蛋白质的结构与功能总结PPT课件.ppt

1 医学分子生物学研究正常人体以及疾病过程中的分子生物学相关理论及技术 并应用于疾病的预防 诊断和治疗 从分子水平上探讨各种疾病的发生发展机制 2 蛋白质的结构与功能 3 蛋白质是生命的主要物质基础 在物质代谢 机体防御 血液凝固 肌肉收缩 细胞信息传递 个体生长发育 组织修复等方面发挥重要作用 酶 抗体 大部分凝血因子 多肽激素 运输蛋白 收缩运动蛋白 受体蛋白 结构蛋白等都是蛋白质 含量丰富 种类繁多 结构复杂 功能多样蛋白质的结构与功能 4 氨基酸是组成蛋白质的基本单位 C H H2N COOH R 碳原子 不对称碳原子 侧链 二十种氨基酸除Gly外全是L 型 L 氨基酸的基本结构 5 Name Three letterSymbol andOne letterSymbol alanine丙氨酸AlaAarginine精氨酸ArgRasparagine天冬酰氨AsnNasparticacid天冬氨酸AspDcystine半胱氨酸CysCglutamine谷氨酰胺GlnQglutamicacid谷氨酸GluEglycine甘氨酸GlyGhistidine组氨酸HisHleucine亮氨酸LeuLisoleucine异亮氨酸IleIlysine赖氨酸LysKmethionine甲硫氨酸MetMphenylalanine苯丙氨酸PheFproline脯氨酸ProPserine丝氨酸SerSthreonine苏氨酸ThrTtryptophan色氨酸TrpWtyrosine酪氨酸TyrYvaline缬氨酸ValV 6 氨基酸的分类 组成体内蛋白质的20种氨基酸 根据其侧链的结构和理化性质可分成四类 非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸 7 异亮氨酸 甘氨酸 缬氨酸 丙氨酸 亮氨酸 甲硫氨酸 8 酪氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 9 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 脯氨酸 天冬酰氨 谷氨酰胺 10 Aminoacidswithnegativelychargedpolarside 天冬氨酸 谷氨酸 11 Aminoacidswithpositivelychargedpolarside 赖氨酸 精氨酸 组氨酸 12 S S 二硫键 半胱氨酸 胱氨酸 13 肽键 肽键 peptidebond 与肽链 蛋白质就是由许多氨基酸残基以肽键相连组成的多肽链 14 Insulin 胰岛素 15 蛋白质的分子结构 蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子 蛋白质分子结构分成一级 二级 三级 四级结构4个层次 后三者统称为高级结构或空间构象 conformation 蛋白质的空间构象是蛋白质特有性质和功能的结构基础 由二条或二条以上多肽链形成的蛋白质才可能有四级结构 16 一 蛋白质的一级结构与功能 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 主要化学键是肽键 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 蛋白质的一级结构决定高级结构 高级结构决定蛋白质的功能 即不同的结构具有不同的功能 相似的结构表现相似的功能 蛋自质分子一级结构变异导致功能异常 引起分子病 17 镰刀形红细胞性贫血 正常人血红蛋白 亚基的第6位氨基酸是谷氨酸 单碱基突变导致 链第6位氨基酸由Glu 谷 Val 缬 酸性氨基酸 中性氨基酸仅此一个氨基酸之差 使水溶性的血红蛋白 聚集成丝 相互粘着 红细胞变形成为镰刀状而极易破碎 产生贫血 18 19 20 二 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构 secondarystructure 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构 是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置 不涉及侧链构象 蛋白质二级结构主要形式 螺旋 helix 折叠 pleatedsheet 转角无规卷曲依靠氢键维持结构稳定 22 23 螺旋结构 多肽链的主链围绕中心轴有规律的螺旋式上升 螺旋走向为顺时钟 即右手螺旋 氨基酸残基侧链 R 伸向螺旋外侧 每3 6个氨基酸残基螺旋上升一圈 螺距为0 54nm 每个肽键的N H和第四个肽键的羰基氧 O C 形成氢键 氢键的方向与螺旋长轴基本平行 肽链中的全部肽键都可形成氢键 以稳固 螺旋结构 肌红蛋白和血红蛋白分子中有许多肽链段落呈 螺旋结构 毛发的角蛋白 肌肉的肌球蛋白以及血凝块中的纤维蛋白 它们的多肽链几乎全长都卷曲成 螺旋 24 25 ModelofRight HandedAlpha HelixShowingH Bonding 26 27 折叠 两段多肽链构成 多肽链充分伸展 每个肽单元以C 为旋转点 依次折叠如扇面状 氨基酸残基侧链 R 交替位于折叠片层上下方 平行肽链走向有平行与反平行两种方式 通过肽链间的肽键羰基氧 O C 和亚氨基氢形成氢键从而稳固 折叠结构 蚕丝蛋白几乎都是 折叠结构 许多蛋白质既有 螺旋又有 折叠 28 29 30 ModelofBetaSheetShowingH BondingbetweenTwoStrandsoftheSheet 31 转角 turn 转角常发生于肽链进行180 回折时的转角上 一转角通常有4个氨基酸残基组成 其第一个残基的羰基氧 O C 与第四个残基的氨基氢 H 可形成氢键 转角的第二个残基常为脯氨酸 其他常见残基有甘氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺和色氨酸 无规卷曲 randomcoil 是指没有确定规律性的那部分肽链结构 32 33 模序 motif 蛋白质分子中二个或三个具有二级结构的肽段 在空间上相互接近 形成特殊的空间构象 并发挥特殊功能 如螺旋 转角 螺旋 锌指结构 亮氨酸拉链等 34 三 蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构 tertiarystructure 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置 也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置 形成和稳定蛋白质三级结构的次级键 疏水力 离子键 氢键 范德华力 二硫键 结构域 domain 分子量较大的蛋白质三级结构常可分割成1个或数个球状或纤维状的区域 折叠较为紧密 各有独特的空间构象 执行不同的生物学功能 35 四 蛋白质的四级结构 有些蛋白质含有二条或多条多肽链 每一条多肽链都有完整的三级结构 称为蛋白质的亚基 subunit 亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布 并以非共价键相连接 形成四级结构 蛋白质四级结构亚基间的结合力疏水作用 氢键和离子键 含有四级结构的蛋白质 单独的亚基一般没有生物学功能 只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能 36 37 蛋白质折叠 蛋白质特殊的生理功能与其空间构象有着密切的关系 而多肽链合成后的正确折叠对蛋白质正确构象的形成和功能发挥至关重要 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素 多数多肽链的正确折叠和成熟不能自发完成 需要分子伴侣的参与 由分子伴侣 折叠酶以及特定的蛋白水解酶所组成的 蛋白质质量控制系统 可以协助新生多肽链的正确折叠和降解错误折叠的肽链 38 分子伴侣 chaperone 是细胞内一类保守性蛋白质 广泛分布于原核及真核细胞中 其作用是帮助不能自发折叠的蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构 细胞至少有两种分子伴侣家族 热休克蛋白 HSP 和伴侣素 chaperonins 分子伴侣的作用 1 多肽链合成时 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开 如此重复进行可防止不恰当的折叠和聚集 使肽链正确折叠 2 还可与错误聚集的肽段结合 使之解聚后 再诱导其正确折叠 3 在蛋白质分子转运 越膜等过程中参与其构象变化 折叠和调整 39 40 折叠酶催化与折叠直接有关的化学反应蛋白水解酶降解错误折叠的蛋白质 泛素 蛋白酶体途径为能量依赖的细胞内蛋白降解途径 由泛素及一系列相关酶组成 泛素 Ubiquitin