蛋白质化学3结构与功能关系

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1、主讲教师：　季祥邮箱：jixiang@imust.cn第一章蛋白质化学§1.4蛋白质的结构与功能§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.5蛋白质的理化性质§1.6蛋白质的分离、纯化与测定§1.4蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系⒈一级结构是空间构象的基础RNase是由124氨基酸残基组成的单肽链，分子中8个Cys的-SH构成4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂（如8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完

2、全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。如下图：§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系2.前体与活性蛋白质一级结构的关系由108个氨基酸残基构成的前胰岛素原(pre-proinsulin），在合成的时候完全没有活性，当切去N-端的24个氨基酸信号肽，形

3、成84个氨基酸的胰岛素原（proinsulin），胰岛素原也没活性，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。如图所示:§1.4蛋白质结构与功能的关系胰岛素：AB两条链构成，A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基，链间有两对二硫键，A链上有一对二硫键。§1.4蛋白质结构与功能的关系3.同源蛋白质有顺序同源性：比较不同来源的细胞色素C发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，但存在种属差异。不同种属间的

4、同源蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。§1.4蛋白质结构与功能的关系血红蛋白的亚基与肌红蛋白一级结构中的保守氨基酸残基§1.4蛋白质结构与功能的关系⒋蛋白质的一级结构与分子病现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变有关，都称之为分子病。例如镰刀型贫血症，它是由于血红蛋白的β-亚基上的第六位氨基酸由谷氨酸变成了缬氨酸，导致血红蛋白的结构和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰刀状。§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4

5、蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系所以，蛋白质一定的结构执行一定的功能。功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。§1.4蛋白质结构与功能的关系二、蛋白质的空间结构与功能的关系（一）肌红蛋白（Mb）与血红蛋白的结构与功能：§1.4蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的结构§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的亚基铁卟啉§1.4蛋白

6、质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的氧合曲线§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系Hb由4条肽链组成：2α、2β，功能是运载O2。在去氧Hb亚基中有下列几对离子键：§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构象呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基与O2结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的构象从紧张态

7、变成松弛态，其它的离子键也依次破坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系§1.4蛋白质结构与功能的关系上述Hb与O2结合后，Hb的构象发生变化，这类变化称为变构效应，即通过构象变化影响蛋白质的功能。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白（allostericprotein）。血红蛋白的这种变构效应能更有效地行使其运氧的生物学功

8、能。§1.4蛋白质结构与功能的关系血红蛋白的变构效应使其有利于氧的运输§1.4蛋白质结构与功能的关系二磷酸甘油酸（BPG）结合于四个亚基的中央空穴处§1.4蛋白质结构与功能的关系二磷酸甘油酸（BPG）降低血红蛋白对氧的亲和力§1.4蛋白质结构与功能的关系波尔（Bohr）效应有利于血红蛋白对氧的运输§1.4蛋白质结构与功能的关系由于基因水平的突变导致的血红蛋白的分子病§1.4蛋白质结构与功能的关系（二）免疫系统与免疫球蛋白的结构