生物化学：第1章 蛋白质的结构与功能3.pptx

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,（,Biochemistry,）,生物化学,蛋白质的分子结构包括,:,高级结构,一级结构,(primary structure),二级结构,(secondary structure),三级结构,(tertiary structure),四级结构,(quaternary structure),The structure of,myoglobin,.,Myoglobin:,8-helices,.,Fibrous proteins(1),Keratin(,角蛋白,),：,-,角蛋白,-,螺旋,特点,：,每,3.6,个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距,0.54nm,氨基酸侧链位于螺旋外侧，影响,-,螺旋的形成,每个肽键的,N,-,H,与相邻第,4,个肽键的羰基,O,形成氢键,-,折叠使多肽链形成片层结构,The,-conformation,of polypeptide chains.,Fibroin(,丝心蛋白,),：天然的,角蛋白,Fibrous proteins(2),-,折叠,结构特点？,-,转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在,-,转角,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,-turn,-turn:-,转角,-,turns,常见,Pro,或,Gly,残基,蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列,蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠,Primarystructure,Secondarystructure,在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为,超二级结构,。,二级结构组合形式有,3,种：,，,，,。,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,锌指结构,-,螺旋,-,转角（或环）,-,螺旋模体,链,-,转角,-,链模体,链,-,转角,-,螺旋,-,转角,-,链模体,模体常见的形式,二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为,模体,(motif),。,模体是具有特殊功能的超二级结构,（二）在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构,疏水键、离子键、氢键和,Van der Waals,力等。,主要的化学键,:,整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,定义,:,疏水键、离子键、氢键和,Van der Waals,力等,肌红蛋白,(Mb),N,端,C,端,纤连蛋白分子的结构域,结构域是三级结构层次上的局部折叠区,分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为,结构域,(domain),。,亚基之间的结合主要是,氢键,和,离子键,。,（三）含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为,蛋白质的四级结构,。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的,亚基,(subunit),。,由,2,个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为,同二聚体,(homodimer),，若亚基分子结构不同，则称之为,异二聚体,(heterodimer),。,血红蛋白的四级结构,蛋白质各级结构的特点、维系键。,天然蛋白质要有活性必需具备完整的三级或四级结构。,蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构,蛋白质的四级结构是亚基的空间排列,Polypeptide(single subunitof transthyretin),Transthyretin,with fouridentical polypeptide subunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,烟草花叶病毒（,TMV）,示意图,由2 130个相同亚基构成的螺旋对称性柱形蛋白质外壳，紧密排列于一含有6 390个核苷酸的单链,RNA,分子周围。解离的,TMV,外壳亚基和,RNA，,在合适的条件下能,自装配,成完整的,TMV。,三、蛋白质组学,（一）蛋白质组学基本概念,蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。,（二）蛋白质组学研究技术平台,蛋白质组学是高通量，高效率的研究,:,双向电泳分离样品蛋白质,蛋白质点的定位、切取,蛋白质点的质谱分析,（三）蛋白质组学研究的科学意义,小 结,分子结构,一级结构：,氨基酸排列顺序；肽键、二硫键,二级结构：,主链骨架原子的相对空间位置；氢键；肽平面,形式,-,螺旋、,-,折叠、,-,转角、无规卷曲,motif,概念、作用,三级结构：,全部氨基酸残基的相对空间位置；次级键,domain,四级结构：,各个,亚基,的空间排布和相互作用；结合力,蛋白质结构与功能的关系,The Relation of Structure and Function of Protein,第 三 节,（一）一级结构是空间构象的基础,一、蛋白质一级结构与功能的关系,（二）蛋白质一级结构与功能的关系,1.有完整一级结构的多肽链可,自发恢复结构和活性,2.,一级结构相似的蛋白质，其,构象及功能也相似,3.,分子病,天然状态，有催化活性,尿素、,-,巯基乙醇,去除尿素、,-,巯基乙醇,非折叠状态，无活性,胰岛素,氨基酸残基序号,A5,A6,A10,B3,0,人,Thr,Ser,Ile,Thr,猪,Thr,Ser,Ile,Ala,狗,Thr,Ser,Ile,Ala,兔,Thr,Gly,Ile,Ser,牛,Ala,Gly,Val,Ala,羊,Ala,Ser,Val,Ala,马,Thr,Ser,Ile,Ala,分子病,基因突变,Aa,变异 蛋白结构和功能改变引起的遗传病。,镰刀型红细胞贫血,由,Hb,分子,亚基,N,末端序列的一级结构改变引起,Hb,表面电荷和等电点变化，溶解度降低并出现不正常线形缔合。,正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱,？,（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构,二、蛋白质空间结构与功能的关系,Hb,与,Mb,一样能可逆地与,O,2,结合，,Hb,与,O,2,结合后称为,氧合,Hb,。氧合,Hb,占总,Hb,的百分数（称,百分饱和度,）随,O,2,浓度变化而改变。,（二）血红蛋白的构象变化与结合氧,肌红蛋白,(Mb),和血红蛋白,(Hb),的氧解离曲线,血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同，前者是,S,形曲线，后者是双曲线。,-,亚基可与氧结合，而,-,亚基由于存在空间位阻，几乎不与氧结合。当,-,亚基与氧结合后，发生三级结构的变化，此变化使相邻的,-,亚基发生三级结构的变化，与氧结合使血红蛋白结合氧的能力在短时间内迅速上升，从而使,曲线呈“,S,”形。,*,协同效应,(cooperativity),一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为,协同效应,。,如果是促进作用则称为,正协同效应,(positive cooperativity),如果是抑制作用则称为,负协同效应,(negative cooperativity),血红蛋白的变构现象（变构时的亚基移动）,（三）蛋白质构象改变与疾病,蛋白质构象疾病,：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。,蛋白质构象改变导致疾病的机理,：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。,包括,：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。,疯牛病中的蛋白质构象改变,疯牛病是由朊病毒蛋白,(prion protein,PrP),引起的一组人和动物神经退行性病变。,正常的,PrP,富含,-,螺旋，称为,PrP,c,。,PrP,c,在某种未知蛋白质的作用下可转变,成全为,-,折叠的,PrP,sc,，从而致病。,PrP,c,-,螺旋,PrP,sc,-,折叠,正常,疯牛病,第四节,蛋白质的理化性质,The Physical and Chemical Characters of Protein,一、两性电离,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液,pH,条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,当蛋白质溶液处于某一,pH,时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的,pH,称为,蛋白质的等电点。,蛋白质的等电点,(isoelectric point,pI),体内蛋白质的,pI,近,pH5.0。,二、胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自,1,万至,100,万，其分子直径可达,1,100nm,，为胶粒范围之内。,颗粒表面电荷,水化膜,蛋白质胶体稳定的因素,:,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,溶液中蛋白质的聚沉,三、蛋白质变性,在某些物理和化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,(denaturation),变性的本质,:,破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。,造成变性的因素,:,如,加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等,。,应用举例,:,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。,此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为,复性,(renaturation),。,在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。,蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。,蛋白质沉淀,蛋白质的凝固作用,(protein coagulation),蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为,双缩脲反应,，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。,五、蛋白质呈色反应,茚三酮反应,(ninhydrin reaction),双缩脲反应,(biuret reaction),四、,紫外吸收,小 结,结构与功能的关系,一级结构与功能的关系,一级结构是空间构象的基础,一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象和功能也相似,特定的结构是功能的基础，不同的功能是其结构的表现,分子病,空间结构与功能的关系,Mb,和,Hb,的结构与功能,Hb,的构象变化与运氧功能,蛋白质的理化性质,两性解离、胶体性质、变性、紫外吸收等,