蛋白质结构与功能的关系

1、 你了解什么是蛋白质吗?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基是由许多氨基酸酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。一、蛋白质的功能m 1.贮存贮存：生物体内的离子、小分子、代谢物可与蛋白质结合贮存于体内，如血红蛋白生物体内的离子、小分子、代谢物可与蛋白质结合贮存于体内，如血红蛋白通过血红素携带氧分子、肝脏中的铁蛋白贮存铁质。通过血红素携带氧分子、肝脏中的铁蛋白贮存铁质。 2.生物反应的催化作用生物反应的催化作用：这种蛋白质称为酶这种蛋白质称为酶，几乎所有的生物体中的化学反应都是由酶几乎所有的生物体中的

2、化学反应都是由酶催化。催化。3. 运输运输：运运输小至电子，大至巨型分子等各种物质到体内各处，例如运铁蛋白运送铁质；输小至电子，大至巨型分子等各种物质到体内各处，例如运铁蛋白运送铁质；血红蛋白运送氧气；有些蛋白质在细胞膜上形成气孔或通道让离子通过细胞膜；而蛋白血红蛋白运送氧气；有些蛋白质在细胞膜上形成气孔或通道让离子通过细胞膜；而蛋白质本身要穿过细胞膜时，也需要其它蛋白质的帮助。质本身要穿过细胞膜时，也需要其它蛋白质的帮助。4. 传递信息传递信息：在神经细胞的接合处在神经细胞的接合处，蛋白质担任某些传递神经信号所需的小分子的接受蛋白质担任某些传递神经信号所需的小分子的接受器；另外，一些生物反应

3、的进行必须由组织、器官之间的信号来控制，携带这些信号的器；另外，一些生物反应的进行必须由组织、器官之间的信号来控制，携带这些信号的分子称为激素分子称为激素，大部分的激素是蛋白质，如胰岛素大部分的激素是蛋白质，如胰岛素；也有一些蛋白质担任激素的接受器。也有一些蛋白质担任激素的接受器。 5. 抗体抗体：免疫系统的产物，可以用来与外部入侵的细菌或是病毒结合。免疫系统的产物，可以用来与外部入侵的细菌或是病毒结合。 6. 调控调控：在合成蛋白质的过程中，有许多蛋白质必须适时、适量加入反应。酶在转录翻在合成蛋白质的过程中，有许多蛋白质必须适时、适量加入反应。酶在转录翻译过程中，由多种蛋白质通过复杂的反馈机

4、制来促进或是抑制一翻译过程。译过程中，由多种蛋白质通过复杂的反馈机制来促进或是抑制一翻译过程。 7. 结构结构：构成生物体的力学支架，例如胶原蛋白构成生物体的力学支架，例如胶原蛋白，约占哺乳类蛋白质含量的约占哺乳类蛋白质含量的1/4，这类，这类蛋白质称为结构蛋白蛋白质称为结构蛋白。二、蛋白质的结构蛋白质的结构分成四种层次蛋白质的结构分成四种层次:由氨基酸序列的由氨基酸序列的一级结构一级结构开始，先卷绕成几种固开始，先卷绕成几种固定的定的二级结构二级结构，若干二级结构再组合成完整的，若干二级结构再组合成完整的三三级结构级结构，成为蛋白质的一个分子。三级结构已经，成为蛋白质的一个分子。三级结构已经

5、是蛋白质的独立单位，可以具有其生物活性；但是蛋白质的独立单位，可以具有其生物活性；但有些蛋白质分子，可以再次聚合若干其它的单元有些蛋白质分子，可以再次聚合若干其它的单元分子成为聚合体，进而形成分子成为聚合体，进而形成四级结构四级结构，有更复杂，有更复杂的调节功能。的调节功能。 蛋白质的分子结构一级一级结构结构：是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫：是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。二级结构二级结构：是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之：是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构。间由于氢键星湖

6、作用而形成的空间结构。 三级结构三级结构：是指多肽链在二级结构的基础上，进是指多肽链在二级结构的基础上，进一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。四级结构四级结构：是由两条或者两条以上具有三级结构的是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。高级结构高级结构共价结构共价结构蛋白质的共价结构有时称为蛋白质的蛋白质的共价结构有时称为蛋白质的一级结构一级结构，但多数场合把蛋白质的一级结构看成是但多数场合把蛋白质的一级结构看成是氨基酸序氨基酸序列列的同义词。的同义词。不同的蛋白质，

7、由于结构不同而具有不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。功能与结构密切相关。在生命活动过程中，不同的蛋白质执在生命活动过程中，不同的蛋白质执行不同的生理功能。蛋白质的生理功能不行不同的生理功能。蛋白质的生理功能不仅与一级结构有关，而且还与其空间结构仅与一级结构有关，而且还与其空间结构有直接联系。有直接联系。（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础 三、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级

8、结构二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为疾病，称为“分子病分子病”。四、蛋白质的空间结构m 蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展

9、，而是折叠、盘曲蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠、盘曲构成特有的比较稳定的构成特有的比较稳定的空间结构空间结构。m 蛋白质的蛋白质的生物学活性和理化性质生物学活性和理化性质主要决定于完整的空间主要决定于完整的空间结构，因此仅仅测定蛋白质分子的一级结构并不能完全结构，因此仅仅测定蛋白质分子的一级结构并不能完全了解蛋白质分子的生物活性和理化性质。例如球状蛋白了解蛋白质分子的生物活性和理化性质。例如球状蛋白质质( (如血浆中的白蛋白、球蛋白和酶等如血浆中的白蛋白、球蛋白和酶等) )和纤维状蛋白质和纤维状蛋白质( (角蛋白、胶原蛋白和纤维蛋白等角蛋白、胶原蛋白和纤维蛋白等) )，前者溶于水，

10、后者，前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。结构的氨基酸排列顺序来解释。m 蛋白质的空间结构是指蛋白质的蛋白质的空间结构是指蛋白质的二级、三级和四级结构二级、三级和四级结构。（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 五、蛋白质空间结构与功能的关系 Hb与与Mb一样能可一样能可逆地与逆地与O2结合，结合， Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合氧合Hb占总占总Hb的百分的百分数（称数（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。（二）血红蛋白

11、的构象变化与结合氧 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线协同效应协同效应(cooperativity) 一一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影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，称为响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协协同效应同效应。 如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应，如果是抑制作用如果是抑制作用则称为则称为负协同效应负协同效应。变构效应变构效应(allosteric effect)凡蛋白质（或亚基）因与某小分子物质相互作用而发生凡蛋白质（或亚基）因与

12、某小分子物质相互作用而发生构象变化，导致蛋白质（或亚基）功能的变化，称为蛋白质构象变化，导致蛋白质（或亚基）功能的变化，称为蛋白质的变构效应。的变构效应。（三）蛋白质构象改变与疾病m蛋白质构象病蛋白质构象病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。响其功能，严重时可导致疾病发生。m蛋白质构象病的机理：蛋白质构象病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。理改变。m这类疾病包括：这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病疯牛病