第章蛋白质的结构与功能

蛋白质是构成细胞内干物质的主要成分。然而蛋白质并不仅仅充当细胞的结构成分，它们还参与几乎所有的细胞功能。驱动蛋白可推动细胞器在胞质中运动，拓扑异构酶可解开扭结的DNA分子。另一些蛋白则形成抗体、毒素、激素、抗冻分子、弹性纤维、丝状结构及荧光源物质等。第一页，共五十页。第二页，共五十页。第三页，共五十页。第四页，共五十页。第五页，共五十页。第六页，共五十页。蛋白的形状与结构蛋白质的形状是由其氨基酸序列规定的蛋白质有20种不同氨基酸，每种氨基酸皆有不同的化学性质。第七页，共五十页。第八页，共五十页。蛋白质由多肽主链及与之相连的侧链构成多肽链上重复序列：多态主链。与重复链相连的是不同氨基酸的侧链。第九页，共五十页。帮助蛋白质折叠的三类非共价键第十页，共五十页。控制蛋白质折叠的第4个因素是极性与非极性氨基酸的分布苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸及色氨酸等的非极性疏水侧链在蛋白质中往往聚集在分子内部。极性侧链如精氨酸、谷氨酰胺和组氨酸等的侧链，侧倾向于排在分子的外侧，以利于与水及其他极性分子形成氢键。当极性分子位于蛋白质内部时，通常与别的极性氨基酸或多肽主链形成氢键。第十一页，共五十页。蛋白质如何折叠成紧密构像蛋白质分子内的氢键第十二页，共五十页。第十三页，共五十页。第十四页，共五十页。第十五页，共五十页。第十六页，共五十页。蛋白质折叠成能量最低的构像蛋白质的特殊的三维结构是由链上氨基酸的排列顺序决定。多肽链的最终卷曲结构或构像是由能量状况决定的，通常是处于自由能最小的构像。变性蛋白质的重新折叠第十七页，共五十页。免疫组织化学抗原修复1.组织在用甲醛固定的过程中所形成的醛键可封闭抗原的决定族。2.甲醛在保存进程中会形成羟甲基，也可封闭抗原决定族。3.在组织固定过程中，甲醛与蛋白质发生交联，形成醛交联蛋白，这种化合物封闭了抗原，使之无法表达出来。一、物理化学试剂抗原修复法1.真空负压抗原修复法2.微波辐射抗原修复法3.高压抗原修复法4.隔水热抗原修复法5.电炉加热抗原修复法二、化学试剂抗原修复法：1.胃蛋白酶消化法2.胰蛋白酶消化法第十八页，共五十页。蛋白质可形成多种复杂的形状1955年公布第一个测得全部氨基酸序列的蛋白质—胰岛素。胰岛素由A(21aa)、B(30aa)两个肽链组成

第十九页，共五十页。载磷蛋白HPr（88Aa）结构的四种不同描述第二十页，共五十页。α螺旋和β折叠是普遍的折叠形式α螺旋：α角蛋白（皮肤及其衍生物如头发、指甲及角中富含）中发现。β折叠：丝心蛋白中发现。第二十一页，共五十页。第二十二页，共五十页。第二十三页，共五十页。第二十四页，共五十页。蛋白质有多个层次的组织形式一级结构：氨基酸序列二级结构：

α螺旋与β折叠构成二级结构三级结构：一条多肽链形成的三维构象四级结构：当蛋白质不只是由一条多肽链构成时，整个结构称为四级结构。对蛋白质的构象、功能和进化的研究揭示出了另一种组织层次-----蛋白域的重要性。第二十五页，共五十页。蛋白质域是由一条多肽链上能独立折叠成紧密而稳定的结构的任一部分形成。通常含50-350个氨基酸，是构成许多较大蛋白质的模块单元。代谢物激活蛋白（CAP）：小域：与DNA结合、大域：与cAMP结合第二十六页，共五十页。第二十七页，共五十页。蛋白质可被归纳分类许多蛋白质可被归类为不同蛋白质家族。在一个家族内彼此间具有相似的氨基酸序列和三维构象。第二十八页，共五十页。较大的蛋白质分子往往含有一条以上的多态链蛋白质表面通过非共价键与别的分子相互作用的区域称为结合部位，一个蛋白质可含多个结合部位，可形成一个大蛋白。在这个蛋白质中，每条多态链称为该蛋白质的亚基。许多蛋白质分子由多个相同的亚基所组成非共价键----蛋白质折叠第二十九页，共五十页。由两种不同亚基组成的对称蛋白质血红蛋白：α与β珠蛋白构成第三十页，共五十页。一组蛋白质分子的大小及形状第三十一页，共五十页。蛋白质可组合成丝、片或球肌动蛋白丝蛋白质的组装第三十二页，共五十页。细胞外蛋白质常因共价交联而得以稳定第三十三页，共五十页。蛋白怎样发挥作用蛋白质结合其他分子一个蛋白质分子的生物学特性依赖于它和其他分子间的物理相互作用。如：作为机体的防御信号，抗体附着于病毒或者细菌；己糖激酶在催化葡萄糖和ATP反应前与它们结合；肌动蛋白分子相互结合组装成肌动蛋白丝。这些结合常呈现出很强的专一性，被蛋白质结合的物质称为该蛋白质的配体（基）。第三十四页，共五十页。结合力包括：氢键、离子键、范德瓦耳斯力以及疏水性作用。由于单个键很微弱，故有效的相互作用要求许多弱碱同时形成。第三十五页，共五十页。

蛋白质的结合部位（A）多肽链的折叠在蛋白质表面产生裂隙或洞穴。该裂隙包含一组氨基酸侧链，如此处理有利于它们仅能与特点配体形成非共价键。（B）显示蛋白质与配体之间以氢键和离子键相互作用第三十六页，共五十页。抗体结合部位极为多样化第三十七页，共五十页。蛋白质的磷酸化可引起构象的变化第三十八页，共五十页。GTP结合蛋白可发生巨大的构象变化第三十九页，共五十页。第四十页，共五十页。第四十一页，共五十页。骨髓瘤细胞：无替代途径，但长寿。淋巴细胞：可分泌抗体，具有DNA合成的两条途径。在HAT选择性培养基中（H：次黄嘌呤；A：氨基蝶呤;T:胸腺嘧啶核苷）骨髓瘤细胞：主要途径被阻断，迅速死亡。淋巴细胞：短寿细胞，存活数天后死亡。杂交瘤细胞：存活，可以分泌抗体。合成DNA一般有两条途径：一是生物合成的主要途径，利用糖和氨基酸合成核苷酸进而合成DNA，叶酸拮抗物(甲氨蝶呤)可阻断该途径；另一为替代途径，当叶酸代谢受阻断时，细胞通过HGPRT和TK利用核苷酸的前体合成核苷酸，进而合成DNA。第四十二页，共五十页。第四十三页，共五十页。第四十四页，共五十页。第四十五页，共五十页。第四十六页，共五十页。差速离心主要是采取逐渐提高离心速度的方法分离不同大小的细胞器。起始的离心速度较低，让较大的颗粒沉降到管底，小的颗粒仍然悬浮在上清液中。收集沉淀，改用较高的离心速度离心悬浮液，将较小的颗粒沉降，以此类推，达到分离不同大小颗粒的目的。此法适用于混合样品中各沉降系数差别较大组分的分离。第四十七页，共五十页。生物颗粒（细胞或细器）在十分平缓的密度梯度介质中按各自的沉降系数以不同的速度下沉而达到分离的方法。这种沉降方法所采用的介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。主要用于分离密度相近而大小不等的细胞或细胞