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第六章蛋白质结构与功能的关系修改版.ppt

第六章蛋白质结构与功能的关系修改版

中小学精品课件
2019-03-03 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第六章蛋白质结构与功能的关系修改版ppt》,可适用于高中教育领域

第六章蛋白质结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系(一)同源蛋白质的物种差异与生物进化蛋白质一级结构的种属差异十分明显但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异可以断定它们在亲缘关系上的远近。、同源蛋白质不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质。序列同源(sequencehomology):不变残基(invariantresidue):可变残基(variableresidue):细胞色素c(cytochromec)、细胞色素c的进化真核生物细胞色素c有个左右氨基酸残基。其中有个位置的氨基酸是不变的其中位和位上的Cys和位的氨基酸是不变的。细胞色素c的进化树同源蛋白质的起源共同性肌红蛋白AAα珠蛋白AAβ珠蛋白AA同源序列同源序列丝氨酸蛋白酶类胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶以及血液凝固和溶解系统的酶都属于丝氨酸蛋白酶类具有类似的活性中心序列同源性高生理功能异化。(二)氨基酸序列的局部断裂与蛋白质的激活蛋白质一级结构中也有一些特定的序列能阻碍蛋白质表现出生物功能只有将其切除后才能形成有活性的蛋白质。胰岛素原胰岛素蛋白酶原蛋白酶血纤维蛋白原血纤维蛋白胰岛素和它的前体凝血系统主要凝血因子因子I纤维蛋白原因子II,凝血素因子III,凝血酶原酶因子IV,钙(Ca)因子因子V,促凝血球蛋白原易变因子因子VII,转变加速因子前体促凝血酶原激酶原辅助促凝血酶原激酶因子VIII,抗血友病球蛋白A(AHGA),抗血友病因子A(AHFA),血小板辅助因子I,血友病因子VIII或A,因子IX,抗血友病球蛋白B(AHGB)抗血友病因子B(AHFB)血友病因子IX或B因子X,STUART(PROWER)F,自体凝血酶原C因子XI,ROSENTHAL因子抗血友病球蛋白C因子XII,HAGEMAN因子表面因子因子XIII,血纤维稳定因子辅助凝血因子FITZGERALD因子FLETCHER因子(激肽释放酶原)vonWillebrand因子ArgThrⅩa凝血酶原激酶ArgIle专业位点:ArgGly血纤蛋白原血纤蛋白凝血酶切点血纤肽A、AA血纤肽B、AA血纤蛋白原为糖蛋白、分子量kD由条多肽链组成对二硫键交联成网状分子。N端C端多净负电荷血纤蛋白分子长nm,血纤蛋白凝块重复周期为nm转谷氨酰胺酶催化溶血系统纤溶酶原:单链糖蛋白、kD、AA。纤溶酶原激活剂(PA):tPA和uPA(三)氨基酸序列的局部变异年指纹图谱(fingerprint)HbA(adulthemoglobin)HbS(sicklecellhemoglobin)HbAβ链:ValHisLeuThrProGluGluLys…HbSβ链:ValHisLeuThrProValGluLys…Val取代GluOO镰刀状细胞Hb的治疗性矫正研究发现在体外用氰酸钾(KCNO)处理镰刀状贫血病患者的红细胞可以防止它在脱氧状态下形成镰刀状。这种细胞生存时间比处理前要长输氧能力也有好转。HbS分子的一个氨基用KCNO修饰后就能抑制红细胞成镰刀状这一反应同CO与HbA结合类似CO也能结合到N端NH上只是反应可逆而KCNO的修饰是不可逆的。二、蛋白质高级结构与功能的关系(一)肌红蛋白的功能肌红蛋白的三级结构组成:珠蛋白和血红素。大小和形状:扁平状分子、nm×nm×nm结构描述:个AA,段α螺旋组成分两层单结构域。分子结构紧密内部只能容纳个水分子的空间。疏水基团在分子的内部亲水基团在分子表面介于疏水和亲水之间的基团在分子内部和外部都可以找到。NA肌红蛋白存在于肌肉中心肌含量特别丰富。是分子量为的小分子球状蛋白质由个氨基酸残基及一个血红素组成。鲸肌红蛋白的三级结构研究获得成功是第一个获得完整构象的蛋白质。它有段α螺旋结构,A、B、C、D、E、F、G、H。整条肽链折叠成紧密球状分子疏水侧链大都在分子内部极性带电荷的则在分子表面因此水溶性好。肌红蛋白由多肽的折叠形成的疏水空隙内是血红素辅基通过肽链上的His残基与肌红蛋白分子内部相连它对肌红蛋白的生物活性是必需的(与O结合)。由个吡咯环通过甲基桥连接成原卟啉IX另外有个甲基个乙烯基和个丙酸基。原卟啉IX与Fe形成络合物即是血红素。Fe有个配位键其中个键与卟啉环的个N原子相连第配位键与HisF相连第配位键与O相连。如果血红素含Fe为亚铁血红素Fe为高铁血红素。相应的蛋白分别为亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。辅基血红素FigureThehemegroup,presentinmyoglobin,hemoglobin,cytochromeb,andmanyotherhemeproteins,consistsofacomplexorganicringstructure,protoporphyrin,towhichisboundanironatominitsferrous(Fe)stateTvvorepresentationsareshownin(a)and(b)(c)Theironatomhassixcoordinationbonds,fourintheplaneof,andbondedto,theflatporphyrinmoleculeandtwoperpendiculartoit(d)Inmyoglobinandhemoglobin,oneoftheperpendicularcoordinationbondsisboundtoanitrogenatomofaHisresidueTheotheris"open"andservesasthebindingsiteforanOmolecule,asshownhereintheedgeviewO与肌红蛋白的结合Fe的第六配位键在没有O时是空着的O与肌红蛋白中的Fe结合结合以后O轴与FeO键形成度的夹角同时夹在远侧组氨酸(HisE)的中间。除了O与Fe结合外CO也会与Fe结合导致CO中毒。血红素辅基的结构CC固定血红素保护血红素Fe不被氧化为分子氧提供一个合适的结合部位。肌红蛋白的微环境的作用O与血红素Fe结合后会改变肌红蛋白的构象。没有结合氧时铁卟啉是圆顶状并且Fe处于凸出位置结合氧后铁卟啉收回形成平面状。nmnm氧结合曲线MbOMb+O[Mb]×[O]K=[MbO][MbO][O][Mb]K=Y在给定的氧压下肌红蛋白的氧分数饱和度。[MbO]Y=[MbO][O][O]Y=[O]K根据henry定律:р(O)Y=р(O)KK=P或(P):肌红蛋白的被氧半饱和时的氧分压。р(O)Y=р(O)KYр(O)–YK=log﴾﴿logр(O)logKHill方程Y–Y=肌红蛋白的K=P或(P)约为torr。托=大气压=毫米汞柱托=帕(Pa)(二)高级结构变化对功能的影响蛋白质的变构现象以血红蛋白的别构效应为例说明蛋白质的空间结构与功能的关系。血红蛋白血红蛋白有条多肽链其中两条为α链(AA)两条为β链(AA)每个亚基都有一个血红素分子具有氧结合能力。人在不同的发育阶段有不同的血红蛋白。HbAαβH()HisHbFαγH()Serβ链和α链的三级结构与肌红蛋白相似。四个亚基形成对称结构。nm×nm×nm结构相似AA中AA相同AAAAAA氧结合引起的血红蛋白构象变化nmnmnm血红蛋白的别构效应(变构效应)(allostericeffect)氧合作用显著改变Hb的四级结构血红素铁的微小移动导致血红蛋白构象的转换(从T态→R态)血红蛋白存在:T态(tensestate)R态(relaxedstate)亲和性不同:T态去氧Hb的主要构象氢键和盐键起稳定作用R态氧合Hb的主要构象。Tyrα(HC)、Tyrβ(HC)与Valα(FG)、Valβ(FG)形成链内氢键。当氧与血红蛋白分子中一个亚基的血红素辅基的铁结合后。即引起该亚基构象的改变一个亚基构象的改变又会引起其余亚基的构象相继发生改变亚基间的次级键被破坏结果整个分子从紧密的构象变成比较松散的构象易于与氧结合使血红蛋白与氧结合的速度大大加快。别构效应是指含亚基的蛋白质分子由于一个亚基构象的改变而引起其余亚基以至整个分子构象、性质和功能发生变化。р(O)Y=р(O)KYр(O)–YK=log﴾﴿logр(O)logKHill方程表达式Y–Y=血红蛋白的协同性氧结合血红蛋白的协同性氧结合рn(O)Y=рn(O)KYрn(O)–YK=log﴾﴿nlogр(O)logKHill方程一般表达式Y–Y=FigureTheoxygenbindingcurvesofmyoglobin(Mb)andhemoglobin(Hb)MyoglobinhasamuchgreateraffinityforoxygenthandoeshemoglobinItissaturatedatoxygenpartialpressures(pO)ofonlytokPa,whereashemoglobinrequiresapOofaboutkPaforsaturationNotethatalthoughbothhemoglobinandmyoglobinaremorethansaturatedatthepOinarterialbloodleavingthelungs(~kPa),hemoglobinisonlyaboutsaturatedinrestingmuscle,wherethepOisaboutkPa,andonlysaturatedinworkingmuscle,wherethepOisonlyaboutkPaThushemoglobincanreleaseitsoxygenveryeffectivelyinmuscleandotherperipheraltissuesMyoglobin,ontheotherhand,isstillaboutsaturatedatapOofkPa,andthereforeunloadsverylittleoxygenevenatverylowpOThusthesigmoidOsaturationcurveofhemoglobinisamolecularadaptationforitstransportfunctioninerythrocytes,assuringthebindingandreleaseofoxygenintheappropriatetissuesH,CO对血红蛋白结合氧的影响波耳(Bohr)效应:pH对Hb对氧亲和力的影响称为Bohr效应。H和CO促进HbO释放O一二磷酸甘油酸(BPG)对Hb氧合的影响,Bisphosphoglycerate(BPG)BPG是血红蛋白的个别构效应物。在BPG不存在时Hb与氧的亲和力强。BPG通过血红蛋白的两个β亚基形成盐桥稳定了它的脱氧态(T态)构象因而降低脱氧血红蛋白对氧的亲和力。ValβHisβHisβLysβ蛋白质的变性与复性天然蛋白质受物理或化学因素的影响其共价键不变但次级键被破坏分子内部原有的有序紧密的结构变为无序而松散致使其原有性质发生部分或全部丧失称为蛋白质的变性(denaturation)变性后蛋白质的特性:生物活性丧失、理化性质改变、一些侧链基团暴露、生物化学性质改变。(三)高级结构破坏对功能的影响变性的因素物理因素:加热、紫外线、X射线、超声波等。化学因素:酸、碱、有机溶剂、蛋白变性剂(尿素、盐酸胍)、重金属盐等。蛋白质的变性有些蛋白质的变性作用是可逆的其变性如不超过一定限度经适当处理后可重新变为天然蛋白质称为蛋白质复性(renaturation)。蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天然立体结构一般是自由能最低的状态。Anfinsen(诺贝尔奖获得者)用极其简单的实验证明了蛋白质的一级结构决定其高级结构。三、蛋白质的一级结构决定高级结构Anfinsen的实验Anfinsen的实验蛋白质立体结构是特定的和唯一的生物体内的每一个基因均受到来自生物演化的选择其结果是每个蛋白质均有其独特(和唯一的)的立体结构和生化生理功能。蛋白质以多肽链的形式被合成出来后要形成特定的立体结构后才有生理活性。拥有生理活性的立体结构对每种蛋白质而言是特定的和唯一的通常称之为天然结构(nativestructure)。

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