第三讲 相互作用与分子识别.ppt

第三讲 相互作用与分子识别 生物分子与化学物质之间均存在相互作用。 分子间的相互作用有非专一性和专一性两类，前者指分子之间的一般相互作用；后者指生物分子之间及生物分子与化学物质之间的专一性识别作用，即分子识别。 分子识别是许多重要生理现象的分子基础，例如抗原与抗体，药物与受体靶。 第一节 生物分子间的识别 不同生物大分子之间普遍存在的专一结合现象，称分子识别。例如胰岛素和其受体，凝血酶与血纤维蛋白原之间。 分子识别通过结合部位实现 实现分子识别必须具备以下条件： 两者结合部位的微区构象互补 结合部位的化学基团形成化学键 （一）分子或亚基的聚合 不少蛋白质，其分子或亚基能够形成聚合体，例如，胰岛素单体，在溶液中能够发生聚合反应。 胰岛素浓度越大，高聚体的数量越多。 （二）形成聚合体的主要结合力 ⒈疏水作用 在胰岛素单体的B链上，由Val12、Tyr16、Phe24、Phe25和Tyr26的疏水侧链形成一个疏水面，两个疏水面可结合成一个疏水核。 ⒉氢键 研究表明，胰岛素B链C末端肽段是伸展构象 在两个C末端肽段之间，一方的Phe24的N—H和 C=O基分别与另一方的Tyr26 的C=O和N—H基形成二个氢键；一方的Tyr26的N—H和C=O基分别与另一方的Phe24的C=O和N—H基形成二个氢键。结果形成反平行β-折叠片。 酶水解除去B链C端5肽，胰岛素仍保持生物学活性，却不能聚合。这说明，上述反平行β-折叠片是稳定二聚体的重要因素。 （三）蛋白质分子或亚基的聚合方式 以不同方式聚合，形成聚合体。 ⒈线性聚合 特点：聚合体呈线性，聚合度非常大。 蛋白质的生理功能与线性聚合有关，例如杆状的血纤维蛋白质分子按末端对末端的方式直接聚合，生成细长的聚合体，同时也侧向聚集，以增加纤维蛋白的厚度，导致血液凝固。 ⒉环状聚合聚合形成环状，有环对称性 ⒊螺旋聚合体 聚合体呈螺旋状，例如 烟草花叶病毒的壳体蛋白，每圈16.3个亚基，每个亚基分子量13.500，螺距2.5nm，长度300nm，由2130个亚基组成。 ⒋球状聚合体 由许多球状亚基相互聚合组成空心的球体 蛋白质分子或亚基之间的聚合有一定基础，即聚合部位一定是互补的； 在聚合时，为了达到一定程度的互补，还要发生单体之间的构象变化（类似与酶与底物相互作用）。 许多蛋白质的生物学功能与其聚合或解离关系密切。 例如，鸡肝乙酰CoA羧化酶单体无催化活性，分子量410,000。加入柠檬酸或磷酸，可引起单体聚合，生成有催化活性的多聚体，分子量4～10×106 若除去活化剂，加入丙二酰CoA或软酯酰CoA，则引起该酶解聚，丧失活力。 （四）分子识别的物理基础 ⒈概述 识别可分为三个阶段，即扩散、接触并形成化学键。 扩散 分子热运动引起的由高浓度向低浓度的运动，方向不定，扩散平均距离与时间的平方根相关。 对小分子，扩散是一种有效的运动方向；对于大分子，受共存的其它大分子的频繁碰撞而阻滞，扩散速率极小。 细胞内发生化学反应的速率极快，一个酶分子平均每秒可催化1000次反应，分子运动须十分迅速才能满足。 分子的运动分为三类，即移动运动（从一个位置移动到另一位置）；振动（共价连接的原子相对另一原子的快速往复运动）；旋转。 快速分光技术发现：球蛋白每秒绕其轴心作大约106次翻滚和旋转（实际是构象变化）。 运动导致的扩散碰撞速率与扩散分子的浓度成正比。 ⒉分子识别的动力学 通过扩散，分子间发生碰撞并形成复合物的过程是可逆的，即结合和解离同时存在，直至达到动态平衡。 结合速率=Kon[A][B]，解离速率=Koff[AB]。达到平衡时，两者相等，所以 Keq为平衡常数，又称亲和常数。亲和常数与结合力反相关，生物体系的亲和常数一般在103-1012mol/L之间，对应的结合能在17-71KJ/mol，大约有4-17个氢键。 ⒊分子识别的特征 专一性作用 包括； 酶与底物 抗原与抗体 受体与配体 蛋白质与糖链 蛋白质与核酸（多肽链与碱基的直接接触；碱性氨基酸与戊糖骨架的电荷联系）。 通过DNA-蛋白质相互作用分析，发现了多种结合特异DNA序列的蛋白质结构单元，最常见的是锌指结构，它存在于调节蛋白、DNA和RNA结合蛋白中。 锌指结构指至少由三个以上不同结构的、由锌离子稳定的、超小结构域组成的蛋白质单元，该单元与DNA的大沟主要通过三个碱基对作用，而锌指结构的连接区则悬于大沟之上，不直接参与与DNA的结合。 （四）分子识别过程中的高级结构变化 诱导契合学说 （五）分子识别过程的连续和协调性 表现在协同完成一个系列代谢反应如图 肾上腺素调节糖代谢的过程 第二节 分子识别的化学基础 从本质上讲，分子识别是在特异的空间通过化学键实现的。一般将这种化学作用分成两大类，即强相互作用（共价键）和