《生化蛋白质化学》课件

第四节

蛋白质结构与功能一、蛋白质的一级结构决定其高级结构牛核糖核酸酶（RNase）核糖核酸酶的变性与复性（C.Anfinsen）8mol/L尿素，巯基乙醇（HOCH2CH2SH）变性还原核酸酶透析去除尿素巯基乙醇空气氧化巯基随机重组4个正确配对二硫键的概率：1/7x1/5x1/3=1/105二、蛋白质的一级结构与功能1.同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属差异与生物进化

同源蛋白质与物种间的系统发生关系:

不同种属细胞色素C分子中氨基酸残基的差异响尾蛇鲤鱼蜗牛飞蛾酵母菜花羊人类黑猩猩防风分子分类方法：进化树（系统发生树）

2.一级结构的微小差别可导致

生理功能的重大不同：分子病例：镰刀形红细胞贫血（sickle-cellanemia）

N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys····C(146)

HbS（sickle-cellhemoglobin）β肽链：HbA（adulthemoglobin）β肽链：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys····C(146)

这种由基因突变使蛋白质分子结构及功能变异导致的疾病，称为“分子病”。ObservedNormalrangeRedcellcount2.6×106/ml4.6～6.2×106/mlHemoglobincontent8g/100ml14～18g/100mlWhitecellcount15,250/ml4,000～10,000/ml患者与正常人血象差异HbA与HbS的分析鉴定指纹分析（fingerprint）N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys····C(146)

N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys····C(146)

三、蛋白质的空间结构与功能

蛋白质的空间结构与其生物学功能密切相关，生物体中各种蛋白质都有自己特定的空间构象，这种构象与它们的功能是相适应的，如果空间构象发生了改变，蛋白质的生理功能也就随之消失。1.胰岛素的结构和功能胰岛素和它的前体三对二硫键使不同来源的胰岛素具有相同的空间构象

2.血红蛋白的结构与功能（1）血红蛋白的结构

脊椎动物血红蛋白由4个亚基组成；成人血红蛋白主要为HbA，亚基组成为：α2β2

血红蛋白近似球形

4个亚基占据4面体的4个顶角α、β间作用强；α、α或β、β间作用弱（2）血红蛋白的功能（3）血红蛋白与氧的结合具协同性

血红蛋白的存在形式氧合血红蛋白：Hb(O2)去氧血红蛋白：Hb饱和度：血红蛋白分子上已结合氧位置数与可结合氧位置数之比。血红蛋白与肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白与肌红蛋白结构的比较

肌红蛋白（Mb）8段α-螺旋(7-23AA):A—H非螺旋区:NA，AB，CD，EF，FG，GH，HC血红素辅基(E-F间）153AA分子量:17.2kDMb与Hbβ-亚基的三级结构相似，一级结构不同

Hb:α-亚基：141个氨基酸,β-亚基：146氨基酸,α2β2

分子量：64.45kD原卟啉环和血红素分子的结构原卟啉环：四吡咯环血红素

亚铁血红素→亚铁血红蛋白——与氧结合

高铁血红素→高铁血红蛋白——不与氧结合NCCCCNCCCCNCCCCNCCCCHCCHHCCHCH3CH=CH2CH2COO-CH2CH2COO-CH2CHCH3CH3H3CH2CFe2+NCCCCNCCCCNCCCCNCCCCHCCHHCCHCH3CH=CH2CH2COO-CH2CH2COO-CH2CHCH3CH3H3CH2CFe3+氧合肌红/血红蛋白中血红素铁离子的6个配体(His93)氧的结合诱导血红蛋白分子构象的变化(低铁-氧,高铁-水)(E7)(F8)近氧合使Fe2+落入卟啉环氧合改变肌红/血红蛋白的构象脱氧与氧合血红蛋白的构象变化

脱氧血红蛋白分子中的盐键

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）

T态（tensestate）紧张态氧亲和力低

R态（relaxedstate）松驰态氧亲和力高肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧合曲线

肌红蛋白和血红蛋白氧合示意图

（4）2，3—二磷酸甘油酸（BPG）可降低血红蛋白与氧的亲和力BPG降低Hb对氧的亲和力，增加Hb的卸氧量BPG与去氧Hb的结合部位高负电荷BPG与β链Lys82、His2、His143、Val1等残基的正电基团相互作用，将两β链铰链。BPG对Hb氧合曲线的影响正常人红血球含4.5mmol/LBPG，与血红蛋白等摩尔数高山缺氧，BPG代偿性增高严重阻塞性肺气肿，BPG代偿性增高胎儿血红蛋白（HbF：α2γ2His143→Ser143）与BPG亲合力低，与氧亲合力高

（5）质子和二氧化碳促进血红蛋白释放氧（Bohr效应）细胞呼吸终产物在体内水合为碳酸氢盐:CO2+H2O↔H2CO3↔H++HCO3-代谢旺盛组织：CO2↑，H+↑去氧血红蛋白比氧合血红蛋白对H+的亲和力大：HbO2+H+↔HbH++O2Bohr效应的意义：在代谢旺盛的组织，高H+和CO2

浓度，促进氧的释放，有利于组织摄取氧。在肺部pCO2降低，有利于Hb对氧的结合。3.免疫球蛋白（immunoglobuing，Ig）

的结构与功能

(1)抗原与抗体的一般概念抗原：能引起免疫反应的生物大分子（包括蛋白、核酸、多糖、毒素等）或病原体（细菌、病毒等）称为抗原。抗体（免疫球蛋白）：血浆糖蛋白，由肝、脾、淋巴结等组织的网状内皮细胞合成。抗体的特点是特异性强，专一识别相应的抗原；多样性。(2)免疫球蛋白G(IgG)的结构与功能Mr:150000Fab：fragmentofantigenbindingFc：fragmentofcrystallization木瓜蛋白酶：2Fab，Fc胃蛋白酶：F(ab)2B细胞再次免疫主要抗体，血中最丰富抗体，唯一可通过胎盘抗体。木瓜蛋白酶胃蛋白酶抗原结合部位糖链重链H轻链L铰链区V；variabledomain，可变区C：constantd