第2章-4-蛋白质结构与功能的关系.ppt

2.4蛋白质结构与功能的关系,2.4.1蛋白质一级结构与功能的关系,1.分子病与结构的关系,正常人红细胞镰刀型贫血病人红细胞,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,2.4.1蛋白质一级结构与功能的关系,2.同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属差异种属差异同功能蛋白质或同源蛋白质细胞色素C广泛存在于需氧生物细胞的线粒体中，是一种与血红素辅基共价结合的单链蛋白质，它在生物氧化反应中起重要作用。,细胞色素C一级结构与生物进化关系的进化树,不同生物与人的细胞色素C所差的氨基酸残基数目,3.一级结构的局部断裂与蛋白质的激活,生物体中的很多酶、蛋白激素、凝血因子等蛋白质都具有重要的生物学功能，但它们在体内往往以无活性的前体（precursor）形式贮存着，酶的无活性的前体称为酶原（zymogen）。这些酶原在体内被切去一个或几个氨基酸后才能被激活成有催化活性的酶。,前胰岛素原激活形成活性胰岛素的示意图,2.4.2蛋白质空间结构与功能的关系,1.核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的功能是水解核糖核酸，其分子中含有124个氨基酸残基，一条肽链经不规则折叠形成一个近似于球形的分子。,天然状态，有催化活性,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态，无活性,蛋白质的变性是可逆的，同时也说明，蛋白质分子多肽链的氨基酸排列顺序包含了自动形成正确的空间构象所需要的全部信息，蛋白质的特定的空间结构是其特有的生物功能的基础。,2.4.2蛋白质空间结构与功能的关系,2.蛋白质的变构现象一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间结构发生变化，导致其生物功能的改变，称为蛋白质的变构现象或别构现象。变构现象是蛋白质表现其生物功能的一种极其重要且十分普遍的现象，也是调节蛋白质生物功能极为有效的方式，例如血红蛋白就是典型的例子。,肌红蛋白与血红蛋白的结构,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。,血红蛋白的构象变化与结合氧,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,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能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negativecooperativity),2.4.3蛋白质的分类,1.依据蛋白质的外形分类按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。球状蛋白质：globularprotein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白质：fibrousprotein分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。,2.依据蛋白质的组成分类,按照蛋白质的组成，可以分为简单蛋白(simpleprotein)和结合蛋白(conjugatedprotein)。,简单蛋白,又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。清蛋白和球蛋白：albuminandglobulin广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。,由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-，-脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。,结合蛋白,2.4.4几种重要的蛋白质类型,纤维状蛋白质(fibrousprotein)广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半以上。这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比(长轴短轴)大于1()(小于：10的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构，这与其多肤链的有规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。,纤维状蛋白质的类型,纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等。,角蛋白Keratin,角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手-螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。,毛发的结构,一根毛发周围是一层鳞状细胞(scalecell)，中间为皮层细胞(corticalcell)。皮层细胞横截面直径约为20m。在这些细胞中，大纤维沿轴向排列。所以一根毛发具有高度有序的结构。毛发性能就决定于螺旋结构以及这样的组织方式。,角蛋白分子中的二硫键,-角蛋白,丝心蛋白(fibroin)这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。它具有0.7nm周期，这与-角蛋白在湿热中伸展后形成的-角蛋白很相似(0.65nm周期)。,丝蛋白的结构,丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向-折叠结构。分子中不含-螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-,胶原蛋白,胶原蛋白（collagen）中存在的螺旋结构不同于一般的-螺旋，而且胶原蛋白中的多肽链是通过共价键结合在一起的，所以胶原蛋白很稳定，是大多数动物结缔组织的最主要的蛋白质成分，是最丰富的脊椎动物蛋白，占哺乳动物内总蛋白的2535%。它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。,胶原蛋白的结构,胶原纤维中的交联结构,胶原蛋白,生物体内胶原蛋白网,球状蛋白,球状蛋白是结构最复杂，功能最多的一类蛋白质。这类蛋白结构紧密，分子的外层多为亲水性残基，能够发生水化；内部主要为疏水性氨基酸残基。因此，许多球蛋白分子的表面是亲水性的，而内部则是疏水性的。典型的球蛋白是血红蛋白。血红蛋白是一种结合蛋白。血红蛋白含有四条肽链，每一条肽链各与一个血红素相连接。血红素同肽链的连接是血红素的Fe原子以配价键与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。,血红蛋白,血红素在蛋白中的位置,血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它的主要功能是运输氧和二氧化碳。血红蛋白中，血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合：无氧存在时，与水结合，生成去氧血红蛋白(Hb)；有氧存在时，能够与氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。,煤气中毒的机制,一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结合。由于CO与血红蛋白结合的能力是O2的200倍，因此，人体吸入少量的CO即可完全抑制血红蛋白与O2的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯氧气或高压氧气），使与血红素结合的CO被O2置换出来。,血红蛋白的功能,血红蛋白除了运输氧和CO2外，还能够对血液的pH起缓冲作用。因为HbO2在释放出一分子氧的同时，结合一个氢质子。这样就可以消除由于呼吸作用产生的CO2引起pH的降低。,免疫球蛋白,免疫球蛋白是一类血浆糖蛋白(serumglycoprotein)。糖蛋白中的蛋白质与糖是共价联接的。免疫球蛋白是被脊椎动物作为抗体合成的。它的合成场所是网状内皮系统的细胞。这些细胞分布在脾、肝和淋巴节等组织中。当一类外来的被称为抗原的物质，如多糖、核酸和蛋白质等侵入机体时即引起抗体的产生，这就是所谓免疫反应。抗体就是免疫球蛋白。,免疫球蛋白的结构,免疫球蛋白G,人的免疫球蛋白可分为五大类，其分子量范围从150000到950