蛋白质的结构与功能的关系

蛋白质的结构与功能的关系第一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

概述一*肌红蛋白的结构与功能二*血红蛋白的结构与功能三*血红蛋白分子病免疫系统与免疫球蛋白肌肉收缩蛋白质的结构与功能进化主要内容第二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.4蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系⒈一级结构是空间构象的基础

RNase是由124氨基酸残基组成的单肽链，分子中8个Cys的-SH构成4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂（如8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。如下图：概述第三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二2.前体与活性蛋白质一级结构的关系

由108个氨基酸残基构成的前胰岛素原(pre-proinsulin），在合成的时候完全没有活性，当切去N-端的24个氨基酸信号肽，形成84个氨基酸的胰岛素原（proinsulin），胰岛素原也没活性，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。如图所示:第五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二胰岛素：AB两条链构成，A链含21个氨基酸残基，B链含30

个氨基酸残基，链间有两对二硫键，A链上有一对二硫键。第六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二3.同源蛋白质有顺序同源性：比较不同来源的细胞色素C发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。第七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二一肌红蛋白的结构珠蛋白第八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

所以，蛋白质一定的结构执行一定的功能。功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。第十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二肌红蛋白的结构第十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二肌红蛋白的亚基铁卟啉第十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二肌红蛋白的氧合曲线第二十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二血红蛋白第二十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第二十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

Hb由4条肽链组成：2α、2β，功能是运载O2。在去氧Hb亚基中有下列几对离子键：第三十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构象呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基与O2结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的构象从紧张态变成松弛态，其它的离子键也依次破坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。第三十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第三十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二上述Hb与O2结合后，Hb的构象发生变化，这类变化称为变构效应，即通过构象变化影响蛋白质的功能。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白（allostericprotein）。血红蛋白的这种变构效应能更有效地行使其运氧的生物学功能。第四十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

血红蛋白（Hb）和肌红蛋白（Mb）氧结合曲线的比较第四十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第四十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二二磷酸甘油酸（BPG）结合于四个亚基的中央空穴处第四十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二BPG分子与Hb的两条β链的结合第四十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二二磷酸甘油酸（BPG）降低血红蛋白对氧的亲和力第四十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二波尔（Bohr）效应有利于血红蛋白对氧的运输第五十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第五十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第五十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二⒋蛋白质的一级结构与分子病

现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变有关，都称之为分子病。例如镰刀型贫血症，它是由于血红蛋白的β-亚基上的第六位氨基酸由谷氨酸变成了缬氨酸，导致血红蛋白的结构和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰刀状。第五十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二镰刀状血红细胞第五十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第五十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

1.镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的

2.镰刀状细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化

3.镰刀状细胞血红蛋白可形成纤维状沉淀

4.镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正第五十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二由于基因水平的突变导致的血红蛋白的分子病第五十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二地中海贫血症可以由几条途径产生：①缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因；②所有基因都可能存在，但一个或多个基因发生无义突变，结果产生缩短了的蛋白链，或发生移码突变致使合成的链含不正确的氨基酸序列；③所有基因都可能存在，但突变发生在编码区之外，导致转录被阻断或前体mRNA的不正确加工。第五十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二蛋白质工程利用基因工程手段，包括用基因的点突变和基因表达等改造蛋白质分子的结构与功能，使之更完善、甚至是新的性质和功能。

第五十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二免疫系统和免疫球蛋白

（一）免疫系统

（二）免疫系统能识别自我和非我

（三）在细胞表面的分子相互作用引发免疫反应

（四）免疫球蛋白的结构和类型

（五）基于抗体—抗原相互作用的生化分析方法第六十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

免疫系统机体执行免疫应答和免疫功能的组织系统。由免疫器官和组织、免疫细胞和免疫分子组成。

第六十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第六十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二免疫球蛋白的结构第六十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第七十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二第八十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两种形成特有的纤维状或丝状结构的蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。它们参与需能的收缩活动。肌球蛋白是一种很长的捧状分子，有两条彼此缠绕的“—螺旋肽链的尾巴和一个复杂的“头”。它的总分子量为450000，约160nm长，实际上含有六条肽链。长尾巴是由二条分子量各为200000的肽链组成，这两条肽链称为重链(heavychainH链)。重链具有柔软的可转动铰链。头是球形的，含有重链的末端和四条轻链(lightchain，L链)，其中两条称作L2，分子量为18000，另外两条称为Ll和L3,分子量分别为16000和25000。肌球蛋白分子的头部具有酶活性，催化ATP水解成ADP和磷酸，并释放能量。许多肌球蛋白分子装配在一起形成骨骼肌的粗丝(thickfilament)。肌球蛋白也存在于非肌肉细胞内。肌肉的构成第八十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

骨骼肌的组织水平第八十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二粗丝是由肌球蛋白构成的。细丝是由肌动蛋白构成的。

在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝(thinfilament)，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，球状肌动蛋白(G—肌动蛋白)和纤维状肌动蛋白(F—肌动蛋白)。纤维状肌动蛋白实际上是一根由G—肌动蛋白分子(分子量为46000)缔合而