生物化学蛋白质结构与功能的关系
蛋白质结构与功能关系的原理
蛋白质结构与功能关系的原理
蛋白质是生物体中最重要的分子之一，它具有各种功能，包括酶催化、细胞信号传导、结构支持等。
蛋白质的结构与功能之间存在着密切的关系，其原理可以概括为以下几点：
1.蛋白质的结构决定其功能：蛋白质的功能是由其特定的结构
决定的。
蛋白质分为四个级别的结构：一级结构是由氨基酸的线性序列决定的；二级结构是由氢键形成的α螺旋和β折叠等特定的空间结构；三级结构是指蛋白质的立体折叠，由非共价作用力（如疏水作用、电荷作用等）稳定；四级结构是由多个蛋白质链相互作用形成的复合物。
这些结构的组合和稳定性使蛋白质能够达到特定的功能。
2.功能决定结构：蛋白质的功能需要特定的结构来实现。
例如，酶的活性位点具有特定的结构，能够提供特定的活性环境，从而促进催化反应。
另外，一些蛋白质的结构还可以识别和结合其他分子，例如抗体可以通过其结构与抗原结合。
因此，蛋白质的功能需求会在遗传和进化的作用下塑造其特定的结构。
3.结构与功能之间的相互作用：蛋白质的结构和功能是相互关
联的，即结构的改变可能会影响功能，功能需要的结构也可能促进结构的稳定。
一些疾病或突变可能导致蛋白质结构的异常，进而影响功能的正常发挥。
另外，蛋白质的结构和功能也受到环境条件的影响，如温度、 pH 值等。
这些相互作用可以通过
实验室研究和计算模拟来探究。
总之，蛋白质结构与功能关系的原理可以归结为结构决定功能，
而功能也可以塑造和促进结构的特定形式和稳定性。
这一原理为研究蛋白质的结构和功能提供了理论基础，并有助于理解生物化学和生物学中的多种现象。
试举例说明蛋白质结构与功能的关系
试举例说明蛋白质结构与功能的关系蛋白质是生命体系中最基本的分子之一，它们在细胞内扮演着重要的角色。
蛋白质的功能与其结构密切相关，不同的结构决定了不同的功能。
本文将从蛋白质结构、功能以及二者之间的关系三个方面进行详细阐述。
一、蛋白质结构1.1 基本概念蛋白质是由氨基酸组成的大分子聚合物，通常由20种氨基酸以不同的顺序组成。
每个氨基酸分子都有一个羧基和一个氨基，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。
1.2 蛋白质层次结构蛋白质层次结构包括四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1.2.1 一级结构一级结构指多肽链上氨基酸残基的线性序列。
这个序列决定了蛋白质所具有的化学性质和生物学性质。
1.2.2 二级结构二级结构指多肽链上相邻氨基酸残基之间发生的氢键作用形成的局部空间结构。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
1.2.3 三级结构三级结构指多肽链上所有氨基酸残基的空间排列方式。
蛋白质的三级结构通常由一些特定的氨基酸残基之间的相互作用所决定，如疏水相互作用、电荷相互作用、氢键等。
1.2.4 四级结构四级结构指由两个或多个多肽链聚合而成的完整蛋白质分子。
这种聚合方式可以是同源聚合或异源聚合。
二、蛋白质功能2.1 基本概念蛋白质在细胞内扮演着各种不同的角色，包括催化反应、传递信息、运输分子、支持细胞结构等。
2.2 催化反应许多生物化学反应需要在生理条件下进行，这些反应通常需要一个催化剂来加速反应速率。
酶是一种具有高度专一性和高效性能催化生物化学反应的蛋白质。
2.3 传递信息许多细胞信号分子是蛋白质，例如激素、生长因子和细胞因子等。
这些蛋白质通过与细胞表面受体结合来传递信息，从而调节细胞生长、分化和代谢等过程。
2.4 运输分子许多蛋白质可以作为运输分子将物质从一个地方运输到另一个地方。
例如，血红蛋白可以将氧气从肺部运输到组织和器官。
2.5 支持细胞结构许多蛋白质可以作为细胞骨架的组成部分，支持细胞的形态和稳定性。
生物化学中的蛋白质结构与功能
生物化学中的蛋白质结构与功能蛋白质是生物体内一类重要的有机化合物，它在维持生命活动中发挥着至关重要的作用。
蛋白质的结构与功能密不可分，其结构决定了其功能。
本文将探讨蛋白质的结构与功能之间的关系。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构指的是蛋白质的氨基酸序列，也就是我们常说的多肽链。
二级结构是指多肽链中局部区域的折叠方式，常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
三级结构是指整个蛋白质分子的空间构象，由多个二级结构单元组成。
四级结构是指多个蛋白质分子之间的相互作用形成的复合物。
蛋白质的结构决定了其功能。
首先，一级结构的序列决定了蛋白质的氨基酸组成，不同的氨基酸会导致蛋白质的性质和功能的差异。
例如，组成蛋白质的氨基酸中存在酸性、碱性和非极性氨基酸，它们的特性决定了蛋白质的溶解性和电荷性质。
其次，二级结构的折叠方式决定了蛋白质的稳定性和空间构象。
α-螺旋的稳定性主要由氢键决定，而β-折叠的稳定性则由氢键和范德华力共同作用。
这些折叠方式的不同会影响蛋白质的稳定性和结构的紧密程度。
再次，三级结构的空间构象决定了蛋白质的功能。
蛋白质通常需要特定的空间构象才能与其他分子发生相互作用，从而实现其特定的生物学功能。
最后，四级结构的形成使蛋白质能够与其他蛋白质或其他分子形成复合物，从而发挥更大的功能。
蛋白质的功能多种多样，涵盖了生物体内的各个方面。
首先，蛋白质可以作为酶参与生物体内的代谢反应。
酶是一类能够催化化学反应的蛋白质，它们能够提高反应速率，降低活化能，从而使生物体内的代谢反应能够在温和条件下进行。
其次，蛋白质可以作为结构蛋白提供细胞和组织的支持和稳定。
结构蛋白主要存在于细胞骨架、肌肉和结缔组织中，能够赋予细胞和组织形态和力学性能。
再次，蛋白质还可以作为运输蛋白参与物质在生物体内的运输。
例如，血红蛋白是一种重要的运输蛋白，它能够将氧气从肺部运输到组织细胞中。
此外，蛋白质还可以作为抗体参与免疫反应，作为激素参与调节生理功能，以及作为信号分子参与细胞间的信号传递等。
生物化学蛋白质之三蛋白质结构与功能的关系
§2.4 蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质一级结构与功能的关系 （一）、一级结构的变异与分子病 分子病（molecular disease）：由于基因结构改变， 蛋白质一级结构中的关键氨基酸发生改变，从而导致 蛋白质功能障碍的疾病。 【经典举例】镰形细胞贫血症：编码珠蛋白β链的结 构基因第六个密码子由CTT→CAT，相应的多肽序列中N 端的第六个氨基酸由Glu→Vla；其空间结构发生相应 改变，丧失运输氧的生物活性。
3.重金属盐沉淀 条件：pH 稍大于pI为宜; 机理：重金属盐加入之后，与带负电的羧基结合。 注意:蛋白质变性，长期从事重金属作业的人应多
吃高蛋白食品，以防止重金属离子被机体吸收后造成 对机体的损害。
4.生物碱试剂沉淀法
条件：pH稍小于pI;生物碱试剂一般为弱酸性物质， 如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。
（三）、一级结构的局部断裂与蛋白质激活： 胰岛素原一级结构与激活过程
二、蛋白质空间结构与功能的关系 (一)核糖核酸酶的变性与复性
牛核糖核酸酶的一级结构
去除尿素、 β-巯基乙醇
天然状态， 有催化活性
尿素、β-巯基乙醇
非折叠状态，无活性
注意:蛋白质的功能取决于特定的天然构象，而规定其 构象的信息包含在它的氨基酸序列中。
引起的一种人和动物神经退行性病变。
正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某
种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的
PrPsc，从而致病。
PrPc α-螺旋
PrPsc β-折叠
正常
疯牛病
小结
一级结构
基 础
决定
功能
空间结构
直 接 体 现Biblioteka 注意：蛋白质的结构与功能是高度统一的。
蛋白质结构与功能关系
蛋白质结构与功能关系
1. 由较短肽链组成的蛋白质一级结构，其结构不同，生物功能也不同。
如加压素和催产素都是由垂体后叶分泌的九肽激素。
它们之间仅在分子中有两个氨基酸残基的差异，以异亮氨酸代替苯丙氨酸，以亮氨酸代替精氨酸。
加压素促进血管收缩、血压升高和促进肾小管对水的重吸收，起抗利尿作用，故又称抗利尿素;而催产素则刺激子宫平滑肌收缩，起催产作用。
2. 由较长肽链组成的蛋白质一级结构中，其中“关键”部分结构相同，其功能也相同：“关键”部分改变，其功能也随
之改变。
基因突变可能引起蛋白质的一级结构改变，导致功能改变而致病，如镰刀型贫血。
这是由于血红蛋白(HbA)中的β链N端第6个氨基酸残基谷氨酸被缬氨酸替代所引起的一种遗传性疾病。
生物化学中的蛋白质结构与功能关系分析
生物化学中的蛋白质结构与功能关系分析蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，它们不仅参与到细胞的结构和功能中，还承担着许多生物过程的调控和催化作用。
蛋白质的结构与功能之间存在着密切的关系，了解这种关系对于揭示生命的奥秘具有重要意义。
蛋白质的结构可以分为四级：一级结构是指由氨基酸残基的线性排列所组成的多肽链；二级结构是指多肽链中氢键的形成所导致的局部结构，如α螺旋和β折叠；三级结构是指多肽链的整体折叠方式，由各种非共价作用力如疏水作用、静电作用、范德华力等所维持；四级结构是指多肽链之间的相互作用形成的复合体，如蛋白质亚基之间的相互作用。
蛋白质的结构决定了它的功能。
一方面，蛋白质的结构决定了它的空间构型和表面特性，从而决定了它与其他分子的相互作用方式。
例如，酶作为一类特殊的蛋白质，通过其特定的结构能够与底物结合，并催化底物的转化反应。
酶的活性位点通常位于蛋白质的表面，通过与底物之间的非共价作用力如氢键、离子键等相互作用，实现了底物的定向结合和催化反应的进行。
另一方面，蛋白质的结构还决定了它的稳定性和折叠能力。
蛋白质的折叠状态直接影响其功能的发挥。
当蛋白质的结构发生改变时，如突变或热变性等，其功能往往会受到影响甚至完全丧失。
蛋白质的结构与功能之间存在着相互依赖的关系。
一方面，蛋白质的功能要求其结构的稳定性和精确性。
例如，抗体是一类具有高度特异性的蛋白质，其结构的稳定性决定了其能够特异地与抗原结合，并发挥免疫应答的作用。
另一方面，蛋白质的结构也受到其功能的影响。
例如，一些蛋白质在特定的环境条件下会发生构象改变，从而改变其功能。
这种构象变化常见于信号转导和调控蛋白，它们通过结构的变化来响应外界刺激，并传递信号进一步调控细胞的生理过程。
除了结构与功能之间的关系，蛋白质的结构和功能还受到其他因素的影响。
例如，蛋白质的结构和功能受到其序列的限制。
蛋白质的氨基酸序列决定了其结构的可能性和稳定性，从而影响了其功能的发挥。
生物化学-生化知识点_蛋白质结构与功能的关系(6章)
1.9 蛋白质结构与功能的关系： P252，第六章从厌氧生物转化为好氧生物是生物进化中的一大进步。
脊椎动物中血红蛋白在血液中起到载氧和输氧的作用，肌红蛋白在肌肉中起贮氧和氧在肌肉中分配的作用。
一一一肌红蛋白（Mb）的结构与功能一1一三维结构：由一条多肽链和一个血红素辅基构成，相对分子量1670 0，含153个氨基酸残基。
分子中多肽链由8段α-螺旋组成，分子结构致密结实，带亲水基团侧链的氨基酸分布在分子外表面，疏水氨基酸侧链几乎全埋在分子内部，见P253 图6-1。
一2一辅基血红素：由二价铁和原卟啉Ⅸ组成，原卟啉Ⅸ由4个吡咯环组成，见P254 图6-2。
铁原子只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。
蛋白质提供疏水洞穴，固定血红素基，保护血红素铁免遭氧化，为氧提供一个结合部位。
结合氧只发生暂时电子重排。
一一一血红蛋白(Hb)的结构与功能一1一血红蛋白由4个多肽链（亚基）组成，如α2β2（成人血红蛋白HbA），每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位，α-链有141个残基，β-链有146个残基，且α链、β链和Mb的三级结构都非常相似（P259 图6-9）。
实际上对于人的这三种多肽链分析发现只有27个的残基是共有的，这表明蛋白质高级结构的保守性。
只要功能相同（都与氧结合），高级结构就相似，有时甚至是唯一的。
血红蛋白与肌红蛋白结构上最大不同在于血红蛋白有四级结构，是四聚体，，而肌红蛋白只有三级结构。
因此血红蛋白运载氧能力增强，还能运载H+和CO2，在氧分压变化不大范围内完成载氧和卸氧工作。
且Hb为变构蛋白，可受环境中其他分子，如H+，CO2和2，3-二磷酸甘油酸（BPG）的调节。
一2一氧结合引起血红蛋白构象变化，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白在四级结构上有显著不同，发生构象变化。
氧与血红蛋白结合是协同进行的，具有正协同性同促效应，即一个氧分子与Hb结合，使同一Hb分子中其余空的氧结合部位对氧亲和力增加，再结合第二、三、四个氧分子则比较容易。
生物化学 第5章 蛋白质结构与功能
第五章蛋白质结构和功能的关系一、、肌红蛋白的结构与功能：1、肌红蛋白的三级结构哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。
由一条多肽链（珠蛋白，153个aa残基）和一个血红素辅基组成。
亚铁离子形成六个配位健，四个与N原子，一个与组氨酸，一个与氧配位。
球状分子，单结构域。
8段直的α-螺旋组成，分别命名为A、B、C…H，拐弯处是由1~8个氨基酸组成的松散肽段（无规卷曲）。
4个Pro残基各自处在一个拐弯处，另外4个是Ser、Thr、Asn、Ile。
血红素辅基血红素辅基，扁平状，结合在肌红蛋白表面的一个洞穴内。
CO 中毒CO 与肌红蛋白有更高的亲和性2、肌红蛋白的氧合曲线OMb 解离平衡常数：][]][[22MbO K =][2PO Mb K ∙=][2MbO 氧饱和度：[]2MbO Y =][][2Mb MbO +PO 2Y =2PO K +Y=0.5时，肌红蛋白的一半被饱和，PO 2=K =P 50=2.8t torr（托）解离常数K 也称为P 50，即肌红蛋白一半被饱和时的氧压。
3、Hill 曲线和Hill 系数YY K PO YK PO Y log log 1log 122-=-=-Hill曲线Log[Y/(1-Y)]=0时的斜率称Hill 系数（n H )肌红蛋白的n H =1二血红蛋白的结构与功能蛋白的结构与功能1、血红蛋白的结构：成人成人：HbA：α2β298%，a亚基(141)，β亚基（146）HbA2：α2δ22%胎儿：HbFα2γ2早期胚胎：α2ε2▲接近于球体，4个亚基分别在四面体的四个角上，每个亚基上有一个血红素辅基。
▲α、β链的三级结构与肌红蛋白的很相似，一级结构具有同源性。
氧合造成盐桥断裂42、血红蛋白的氧合曲线四个亚基之间具有正协同效应因此它的氧合曲四个亚基之间具有正协同效应，因此，它的氧合曲线是S 型曲线。
Hill 曲线和Hill 系数。
协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气。
蛋白质的空间结构与功能
蛋白质的空间结构与功能蛋白质是生命体中不可或缺的重要分子，其在生物学、生物化学、生物医学、生物物理、生物工程等领域的重要性越来越受到人们的关注和重视。
蛋白质的空间结构与功能具有密切的关联，本文将从该角度出发，详细探讨蛋白质的空间结构以及与功能之间的关系，并对如何合理地设计和使用蛋白质进行阐述。
一、蛋白质的空间结构蛋白质的成份主要是氨基酸，由20种不同的氨基酸组成，其基本结构单元为α-氨基酸，由一个氢原子、一个羧基、一个氨基和一个侧链组成。
蛋白质的相互作用主要由氢键、离子键、疏水作用和范德华力等因素所决定。
蛋白质的空间结构具有非常重要的意义，其结构包括主链的折叠、各种共面、非共面和取向关系、侧链的生物摆动、组成复杂的三级结构（一级结构指氨基酸序列，二级结构指氢键构成的形态，三级结构则是在二级结构的基础上进一步的空间构象），以及其他和环境条件有关的特征等。
这些特征不仅决定了蛋白质的结构，还决定了蛋白质的功能。
二、蛋白质结构与功能的相互关系蛋白质结构决定了其功能，也就是说，蛋白质的结构和功能之间具有密切的关系，其原因在于蛋白质分子的功能完全依赖于其独特的三维结构。
因此，对蛋白质三维结构的研究不仅直接关系到生命科学各个方面的进展，还有助于加速药物设计和疾病诊断的进展。
1. 蛋白质催化作用许多酶都是蛋白质，酶能够催化化学反应，其催化作用与其酶活特征密切相关。
酶分子有一定的空间结构，其中主链、侧链和水分子起着重要的作用。
只有在适当的情况下，包括适当的温度、pH值和离子浓度下，酶才能发挥催化作用。
2. 蛋白质运动与功能蛋白质分子具有高度的动态性。
当一些蛋白质分子遇到神经递质或激素等信号物质时，它们可以发生构象变化，从而完成生理功能。
神经递质和激素分子与蛋白质分子之间的特异性相互作用，加上构象变化，完成生理功能。
3. 蛋白质信号传递细胞内媒介物通过蛋白质反应细胞外信号。
蛋白质相互作用是大多数代谢途径、调节途径、分泌途径的核心，其机制在于信号分子与接受者能够相互作用，从而激活信号传递途径中重要的蛋白质反应。
生物化学第三章 蛋白质的功能及其与结构之间的关系
RR O2 O2
波尔效应
定效中义应吸：可CO是解2排指释氧HH+b。和为C什O么2促在进肺H中b释吸放氧O排2的CO现2，象而。在波肌尔肉 原进因Hb：从是R态H+转和变CO为2能T态够，与释H放b特O定2 位点结合，而促 与H+引发的波尔效应相关的基团有：亚基的N端
氨基、亚基的His122咪唑基以及b亚基的His146咪 唑基。 这三个基团在Hb处于T态的时候都是高度质子化的， 而当氧气与Hb结合以后，质子发生解离。如果溶 液中的pH降低，将有利于这三个基团处于质子化 状态，从而稳定T态，抑制氧气的结合。
2. 参与糖酵解的3-磷酸甘油醛脱氢酶以四聚体的形式存在于细胞液， 而当以单体的形式存在于细胞核的时候，它却是一种尿嘧啶DNA糖苷酶，参与DNA的碱基切除修复；
3. 大肠杆菌的生物素合成酶兼做其生物素操纵子的阻遏蛋白。
蛋白质结构与功能关系的一般原则
① 每一种蛋白质都具有特定的结构，也具有特定的功能。 一旦结构（特别是高级结构）破坏，其功能随之丧失。
α角蛋白的结构层次
烫发或直发的原理
β角蛋白
一级结构：富含Ala和Gly，具有重复序列Gly-Ala/Ser-Gly-Ala/Ser； 二级结构：主要是有序的反平行β折叠，还有一些无序的α螺旋和无
规则卷曲环绕在β折叠的周围。 β折叠赋予蛛丝强度，而α螺旋赋予蛛丝柔韧性。
蜘蛛丝中的丝心蛋白的结构层次
体积最小的Gly正好位于螺旋 的内部，构成紧密的疏水核 心，而Pro和Hyp 的侧链位于 三股螺旋的表面，面向外， 以尽量减少空间位阻。
每个Gly残基的NH与相邻的X 残基C=O形成氢键。
胶原蛋白的三股螺旋
原胶原的三股螺旋内和三股螺旋之间进一步形成共价交 联，增强稳定性，提高胶原蛋白机械强度。
生物化学蛋白质结构与功能
生物化学蛋白质结构与功能蛋白质是生物体中必不可少的一类有机分子，它们在生命活动中担当着关键的角色。
蛋白质的结构与功能密不可分，只有了解其结构，才能深入理解其功能。
本文将介绍蛋白质的结构层次和功能，并探讨二者之间的关系。
一、一级结构——氨基酸序列蛋白质的结构层次可以从氨基酸序列开始。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，通过肽键连接在一起。
不同的氨基酸组合而成的序列决定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质家族中，氨基酸序列可以有很大的变化，导致不同结构和功能的蛋白质的形成。
二、二级结构——α-螺旋和β-折叠在氨基酸序列中存在着两种常见的二级结构：α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是由氢键相互作用形成的螺旋形结构，具有稳定性和韧性。
β-折叠是由氢键相互作用形成的平行或反平行的链状结构，具有稳定性和刚性。
不同氨基酸序列所形成的二级结构会决定蛋白质在空间立体结构中的排列方式。
三、三级结构——立体构象蛋白质的三级结构是指氨基酸序列在空间中的立体构象。
它的形成受到氢键、离子键、范德华力等多种相互作用力的调控。
蛋白质的三级结构决定了其最终的立体构象，从而影响其功能的表现。
不同的蛋白质通过三级结构的差异来实现其特定的功能，如酶的催化作用、抗体的识别能力等。
四、四级结构——多肽链聚合体在某些情况下，多个蛋白质可以相互结合形成一个更大的功能单位，这种现象被称为四级结构。
例如，红血球中的血红蛋白就是由四个亚单位组成的。
四级结构的形成使得蛋白质的功能更加多样化和复杂化。
蛋白质的结构与功能之间存在着密切的关系。
蛋白质的特定结构决定了其特定的功能，而功能的表现也要依赖于蛋白质的特定结构。
举例来说，酶作为一类具有催化作用的蛋白质，其特定的结构使得它可以与底物结合，并通过催化反应来转化底物。
同样，抗体作为一种免疫分子，其特定的结构允许它与抗原结合，并发挥识别和中和作用。
总结起来，蛋白质的结构与功能密不可分。
深入了解蛋白质的结构层次，有助于我们更好地理解其功能的表现。
生物化学重要章节蛋白质结构与功能的关系教学反思
生物化学重要章节蛋白质结构与功能的关系教学反思生物化学是一门关于生物体内化学成分及其变化的科学。
蛋白质是生物体内最重要的有机化合物之一，它在生物体内担任着各种关键的功能角色。
因此，掌握蛋白质的结构与功能关系对于理解生物体的基本原理和进行相关研究至关重要。
在本次生物化学教学中，我们重点讲解了蛋白质结构与功能的关系。
通过课堂讲授、案例分析和实践操作等多种教学方法，我旨在帮助学生深入理解蛋白质结构与功能之间的紧密联系，并培养他们分析和解决蛋白质相关问题的能力。
首先，我引导学生了解了蛋白质的基本结构。
在教学中，我以图示、模型和动画等形式展示了蛋白质的四级结构：一级结构由氨基酸序列决定，二级结构包括α-螺旋和β-折叠等，三级结构是由氨基酸残基之间的非共价相互作用形成的，而四级结构则是多个蛋白质亚单位之间的相互作用。
通过直观的展示，学生们对蛋白质的结构有了更清晰的认识。
其次，我强调了蛋白质结构与功能之间的密切联系。
在教学中，我讲解了蛋白质的结构与其功能的关系，包括酶的催化作用、抗体的识别和结合以及膜蛋白的传递等。
通过具体的例子，我说明了不同的蛋白质结构对其功能的决定性作用，让学生们理解到了蛋白质结构与功能之间的紧密联系。
此外，我引导学生进行了案例分析，在实际问题中应用所学知识。
通过分析蛋白质的结构与功能关系，学生们可以更好地理解蛋白质的重要性以及其在生物体内的多种功能。
他们学会了如何利用蛋白质的结构信息来解释其生物学功能，并且能够根据不同的蛋白质结构特点预测其功能。
此外，我也充分利用实验室实践教学的机会，让学生亲自参与实验操作。
例如，通过分子模拟软件的应用，学生可以模拟蛋白质的结构和功能，进一步加深对蛋白质结构与功能关系的理解。
他们通过实践掌握了基本的生物化学实验技能，并且学会了如何使用相关工具和方法进行蛋白质相关研究。
通过本次教学，我发现学生们对蛋白质结构与功能的关系产生了浓厚的兴趣，并且他们的学习效果也得到了显著提升。
生物化学第三节 蛋白质结构与功能的关系
第三节蛋白质结构与功能的关系2015-07-06 71562 0通过大量蛋白质的结构与功能相关性的研究，发现具有不同生物学功能的蛋白质，含有不同的氨基酸序列即不同的一级结构。
同样，从大量人类遗传性疾病的基因与相关蛋白质分析结果，获知这些疾病的病因可以是基因点突变引起1个氨基酸的改变，如镰状红细胞性贫血(sickle-cell anemia)；也可以是基因大片段碱基缺失导致大片段肽链的缺失，如肌营养不良症( muscular dystrophy)，这说明蛋白质一级结构的变化，可导致其功能的改变。
在对不同物种中具有相同功能的蛋白质进行结构分析时，发现它们具有相似的氨基酸序列。
例如，泛素是一个含76个氨基酸残基的调节其他蛋白质降解的多肽，物种相差甚远的果蝇与人类的泛素分子却含有完全相同的一级结构。
当然，在相隔甚远的两种物种中，执行相似功能的蛋白质其氨基酸序列、分子量大小等也可有很大的差异。
然而，有些蛋白质的氨基酸序列也不是绝对固定不变的，而是有一定的可塑性。
据估算，人类有20%~30%的蛋白质具有多态性(polymorphism)，即在人类群体中的不同个体间，这些蛋白质存在着氨基酸序列的多样性，但几乎不影响蛋白质的功能。
一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础（一）一级结构是空间构象的基础20世纪60年代，C．B．Anfinsen在研究核糖核酸酶A时发现，蛋白质的功能与其三级结构密切相关，而特定三级结构是以氨基酸顺序为基础的。
核糖核酸酶A由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键（Cys26和Cys84，Cys40和Cys95，Cys58和Cysll0，Cys65和Cys72）(图1- 17a)。
用尿素（或盐酸胍）和β-巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏次级键和二硫键，使其二、三级结构遭到破坏，但肽键不受影响，故一级结构仍存在，此时该酶活性丧失殆尽。
核糖核酸酶A中的4对二硫键被β-巯基乙醇还原成-SH后，若要再形成4对二硫键，从理论上推算有105种不同配对方式，唯有与天然核糖核酸酶A完全相同的配对方式，才能呈现酶活性。
蛋白质的结构与功能的关系
蛋白质的结构与功能的关系蛋白质是生物体中最为重要的大分子有机化合物，担负着各种重要功能。
它们在生体内参与调节代谢、传递信息、结构支持、运输物质等多种生物学过程。
蛋白质的具体功能与其结构密切相关，而蛋白质的结构可以分为四个层次：初级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
本文将从这四个层次出发，探讨蛋白质结构与功能之间的关系。
初级结构初级结构是指蛋白质中的氨基酸序列，是蛋白质最基本的结构。
蛋白质的功能很大程度上取决于其氨基酸序列。
氨基酸的种类和排列方式决定了蛋白质的化学性质和功能。
例如，氨基酸中的亲水性残基可以使蛋白质具有溶解性，从而在水相中发挥作用。
此外，氨基酸序列还决定蛋白质的电荷分布，从而影响其与其他分子之间的相互作用。
二级结构二级结构是指蛋白质链中多肽链的局部区域的空间形态。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
二级结构通过氢键等非共价作用力将多肽链上的氨基酸残基连接在一起，形成特定的结构。
这些结构对蛋白质的稳定性和功能起着至关重要的作用。
例如，α-螺旋结构能够增加蛋白质的稳定性，在蛋白质的结构支持和受体配体结合中起到关键作用。
三级结构三级结构是指蛋白质的整体立体结构。
它由氨基酸链的二级结构之间的相互作用所决定。
三级结构的形成几乎由所有非共价作用力共同作用所致，例如氢键、离子键、范德华力和疏水相互作用等。
蛋白质的功能和稳定性取决于其三级结构的正确折叠。
任何对蛋白质结构的破坏可能导致蛋白质失去原有的功能。
四级结构四级结构是指两个或多个亚基（多肽链或聚合物链）在空间上的组织方式。
它表示了蛋白质分子中不同亚基之间的关系。
多肽链的组装形成蛋白质的四级结构，进一步决定了蛋白质的功能。
例如，酶的四级结构决定了其底物与催化活性位点的特异性结合。
综上所述，蛋白质的结构与功能之间密不可分。
蛋白质的功能依赖于其特定的结构，而蛋白质的特定结构是由其氨基酸序列决定的。
初级结构决定了氨基酸的种类和排列方式，二级结构形成了局部的空间结构，三级结构决定了整体立体结构，而四级结构则表示了不同亚基之间的组织方式。
高级动物生物化学：第五章 蛋白质结构与功能的关系
4、蛋白质变性的利用与预防 、
蛋白质变性有许多实际应用。 蛋白质变性有许多实际应用。如在医疗上利用高温 高压消毒手术器械、用紫外线照射手术室、 高压消毒手术器械、用紫外线照射手术室、用70%酒精 酒精 消毒手术部位的皮肤。这些变性因素都可使细菌、 消毒手术部位的皮肤。这些变性因素都可使细菌、病毒 的蛋白质发生变性，从而失去致病作用，防止伤口感染； 的蛋白质发生变性，从而失去致病作用，防止伤口感染； 另外，在蛋白质、酶的分离纯化过程中， 另外，在蛋白质、酶的分离纯化过程中，为了防止蛋白 质变性，必须保持低温，防止强酸、强碱、重金属盐、 质变性，必须保持低温，防止强酸、强碱、重金属盐、 剧烈震荡等变性因素的影响。 剧烈震荡等变性因素的影响。
（四） 蛋白质变性与复性 1、蛋白质的变性与变性因素 、
在变性因素的作用下，蛋白质的空间结构被破坏， 在变性因素的作用下，蛋白质的空间结构被破坏， 从而引起蛋白质生物学功能的丧失和理化性质的改变， 从而引起蛋白质生物学功能的丧失和理化性质的改变，这 种现象被称为变性（ ）。变性后的蛋白质 种现象被称为变性（denaturation）。变性后的蛋白质 ）。 称变性蛋白质；没有变性的称天然蛋白质。 称变性蛋白质；没有变性的称天然蛋白质。 引起天然蛋白质变性的因素很多。 引起天然蛋白质变性的因素很多。 变性的因素很多 物理因素包括热、紫外线、 射线 超声波、高压、 射线、 物理因素包括热、紫外线、X-射线、超声波、高压、 包括热 表面张力，以及剧烈的振荡、研磨、搅拌等； 表面张力，以及剧烈的振荡、研磨、搅拌等； 化学因素（又称变性剂）包括酸、 化学因素（又称变性剂）包括酸、碱、有机溶剂（如 变性剂 有机溶剂（ 乙醇、丙酮等）、尿素、盐酸胍、重金属盐、三氯醋酸、 ）、尿素 乙醇、丙酮等）、尿素、盐酸胍、重金属盐、三氯醋酸、 苦味酸、磷钨酸以及去污剂等。 苦味酸、磷钨酸以及去污剂等。 加入巯基试剂如β-巯基乙醇、二硫苏糖醇（ 加入巯基试剂如 巯基乙醇、二硫苏糖醇（ DTT）使二 巯基乙醇 ） 硫键还原。 硫键还原。
生物学中的蛋白质结构与功能关系
生物学中的蛋白质结构与功能关系蛋白质是生物体中最基本的分子，具有重要的生物学功能。
在生物学中，我们往往关注蛋白质的结构和功能之间的关系。
蛋白质的结构决定了其功能，而蛋白质的功能则取决于其结构。
在本文中，我们将讨论生物学中的蛋白质结构与功能关系。
蛋白质的结构蛋白质是由氨基酸组成的高分子，它们通过肽键形成链状结构。
蛋白质包含20种不同类型的氨基酸，它们的序列决定了蛋白质的结构和功能。
蛋白质主要有四种结构层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列。
二级结构是指由肽键和氢键引起的局部结构，如$\alpha$-螺旋和$\beta$-折叠。
三级结构是指由各种相互作用形成的整体结构，如疏水作用、电荷相互作用和氢键等。
四级结构是指几个多肽链之间的相对位置和排列形成的超级复合物。
蛋白质的功能蛋白质在生物体中具有多种功能。
它们可以作为酶催化化学反应、作为信使传递信息、作为结构组分维持细胞结构和功能、作为运输物质，等等。
蛋白质的功能取决于其结构，不同的结构可以实现不同的功能。
例如，酶是一种能够催化化学反应的蛋白质。
它的活性位点由蛋白质的氨基酸组成，具有高度的空间特异性和化学特异性。
酶的结构决定了其与基质相互作用的方式，从而催化特定的反应。
不同的酶具有不同的结构和催化特性。
信使是一类具有许多功能的蛋白质，它们可以通过信号传导的方式调节细胞的生理功能。
例如，胰岛素、载脂蛋白、细胞因子等是常见的信使蛋白质。
这些蛋白质的结构特征是它们与细胞表面的特定受体相互作用，从而改变目标细胞内的信号传导通路。
信道的结构和受体的位置在细胞内是分散的，因此信号传导的调节机制非常复杂。
蛋白质的结构和功能关系蛋白质的结构决定了其功能。
因为高度立体结构的特性，蛋白质的结构可以确定它的生物学效果。
例如，蛋白质的立体结构决定了酶催化键合作用的确切机制、信使蛋白质与相应受体的作用方式等等。
但蛋白质的结构不仅包括确定生物学效应的活性位点，还包括决定它在生物体内的相互之间的作用。
生物化学 第三节蛋白质结构与功能关系
免疫沉淀法
➢ 概念: 利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形 成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液 中分离获得抗原蛋白。
抗体
Protein A-agarose
wash
binding
elution
三、利用荷电性质可用电泳法将蛋白质分离
➢ 电泳的概念: 蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为 带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这 种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白 质的技术, 称为电泳(elctrophoresis)。
❖疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的 一组人和动物神经退行性病变。
❖ 正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。 ❖ PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折
叠的PrPsc，从而致病。
第四节 蛋白质的理化性质
The Physical and Chemical Characters of Protein
不改变一级结构。空间构象破坏，内部疏水基 团暴露于分子表面，失去水化膜，溶解度降低。
变性的蛋白质易于沉淀，但并不一定沉淀
蛋白质的复性(renaturation)
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋 白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称 为复性。
蛋白质的沉淀(pre-cipitation)
血红蛋白与氧结合的正协同效应
100% -
氧 饱 和 度
Mb
Hb
静脉血 氧分压
Hb与Mb一样能 可 逆 地 与 O2 结 合 ， Hb 与 O2 结 合 后 称 为 氧合Hb。
氧合Hb占总Hb 的百分数（称百分饱 和 度 ） 随 O2 浓 度 变 化而改变。
动脉血
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肌红蛋白的氧结合曲线
Y p(O2) p(O2) K
双曲线方程
Hill作图
Y 为氧结合肌红蛋白的分数与没有结合
1Y
氧的肌红蛋白的分数之比。
p(O2)
Y p(O2)K
p(O2)
p(O2)
1Y 1 p(O2) p(O2)Kp(O2) K
p(O2)K
肌红蛋白的结构
myoglobin
辅基血红素
血红素由原卟啉Ⅸ（protoporphyrin Ⅸ）中 间结合一个Fe原子构成，原卟啉Ⅸ是由4个吡咯 环通过甲叉桥连接而成的扁平环状化合物。卟啉 环中央结合Fe原子，Fe原子通常是八面体配位， 应该有6个配位键，其中4个配位键与4个吡咯环 的N原子相连，另两个配位键分布在卟啉环的上 下。Fe原子可以是二价的或三价的，相应的血红 素称为[亚铁]血红素（ferroheme，heme）和高铁 血红素（ferriheme，hematin），相应的肌红蛋 白称为[亚铁]肌红蛋白（ferromyoglobin）和高铁 肌红蛋白（ferrimyoglobin，metmyoglobin）。
于1，说明O2分子彼此独立地与肌红蛋白结合。
氧与肌红蛋白结合的Hill图
肌红蛋白的贮氧和输氧作用
线粒体中氧浓度为0～10 torr，静脉血氧浓度为 15 torr或更高些。肌红蛋白的P 50为2 torr，所以在 大多数情况下，肌红蛋白是高度氧合的，是氧的贮 存库。如果由于肌肉收缩使线粒体中氧含量下降， 它就可以立即供应氧。
K
肌红蛋白结合氧的定量分析
[Mb][O2 ]
[O 2 ]
将③代入②得 Y
K
，Y K
[Mb][O2 ] [Mb]
[O 2 ] 1
K
K
Y [O2 ] …………④
[O2 ] K
根据henry定律，溶于液体的任一种气体的浓度 与液体上面的该气体的分压成正比，即
[O2]= A p(O2) …………⑤
第6个配位位置的空间位阻很重要。游离在溶 液中的铁卟啉结合CO的能力比结合O2强25000倍， 但在肌红蛋白中，血红素对CO的亲和力仅比对O2 的亲和力大250倍。肌红蛋白（还有血红蛋白）降 低对CO的亲和力，可以有效地防止代谢过程中产 生的少量CO占据它们的O2结合部位。尽管如此， 当空气中CO的含量达到0.06%～0.08%即有中毒 的危险，达到0.1%则会导致死亡。
原肌 子红 的蛋 位白 移血
红 素
Fe
肌红蛋白结合氧的定量分析
肌红蛋白与O2结合的反应式为 MbO2
MbO2
其解离常数为K ,
K [Mb][O2] …………①
[MbO2 ]
令Y 为肌红蛋白的氧饱和
将①改写为 [Mb2]O[M]b[O2] …………③
两边取对数得
lg(Y )lgp(O2)
1Y
K
lg(Y )lgp(O2)lgK 1Y
Hill作图
以
lg( Y ) 1Y
对
lg p(O2) 作图称为Hill作图，肌红
蛋白的Hill图是一条直线。当 Y 1 时（50%的肌红
1Y
蛋白结合了氧），lg( Y ) 0 ，这时 p(O2)KP50，
1Y
这一点的斜率称为Hill系数，肌红蛋白的Hill系数等
式中A 为比例系数，p (O2)为氧气的分压。
肌红蛋白结合氧的定量分析
将⑤代入④得 Y Ap(O2)
Ap(O2) K Y p (O2 )
p (O2 ) K A
Y p(O2) …………⑥
p(O2) K
肌红蛋白的氧结合曲线
实验中 p (O2) 可以测得，氧分压常用Torr为 单位。Y 值可用分光光度法测定，因为肌红蛋白 结合了O2 时会引起吸收光谱的改变。Y 对 p (O2) 作图所得的曲线称为氧结合曲线。
在血红素结合O2的一侧，还有一个His残基， 即第64（或E7）位His残基，称为远侧His。由于 这个远侧His的存在，使得O2的结合受到空间位阻。 在氧合肌红蛋白中， O2的两个原子与Fe不成一条 直线，而是倾斜了30°。
远侧His 近侧His
6
铁氧
离合
子肌
的红
个 配 体
蛋 白 中 血
红
素
CO的毒性作用
肌红蛋白的贮氧和输氧作用
肌红蛋白也有利于细胞内氧从细胞的内表面向 线粒体转运，因为这种运转是顺浓度梯度的，细胞 内表面的氧浓度约为10 torr（肌红蛋白的氧饱和度 约为80%），而线粒体内的氧浓度约为1 torr（肌红 蛋白的氧饱和度约为25%），肌红蛋白可以从细胞 内表面结合氧，而运到线粒体中释放氧。
同样是血红素，与不同的蛋白质结合后，具 有不同的功能，如在细胞色素C中，血红素起 可逆电子载体的作用，过氧化氢酶中，血红素 催化H2O2歧化成H2O和O2 。
肌红蛋白血红素 Fe原子的位移
肌红蛋白血红素在没有与O2结合时，铁原 子是向第 5 配位体方向（His F8）突出的。当 与O2结合时，铁原子被拉回到卟啉平面。
肌红蛋白的辅基血红素
protoporphyrin Ⅸ
heme
O2与肌红蛋白的结合
血红素中的铁的第5个配位键与珠蛋白的第93 （或F8）位His残基的咪唑基N结合，这个His称 为近侧His，而O2与Fe的第6个配位键结合。在肌 红蛋白没有结合O2时，这个部位是空的。高铁肌 红蛋白不能与O2结合，H2O分子代替O2成为第6个 配体。
一、肌红蛋白的结构与功能
肌红蛋白
肌红蛋白（myoglobin，Mb）主要存在于 肌肉中，是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和 分配氧的蛋白质。肌红蛋白由一条多肽链和一 个辅基血红素（heme）构成，相对分子量16700， 含153个氨基酸残基。除去血红素后仅剩下的肽 链部分称为珠蛋白（globin），它和血红蛋白的 α、β亚基有明显的同源性，它们的构象和功 能也极为相似。血红素非共价地结合在珠蛋白 的疏水空穴中。
O2和CO与肌红蛋白血红素 Fe（Ⅱ）的结合
Free heme with imidazole
Mb:CO Complex Oxymyoglobin
肌红蛋白的蛋白质部分的作用
通常情况下，O2分子与Fe（Ⅱ）紧密接触 会使Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），溶液中游离的 亚铁血红素很容易被氧化成高铁血红素，但在 肌红蛋白中，由于血红素处于疏水环境中，血 红素Fe（Ⅱ）不容易被氧化。