第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系.ppt

1、,第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系,Knowing the three-dimensional structure of a protein is an important part of understanding how the protein functions. However, the structure shown in two dimensions on a page is deceptively static. Proteins are dynamic molecules whose functions almost invariably depend on interaction

2、s with other molecules, and these interactions are affected in physiologically important ways by sometimes subtle, sometimes striking changes in protein conformation. 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，決定蛋白質(zhì)的功能。,The functions of many proteins involve the reversible binding of other molecules. A molecule bound reversibly

3、 by a protein is called a ligand.p253 A ligand binds at a site on the protein called the binding site, which is complementary to the ligand in size, shape, charge, and hydrophobic or hydrophilic character. Furthermore, the interaction is specific: the protein can discriminate among the thousands of

4、different molecules in its environment and selectively bind only one or a few.,第一節(jié)： 肌紅蛋白結(jié)構(gòu)與功能 Myoglobin是重要的氧結(jié)合蛋白 一、三級結(jié)構(gòu) Myoglobin-1peptide plus 1 輔基構(gòu)成，153AA，MW16,700。脫去血紅素謂之珠蛋白。 Kendew等1963年完成鯨肌紅蛋白空間結(jié)構(gòu)測定，利用不同分辨率X射線衍射，可以識別出AA殘基。 0.6nm，多肽鏈走向；0.2nm，側(cè)鏈基團(tuán)；0.14nm，所有AA殘基。 結(jié)構(gòu)：p253由8段a螺旋構(gòu)成，疏水基團(tuán)幾乎全部位于分子內(nèi)部。,二、

5、血紅素：由原卟啉IX與Fe結(jié)合形成血紅素，2價(jià)，則為亞鐵血紅素，3+為高鐵血紅素p254，它以非共價(jià)的形式結(jié)合于肌紅蛋白分子疏水空穴中。,三、O2與肌紅蛋白的結(jié)合 在氧和肌紅蛋白結(jié)合時(shí)，血紅素之Fe在第五配位鍵與His93 (proximal) 進(jìn)行結(jié)合，而第六配位鍵與氧結(jié)合，另一個(gè)氧原子則與His64(distal)作用。p255,四、O2與肌紅蛋白的結(jié)合改變了肌紅蛋白的構(gòu)象，氧的結(jié)合，將Fe拉回到卟啉環(huán)平面，從而導(dǎo)致His93的空間位置改變，進(jìn)而使整個(gè)蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變。,五、肌紅蛋白氧合曲線 肌紅蛋白與氧結(jié)合是在組織中，可逆的接受來自Hb的O2，有：MbO2=Mb + O2,該式的解離常

6、數(shù)可以描述為： K=MbO2/MbO2, (1) 轉(zhuǎn)換后有： MbO2Mb=O2/K (2), 引入Y，定義為給定氧壓下肌紅蛋白氧飽和度，即MbO2占總Mb的比例Y=MbO2/Mb+MbO2，(3)以（2）式MbO2替換,得：Y=O2/O2+K,按Henry定律，改寫為O2分壓，則,實(shí)踐中，Y值可以通過光譜法測量，再以Y對p(O2)作圖，得到的曲線為氧合曲線或氧解離曲線。,意義：當(dāng)y=1,所有Mb均與O2結(jié)合 當(dāng)y=0.5時(shí)，Y=K=P50 為方便起見，對前面方程進(jìn)行改寫： 再兩邊取對數(shù)，得到：,以logY/(1-Y)對logPO2作圖 得到一條直線：即Hill圖,第二節(jié) Hb 脊椎動物，4個(gè)

7、亞基構(gòu)成，成人主要為HbA，含a2b2。分別為141和146個(gè)aa殘基。 Hb的近側(cè)F8 His位于a鏈His87或b鏈His92，遠(yuǎn)側(cè)His為E7，分別為His58和His63. 當(dāng)O2與Hb的一個(gè)亞單位之血紅素結(jié)合時(shí)，可導(dǎo)致Fe被拉回血紅素平面（只是非常微小的變化），后者又會拖動F8His殘基，從而引起Hb構(gòu)象變化，使Hb的b亞基之間空穴減小，導(dǎo)致BPG被擠出，促使Hb與O2的親和力增加。,Hb的構(gòu)象有兩種狀態(tài)，即R態(tài)和T態(tài)，R態(tài)與O2親和力更高， 在去氧狀態(tài)時(shí)，T態(tài)更加穩(wěn)定并由廣泛的鹽鍵維持構(gòu)象,穩(wěn)定，但一旦其中一個(gè)亞基與氧 結(jié)合，將使Hb由T轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài),二、Hb氧合曲線,Hb的氧合曲線

8、是S型曲線，而非Mb的雙曲線，其生理意義是 在低氧分壓下，有利于釋放氧。這一現(xiàn)象早在1910年就由Hill 發(fā)現(xiàn)，并試圖對其進(jìn)行了解釋。,Hb與O2結(jié)合的解離常數(shù)為： 變形后得： 以n代替4得到一般性方程： 該方程是一個(gè)S型曲線，但在n=1 和n=4時(shí)，具有顯著差別：在n=4時(shí)，Hb與 氧的結(jié)合顯示出高度協(xié)同性。P262 把上述方程進(jìn)行變形，得到：,該方程謂之Hill方程，,以,T,R,H+，CO2和BPG對Hb結(jié)合氧的影響： 1. Bohr效應(yīng)：當(dāng)H+濃度增加時(shí)，Hb的氧分?jǐn)?shù)飽和曲線向右移動的現(xiàn)象，即pH的降低可導(dǎo)致血紅蛋白氧結(jié)合力下降的現(xiàn)象。丹麥生理學(xué)家C.Bohr發(fā)現(xiàn)。從機(jī)制上說，H+升

9、高促進(jìn)鏈間鹽橋的形成，促進(jìn)由R轉(zhuǎn)變?yōu)門態(tài)。P264Figure 生理意義 CO2同樣可以降低Hb與O2 的親和力，原因是CO2與 Hb的C端aa殘基的NH2反應(yīng) 生成氨甲酸-AA，產(chǎn)生的H+ 通過Bohr效應(yīng)起作用。,2. BPG降低Hb與O2親和力 BPG帶負(fù)電荷，每個(gè)Hb四聚體可結(jié)合一個(gè)BPG，BPG與Hb的結(jié)合，阻礙了O2的結(jié)合，促進(jìn)O2的釋放。在氧合曲線上，BPG濃度增加導(dǎo)致曲線右移。,第三節(jié)： 血紅蛋白與分子病 迄今發(fā)現(xiàn)的與Hb缺陷有關(guān)的遺傳性疾病有500種以上。多數(shù)系單個(gè)aa殘基的突變造成。 一、鐮刀狀細(xì)胞貧血病：最早被認(rèn)識，非洲惡性瘧疾流行區(qū)很高，達(dá)40%。,病人Hb和RBC只有正常人(15-16g/100ml)(約500萬）一半左右。血液 中存在大