3.9蛋白质的结构与功能的关系教材.ppt

第五节 蛋白质的结构与功能;一、蛋白质结构与功能的关系;?(一)蛋白质一级结构与功能的关系;ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY;一级结构是空间构象的基础 ; 天然状态，有催化活性; 胰岛素（Insulin）首先合成108个氨基酸的前胰岛素原（pre-proinsulin），随即切去N-端的24个氨基酸信号肽，形成84个氨基酸的胰岛素原（proinsulin），形成正确的二硫键，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸C肽残基被切除，才形成胰岛素。人工合成的胰岛素，A、B链分别合成后，等比例混合后就有活性。; ;3.蛋白质一级结构的种属差异与分子进化;细胞色素c的一级结构与生物进化的关系;脊椎动物的细胞色素C由l04个氨基酸残基组成；昆虫有108个氨基酸残基组成；植物则有112个氨基酸残基组成。 对不同生物的细胞色素C的一级结构分析表明，大约有28个氨基酸残基是各种生物共有的，表明这些氨基酸残基是规定细胞色素C的生物功能所必需的。其中包括第14和17位上两个半胱氨酸残基是细胞色素C与辅基血红素共价相连的位置；第70-80位上成串的不变氨基酸残基可能是细胞色素C与酶结合的部位。;同源蛋白质的物种差异与生物进化;4.蛋白质的一级结构与分子病; 被称之为“分子病”的镰刀状细胞贫血仅仅是血红蛋白（Hb）β亚基574个氨基酸残基中，一个氨基酸残基即N端的第6位的谷氨酸被缬氨酸取代，发生了变异所造成的。突变导致本是可溶性的血红蛋白聚集成丝，相互粘着，导致红细胞变形而成镰刀状，极易破碎导致贫血。;地中海贫血;(二)蛋白质空间结构与功能的关系 ;1、肌红蛋白Myoglobin（Mb）结构与功能;;O2与CO竞争结合血红蛋白和肌红蛋白； 空气中CO的含量达到0.06-0.08%即有中毒的危险，达到0.1%时则能窒息死亡； O2的结合改变肌红蛋白的构象，但对肌红蛋白的功能影响不大。;2、血红蛋白(hemoglobin,Hb)结构与功能 ;辅基血红素（heme）;O2;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。 血红蛋白存在两种主要构象态：T态（tense state）和R态（relaxed state），T态和R态之间能互换，而且均能结合氧，但R态的结合能力要强。 作为T态的去氧血红蛋白有专一性的氢键和盐桥起着稳定作用，4个亚基的C末端处于受束缚的状态。 血红蛋白除运输氧外，还运输H＋和CO2。;肌红蛋白与血红蛋白结构和功能的比较;肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线;Hb T态和R态互变;Hb与O2的结合或解离曲线呈S型与Hb的变构效应有关。 Hb与O2结合－－盐键断裂，R型 Hb与O2解离－－盐键形成，T型 T型对O2亲和力小。 R型对O2亲和力大。;协同效应(cooperativity) ;变构效应(allosteric effect); ;2,3 BPG的作用; 2,3-二磷酸-D-甘油酸（2,3BPG）是红细胞内血红蛋白的别构效应剂。 2,3BPG 的存在，可使氧与全血中成熟的血红蛋白结合的P50大约提高到26torr。 换言之，红细胞中的2,3BPG实质上是降低了脱氧血红蛋白对氧的亲和性。 在红细胞中，2,3BPG与血红蛋白的浓度几乎是等摩尔的。; 肺中pO2 （海平面）; 波耳效应 （Bohr effect） pH对氧饱和曲线的影响; 氧结合血红蛋白的另外调节作用涉及到二氧化碳和质子，二者都是有氧代谢的产物。CO2能降低血红蛋白对氧的亲和性。在红细胞内碳酸酐酶催化CO2生成一个碳酸（H2CO3），碳酸容易解离形成碳酸氢根离子和一个质子： CO2＋H2O ＝ H＋＋HCO3－ 结果使得细胞内的pH降低。低pH 导致血红蛋白中的几个基团的质子化，质子化的基团可以形成有助于脱氧构象稳定的离子对。 CO2浓度增加以及相应的pH降低使得血红蛋白的P50升高，这一现象称之波耳效应（Bohr effect），它提高了氧转运系统的效率。在肺部，CO2水平低，氧很容易被血红蛋白占有，同时释放出质子；而在代谢的组织中，CO2水平相对来说比较高，pH较低，O2容易从氧合血红蛋白中卸载。;3、蛋白质构象改变与疾病 ;蛋白质构象改变导致疾病的机理：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，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。;疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含α