蛋白質化學與蛋白質組學.ppt

蛋白質結構和功能的關系一級結構是空間結構與功能的基礎 蛋白質的功能依賴特定的空間結構 一級結構和空間結構的變化 都會引起蛋白質功能發(fā)生改變 環(huán)境條件在蛋白質特定結構的形成和維持以及蛋白質特異生物學功能的發(fā)揮過程中 都起重要的作用 一 纖維狀蛋白質大多為結構蛋白 如膠原蛋白 角蛋白 彈性蛋白等 纖維狀蛋白質大都由幾條肽鏈絞合而成 組成纖維狀 難溶于水 主要為機體提供堅實的支架 連接細胞 組織和器官 起結構與支撐等作用 這類特性與功能是由纖維狀蛋白質一級結構中特殊的氨基酸組成以及由此構成的特殊空間結構所決定的 角蛋白 高等動物表皮層表面的角質層 包括毛發(fā) 指甲 羽毛等 含較多的疏水性氨基酸與半胱氨酸 肽鏈骨架幾乎全為 螺旋 很少有環(huán) 轉角等結構 兩條雙鏈 螺旋相互盤繞成左手超螺旋 原纖維 8條原纖維再平行排列構成微纖維 微纖維還可進一步聚合成巨纖維 在肽鏈間以及原纖維間通過許多二硫鍵形成共價交聯(lián)而維持構象穩(wěn)定 不同纖維聚合程度及二硫鍵多少不同 形成不同的角質層結構 二 球狀蛋白質在球狀蛋白質中 多肽鏈折疊成致密的球形構象 其結構比纖維狀蛋白質復雜得多 具有多種多樣的生物功能 各種球狀蛋白質有某些共同的結構特點 內(nèi)部由疏水性殘基組成疏水核心 親水的殘基多分布于表面 形成親水的球狀結構 轉角在球狀蛋白質中出現(xiàn)較多 是其主要的二級結構類型 肌紅蛋百和血紅蛋白肌紅蛋白 myoglobin MB 和血紅蛋白 hemoglobin Hb 都是以血紅素為輔基的球狀蛋白質 均有貯氧和運氧功能 血紅素是鐵噗啉化合物 噗啉環(huán)中的Fe2 可通過配位鍵與氧可逆結合 Mb是由一條肽鏈構成三級結構的球狀蛋白質 有150個左右的殘基 構成8段 螺旋血紅素居于球狀結構的空穴中 成人HbA 由 2 2構成4級結構的球狀蛋白質 鏈141個殘基 鏈146個殘基 每個亞基結合一個血紅素 一分子血紅蛋白可結合4分子氧 每個亞基的氨基酸序列與Mb有不少相似 所含的 螺旋段及螺旋走向與Mb相近 二級和三級結構也類似于Mb 肌紅蛋白與血紅蛋白的結構 氧飽和曲線 Mb為直角雙曲線 Hb為S形曲線 協(xié)同效應 Mb無協(xié)同效應 Hb有協(xié)同效應 Bohr效應 Mb無 Hb有 肌紅蛋白 Mb 和血紅蛋白 Hb 的氧解離曲線 協(xié)同效應 cooperativity 一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后 能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合的能力 這種現(xiàn)象 稱為協(xié)同效應 Bohr效應 Hb與氧的結合受CO2與溶液pH的影響 在pH降低 pCO2升高時 使氧解離曲線右移的現(xiàn)象 Bohr效應的存在 提高了血紅蛋白在體內(nèi)的運氧效率 三 蛋白質的變性與復性蛋白質的變性 denaturation 指在某些理化因素影響下 蛋白質特定的空間構象破壞 導致其理化性質的改變和生物活性的喪失 蛋白質的復性 renaturation 指變性蛋白質在去除變性因素后 重新恢復其天然構象的過程 酶的二級 三級結構破壞 活性完全喪失 但多肽鏈一級結構依然完整 尿素巰基乙醇 去除尿素和巰基乙醇 恢復到天然狀態(tài) 牛核糖核酸酶變性與復性 1 蛋白酶原的激活的一般規(guī)律 四 蛋白質的活性調(diào)控 2 變構調(diào)節(jié)是體內(nèi)廣泛存在的蛋白質和酶活性調(diào)控方式 許多的酶 膜蛋白 受體蛋白 離子通道蛋白 信號轉導途徑多種蛋白 大量的轉錄因子均可通過自身的變構調(diào)節(jié)其功能 3 化學修飾調(diào)節(jié) chemicalmodification 蛋白質 酶 在某些酶的催化下 與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結合 從而調(diào)節(jié)其生物活性的過程 蛋白質的活性可發(fā)生無活性 或低活性 與有活性 或高活性 的互變 這種互變由不同的酶催化 常見的方式 磷酸化與去磷酸化 五 蛋白質結構變異與功能 一級結構和空間結構的變異 都會影響到蛋白質的功能和活性 并可引起相應的疾病 1 一級結構變異與功能通過實驗改變胰島素一級結構 切除A鏈第一個氨基酸殘基 活性僅剩2 10 再切去第2 4位殘基 生物活性完全喪失 但如切除B鏈第28 30位殘基 其生物活性仍保持 這說明 只有維持蛋白質構象關鍵部位一級結構的氨基酸殘基的改變 才會導致生物功能的變異 病因 鏈的第6個Aa谷氨酸 纈氨酸纈氨酸通過疏水作用與另一血紅蛋白分子 鏈互相 鎖 在一起 最終與其他血紅蛋白鏈共同形成一個不溶的纖維束 使紅細胞扭旋成鐮刀形 脆性增大 易破裂溶血 鐮刀狀紅細胞貧血癥 2 蛋白質構象變異與功能蛋白質錯誤折疊可引起蛋白質構象病朊病毒蛋白 prionpoterin PrP 是一種可引起人和動物神經(jīng)退行性病變的蛋白質 如動物撓癢癥 瘋牛病 人類的庫魯病等 這類病具有傳染性 遺傳性和散在發(fā)病的特點 在動物間的傳播是由不含核酸的PrP組成的傳染性顆粒進行 正常型PrPC 富含 螺旋 水溶性強 蛋白酶敏感 致病型PrPSC 多肽鏈全部形成 折疊 對蛋白酶不敏感 水熔性差 對熱穩(wěn)定 可以相互聚集 最終形成淀粉樣纖維沉淀而致病 兩者的一級結構完全相同 僅構象不同 主要參考文獻 1 DdvidL Nelson MichaelM Cox LehningerPrinciplesofBiochemistry 4thed NewYork W H FreemanandCompany 20052 RorbetK Murry DarylK Granner PeterA Mayes etal Harper sBiochemistry 26thed NewYork McG