蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第1頁(yè)2VLSEGEWQLVLHVWAKVEADVAGHGGDILIRLFKSHPETLEKFDRFKHLKTEAEMKASEDLKKHGVTVLTALGAILKKKGHHEAELKPLAQSHATKHKIPIKYLEFISEAIIHVLHSRHPGDFGADAQGAMNKALELFRKDIAAKYKELGYGG1°AAsequenceSpace-fillingmodel3Dstructureshowingatoms

一級(jí)氨基酸序列決定3D結(jié)構(gòu)(以肌紅蛋白為例)-為何有利?-怎樣形成?P7-1Myoglobin

-153AA

-Singlepeptidechain+hemeheme疏水殘基N-terminusC-terminus蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第2頁(yè)3Glychymotrypsin

纖維蛋白和球蛋白普通結(jié)構(gòu)胰凝乳蛋白酶膠原蛋白collagen相對(duì)穩(wěn)定普通不溶于水單一、重復(fù)二級(jí)結(jié)構(gòu)常為結(jié)構(gòu)組分動(dòng)態(tài)大多為水溶性由各種二級(jí)結(jié)構(gòu)組建普通為活性蛋白o(hù)uter:hydrophilicinner:hydrophobic蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第3頁(yè)46-2b肽鍵含有個(gè)別雙鍵性而不能自由旋轉(zhuǎn)C

–N旋轉(zhuǎn)角

C

–C旋轉(zhuǎn)角

肽鏈處于充分伸展構(gòu)象時(shí)

和

均要求為180o其取值都將受到肽平面限制§1.

肽單位是一個(gè)含有極性平面單位肽鍵連接重復(fù)單位(–C

–C–N–C

–)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第4頁(yè)5

肽鍵以共振雜化形式存在單鍵式雙鍵式共振雜化式(反式)肽C-N鍵略短：(resonancehybrid)羰基O含有個(gè)別負(fù)電荷而酰胺N含有個(gè)別正電荷，結(jié)果形成一個(gè)小電偶極，可同時(shí)用作H鍵供/受體幾乎全部肽鍵均以反式構(gòu)型存在共振雜化作用

-限制繞肽鍵自由旋轉(zhuǎn)

-肽鍵含有~40%雙鍵性

-形成肽平面

-肽鍵存在永久偶極(cf.Fig.3-3)6-2a蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第5頁(yè)6W2.4N-endC-endtrans相鄰殘基C

分別處于肽鍵兩側(cè)cis相鄰殘基C

處于肽鍵同側(cè)Pro肽鍵順/反構(gòu)型對(duì)鄰近C

上側(cè)鏈基團(tuán)影響差異不大

肽單位構(gòu)型順式中相鄰C

側(cè)鏈基團(tuán)干擾大蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第6頁(yè)7W2.5(a)(b)

多肽主鏈在構(gòu)象上受到很大限制

(不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵占1/3主鏈)肽平面處于穩(wěn)定伸展構(gòu)象肽平面處于一個(gè)不穩(wěn)定構(gòu)象(相鄰肽單位羰基OvanderWaals半徑重合)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第7頁(yè)8

并非全部

和

角都允許

P8-4要想使

和

均為0o將造成與同一個(gè)C

連接兩個(gè)肽單位處于同一平面上，這實(shí)際上是不可能：羰基O和酰胺H將發(fā)生空間重合(cf.Fig.3-5)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第8頁(yè)9TabW2.1只有當(dāng)大量連續(xù)殘基都含有類似φ和ψ值時(shí)才會(huì)形成對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)3.613-螺旋(C

–N旋轉(zhuǎn))(C

–C旋轉(zhuǎn))(cf.Fig.3-6)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第9頁(yè)104-4(2nd)N-C

(f)C

-C(y)3.613-螺旋：

氫鍵封閉13元環(huán)H-bond幾乎平行于長(zhǎng)軸除了末端殘基外，

-螺旋中各個(gè)肽鍵–NH和–CO都可參加形成兩個(gè)H鍵

(n±4)§2.

二級(jí)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定重復(fù)元件

-螺旋(

-helix)螺距5.4?(1.5?/AA)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第10頁(yè)11常有帶負(fù)電殘基在N-末端與肽鏈結(jié)合以穩(wěn)定螺旋偶極矩正電荷~N-末端積累了個(gè)別正電荷~C-末端積累了個(gè)別負(fù)電荷常有帶正電殘基在C-末端與肽鏈結(jié)合以穩(wěn)定螺旋偶極矩負(fù)電荷

a-helixhasadipolemomentPartial(0.5-0.7unit)chargescanattractligandsofoppositecharged+d-P8-12偶極矩可吸引帶負(fù)電荷配基如酸性AA或磷酸基等肽鍵電偶極蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第11頁(yè)12R-側(cè)鏈指向

-螺旋外側(cè)有利于降低立體障礙去穩(wěn)定性原因…

-相鄰帶同種電荷側(cè)鏈之間互作

-相距太近時(shí)，Asn,Ser,Thr,Leu等殘基側(cè)鏈大小和形態(tài)可影響穩(wěn)定(Hy)Pro…-不可能繞N-C

旋轉(zhuǎn)而引入結(jié)節(jié)-酰胺N上也沒有H可供形成H鍵Gly…

-側(cè)鏈僅為H，太輕易繞C

旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性原因…

-每隔3~4個(gè)殘基正、負(fù)電荷側(cè)鏈離子對(duì)

-每隔3~4個(gè)殘基芳香族側(cè)鏈?zhǔn)杷プ?/p>

Influenceofsidechainsona-helixstabilityP8-11蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第12頁(yè)136-11×2×4×8×32初原/中纖維之間二硫鍵交聯(lián)(未顯示)可深入增加毛發(fā)、皮膚和指甲等整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且二硫鍵愈多質(zhì)地也愈堅(jiān)硬雙股左手螺旋鏈右手螺旋原細(xì)絲初原纖維中纖維

毛發(fā)結(jié)構(gòu)(角蛋白構(gòu)建)(cf.Fig.3-13)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第13頁(yè)14b6-2

燙發(fā)生化反應(yīng)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第14頁(yè)15Parallelb-strandH-bonds6.5?REPEATC

NP8-13R-groupsprotrudeinoppositedirections同向遠(yuǎn)比

-螺旋更為伸展

-折疊(-strand)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第15頁(yè)16polypeptidechainalmostfullystretchedoutAntiparallelb-strandH-bonds7?REPEATCaCaCaC

NC

NN

CP8-14反向morevertical與

-螺旋鏈內(nèi)氫鍵不一樣，-折疊主要依賴鏈間氫鍵維系其穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第16頁(yè)17

Protein3-Dstructure:

silkfibroin,afibrousproteinLayersofantiparallelb-sheets,richinAlaandGly,

permittingclosepackingofb-sheetswithan

interlockingarrangementofR-groups:StabilizedbyH-bondingbetweenallpeptidelinkagesineachb-strandandbyoptimizationofvanderWaalsinteractionsbetweenb-sheetsP9-5大多數(shù)絲心蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)中都含有長(zhǎng)重復(fù)序列片段-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-絲心蛋白spinnerets蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第17頁(yè)18AA3=GlyinTypeIIb-turnsoftenfoundnearsurfaceofaprotein:peptidegroupsinAA2and3arefreetoformH-bondswithwaterb-turns:180°,by4AAP8-16

-轉(zhuǎn)角與環(huán)

--非重復(fù)性結(jié)構(gòu)

-轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第18頁(yè)196-13相鄰各股膠原螺旋均錯(cuò)位排列，每5行重復(fù)一次結(jié)締組織增齡性僵直和脆化主要與一些特殊分子內(nèi)/間共價(jià)交聯(lián)衍生物增多相關(guān)(cf.Fig.3-18)去氫羥賴氨酰正亮氨酸

(withoutCys)

膠原蛋白中存在有不一樣螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第19頁(yè)20

Collagen:atriplehelixwithaunique2°structureRepeatingtripeptideofGly-Pro-HyPro

adoptsleft-handedhelixwith~3AA/turn3heliceswrappedroundoneanotherwithright-handedtwist=1collagenmoleculeGlycinesfoundatthetightjunctionwherethe3chainsareincontact(-N-Hdonor)P9-3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第20頁(yè)21(cf.Fig.3-17)XY蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第21頁(yè)22Every3rdAAisaGly,andmanyoftheremainingsarePro/HyPro.NoticehowtheGlyformsatinyelbowpackedinsidethehelix,andnoticehowtheProandHyProsmoothlybendthechainbackaroundthehelix.ThelargerAlaplacedinthepositionnormallyoccupiedbyGlyshowsthatitcrowdstheneighboringchains.

AspecialAAsequencemakesthetightcollagentriplehelixparticularlystable膠原蛋白分子中三股右超螺旋為錯(cuò)位結(jié)構(gòu)H-bonddonorH-bondreceptorPro/Lys羥化需要Vc參加，可增加鏈間氫鍵蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第22頁(yè)23t6-1

纖維蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及其特征蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第23頁(yè)24于1959年以X-射線法測(cè)定出Mb晶體結(jié)構(gòu)：153個(gè)AA殘基大多處于8個(gè)

-螺旋中(A→H)，大小約為~44×44×25?V7-1血紅素

hemeMyoglobin(Mb)球蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-常由不一樣二級(jí)結(jié)構(gòu)元件組成-疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈多暴露在表面-多肽鏈折疊盤繞呈球狀-表面有裂隙，常為活性部位

eg.enzymesand

regulatoryproteinsJohnC.Kendrew1917-1997

(NPinChemistry,1962)§3.肌紅蛋白是首個(gè)被確定含有三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第24頁(yè)25HisF814656-17

血紅素

Hemegroup-主體為原卟啉Ⅸ四吡咯環(huán)系統(tǒng)-呈不飽和且高度共軛平面結(jié)構(gòu)-羧乙基取代基可與臨近堿性殘基以鹽橋/離子鍵連接-還原態(tài)Fe2+取代原卟啉Ⅸ中2個(gè)H+

而形成共振雜化體亞甲基橋連接吡咯環(huán)Fe2+配位鍵(cf.Fig.3-32)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第25頁(yè)26

肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)(whale’smyoglobin)Space-fillingmodelwith

allAAsidechainsheme疏水氨基酸側(cè)鏈(Leu,Ile,Val,Phe,Met)大多位于分子內(nèi)部而形成致密疏水關(guān)鍵，H2O基礎(chǔ)上均被排出8

-helicalsegments(~80%ofMb’s153AA)P9-6除去heme以外多肽鏈成份為珠蛋白(脫輔蛋白)疏水裂隙蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第26頁(yè)27

一些小分子蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)6-18核糖核酸酶細(xì)胞色素c溶菌酶functiongroups(usu.incleft)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第27頁(yè)28t6-2羧肽酶常見單肽鏈蛋白質(zhì)基礎(chǔ)二級(jí)結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第28頁(yè)29(cf.Fig.3-22)一級(jí)結(jié)構(gòu)上相距甚遠(yuǎn)殘基可能在三級(jí)結(jié)構(gòu)中靠得很近而造成其側(cè)鏈基團(tuán)對(duì)應(yīng)互作-非極性殘基間疏水互作(3)是多肽鏈折疊主要驅(qū)動(dòng)力(熵效應(yīng))-vanderWaals力(4)和氫鍵(2)有利于穩(wěn)定球蛋白高級(jí)結(jié)構(gòu)

(foldstrategy,cf.p80)-共價(jià)交聯(lián)(5)和離子互作

(1)亦可幫助維持天然構(gòu)象穩(wěn)定

球蛋白折疊依賴于各種弱互作蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第29頁(yè)30水分子圍繞疏水溶質(zhì)形成籠形結(jié)構(gòu)將造成其有序度增加而熵值對(duì)應(yīng)減小，結(jié)果將迫使疏水溶質(zhì)之間形成凈吸引(=疏水互作)G2-5疏水互作(~entropyeffect)(cf.Fig.3-24)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第30頁(yè)31蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第31頁(yè)32

-起始結(jié)構(gòu)單元形成有利于后續(xù)結(jié)構(gòu)單元正確排列(cf.Fig.3-29)

-酶催化異構(gòu)反應(yīng)能夠幫助多肽鏈折疊

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)催化二硫鍵交換或改組以確定天然配對(duì)方式

肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶加速脯氨酰肽鍵異構(gòu)化

-分子伴侶能提升多肽鏈正確折疊率(cf.p80~)

蛋白質(zhì)折疊是協(xié)同、有序進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第32頁(yè)33蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶作用機(jī)制(proteindisulfideisomerase)還原態(tài)PDI經(jīng)過二硫鍵交換反應(yīng)催化非天然態(tài)二硫鍵重排以產(chǎn)生其天然態(tài)連接非天然態(tài)二硫鍵(熱力學(xué)不穩(wěn)定)天然態(tài)二硫鍵(熱力學(xué)穩(wěn)定)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第33頁(yè)346-30①DnaJ和DnaK依次與渙散/個(gè)別折疊肽鏈相互作用②DnaJ激活DnaK水解ATP，DnaK-ADP與渙散肽鏈緊密結(jié)合③GrpE(ingerm)

激活A(yù)DP釋放，

使DnaJ與DnaK脫離④ATP與DnaK結(jié)合、進(jìn)入下一輪循環(huán)或釋出已形整天然構(gòu)象蛋白質(zhì)非結(jié)合區(qū)段形成(個(gè)別)正確折疊分子伴侶作用機(jī)制結(jié)合渙散/個(gè)別折疊肽鏈，防止裸露疏水片段不恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合Chaperonin在真核類還未確定其存在相當(dāng)于真核類Hsp40和Hsp70(cf.p81&633)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第34頁(yè)3543%-helix

30%-helix43%-strand

錯(cuò)誤折疊將因3D結(jié)構(gòu)異常而可能造成蛋白質(zhì)失去正常功效甚至引發(fā)病變(eg.MadCowDiseasecausedbyPrion)StanleyPrusiner1942~

Med./Phys.NP1997蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第35頁(yè)36常見變性原因(cf.p78~)

-pH影響AA殘基側(cè)鏈解離狀態(tài)斷裂氫鍵/破壞離子對(duì)/形成電荷排斥區(qū)

-加熱引發(fā)振動(dòng)/增加旋轉(zhuǎn)能量

-化學(xué)試劑破壞疏水互作斷裂二硫鍵等共價(jià)連接Denaturation-變性一些環(huán)境原因或化學(xué)劑可能造成蛋白質(zhì)天然構(gòu)象被破壞并伴隨其生物活性喪失相當(dāng)于一些弱互作解體而使多肽鏈呈隨機(jī)卷曲構(gòu)象吳憲(1893-1959)

§4.

變性原因可引發(fā)蛋白質(zhì)去折疊

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第36頁(yè)3726-8440-9558-11065-72ChristianAnfinsen1916-1995

牛胰RNaseA變-復(fù)性試驗(yàn)(1957)naturalRNaseA

-124AA

-4pairs-S-S-99%配對(duì)不正確(酶活性僅有1%)2-巰基乙醇intheair1972NPinChemistry(cf.Fig.3-26)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第37頁(yè)38-蛋白質(zhì)天然構(gòu)象通常處于某種邊緣性穩(wěn)定

(變性所需能量通常僅相當(dāng)于3~4個(gè)氫鍵被破壞)-一些蛋白質(zhì)在形成隨機(jī)卷曲構(gòu)象時(shí)就已經(jīng)是完全去折疊了，但有些在變性時(shí)卻仍能保留相當(dāng)多內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而在一定條件下能夠復(fù)性或重新折疊(eg.消除變性原因)

renaturation-變-復(fù)性研究理論意義：直接證實(shí)蛋白質(zhì)天然構(gòu)象是由其一級(jí)結(jié)構(gòu)所確定變-復(fù)性試驗(yàn)推論…-二硫鍵是在多肽鏈依據(jù)其一級(jí)結(jié)構(gòu)提供信息自發(fā)折疊成其天然構(gòu)象之后才形成，以維系/鎖定蛋白質(zhì)構(gòu)象相對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第38頁(yè)39helix-loop-helix(

)

hairpinGreekkeyW2.14

超二級(jí)結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)二級(jí)結(jié)構(gòu)元件組合(cf.p71~)motif-通常由一級(jí)結(jié)構(gòu)相鄰片段所組成§5.

球蛋白還含有超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第39頁(yè)40W5-30C-endN-end

超螺旋中七殘基重復(fù)序列疏水殘基荷電殘基極性殘基superhelix-平行螺旋主要依靠相鄰側(cè)疏水互作結(jié)合-外側(cè)荷電與極性殘基可與溶劑水互作而穩(wěn)定(cf.Fig.3-14)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第40頁(yè)41

結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)球狀分立單位

迂回

/

折疊桶W2.15domain-通常包括到一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距較遠(yuǎn)片段-普通都含有特殊功效，eg.

結(jié)合小分子配體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第41頁(yè)426-21

由若干個(gè)類似

基元構(gòu)建而成

/

折疊桶兔丙酮酸激酶一個(gè)結(jié)構(gòu)域疏水結(jié)合或反應(yīng)區(qū)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第42頁(yè)43甘油醛-3-磷酸脫氫酶雙結(jié)構(gòu)域亞基(x4)V6-30底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域肌鈣蛋白CCa-結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域形成：

-動(dòng)力學(xué)上更為合理-功效上便于結(jié)合底物輔基結(jié)合結(jié)構(gòu)域

大蛋白普通含有多個(gè)結(jié)構(gòu)域(cf.Fig.3-21)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第43頁(yè)44-血紅蛋白是四聚體-血紅蛋白和肌紅蛋白氧合曲線不一樣-血紅蛋白是別構(gòu)蛋白-鐮形細(xì)胞貧血病是一個(gè)分子病(cf.Sec.5~6)MaxPerutz&JohnKendrewspentnearly20yearsforsolvingthestructuresofmyoglobinandhemoglobin.NPinChemistry1962

"fortheirstudiesofthestruc-turesofglobularproteins"§6.

含有四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是球狀亞基組裝體

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第44頁(yè)45

subunits(141AA)subunits(146AA)6-23Hb實(shí)際上是

二聚體(

互作要比/強(qiáng)得多)Hemoglobin(2

2

)⑴血紅蛋白是四聚體(cf.Fig.3-34)四級(jí)締合含有結(jié)構(gòu)與功效優(yōu)越性(cf.p85~)3*108Hb/RBC(~4.5mmol/L)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第45頁(yè)46

脫氧Hb各亞基間有八對(duì)鹽鍵-

鏈內(nèi)兩對(duì)-

鏈間四對(duì)-

-鏈間兩對(duì)(cf.Fig.3-41)7-9Alloftheselinksareabolishedinthedeoxytooxytransition.氧合時(shí)均斷開蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第46頁(yè)47MbMbP50=2.8HbP50=26-高p(O2)時(shí)，Mb/Hb對(duì)O2親和性都很高，幾乎均被飽和-低p(O2)時(shí)，Mb對(duì)O2親和性則顯著高于Hb，使O2

被轉(zhuǎn)移到Mb上Zh2-22二者生理作用與其在低氧分壓下對(duì)O2相對(duì)親和性直接相關(guān)

⑵Mb和Hb氧解離曲線不一樣(cf.Fig.3-31&3-36)工作肌肉中毛細(xì)血管p(O2)?y<10%?y>70%肺泡p(O2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第47頁(yè)48Zh2-23/24協(xié)同效應(yīng)(cooperation)一個(gè)亞基與配體結(jié)合會(huì)影響到另一個(gè)亞基結(jié)合其配體能力

Hb與O2結(jié)合表現(xiàn)為正協(xié)同效應(yīng)(Perutz

mechanism)T態(tài)

未結(jié)合O2時(shí)

和

呈對(duì)角排列，結(jié)構(gòu)較緊密R態(tài)

結(jié)合O2后

和

長(zhǎng)軸呈現(xiàn)15o夾角，結(jié)構(gòu)相對(duì)松弛HbT-R態(tài)互變(cf.Fig.3-38)+O2–O2tensestaterelaxedstate蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第48頁(yè)497-10-T→R態(tài)轉(zhuǎn)換使各亞基均發(fā)生相對(duì)位移，進(jìn)而影響到一些離子對(duì)之間相互作用兩對(duì)鹽橋因HisHC3旋轉(zhuǎn)移位進(jìn)入亞基間空穴而不復(fù)存在T→R態(tài)轉(zhuǎn)換造成亞基間空穴縮小蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第49頁(yè)507-11-F螺旋肽段在Hb結(jié)合O2時(shí)發(fā)生相對(duì)位移被認(rèn)為是觸發(fā)T→R態(tài)轉(zhuǎn)變之關(guān)鍵結(jié)合O2后Fe2+因自旋態(tài)改變而半徑變小，進(jìn)入卟啉環(huán)0.6?，經(jīng)過拖動(dòng)HisF8而影響附近肽段構(gòu)象

亞基之間鹽鍵斷裂

使亞基之間結(jié)合松弛而轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)(cf.Fig.3-39/40)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第50頁(yè)51-BPG在正常生理?xiàng)l件下帶電荷為–5-正常紅細(xì)胞約含4.5mmol/LBPG，幾乎與Hb等摩爾G15.36⑶Hb是別構(gòu)蛋白(allostericprotein)2,3-Bisphosphoglycerate

2,3-二磷酸甘油酸(BPG)是Hb主要?jiǎng)e構(gòu)效應(yīng)物

(asIHP/ATPforbird/fish)別構(gòu)效應(yīng)結(jié)合于蛋白質(zhì)分子特定部位配體對(duì)該蛋白其它部位產(chǎn)生影響(eg.改變親和力/催化能力)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第51頁(yè)52BPG能結(jié)合在T態(tài)Hb中央空穴中而使之穩(wěn)定，但R態(tài)中該空穴因兩條鏈C-末端His殘基移入而不足以容納BPGG15.37BPG5個(gè)負(fù)電荷被兩條

鏈伸出8個(gè)陽(yáng)離子基團(tuán)所包圍Val

1(NA1)His

2(NA2)Lys

82(EF6)His

143(H21)[Ser143forHbF(

2

2)]Glu→Val造成HbS(cf.Fig.3-44)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第52頁(yè)537-17BPG結(jié)合使T態(tài)穩(wěn)定(降低Hb對(duì)O2親和性)

Hb處于T態(tài)時(shí)，在

鏈間與BPG負(fù)電荷相互作用帶正電荷肽段形成一個(gè)足夠大空穴，但在氧合并轉(zhuǎn)化成R態(tài)之后該BPG結(jié)合空穴即不復(fù)存在-BPG與脫氧Hb結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第53頁(yè)54BPG和CO2對(duì)HbO2解離曲線影響(cf.Fig.3-42&3-43)G15.35ChristianBohr1855-1911Bohr

effectCO2使Hb對(duì)O2親和性下降CO2+H2O

H++HCO3–

pH

質(zhì)子化

形成有利于T態(tài)穩(wěn)定離子對(duì)~10%O2morereleasedwhenpH7.4→7.2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第54頁(yè)55

BPG與高原適應(yīng)(cf.p97~)~3,000m高度上氧分壓僅為海平面70%(~110mmHg)

動(dòng)脈血氧分壓

(<85mmHg有害)生理性適應(yīng)-紅細(xì)胞大量合成BPG4.57.5mmol/L僅需1~2天-增加紅細(xì)胞數(shù)量普通需要數(shù)周時(shí)間/血液粘滯度

-加大紅細(xì)胞[Hb]正常值(~4.5mmol/L)已近結(jié)晶態(tài)[BPG]

Hb與O2親和力

Hb釋放O2

Note:口服/注射BPG無(wú)效(磷酸糖不能穿過細(xì)胞膜)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第55頁(yè)56正常成熟紅細(xì)胞(HbA)外形均一鐮形貧血病紅細(xì)胞(HbS)外形多變，長(zhǎng)而僵硬，不易經(jīng)過毛細(xì)血管，而且很輕易破裂及凝集7-18⑷鐮形細(xì)胞貧血病是一個(gè)分子病JamesHerrick1861-1954

-最初于1904年在芝加哥一名嚴(yán)重貧血黑人大學(xué)生體內(nèi)發(fā)覺：Herrick'ssyndrome-V.Mason于1922年定名為

sicklecellanemia，但錯(cuò)誤地認(rèn)為是由顯性基因造成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第56頁(yè)57-LinusPauling等(1940s)采取電泳法將HbA與HbS成功分離，首次揭示出遺傳性疾病分子基礎(chǔ)，并進(jìn)而證實(shí)了該病隱性遺傳特征HbS攜帶正電荷要比HbA更多-VernonIngram等(1956)在氨基酸序列分析中深入發(fā)覺，正是鏈Glu6th被

Val所替換造成了HbA轉(zhuǎn)變成HbS，而這一致命替換最終被證實(shí)是由編碼該鏈基因中單個(gè)核苷酸突變所引發(fā)

(GAA/GGUA/G)1924-(cf.p54)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第57頁(yè)58-脫氧HbS纖維結(jié)構(gòu)Val殘基側(cè)鏈脫氧HbS在纖維中排列(僅顯示3個(gè)亞基)HbS1Val側(cè)鏈嵌入HbS2中由PheF1(85)和LeuF4(88)殘基形成疏水口袋，而后者在R態(tài)中幾乎不存在V7-17g蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第58頁(yè)59突起加大輕易相互凝集7-19直徑~220?-脫氧HbS纖維形成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第59頁(yè)60關(guān)鍵點(diǎn)提醒⑴蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)水平可分為四級(jí)：一級(jí)結(jié)構(gòu)即氨基酸序列，二級(jí)指局部肽段有規(guī)律折疊，三級(jí)是整條多肽鏈3D構(gòu)象，四級(jí)則是能穩(wěn)定結(jié)合兩條及更多多肽鏈/亞基空間關(guān)系⑵多肽鏈中相鄰氨基酸殘基經(jīng)過肽鍵連接，肽鍵含有個(gè)別雙鍵特征，使整個(gè)肽單位呈極性平面結(jié)構(gòu)，且肽平面中兩個(gè)C

大多為反式構(gòu)型⑶基礎(chǔ)二級(jí)結(jié)構(gòu)包含

-螺旋、-折疊和轉(zhuǎn)角等，前兩種分別依賴于鏈內(nèi)及鏈間氫鍵穩(wěn)定；三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定則主要依賴于疏水性和離子性等弱互作⑷變-復(fù)性試驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)及功效均取決于其一級(jí)結(jié)構(gòu)/氨基酸序列蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第60頁(yè)61關(guān)鍵點(diǎn)提醒(續(xù)1)⑸肌紅蛋白為單一多肽鏈蛋白，其氧合曲線呈雙曲線型，功效主要是接收血紅蛋白釋放氧；血紅蛋白由

2

2

組成，各肽鏈均與肌紅蛋白相同，其氧合曲線呈S型，表明與氧結(jié)合含有協(xié)同性，功效是將氧由肺運(yùn)輸?shù)酵庵芙M織⑹2,3-二磷酸甘油酸可結(jié)合脫氧血紅蛋白而降低其對(duì)氧親和性，血液中CO2可經(jīng)過Bohr效應(yīng)促進(jìn)氧脫離血紅蛋白⑺正常人血紅蛋白中鏈第六位是Glu，當(dāng)其替換為Val時(shí)即造成鐮形細(xì)胞貧血病蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第61頁(yè)62作業(yè)1)多肽鏈片段是在疏水還是親水環(huán)境中更利于

-螺旋形成？為何？2)簡(jiǎn)述牛胰核糖核酸酶(RNaseA)變性-復(fù)性經(jīng)典試驗(yàn)。該試驗(yàn)說(shuō)明了什么問題？3)維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要相互作用有哪些？分別包括到蛋白質(zhì)哪些功效基團(tuán)？4)以Hb為例簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與其功效之間相互關(guān)系5)為何生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)以寡聚體形式存在？蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第62頁(yè)63一、選擇2,3,5,8,9,11,16,21二、填空3,5,8,11,15三、名詞解釋4~15四、判斷5,11~13,20,21,30,31五、簡(jiǎn)答與敘述4,5,8復(fù)習(xí)題p28~33:p38~41:一、選擇1~3二、填空2,5三、名詞解釋2,4~9四、判斷4,7,14五、簡(jiǎn)答與敘述7蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第63頁(yè)64蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能s第64頁(yè)65Prionsarepathogenicvariantsofproteinsthatarenaturallyproducedinnervecellsandcertainothercells.Theyhavebeenimplicatedinavarietyoftransmissiblespongiformencephalopathies,includingsheepscrapie,madcowdisease,andhumannew-variantCreutzfeldt-Jakobdisease.Normal,healthyprionsarereferredtoasprionproteincellular(PrPc).Intheillustration,theproductionofPrPcisshownfromthenucleus(a).RNAthatcodesforPrPcisproducedinthenucleusandexitsviathenuclearpore.TheRNAthenpassesalongribosomesattachedtotheroughendoplasticreticulum(rER).PrPcisformedintherERandthenprogressesupthroughtheGolgicomplex.AttheupperfaceoftheGolgi,vesiclescontainingPrPcbudoffandtraveltothecellsurface(b).There,theyfusewiththecellmembraneandsodischargetheircargo(c).Bythismeans,thecellularproteinscometositontheexteriorofthecell.Inthisillustration,PrPcparticlesencounterrogueprions,showninpurple(d).Thesearetermedprionproteinscrapie(PrPsc),forthepriondiseaseofsheep.Suchrogueprionsseemtoforcenormalproteinstochangeshape.Bothtypesofprotein—PrPcanditscorrespondingprions—arethesamechemical,butindifferentshapes.Equivalenttothetransmissionofinfection,suchconformationalshiftingmaytakeplaceatthecellsurfaceorincaveolae(oneisshownasasmallinvaginationinthecellmembrane).Insuchvesicles,residualPrPcmaycontinuetobeflippedbycontactwithrogueconformationsforsometime.Prionspolymerize,finallyappearingaspurplefibrils(e).PrPscisresistanttodegradationbytheenzymescontainedinlysosomes(shownherefloatingnearby).Consequently,PrPscaccumulatesinthecell.PrPscvesiclesmayalsotraveltotheGolgiandinterceptPrPcthatisbeingprocessedthere.Inthisway,PrPcparticlescanbeswitchedtotherogueformbeforetheyreachthesurfaceofthecell.Bysuchmechanisms,PrPcmaybeswitchedtoPrPscatvariouspointsinando