杨荣武生物化学第三章蛋白质的功能及其与结构之间的关系答题.ppt

提纲 一、蛋白质的功能 二、蛋白质结构与功能之间的关系 蛋白质结构与功能关系的一般原则 几种重要的蛋白质的结构与功能 三、蛋白质功能预测 兼职蛋白（moonlighting proteins） 定义：一些蛋白质虽然只有一种结构，但却能行使几种甚至多种不同的功能。这些兼有其他功能的蛋白质被称为兼职蛋白。 实例 磷酸己糖异构酶除了在细胞内参与糖酵解以外，还能由T淋巴细胞分泌到胞外充当一种神经白介素，促进胚胎内某些脊髓神经元和感觉神经元的存活，以及促进B淋巴细胞的成熟。此外，它还是一种自分泌运动因子在由某些癌细胞分泌以后，可刺激癌细胞的迁移和扩散； 参与糖酵解的3-磷酸甘油醛脱氢酶以四聚体的形式存在于细胞液，而当以单体的形式存在于细胞核的时候，它却是一种尿嘧啶-DNA糖苷酶，参与DNA的碱基切除修复； 大肠杆菌的生物素合成酶兼做其生物素操纵子的阻遏蛋白。 类似物（analog）。专指具有相同的功能，但起源于不同的祖先基因的蛋白质，它们是基因趋同进化的产物（convergent evolution）。 同源物（homolog）。专指存在于不同生物或者同种生物，来源于某一共同祖先基因的蛋白质。 种间同源物（ortholog），也称为直向同源物或直系同源物，属于同源物中的一种，专指来自于不同物种的由垂直家系（物种形成）进化而来的蛋白质，它们通常保留与原始蛋白相同的功能，但也不尽然。 种内同源物或旁系同源物（paralog）。属于同源物中的另外一种，专指同一物种内由于基因复制、分离产生的同源物。 二价态的血红素铁结合氧气 Hb由四个亚基组成，因而有四级结构。每一个亚基称为珠蛋白，单个亚基的一级结构与Mb差别较大，只有27个位置的氨基酸残基与Mb相同，但二级和三级结构却与Mb十分相似。 Hb因为具有四级结构，因此具有正协同效应、波尔效应和别构效应，这三个效应都有利于Hb行使运输氧气的功能。 Hb的正协同效应是指Hb分子有一个亚基结合O2后，其构象会发生变化，使得其他亚基对O2的亲和力突然增强。 协同效应可使用齐变或序变模型来解释。两种模型都假定Hb存在两种构象，即紧张态（T态）和松弛态（R态）。在没有结合氧气时，Hb的四条链之间结合紧密，这种构象称为T态，这种紧密结合是由盐键以及结合在2条β链之间缝隙中的甘油酸-2,3-二磷酸（2,3-BPG）造成的，它们屏蔽了分子表面疏水的空穴，使得Hb结合O2的能力降低。 ? 定义：是指H+和CO2促进Hb释放O2的现象。波尔效应可解释Hb为什么在肺中吸氧排CO2，而在肌肉中吸CO2排氧。 原因：是H+和CO2能够与Hb特定位点结合，而促进Hb从R态转变为T态。与H+引发的波尔效应相关的基团有：?亚基的N端氨基、?亚基的His122咪唑基以及?亚基的His146咪唑基。这三个基团在Hb处于T态的时候都是高度质子化的，而当氧气与Hb结合以后，质子发生解离。如果溶液中的pH降低，将有利于这三个基团处于质子化状态，从而稳定T态，抑制氧气的结合。 在生理条件下，缺乏特定的二级结构和三级结构，处于完全无折叠或部分无折叠状态，但仍然具有功能的一类蛋白质。 NUP一般可分为两类：一类是完全无折叠蛋白质，约占10%；另外一类是部分无折叠蛋白质，一般含有一段由50个氨基酸残基组成的无折叠区域。 NUP一级结构的特征是含有较多的Gln、Ser、Pro、 Glu和Lys，而侧链较大的疏水氨基酸很少。 NUP的主要功能是参与信号转导、细胞周期调控和基因表达调控，此外，它与翻译后加工也有关系，还经常充当RNA和蛋白质的分子伴侣。 有些NUP必须处在无折叠状态才具有一定的功能，有些需要跟特定的配体（经常是DNA）结合，进而发生折叠，再行使功能。 基于序列的途径 基于结构的途径 结构与序列比对法 基于模体的方法 基于“连坐” 的功能预测 Hb的正协同效应 血红蛋白与氧气结合前后F螺旋的构象变化 血红蛋白的与氧气结合前后的构象变化 T 态 R 态 解释Hb正协同效应的两种模型 序变模型 (KNF) 齐变模型（MWC） T 态 = 与氧气结合的亲和力低 R 态 = 与氧气结合的亲和力高 （1）序变模型 （2）齐变模型 波尔效应 波尔效应 质子浓度对血红蛋白与O2亲和力的影响 BPG对对血红蛋白与O2亲和力的影响 Song of Hb.mp3 BPG的化学结构及其与两条β链之间的结合 HbF（α2γ2）与O2的亲和力明显高于HbA，这显然有利于它们从母体胎盘（氧分压大大低于肺）中获取O2。之所以HbF与O2亲和力高于HbA ，是因为与α亚基结合的γ亚基不能结合BPG。 分子水平的母爱 镰状细胞贫血症与HbS HbS之间的自组装反应 镰状细胞贫血症的血红蛋白不适当的结合导致形成长的纤维 无结构蛋白质（NUP）的结构与功能 天然无折