《生化蛋白质化学》PPT课件.ppt

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1、第四节第四节蛋白质结构与功能蛋白质结构与功能一、一、蛋白质的一级结构决定其高级结构蛋白质的一级结构决定其高级结构牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶（RNase）核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性（）（）8mol/L尿素，巯基乙醇（尿素，巯基乙醇（HOCH2CH2SH）变性还原核酸酶变性还原核酸酶透析去除尿素透析去除尿素 巯基乙醇巯基乙醇空气氧空气氧 化巯基化巯基 随机重组随机重组4个正确配对二硫键的概率：个正确配对二硫键的概率：1/7x1/5x1/3=1/105二、蛋白质的一级结构与功能二、蛋白质的一级结构与功能1.1.同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属差异与生物进化同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属

2、差异与生物进化 同源蛋白质与物种间的系统发生关系同源蛋白质与物种间的系统发生关系:不同种属细胞色素不同种属细胞色素C分子中氨基酸残基的差异分子中氨基酸残基的差异响尾蛇响尾蛇 鲤鱼鲤鱼 蜗牛蜗牛 飞蛾飞蛾 酵母酵母 菜花菜花 羊羊人类人类黑猩猩黑猩猩 防风防风 分子分类方法：进化树（系统发生树）分子分类方法：进化树（系统发生树）2.一级结构的微小差别可导致一级结构的微小差别可导致生理功能的重大不同：分子病生理功能的重大不同：分子病例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血（sickle-cell anemia）N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys C(146)HbS（

3、sickle-cell hemoglobin）肽链：肽链：HbA（adult hemoglobin）肽肽 链：链：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys C(146)这种由基因突变使蛋白质分子结构及功能这种由基因突变使蛋白质分子结构及功能变异导致的疾病，称为变异导致的疾病，称为“分子病分子病”。Observed Normal range Red cell count 2.6106/ml 4.66.2106/ml Hemoglobin content 8g/100ml 1418g/100ml White cell count 15,250/ml 4,00010,000

4、/ml 患者与正常人血象差异患者与正常人血象差异HbA与与HbS的分析鉴定的分析鉴定指纹分析（指纹分析（finger print）N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys C(146)N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys C(146)三、蛋白质的空间结构与功能三、蛋白质的空间结构与功能 蛋白质的空间结构与其生物学功能密切相蛋白质的空间结构与其生物学功能密切相关，生物体中各种蛋白质都有自己特定的空间关，生物体中各种蛋白质都有自己特定的空间构象，这种构象与它们的功能是相适应的，如构象，这种构象与它们的功能是相适应的，如果空间构象发生了改变，蛋

5、白质的生理功能也果空间构象发生了改变，蛋白质的生理功能也就随之消失。就随之消失。1.胰岛素的结构和功能胰岛素的结构和功能胰岛素和它的前体胰岛素和它的前体三对二硫键使不同来源的胰岛素具有三对二硫键使不同来源的胰岛素具有相同的空间构象相同的空间构象 2.血红蛋白的结构与功能血红蛋白的结构与功能（1）血红蛋白的结构）血红蛋白的结构 脊椎动物血脊椎动物血红蛋白由红蛋白由4个亚个亚基组成；成人血基组成；成人血红蛋白主要为红蛋白主要为HbA，亚基组成，亚基组成为：为：22 血红蛋白近似球形血红蛋白近似球形 4个亚基占据个亚基占据4面体的面体的4个顶角个顶角、间作用强；间作用强；、或或、间作用弱间作用弱（2

6、）血红蛋白的功能）血红蛋白的功能（3）血红蛋白与氧的结合具协同性）血红蛋白与氧的结合具协同性l 血红蛋白的存在形式血红蛋白的存在形式氧合血红蛋白：氧合血红蛋白：Hb(O2)去氧血红蛋白：去氧血红蛋白：Hb饱和度：血红蛋白分子上已结合氧位置数与可饱和度：血红蛋白分子上已结合氧位置数与可结合氧位置数之比。结合氧位置数之比。l血红蛋白与肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白与肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白与肌红蛋白结构的比较血红蛋白与肌红蛋白结构的比较 肌红蛋白（肌红蛋白（Mb）8段段-螺旋螺旋(7-23AA):AH非螺旋区非螺旋区:NA，AB，CD，EF，FG，GH，HC血血红素素辅基基(E-F间）153 AA分

7、子量分子量:17.2 kDMb 与与 Hb-亚基的三级结构相似，一亚基的三级结构相似，一级结构不同级结构不同 Hb:-亚基：亚基：141个氨基酸个氨基酸,-亚基：亚基：146氨基酸氨基酸,22 分子量：分子量：64.45 kD原卟啉环和血红素分子的结构原卟啉环和血红素分子的结构原卟啉环：四吡咯环原卟啉环：四吡咯环血红素血红素 亚铁亚铁血血红红素素亚铁亚铁血血红红蛋白蛋白与氧与氧结结合合 高高铁铁血血红红素素高高铁铁血血红红蛋白蛋白不与氧不与氧结结合合NCCCCNCCCCNCCCCNCCCCHCCHHCCHCH3CH=CH2CH2COO-CH2CH2COO-CH2CHCH3CH3H3CH2CFe

8、2+NCCCCNCCCCNCCCCNCCCCHCCHHCCHCH3CH=CH2CH2COO-CH2CH2COO-CH2CHCH3CH3H3CH2CFe3+氧合肌红氧合肌红/血红蛋白中血红素铁离子的血红蛋白中血红素铁离子的6个配体个配体(His93)氧的结合诱导血红蛋白分子构象的变化氧的结合诱导血红蛋白分子构象的变化(低铁低铁-氧氧,高铁高铁-水水)(E7)(F8)近近氧合使氧合使Fe 2+落入卟啉环落入卟啉环氧合改变肌红氧合改变肌红/血红蛋白的构象血红蛋白的构象脱氧与氧合血红蛋白的构象变化脱氧与氧合血红蛋白的构象变化 脱氧血红蛋白分子中的盐键脱氧血红蛋白分子中的盐键 氧合作用显著改变氧合作用显

9、著改变Hb的四级结构，血红素铁的微的四级结构，血红素铁的微小移动导致血红蛋白构象的转换（从小移动导致血红蛋白构象的转换（从T态态R态）态）T态（态（tense state）紧张态）紧张态氧亲和力低氧亲和力低R态（态（relaxed state）松驰态）松驰态氧亲和力高氧亲和力高肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧合曲线的氧合曲线 肌红蛋白和血红蛋白氧合示意图肌红蛋白和血红蛋白氧合示意图（4）2，3二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）可降可降低血红蛋白与氧的亲和力低血红蛋白与氧的亲和力BPG降低降低Hb对氧的亲和力，增加对氧的亲和力，增加Hb的卸氧量的卸氧量BPG与去氧与去氧

10、Hb的的结合部位结合部位 高高负电负电荷荷BPG与与链链Lys82、His2、His143、Val1等残基等残基的正的正电电基基团团相互作用，相互作用，将两将两链铰链链铰链。BPG对对Hb氧合曲线的影响氧合曲线的影响正常人红血球含正常人红血球含，与，与血红蛋白等摩尔数血红蛋白等摩尔数高山缺氧，高山缺氧，BPG代偿代偿性增高性增高严重阻塞性肺气肿，严重阻塞性肺气肿，BPG代偿性增高代偿性增高胎儿血红蛋白（胎儿血红蛋白（HbF：22 His143Ser143）与与BPG亲合力低，与氧亲合力高亲合力低，与氧亲合力高（5）质子和二氧化碳促进血红蛋白释）质子和二氧化碳促进血红蛋白释放氧（放氧（Bohr效

11、应）效应）细胞呼吸终产物在体内水合为碳酸氢盐细胞呼吸终产物在体内水合为碳酸氢盐:CO2+H2O H2CO3 H+HCO3-代代谢谢旺盛旺盛组织组织：CO2，H+去氧血去氧血红红蛋白比氧合血蛋白比氧合血红红蛋白蛋白对对H+的的亲亲和力和力大：大：HbO2+H+HbH+O2Bohr效应的意义：效应的意义：在代谢旺盛的组织，高在代谢旺盛的组织，高H+和和CO2 浓度，促进氧的释放，有利于组织浓度，促进氧的释放，有利于组织摄取氧。在肺部摄取氧。在肺部pCO2降低，有利于降低，有利于Hb对氧对氧的结合。的结合。3.免疫球蛋白（免疫球蛋白（immunoglobuing，Ig）的结构与功能的结构与功能 (1

12、)抗原与抗体的一般概念抗原与抗体的一般概念抗原：能引起免疫反应的生物大分子（包括蛋白、抗原：能引起免疫反应的生物大分子（包括蛋白、核酸、多糖、毒素等）或病原体（细菌、病毒等）核酸、多糖、毒素等）或病原体（细菌、病毒等）称为抗原。称为抗原。抗体（免疫球蛋白）：血浆糖蛋白，由肝、脾、抗体（免疫球蛋白）：血浆糖蛋白，由肝、脾、淋巴结等组织的网状内皮细胞合成。抗体的特点淋巴结等组织的网状内皮细胞合成。抗体的特点是特异性强，专一识别相应的抗原；多样性。是特异性强，专一识别相应的抗原；多样性。(2)免疫球蛋白免疫球蛋白G(IgG)的结构与功能的结构与功能Mr:150000Fab：fragment of a

13、ntigen bindingFc：fragment of crystallization木瓜蛋白酶：木瓜蛋白酶：2Fab，Fc胃蛋白酶：胃蛋白酶：F(ab)2B细胞再次免疫主要抗细胞再次免疫主要抗体，血中最丰富抗体，体，血中最丰富抗体，唯一可通过胎盘抗体。唯一可通过胎盘抗体。木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 胃蛋白酶胃蛋白酶抗原结合部位抗原结合部位糖链糖链重链重链H轻链轻链L铰链区铰链区V；variable domain，可变区，可变区C：constant domain，恒定区，恒定区IgG 的空间结构的空间结构 免疫球蛋白折叠免疫球蛋白折叠桶壁状结构桶壁状结构IgG不变区结构域的结构不变区结构域的结构IgG可变区结构域结构可变区结构域结构IgG轻链的二个结构域轻链的二个结构域（3）免疫球蛋白的分类免疫球蛋白的分类IgG,IgA,IgM,IgD,IgE结构及抗原性结构及抗原性抗原性抗原性主要存在于分泌物（唾液、泪、乳）主要存在于分泌物（唾液、泪、乳）初次免疫早期产生，抵抗入侵血液细菌初次免疫早期产生，抵抗入侵血液细菌