蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 PPT

蛋白質(zhì)由許多氨基酸(aminoacids)通過(guò)肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。概述組成結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系理化性質(zhì)和分離純化蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)概述1.生物重要組成物質(zhì)(人體干重45%)2.多種功能一、元素:主要C、H、O、N和S,少量P,Fe,Cu,Zn,Mn,I,…。第二節(jié)分子組成N含量：16%三聚氰胺H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H二、基本單位--氨基酸

(一)通式1.非極性(二)分類(lèi)2.極性不帶電荷3.堿性

含2個(gè)氨基；等電點(diǎn)高；在pH7.0時(shí)，堿性4.酸性

含有2個(gè)羧基；等電點(diǎn)低；在pH7.0時(shí)，酸性水分子及與離子間的結(jié)合非極性和極性的分布1.游離：瓜氨酸，鳥(niǎo)氨酸，同型半胱氨酸、D-氨基酸等。2.

Pr中氨基酸的修飾：-OH,-CH3,-COCH3,-P,-COOH…..2.非編碼20種+硒半胱氨酸（UGA有義表達(dá)），吡咯賴(lài)氨酸（UAG有義表達(dá)）1.編碼(三)特殊氨基酸pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰離子K1K2(四)氨基酸理化性質(zhì)等電點(diǎn)

(isoelectricpoint,pI)

：

在某一pH時(shí)，氨基酸呈電中性。此pH為該氨基酸等電點(diǎn)。2紫外吸收性質(zhì)酪氨酸、色氨酸在280nm最大吸收峰3茚三酮反應(yīng)三、肽鍵與多肽鏈(一)成肽反應(yīng)什么時(shí)候發(fā)生？肽鍵肽二肽氨基酸殘基N-末端C-末端CCH2NHRNOCHCOOHHR幾個(gè)小名詞(二)生物活性肽谷胱甘肽催產(chǎn)素（分娩，泌乳，信任，親密）-自閉癥治療？加壓素抗利尿激素胰高血糖素緩激肽促甲狀腺激素釋放因子胃泌素血管緊張素IIP物質(zhì)腦啡肽氨基酸的排列順序，及二硫鍵的位置。一、一級(jí)結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵:肽鍵（主要）;二硫鍵（次要）第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)肽鏈在空間中如何?為何會(huì)折疊?非共價(jià)鍵相互作用二、二級(jí)結(jié)構(gòu)一段肽鏈的局部結(jié)構(gòu)，即主鏈原子的相對(duì)位置。不涉及側(cè)鏈。肽平面1.

-螺旋/

-helix2.

-折疊同向排列反向排列蛋白質(zhì)和DNA中的氫鍵3.

-轉(zhuǎn)角①形成180o回折。②含4個(gè)氨基酸，第1與第4形成氫鍵。③第2個(gè)常為Pro。4.無(wú)規(guī)卷曲

限制性內(nèi)切核酸酶BamHI的三級(jí)結(jié)構(gòu)

-轉(zhuǎn)角

-折疊無(wú)規(guī)卷曲

-螺旋5.模體(motif)/超二級(jí)結(jié)構(gòu)2-3個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)組合,與功能有關(guān).螺旋-環(huán)-螺旋發(fā)卡希臘鑰匙

基元Zincfinger結(jié)合DNA的模體6.結(jié)構(gòu)域(domain)大蛋白質(zhì)可分割成幾個(gè)球狀區(qū)域，分別有功能。肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。三、三級(jí)結(jié)構(gòu)N端C端肌紅蛋白二硫鍵疏水作用氫鍵離子鍵范德華力

維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵四、四級(jí)結(jié)構(gòu)有蛋白質(zhì)有>=2條肽鏈，叫亞基(subunit)。經(jīng)非共價(jià)鍵形成的空間排布。氫鍵和離子鍵。通常單亞基沒(méi)有功能血紅蛋白亞基間鹽鍵血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)第四節(jié)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能二空間結(jié)構(gòu)與功能三修飾可調(diào)節(jié)功能第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)決定空間構(gòu)象牛核糖核酸酶一一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性-破壞氫鍵

-破壞二硫鍵正常細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞(二)一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病鐮刀形紅細(xì)胞貧血病N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

谷A（極性）纈A（非極性）非氧合β鏈有疏水口袋突變產(chǎn)生纈氨酸與口袋相配。血紅蛋白串聯(lián)，形成不溶纖維束，使細(xì)胞扭成鐮刀形?；蛲蛔円鸬鞍踪|(zhì)發(fā)生變異導(dǎo)致疾病。分子病白虎：神獸還是怪物SLC45A2的突變（A477V），丙氨酸變?yōu)槔i氨酸。影響黃和紅色素的合成，對(duì)黑色影響弱，未影響其它功能。Cell,2013,23:1031二空間結(jié)構(gòu)改變與功能1.蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，構(gòu)象改變，影響功能，嚴(yán)重時(shí)致病。朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起神經(jīng)退行性病變。正常PrP異常PrP富α-螺旋變成富β-折疊，水溶性變差,聚集形成淀粉狀纖維，沉淀在腦組織,造成損傷1.構(gòu)象病可傳染朊病毒病傳染人：庫(kù)魯病，腦軟化病，克-雅?。–JD），變異型CJD(人類(lèi)瘋牛?。?，致死性家族性失眠癥。動(dòng)物：牛海綿狀腦?。ǒ偱２。?，羊瘙癢癥，貂傳染性腦病，貓海綿狀腦病1986-2014年,177英國(guó)人和55其它國(guó)人食用感染牛肉感染變異型CJD朊病毒病β-淀粉樣蛋白2.阿爾茨海默癥3.帕金森病α突觸核蛋白(α-synuclein）聚集于多巴胺神經(jīng)元，形成路易小體（Lewybodies）4.亨丁頓舞蹈病hd基因上（CAG)重復(fù)數(shù)增多，谷氨酰胺增多，不易溶，損壞腦細(xì)胞，特別與肌肉控制有關(guān)的細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)退化，動(dòng)作失調(diào)，顫搐，能發(fā)展成癡呆，甚至死亡。Hb:“S”形曲線氧促進(jìn)與氧的結(jié)合2.構(gòu)象變化調(diào)節(jié)功能—血紅蛋白血紅蛋白結(jié)合氧,空間結(jié)構(gòu)改變影響結(jié)合Hb結(jié)合O2的別構(gòu)效應(yīng)O2協(xié)同效應(yīng):蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，影響另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力。抑制與氧結(jié)合(1)BPG（

2,3-二磷酸甘油酸）促進(jìn)成T構(gòu)象，氧親和力低BPG與胎兒HbF結(jié)合力弱，致HbF與氧親和力高，利于氧從母親外周血向胎兒外周血轉(zhuǎn)運(yùn).有BPG左移無(wú)BPG右移血液貯存貯存時(shí)BPG丟失。因此血液貯存時(shí)加葡萄糖、丙酮酸、二羥丙酮，腺嘌呤等。抑制與氧結(jié)合(2)代謝活躍促進(jìn)O2釋放，給組織供氧（Bohr效應(yīng)）CO中毒CO與血紅蛋白親和力高，但可逆。每天1包煙，使CO結(jié)合血紅蛋白提高2.5%，水煙更高。汽車(chē)廢氣、炭爐自殺，或火災(zāi)引起CO急性中毒。20%-50%血紅素與CO結(jié)合，有頭痛、頭暈、惡心、暈厥；超過(guò)70%致命。三、蛋白質(zhì)修飾可調(diào)節(jié)功能酶的共價(jià)修飾組蛋白的修飾66組蛋白帶正電荷，與帶負(fù)電的DNA結(jié)合，遮蔽DNA，妨礙轉(zhuǎn)錄。2.組蛋白修飾乙?；?負(fù)電荷增加,

與DNA排斥增加,結(jié)合疏松,

利于轉(zhuǎn)錄去乙酰化乙?；慌溆绊懟虮磉_(dá)交配：使催產(chǎn)素、加壓素受體基因組蛋白乙?；?表達(dá)上調(diào),促進(jìn)伙伴關(guān)系形成。促進(jìn)乙?；幬铮菏固锸鬀](méi)有交配也形成伙伴偏好。背景:草原田鼠交配后形成一夫一妻,與催產(chǎn)素、加壓素、多巴胺和受體結(jié)合有關(guān).金風(fēng)玉露一相逢,便勝卻人間無(wú)數(shù)!用此類(lèi)藥物,促進(jìn)家庭和諧?“愛(ài)情藥水”催產(chǎn)素香水NatureNeuroscience,2013;doi:10.1038/nn.3420討論：假如不同加壓素受體基因型，表達(dá)水平會(huì)不同。是否要知道某男生基因型？不同國(guó)家的相互信任水平Zak,ScientificAmerican,2008,306(6),88蛋白質(zhì)糖基化-不可逆糖尿病患者:糖化血紅蛋白沉積于小動(dòng)脈管壁，引起微血管病變.蛋白質(zhì)空間構(gòu)象蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定小結(jié)：結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)

牛核糖核酸酶實(shí)驗(yàn)鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥血紅蛋白的變構(gòu)效應(yīng)朊病毒蛋白質(zhì)功能決定一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象基礎(chǔ)，關(guān)鍵氨基酸變化可致空間構(gòu)象、功能改變。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)不是決定空間構(gòu)象的唯一因素。酸性堿性PI（等電點(diǎn)）第五節(jié)理化性質(zhì)和分離純化一、兩性電離及分離方法

+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用1.等電點(diǎn)沉淀法2.電泳(electrophoresis)

帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)不同的蛋白質(zhì)電荷量不同，分子大小不同，速度也不同。SDS等電聚焦（isoelectricfocusing,IEF）

+(H2SO4)

(NaOH)pH3pH10

+(H2SO4)

(NaOH)pI4.55.16.07.98.1pH3pH10利用pH梯度電泳介質(zhì)分離等電點(diǎn)不同的蛋白質(zhì)。雙向電泳（twodimensionalelectrophoresis）IEFSDS雙向電泳圖3.離子交換層析二高分子性質(zhì)+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜酸堿酸堿1.穩(wěn)定的膠體溶液2.透析與超濾人工腎血液透析圖磁力攪拌器待超濾的蛋白質(zhì)溶液加壓的氮?dú)獬瑸V膜超濾（ultrafiltration）3.沉降與超速離心

蛋白質(zhì)有布朗運(yùn)動(dòng)不會(huì)沉降超速離心可產(chǎn)生強(qiáng)大離心力，使蛋白質(zhì)克服布朗運(yùn)動(dòng)沉降超速離心4.分子篩(凝膠過(guò)濾)三沉淀(鹽析,重金屬,酸堿,有機(jī)溶劑)+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用尿素，β-巰基乙醇去除尿素，β-巰基乙醇蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)復(fù)性變性：某些因素作用下，其天然構(gòu)象破壞，理化性質(zhì)改變，生物學(xué)活性喪失。