生物化学（上）：6蛋白质结构与功能的关系

1、第一单元第一单元 蛋白质化学蛋白质化学第三章第三章 氨基酸氨基酸第四章第四章 蛋白质的共价结构蛋白质的共价结构第五章第五章 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构第六章第六章 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第七章第七章 蛋白质的分离、纯化和表征蛋白质的分离、纯化和表征第6 6章 蛋白质结构与功能的关系一、肌红蛋白的结构与功能一、肌红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病四、免疫系统和免疫球蛋白四、免疫系统和免疫球蛋白五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩一、肌红蛋白的结构与功能l（一）肌红蛋

2、白（一）肌红蛋白(myoglobin, Mb)(myoglobin, Mb)的三级结构的三级结构l（二）辅基血红素（二）辅基血红素(heme)(heme)l（三）（三）O O2 2与肌红蛋白的结合与肌红蛋白的结合l（四）（四） O O2 2的结合改变肌红蛋白的构象的结合改变肌红蛋白的构象 MbMb与与O O2 2结合，结合，FeFe+被拉回铁卟啉环，铁卟啉被拉回铁卟啉环，铁卟啉环由圆顶状变成平面。环由圆顶状变成平面。l（五）肌红蛋白结合氧的定量分析（五）肌红蛋白结合氧的定量分析（见P256曲线）(一)肌肌红红蛋蛋白白的的三三级级结结构构 抹香鲸肌红蛋白（三级结构）抹香鲸肌红蛋白（三级结构） 盘

3、状物代表血红素盘状物代表血红素（二）辅基血红素结构原卟啉原卟啉和血红素结构和血红素结构（三）（三）O2与肌红蛋白的结合与肌红蛋白的结合FeHis圆顶状圆顶状Fe水平状水平状见见P255图图6-5F8F段螺旋第段螺旋第8 8位的位的HisF段螺旋第段螺旋第8 8位的位的HisO O2 2 及及 COCO 与肌红蛋白血红素与肌红蛋白血红素FeFe的结合的结合咪唑咪唑氧合肌红蛋白氧合肌红蛋白 未结合氧时，未结合氧时，5 5个配位键，个配位键，FeFe位于卟啉环上方位于卟啉环上方0.055nm0.055nm； 结合氧时，结合氧时， FeFe被拉进卟啉环，被拉进卟啉环，HisHis同时被拉动引起构象改变

4、。同时被拉动引起构象改变。见见P255图图6-5结合咪唑的游离血红素结合咪唑的游离血红素肌红蛋白：肌红蛋白：CO复合物复合物ABCC二、血红蛋白 (hemoglobin, Hb) 的结构与功能 ( (一一) )血红蛋白的结构血红蛋白的结构 ( (二二) )氧结合引起的氧结合引起的血红蛋白构象变化血红蛋白构象变化 ( (三三) )血红蛋白的协同性氧结合血红蛋白的协同性氧结合(Hb(Hb氧结合曲线）氧结合曲线） ( (四四)H)H+ +、COCO2 2和和BPGBPG对血红蛋白结合氧的影响对血红蛋白结合氧的影响( (一一) )血红蛋白的结构血红蛋白的结构l 血红蛋白是由四个亚基组成，血红蛋白是由四

5、个亚基组成，2 2个个-亚基，亚基，2 2个个-亚基，每个亚基由一条多肽链与一个血亚基，每个亚基由一条多肽链与一个血红素辅基组成红素辅基组成 。个亚基以正四面体的方式。个亚基以正四面体的方式排列，彼此之间以非共价键相连排列，彼此之间以非共价键相连点击见图点击见图 血血红红蛋蛋白白 血红蛋白是由两个血红蛋白是由两个-亚基和两个亚基和两个-亚基组成的亚基组成的四聚体（四聚体（2 22 2），有稳定），有稳定的四级结构，与氧的亲和的四级结构，与氧的亲和力很弱。力很弱。 ( (二二) )氧结合引起的血红蛋白构象变化氧结合引起的血红蛋白构象变化 但当氧与血红蛋白分子中一个亚基的血红素辅基的铁结但当氧与血

6、红蛋白分子中一个亚基的血红素辅基的铁结合（第六个配位键）后，合（第六个配位键）后， FeFe+被拉回卟啉环，铁卟啉环由圆被拉回卟啉环，铁卟啉环由圆顶状变成平面，与第顶状变成平面，与第5 5配位键连接的配位键连接的HisHis发生位移，并引起该发生位移，并引起该亚基构象改变，一个亚基构象的改变又引起其余亚基的构象亚基构象改变，一个亚基构象的改变又引起其余亚基的构象相继发生改变，相继发生改变，亚基间的次级键被破坏，结果整个分子从紧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（与氧

7、结合的速度大大加快（Domino EffectDomino Effect ）。）。 点击见图点击见图( (二二) )氧结合引起的血红蛋白构象变化氧结合引起的血红蛋白构象变化与氧与氧结合结合时血时血红蛋红蛋白四白四级结级结构变构变化示化示意图意图 (三)血红蛋白的协同性氧结合 (Hb氧结合曲线）HbHb和和MbMb氧氧结结合合曲曲线线的的比比较较饱饱和和度度( (四四)H)H+ +、COCO2 2和和BPGBPG 对血红蛋白结合氧的影响对血红蛋白结合氧的影响1. H1. H+ + 、COCO2 2促进促进O O2 2的释放（的释放（BohrBohr效应）效应）2 2、BPGBPG（2 2，3-3

8、-二磷酸甘油酸）二磷酸甘油酸）降低降低HbHb对对O O2 2的亲的亲 和力和力 不同不同p pH H下下MbMb和和HbHb的氧饱和百分数曲线的氧饱和百分数曲线hemoglobin代谢越快，代谢越快，H H+ +或或COCO2 2越多，需要的越多，需要的氧越多，越有利氧越多，越有利于于HbHb释放释放O O2 2Bohr效应效应 当当H H+ +增加，增加，pHpH下降下降氧饱和百分数曲线氧饱和百分数曲线向右移动向右移动三、三、血红蛋白分子病血红蛋白分子病l( (一一) )分子病是遗传的分子病是遗传的l( (二二) )镰刀状细胞贫血病镰刀状细胞贫血病l( (三三) )其他血红蛋白病其他血红蛋

9、白病l( (四四) )地中海贫血地中海贫血( (二二) )镰刀状细胞贫血病镰刀状细胞贫血病 这种病在非洲这种病在非洲的某些地区发展率的某些地区发展率较高。这种病人最较高。这种病人最显著的特点是相当显著的特点是相当一部分红血球呈镰一部分红血球呈镰刀形。如图所示。刀形。如图所示。 这种病人的病因在哪里呢？是由于血红蛋白这种病人的病因在哪里呢？是由于血红蛋白分子中分子中-链上一个氨基酸的差异，即链上一个氨基酸的差异，即-链第链第6 6位原位原来是来是GluGlu，现在被，现在被ValVal取代，见图。取代，见图。Hemoglobin A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys

10、-Hemoglobin S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys- 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 6 7 8 7 8 如图所示如图所示由于由于ValVal取代了取代了GluGlu，使，使HbsHbs链表面具有密链表面具有密集的疏水支链集的疏水支链, ,这些疏水支链使这些疏水支链使HbsHbs分子集成长链，分子集成长链， 很多长链聚集成多股螺旋，将红血球挤扭成镰很多长链聚集成多股螺旋，将红血球挤扭成镰刀状。刀状。四、免疫系统和免疫球蛋白（一）免疫系统（一）免疫系统 ( (二二) ) 免疫系统能识别自我和非我免疫系统能识别自我和非我 ( (三三) ) 在细胞

11、表面的分子相互作用引发免疫反应在细胞表面的分子相互作用引发免疫反应（四）免疫球蛋白的结构和类型（四）免疫球蛋白的结构和类型（五）基于抗体（五）基于抗体抗原相互作用的生化分析方法抗原相互作用的生化分析方法（一）免疫系统 免疫（免疫（immunityimmunity）：）： 免疫系统是覆盖全部机体的防御网络。免疫是免疫系统在免疫系统是覆盖全部机体的防御网络。免疫是免疫系统在分子水平上识别分子水平上识别“自我自我”和和“非我非我”，然后破坏那些鉴定为，然后破坏那些鉴定为“非我非我”的实体。通过这种方式消灭细菌、病毒等病原体。的实体。通过这种方式消灭细菌、病毒等病原体。 免疫反应主要涉及淋巴细胞（免疫

12、反应主要涉及淋巴细胞（lymphocytelymphocyte）和巨噬细胞）和巨噬细胞（microphagemicrophage），淋巴细胞又分为两个细胞群，），淋巴细胞又分为两个细胞群，B B淋巴细胞和淋巴细胞和 T T淋巴细胞。淋巴细胞。 B B淋巴细胞：淋巴细胞：又称又称B B细胞，它在骨髓中发育完成。细胞，它在骨髓中发育完成。 T T淋巴细胞：淋巴细胞：又称又称T T细胞，它虽在骨髓中分泌但最终迁移细胞，它虽在骨髓中分泌但最终迁移 到胸腺中完成它们的后期发育。到胸腺中完成它们的后期发育。 B B（T T）细胞受体：）细胞受体：B B（T T）细胞表达的抗原特异性膜受体。）细胞表达的抗原

13、特异性膜受体。B B 淋巴细胞B B淋巴细胞：淋巴细胞： 又称又称B B细胞，它细胞，它在骨髓中发育完成。在骨髓中发育完成。通过迅速分裂产生通过迅速分裂产生记忆细胞和效应细记忆细胞和效应细胞来分泌大量可溶胞来分泌大量可溶性抗体。性抗体。T T 淋巴细胞T T淋巴细胞：淋巴细胞： 又称又称T T细胞，它虽在骨髓细胞，它虽在骨髓中分泌但最终迁移到胸腺中中分泌但最终迁移到胸腺中完成它们的后期发育。完成它们的后期发育。 T T细胞分细胞分T TH H和和T TC C两个亚群，两个亚群，通过通过TH （分泌淋巴因子）（分泌淋巴因子）和和TC （获得胞毒活性）完成免（获得胞毒活性）完成免疫。疫。 （四）免

14、疫球蛋白的结构和类型l免疫球蛋白（免疫球蛋白（IgIg） 是抗体的一种，由四条多肽链组成，两条大的链是抗体的一种，由四条多肽链组成，两条大的链称重链或称重链或 H H 链，两条小的链称轻链或链，两条小的链称轻链或 L L 链，它们通链，它们通过非共价键和二硫键连接成分子量过非共价键和二硫键连接成分子量 150,000 150,000 的复合体。的复合体。l免疫球蛋白共有免疫球蛋白共有5 5个类别：个类别： IgGIgG、IgAIgA、IgMIgM、IgDIgD和和IgEIgE（五）（五）基于抗体基于抗体抗原相互作用的生化分析方法抗原相互作用的生化分析方法ELISA（酶联免疫吸附测定）（酶联免疫

15、吸附测定） 采用抗原与抗体采用抗原与抗体的特异反应将待测的特异反应将待测物与酶连接，然后物与酶连接，然后通过酶与底物产生通过酶与底物产生颜色反应，用于定颜色反应，用于定量测定。量测定。 测定的对象可以测定的对象可以是抗体也可以是抗是抗体也可以是抗原。用于检测原。用于检测盐酸盐酸克伦特罗、毒品、克伦特罗、毒品、农药、非典肺炎等。农药、非典肺炎等。五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩 ( (一一) )肌纤维的结构肌纤维的结构 ( (二二) )肌原纤维由粗丝和细丝构成肌原纤维由粗丝和细丝构成 ( (三三) )骨骼肌的相关蛋白质骨骼肌的相关蛋白质 ( (四四) )肌肉收缩的机制：肌丝滑动模型肌肉收缩的

16、机制：肌丝滑动模型 肌肉收缩主要通过两种蛋白完成：肌肉收缩主要通过两种蛋白完成：肌球蛋白肌球蛋白是一种是一种ATPATP酶，水解酶，水解ATPATP，将其中化学能转变为机械能，机械能控制，将其中化学能转变为机械能，机械能控制肌肌动蛋白动蛋白（也称微丝或微管等）的构象变化。（也称微丝或微管等）的构象变化。ATP肌纤维肌纤维肌细胞肌细胞肌肉由许多平行的肌纤维束组成，肌纤维束中的肌肉由许多平行的肌纤维束组成，肌纤维束中的每个肌纤维就是一个肌细胞。每个肌纤维就是一个肌细胞。地中海贫血病地中海贫血病（P270） 是一种遗传性溶血性贫血病是一种遗传性溶血性贫血病, ,有有、多种类型。其共多种类型。其共同特点是由于同特点是由于珠蛋白基因的缺陷珠蛋白基因的缺陷使血红蛋白中的珠蛋白肽链使血红蛋白中的珠蛋白肽链有一种或几种合成减少或不能合成。导致血红蛋白的组成成有一种或几种合成减少或不能合成。导致血红蛋白的组成成分改变，本疾病的临床症状轻重不一，大多表现为慢性进行分改变，本疾病的临床症状轻重不一，大多表现为慢性进行性溶血性贫血。性溶血性贫血。 本病以地中海沿岸国家和东南亚各国多见，我国长江以本病以地中海沿