北大基础医学生物化学课件 蛋白质化学.pptVIP

第一章　蛋白质化学 刘新文 第四节 蛋白质结构与功能的关系 蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。 1、一级结构中的保守序列决定空间结构 （1）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结构不同功能 （2）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构 【经典举例】酶原激活、分子病、蛋白变性与复性 （3）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨基酸不变，功能不变 【经典举例】分子病 一、一级结构与功能的关系 2、一级结构并非影响空间结构的唯一因素 分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侣)：在蛋白质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转位过程中起关键作用的一类蛋白质。 与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二硫键的正确形成； 引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构； 可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。 1、空间结构体现生物特异性 2、空间结构体现生物活性 3、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调节特性 二、空间结构与功能的关系 空间结构中的特定区域体现生物活性 别构效应（别位效应、变位效应，allosteric effect）：蛋白质分子的特定部位（调节部位）与小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构效应。包括正协同、负协同效应 【经典举例】血红蛋白（Hb）：由α2β2四聚体组成，每个亚基含有1个血红素辅基；Hb的氧解离曲线呈“S”型。 多种空间构象，多种活性状态 4、空间构象并非生物活性的唯一影响因素 【举例】低温下酶活性低，但并不影响构象；盐析时沉淀的酶无活性，但构象不变。 5、蛋白构象疾病：错误构象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。 老年痴呆 疯牛病 亨汀顿舞蹈病 1、蛋白质的变性与复性 去除部分变性剂 温和复性 温和复性 天然蛋白 （具有正确的一级结构和高级结构，因此具有生物活性） 变性蛋白 （具有正确的一级结构但无高级结构，无生物活性） 变性环境 非天然蛋白 （具有正确的一级结构和错误的高级结构，无生物活性） 【经典举例】Rnase 2、前体蛋白与活性蛋白的转变 （切除冗余及其它变化） 前体蛋白 （一级结构冗余，高级结构错误，因此无生物活性） 活性蛋白 （具有正确的一级结构和高级结构，因此具有生物活性） 适合环境 【经典举例】酶原激活：胃蛋白酶原切除N端42个氨基酸后形成活性中心及其他空间构象，转变为具水解蛋白质活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除N端6个氨基酸后形成活性中心及其他正确构象，转变为具有水解活性的胰蛋白酶。 3、分子病（molecular disease）：由于基因结构改变，蛋白质一级结构中的关键氨基酸发生改变，从而导致蛋白质功能障碍，出现相应的临床症状，这类遗传性疾病称为分子病。 【经典举例】镰形细胞贫血症：编码珠蛋白β链的结构基因第六个密码子由CTT→CAT，相应的多肽序列中N端的第六个氨基酸由Glu→Vla；其空间结构发生相应改变，在表面形成互补区，使蛋白质分子之间彼此聚合，促使红细胞在低氧压下变形成镰形，丧失运输氧的生物活性。 2、肽分类、命名 2、肽分类、命名 3、生物活性肽： 谷胱甘肽 神经肽：脑啡肽、内啡肽、强啡肽、P物质、Y肽 肽类激素：催产素、加压素等 其他：生长因子；短杆菌S；甜味肽等 4、蛋白质的基本结构形式： 多肽链 (…NHCHCONHCHCO…) 多肽链的方向性：从N末端指向C末端。 二、蛋白质的一级结构 (primary structure) 一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序；主要靠肽键维系。 二～四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间构象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。 一级结构体现生物信息：20n ………….多样 一级结构是空间结构及生物活性的基础…..特异 一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键 三、二级结构 蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为氢键。 1、α-螺旋(α-helix) 右手螺旋：3.6个AA/圈，螺距0.54nm； 氢键维系：链内氢键（AA1…AA4），平行长轴； 侧链伸出螺旋 2、β-折叠(β-pleated sheet) 2、β-折叠(β-pleated sheet) 多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状； 侧链交错位于锯齿状结构的上下方； 氢键维系：氢键的方向垂直长轴； 可有顺平行片层和反平行片层结构。 3、其它 （1）肽链主链出现的180°回折部分称β-转角。 （2）蛋白质