蛋白质结构与功能的关系

蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
一、 一级结构决定高级结构，也决定 蛋白质的功能
二、 高级构象决定蛋白质的功能
一级结构决定高级结构， 也决定蛋白质的功能
1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性 实例：细胞色素Ｃ
2、蛋白质一级结构的变异与分子病 实例：血红蛋白质异常病变镰刀型贫血病
镰刀形红细胞
正常 红细 胞与 镰刀 形红 细胞 的扫 描电 镜图
-链N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys… Hb-S（患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…
二、高级结构与功能的关系
变性了的蛋白质在一定的条件下可以重键其天然 构象，恢复其生物活性的现象。如牛胰RNase
变性蛋白的特征： 溶解度降低
粘度变化 易被酶水解 凝固 生物学活性丧失
（五）蛋白质变性与复性
● 蛋白质各自所特有的高级结构，是表现其物理性质和化学特性以
及生物学功能的基础。当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影 响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生 物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象 称为变性作用（denaturation）。
核糖核酸酶变性与复性作用
Native ribonuclease
8 M urea and -mercapotoethanol
变性
Denative reduced ribonuclease
复性
Dialysis
Native ribonuclease
表征：生物活性丧失；物理性质（溶解度、粘度、扩散系数、光谱特性等） 和化学性质（化学反应，被酶解性）改变
应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老……
●蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白 质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复 原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。
4、一级结构和分子病
例：镰刀形红细胞贫血 镰刀形贫血病最早在上世纪四十年代发现在黑人中
出现的一种低烧wk.baidu.com在高海拔红血球破裂，的一种贫血症 状，黑人发病率达到10%，有家族遗传史。
最早从分子水平证 明的先天性遗传病—— 镰刀形红细胞贫血症。
正常 红细 胞与 镰刀 形红 细胞 的扫 描电 镜图
正常红 细胞
牛催产素
2、一级结构反映物种的进化---分子进化 细胞色素C的种属差异性（以人104aa为标准）p29
物 种 残基改 物 种 残基改
变数
变数
黑猩猩
0
鸡、火 13 鸡
牛羊猪
10
昆虫
20
马
12
酵母
45
分子进化树
3、蛋白质前体的激活 切除切C链
胰岛素原在 胰细胞中是以 胰岛素原形式 存在，是一条 链B—C---A， 如果切除切C 链则成为有活 性的胰岛素
肺泡中的PO2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
2.蛋白质变性和复性
蛋白质变性：当天然蛋白质受到某些物理因素 和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级 构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学 功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结 构的变化，这种现象称为变性作用 （denaturation）。
2.蛋白质的变性和复性（renaturation）
血红蛋白中的4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧 分子与血红蛋白的一个亚基结合后，引起其构象发生改 变，这种变化在亚基之间传递，改变了其他亚基与氧的 结合能力。
Hb O2
血红蛋白输氧功能和构象变化
Myoglobin
O2 Hb- O2
Hemoglobin
0
20
40
60
80
100
活动肌肉毛细 血管中的PO2
3、蛋白质前体的激活与一级结构 实例：胰岛素原的激活
1、多肽链中个别氨基酸改变可能改变功能
Cys-Tyr-Phe -Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly
S
S
牛加压素：增加血压，抗利尿，治疗尿崩
牛加压素
Cys-Tyr-Ile -Glu-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly
S
S
牛催产素：促进子宫收缩，乳腺平滑肌收缩
1 、蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定变 化（变构效应） 实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能
2 、蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：核糖核酸酶的变性与复性
1.蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能 变构作用（allosteric effect ）：是指对于多亚基的蛋白
质或酶，效应剂作用于某个亚基，引发其构 象改变，继而引起其他亚基构象的改变，导致 蛋白质或酶的生物活性的变化。 这样的效应 剂也称变构剂。