变形的原因。,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,在体内许多具有一定功能的蛋白质如酶蛋白、激素类蛋白等常以无活性的前体形式产生和贮存。在一定情况下，这些前体经特定蛋白酶水解，切除部分肽段后，才转变成有活性的蛋白质。这一过程叫做蛋白质前体的激活,3.一级结构与蛋白质前体的激活,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,例如： 有功能的胰岛素含有51个氨基酸残基，由A、B两条链组成。但在胰岛细胞最初合成的是一个比胰岛素分子大一倍多的单链多肽，称前胰岛素原，它是胰岛素原的前体，而胰岛素原是有活性的胰岛素的前体。前胰岛素原比胰岛素原在N末端上多一段肽链，称信号肽（signal peptide），含有20个左右氨基酸残基，其中很多是疏水侧链残基。,3.一级结构与蛋白质前体的激活,三、蛋白质结构与功能关系,（一）一级结构与功能的关系,许多蛋白质，如酶蛋白、激素蛋白等，它们在体内常以无活性的前体存在，在一定情况下经体内的蛋白酶水解，切去部分肽段后，才变成有活性的蛋白质。,3.一级结构与蛋白质前体的激活,前体胰岛素（84 aa）,A链（21aa）,B链（30aa）,C链（33aa）,活性胰岛素,三、蛋白质结构与功能关系,（二）空间结构与功能的关系,牛胰核糖核酸酶A（RNase）是由124个氨基酸残基组成的单链蛋白质，含有4个二硫键，并通过其它次级键使多肽链得以折叠成一个具有三维构象的、有催化能力的活性蛋白质。三维结构的形成对维持酶的活力是必不可少的。,例一,三、蛋白质结构与功能关系,（二）空间结构与功能的关系,当天然的RNase 在8molL-1尿素存在下用-巯基乙醇处理后，分子内四个二硫键即被断裂，整个肽链呈伸展的无规则的线形状态，同时酶活性完全丧失。但是当用透析方法将尿素和巯基乙醇除去后，RNase活性又可完全恢复。研究表明，复性后的产物与天然RNase并无差别。所有正确配对的4个二硫键都获得重建。,三、蛋白质结构与功能关系,（二）空间结构与功能的关系,三、蛋白质结构与功能关系,（二）空间结构与功能的关系,血红蛋白的别构