《生物化学课件：第四章 第四节 蛋白质结构与功能的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学课件：第四章 第四节 蛋白质结构与功能的关系（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节第四节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系（一）（一） 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系（二）（二） 空间结构与功能的关系空间结构与功能的关系（一）一级结构与功能的关系（一）一级结构与功能的关系 1 1、一级结构变异与分子病、一级结构变异与分子病 由由于于基基因因突突变变导导致致蛋蛋白白质质一一级级结结构构发发生生变变异异，使使蛋蛋白白质质的的生生物物功功能能减减退退或或丧丧失失，甚甚至至造造成成生生理理功功能的变化而引起的疾病。能的变化而引起的疾病。分子病分子病镰刀型红细胞贫血病镰刀型红细胞贫血病（sick-cell anemia） ？正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电
2、镜图谱正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱镰刀型红细胞贫血病镰刀型红细胞贫血病-链链 1 2 3 4 5 6 7 8Hb-A H2N- Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHb-S H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys hemoglobin GAA(Glu) - GTA(Val) Val 取代取代Glu含氧含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点粘性疏水斑点含氧含氧HbS脱氧脱氧HbS疏水位点疏水位点血红蛋白分子凝集血红蛋白分子凝集 2. 2. 一级结构的细微变化可引起生物功能改变一级结构的细微变化可引起生物功能改变（一）一级结构与功能的关
3、系（一）一级结构与功能的关系 在生物的进化中，发现不同生物的细胞色素C分子一级结构（ AA残基总数在104-112之间）上差异比较大，若以人的为标准，不同生物Cyt C的AA顺序与人相差数分别是： 恒河猴（1个）；马（12个）； 乌龟（15个）；蚕蛾（31个）； 小麦（43个）； 面包酵母（45 个）；红色面包霉（48个） 但它们CytC的生物功能却基本保持不变，为什么？ Cyt C 高级结构的保守性高级结构的保守性 研究发现，虽然从霉菌到人Cyt C的一级结构变化了几十个A.A.残基，但在一级结构中，有26个位置个位置上的A.A.残基是完全不变完全不变的, 它们称为守恒守恒A.A.残基残基。
4、 如： Cys(14)、 Cys(17)、His(18)、Met(80)、Tyr(48)、Trp(59) 等。尤其与功能体现有关的氨基酸位置是保守的尤其与功能体现有关的氨基酸位置是保守的（一）一级结构与功能的关系（一）一级结构与功能的关系 3 3、一级结构变异与生物进化一级结构变异与生物进化 不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质，它们的氨基酸序列有明显的相似性，有质，它们的氨基酸序列有明显的相似性，有明显序列相似性的蛋白质，称为明显序列相似性的蛋白质，称为同源蛋白质同源蛋白质。不变残基不变残基-同源蛋白质完全相同的氨基酸残基，同源蛋白质完全相同的氨基酸残基
5、，决定蛋白质的决定蛋白质的空间结构与功能空间结构与功能。可变残基可变残基-有相当大变化的氨基酸残基，体现了有相当大变化的氨基酸残基，体现了种属特异性种属特异性。 可变残基与生物进可变残基与生物进化有关，亲缘关系化有关，亲缘关系越近，可变残基越越近，可变残基越相似，说明蛋白质相似，说明蛋白质的进化反应了生物的进化反应了生物进化。进化。一级结构是蛋白质结构的基础一级结构是蛋白质结构的基础蛋白质一级结构决定其特定的高级结构蛋白质一级结构决定其特定的高级结构 生物功能的体现更与蛋白质分子特定的空间生物功能的体现更与蛋白质分子特定的空间结构（构象）相关结构（构象）相关（一）一级结构与功能的关系（一）一级
6、结构与功能的关系 许许多多蛋蛋白白质质，如如酶酶蛋蛋白白、激激素素蛋蛋白白等等，它它们们在在体体内内常常以以无无活活性性的的前前体体存存在在，在在一一定定情情况况下下经经体体内内的的蛋蛋白酶水解，切去部分肽段后白酶水解，切去部分肽段后，才变成有活性的蛋白质，才变成有活性的蛋白质 4、一级结构与蛋白质前体的激活胰岛素前体（胰岛素前体（8484AAAA） A A链（链（2121AAAA） B B链（链（3030AAAA） C C链（链（3333AAAA） 活性胰岛素活性胰岛素猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图胰岛素的结构B链链A链链A、B链链胰岛素的结构胰岛素六聚体胰
7、岛素三聚体（二）空间结构与功能的关系（二）空间结构与功能的关系 1 1，蛋白质的变性与复性，蛋白质的变性与复性 变性变性（denaturationdenaturation）是指一些理化因素破坏了蛋是指一些理化因素破坏了蛋白质的空间结构，结果导致其生物活性的丧失。白质的空间结构，结果导致其生物活性的丧失。 变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可能得以恢复，称为的生物活性可能得以恢复，称为复性复性（renaturationrenaturation）。）。天然状态天然状态天然状态天然状态有活性有活性有活性有活性 尿素、尿素、尿素、尿素、
8、-巯基乙醇巯基乙醇巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态非折叠状态非折叠状态非折叠状态无活性无活性无活性无活性牛胰核糖核酸酶（牛胰核糖核酸酶（RNase）的变性与复性）的变性与复性因此，人们认为，蛋白质中因此，人们认为，蛋白质中的的A.A.顺序包含了其高级结顺序包含了其高级结构（构象）形成的全部信息构（构象）形成的全部信息 2 2，血红蛋白的别构效应，血红蛋白的别构效应 血红蛋白的血红蛋白的、 链与肌红蛋白相比，三级结构几乎完全链与肌红蛋白相比，三级结构几乎完全相同，而且都有一个血红素分子，可以结合一分子氧。相同，而且都有一个血红
9、素分子，可以结合一分子氧。 肌红蛋白肌红蛋白(Mb) (Mb) 血红蛋白血红蛋白(Hb)(Hb)（二）空间结构与功能的关系（二）空间结构与功能的关系 O2HbHb- O2O2血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛细活动肌肉毛细血管中的血管中的PO20 20 40 60 80 100肺泡中的肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin血红蛋白输氧功能和构象变化血红蛋白输氧功能和构象变化别构效应别构效应S 形曲线形曲线双曲线双曲线一个亚基与氧结合一个亚基与氧结合后，三级结构改变，后，三级结构改变，使其它亚基发生三使其它亚基发生三级结构的变化，亚级结构的变化，亚基
10、间盐键断裂，紧基间盐键断裂，紧密的分子结构变松密的分子结构变松弛，大大加快氧合弛，大大加快氧合速率，从而速率，从而曲线程曲线程S 形。形。3 3 3 3、朊病毒与蛋白质构象病、朊病毒与蛋白质构象病、朊病毒与蛋白质构象病、朊病毒与蛋白质构象病 朊病毒蛋白（朊病毒蛋白（prionprion protein, protein, PrPPrP）是正常存在于人体是正常存在于人体神经原、神经胶质细胞等多种细胞的细胞膜上的糖蛋白。朊神经原、神经胶质细胞等多种细胞的细胞膜上的糖蛋白。朊病毒（病毒（prion,PrPprion,PrPscsc）是正常朊病毒蛋白（是正常朊病毒蛋白（PrPPrPc c）的空间构象的
11、空间构象由由 螺旋变成螺旋变成 折叠所致，折叠所致，因此，这类疾病又称蛋白质构象病。因此，这类疾病又称蛋白质构象病。 （二）空间结构与功能的关系（二）空间结构与功能的关系 正常朊病毒蛋白与朊病毒空间结构的差异正常朊病毒蛋白与朊病毒空间结构的差异 朊朊病病毒毒本本身身不不能能复复制制，但但它它却却可可以以攻攻击击大大脑脑的的正正常常朊朊病病毒毒蛋蛋白白，使使其其发发生生构构象象改改变变，并并与与其其结结合合，成成为为致致病病的的朊朊病病毒毒二二聚聚体体。此此二二聚聚体体再再攻攻击击正正常常的的朊朊病病毒毒蛋蛋白白。这这样样，脑脑组组织织中中的的朊朊病病毒毒不不断断积积蓄蓄，造造成成脑脑组组织织发
12、发生生退退行行性性变。变。 正常朊病毒蛋白结构正常朊病毒蛋白结构 （显示（显示 -螺旋螺旋） 朊病毒结构朊病毒结构（显示（显示 -片层结构片层结构） 蛋白质功能的体现与结构域运动相关蛋白质功能的体现与结构域运动相关 酶活性中心大多位于结构域的界面之间，在酶实施有关生物功能时，必定伴随着结构域的相对运动。 如酵母己糖激酶的催化作用中，存在着开放型和闭合型二种构象的转换。蛋白质亚基的运动与其生物功能的体现蛋白质亚基的运动与其生物功能的体现 如：ATP合酶中的合酶中的-亚基单向旋转亚基单向旋转是其催化是其催化ATP合成反应进行所必须（合成反应进行所必须（Noji等，等，1997） 日日本本科科学学家
13、家Noji的的实实验验Ni2+Ni2+Ni2+Ni2+嗜热菌的嗜热菌的F1-ATP合酶合酶（Noji, Nature,1997） F F1 1-F-F0 0-ATPase-ATPase F1有3个催化位点，催化位点存在3种构象。 质子通过F0时，引起引起c亚基的环亚基的环旋转，从而带动旋转，从而带动亚基旋转亚基旋转，亚基端部高度不对称，引起亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），将ADP和Pi加合形成ATP。 结论结论： 决定决定 运动运动 一级结构一级结构- 空间结构空间结构- 特定构特定构象象 （不完全自发）（不完全自发） （精确性）（精确性） （活性中心）（活性中心） - 生物功能体现生物功能体现结构预测 功能预测定点突变改造蛋白质从头设计构建新的蛋白质我们可以做什么？
