第二章 蛋白质结构与功能——受体
蛋白质的结构和功能
HbS β 肽链
这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病， 称为“分子病”。
• “分子病”除了镰形红细胞贫血以外，还有 各种血浆白蛋白异常、球蛋白异常、脂蛋 白异常、铜蓝蛋白异常、转铁蛋白异常、 补体异常、受体蛋白异常等。
②蛋白质的空间结构
• 不同蛋白质其肽链的长度不同，肽链中不同氨基 酸的组成和排列顺序也各不相同。肽链在空间卷 曲、折叠成为特定的三维空间结构
• 如：酶、运输蛋白、免疫蛋白等;
– α螺旋和β折叠在不同的球状蛋白质中所占的比例是不同的 – 平行和反平行β折叠几乎同样广泛存在，既可在不同肽链或不同分子之 间形成,也可在同一肽链的不同肽段(β股)之间形成。 – β转角、卷曲结构或环结构也是它们形成复杂结构不可缺少的。
膜蛋白
• 膜蛋白表面是两性的
多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰 胺平面组成
③蛋白质二级结构
• 二级结构（secondary structure）是指多 肽链主链原子局部的空间结构（构象） • 维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。 • 主要有
• α－螺旋 • β－折叠 • β－转角
– 它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。
• 其疏水表面在膜内与脂类的脂肪酸链相接触 • 而亲水表面则与膜两侧的水相和脂类的极性头部基 团相接触 • 膜蛋白不溶于水溶液中。
• 以前人们的共识是：膜蛋白不可能结晶成 三维晶体。
– 米歇尔Michel 解决了当时膜蛋白研究面临的最大障碍，即膜 蛋白不能结晶的问题。
Dr Johann Deisenhofer University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, USA
1）α－螺旋
• Pauling等人对α-角蛋白(αkeratin)进行了X线衍射分析， 从衍射图中看到有0.5～0.55nm
蛋白质的结构和功能
蛋白质的结构和功能蛋白质是生命体中最重要的类别之一，也是细胞的基本组成部分之一。
蛋白质的结构与功能密切相关，对于理解蛋白质的重要性以及其功能的多样性具有重要意义。
本文将就蛋白质的结构与功能进行详细阐述。
一、蛋白质的结构蛋白质是由氨基酸的多肽链组成的，而氨基酸是蛋白质的构成单元。
不同的氨基酸组合形成了不同的氨基酸序列，从而赋予了蛋白质不同的结构和功能。
蛋白质的结构包括了四个层次，分别是：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构：一级结构是指氨基酸的线性排列方式。
氨基酸通过肽键连接在一起，形成多肽链。
每个氨基酸都与相邻的两个氨基酸通过肽键相连，形成一个多肽链。
2. 二级结构：二级结构是指多肽链的局部折叠方式。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种螺旋状的结构，其中氨基酸通过氢键相互连接。
β-折叠是一种折叠的结构，其中多肽链在平面上折叠成β片。
3. 三级结构：三级结构是指蛋白质整个空间结构的折叠方式。
蛋白质的三级结构是由一段多肽链的不同区域折叠而成。
三级结构的形成通常受到氢键、离子键、范德华力等相互作用的影响。
4. 四级结构：四级结构是指两个或多个多肽链之间的空间排列方式。
多肽链之间通过非共价键相互连接，形成一个完整的蛋白质分子。
多肽链之间的相互作用包括氢键、离子键、范德华力等。
二、蛋白质的功能蛋白质具有多种不同的功能，这取决于其结构和氨基酸序列的不同。
1. 结构功能：蛋白质作为细胞的基本组成部分，可以提供细胞的结构支持。
例如，肌肉组织中的肌动蛋白负责肌肉的收缩，细胞膜上的蛋白质起到维持细胞形态和细胞信号传递的作用。
2. 酶功能：蛋白质中的酶可以催化化学反应。
酶可以加速化学反应的速率，使得细胞内的代谢过程能够正常进行。
例如，消化系统中的酶可以加速食物的消化过程。
3. 运输功能：蛋白质可以通过细胞膜或血液循环，将物质从一个地方运输到另一个地方。
例如，血液中的血红蛋白可以运输氧气到身体各个器官。
受体——百度百科
受体——百度百科2014-5-1 摘编受体是一类存在于胞膜或胞内的，能与细胞外专一信号分子结合进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应的特殊蛋白质。
与受体结合的生物活性物质统称为配体（ligand）。
受体与配体结合即发生分子构象变化，从而引起细胞反应，如介导细胞间信号转导、细胞间黏合、胞吞等过程。
中文名受体外文名 receptor药理学概念糖蛋白或脂蛋白构成的生物大分子存在位置细胞膜、胞浆或细胞核内功能识别特异的信号物质等特征结合的特异性、高度的亲和力等目录1简介 2功能 3特征 4分类 5概括 6本质 7特性 8与生理学和医学的关系 9药理1简介受体（receptor）受体细胞受体在药理学上是指糖蛋白或脂蛋白构成的生物大分子，存在于细胞膜、胞浆或细胞核内。
不同的受体有特异的结构和构型。
受体在细胞生物学中是一个很泛的概念，意指任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
受体是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应。
在细胞通讯中，由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答，接收信息的分子称为受体，此时的信号分子被称为配体(ligand)。
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。
2功能受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。
通常受体具有两个功能：1、识别特异的信号物质--配体，识别的表现在于两者结合。
配体，是指这样一些信号物质，除了与受体结合外本身并无其他功能，它不能参加代谢产生有用产物，也不直接诱导任何细胞活性，更无酶的特点，它唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种特殊信号或刺激因素。
受体蛋白的结构及功能研究
受体蛋白的结构及功能研究受体蛋白是一类具有重要生物学功能的蛋白质。
它们被广泛存在于各种生物系统中，从细胞表面的受体分子到细胞内部的信号转导分子都在这一类蛋白中发挥重要作用。
研究受体蛋白的结构与功能，有助于我们更深入地了解生物学基础研究和治疗一系列疾病的分子机制。
一、受体蛋白的定义与分类受体蛋白，指的是一类能够与化学物质、生物分子或外来物质结合，从而产生信号转导的蛋白质。
根据其结构特点不同，受体蛋白可分为多种类型。
其中，G蛋白耦联受体（GPCR）是最广泛研究的一类受体蛋白，它们通过活性的G蛋白在细胞内部产生信号响应。
细胞膜离子通道（Ligand-gated ion channel）也是一类常见的受体蛋白，它们可以响应离子或某些化学物质的结合而发生构象变化，从而控制离子的通道开闭；酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor）则是能够激活细胞内的酪氨酸激酶信号转导系统的一类蛋白质。
二、受体蛋白的结构特点受体蛋白的结构可以通俗地理解成由不同区域组成的类似于“锁”—“钥匙”的板块。
这些区域包括配体结合区域、跨膜域和细胞内膜区域。
当外界配体结合到配体结合区域时，受体蛋白的状态会发生变化，导致受体蛋白从细胞膜表面移到细胞内膜区域，并与跨膜域相连。
跨膜域主要是由α-螺旋和β-折叠构成的，它们负责传导信号。
在细胞内部，受体蛋白与多种细胞内信号转导分子相互作用，最终将信号传送至细胞内特定靶点，实现生物学效应。
三、受体蛋白的功能分析受体蛋白在生物学过程中具有极为重要的功能。
通过研究它们的结构和作用机制，科学家们可以对其进行更深入的探究，并为疾病筛查和药物开发提供有益的参考。
以GPCR为例，研究人员探索这类受体蛋白晶体结构的变化方式，以及在不同配体结合下的响应，从而深入了解它们的信号转导机制。
GPCR在临床上的应用广泛。
例如，β2肾上腺素能受体激动剂可用于治疗支气管痉挛，甲状腺素受体激动剂可用来治疗甲状腺癌并改善心功能。
蛋白质化学(1)
定义：氨基酸是羧酸分子中α-碳原子上的一个氢 被氨基替代而成的化合物。（含有α－氨基的羧 酸）。
2)氨基酸的分类
（1）按其侧链R基团的极性和生理pH下 的带电状态
①非极性疏水氨基酸(非极性R基氨基酸)： Val, Leu, Ile（支链） Gly（无旋光异构） Met（含硫） Phe（芳香族） Pro（亚氨基）
环 境 酸 碱 度 对 氨 基 酸 净 电 荷 的 影 响
3
pI=7.6
Henderson公式
pH=pKa+log[质子受体]/[质 子供体]
3、等电点的计算-中性氨基酸：以Gly为例
COOH
+
H3N CH2
Gly+
+ H
COO -
K1
+
H3N CH2
Gly +-
+ H
COO-
K2
H2N CH2
②极性氨基酸(不带电荷的极性R基氨基 酸) ：
Ser, Thr（含羟基） Tyr, Trp（芳香族） Cys （含硫） Gln, Asn（含酰氨）
③ R基团带负电荷氨基酸（含有两个羧基）： Glu（含γ羧基） Asp（含β羧基） ④ R基团带正电荷氨基酸（含有两个以上氨
基）：
Arg（胍基） His（咪唑基） Lys（ε氨基）
（2）按酸碱性分类：
中性 ：一氨基一羧基 酸性 ：一氨基二羧基 碱性 ：二氨基一羧基
Cells Also Contain Nonstandard Amino Acids
3）非蛋白质氨基酸 ---(Nonprotein amino acids)
根据组成分类
蛋白质的结构与功能
四、 非蛋白质氨基酸
不组成蛋白质，但有生理功能 （1）L-型α –氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸、L-鸟氨酸是尿素循环的中间物 （2）D-型氨基酸 D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短杆菌肽S） （3）β-、γ-、δ-氨基酸 β-Ala（泛素的前体）、γ-氨基丁酸（神经递质）。
五、 氨基酸的主要理化性质 1、 光学活性 （1）氨基酸的光吸收特性
对有三个可解离基团的氨基酸：
如：酸性氨基酸、碱性氨基酸的pI计算： a、先写出其解离公式； b、后取兼性离子两侧基团的pK值的平 均值。
如：天冬氨酸
如赖氨酸：
总结
a、各种aa的pI不同； b、同一pH下，各种aa所带电荷不同； pH＜pI ：aa+ pH＞pI：aa用离子交换、电泳将aa分开 c、处于pI时，aa溶解度最小，易沉淀； 可分离aa。
蛋白质结构复杂﹑种类繁多﹑功能各异， 是生物体内构建生命，行使生命活动的最主要的 功能分子，在几乎所有的生命活动中起着关键的
作用。如果说基因是生命的指导者和构建生命的
蓝图，那么蛋白质就是组成生命的主要材料，是
生命的实践者和执行者。蛋白质将生物体的遗传
信息表达成生物的性状，指导生命活动，控制生
物的生长和发育。
pH = pI时，氨基酸净电荷为零
pH < pI时，氨基酸带正电荷，-NH2解离成-NH3+， 向负极移动。
R CH COOH NH2
+OH+H+
R CH COOH NH3+
+OH R CH COO R CH COO
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
蛋白质结构与功能ppt
03
基于抗体与抗原的特异性结合原理，开发针对特定疾病的抗体
药物，如单克隆抗体、双特异性抗体等。
基因工程疫苗研究与开发
重组蛋白疫苗
利用基因工程技术将编码病原微生物保护性抗原的基因导入表达 系统，制备重组蛋白疫苗，从而诱导机体产生特异性免疫应答。
病毒样颗粒疫苗
利用病毒的结构蛋白自组装形成病毒样颗粒，模拟病毒的 自然感染过程，制备具有高免疫原性和安全性的疫苗。
05
蛋白质结构与功能的研究 方法
X射线晶体学
01
02
03
X射线衍射原理
利用X射线与晶体中的原 子相互作用产生衍射现象， 通过分析衍射图谱推断蛋 白质分子的三维结构。
晶体培养与优化
通过特定的条件和方法培 养和优化蛋白质的晶体， 以获得高质量的衍射数据。
结构解析与修正
利用计算机程序对衍射数 据进行处理、解析和修正， 最终得到蛋白质的三维结 构模型。
质的结构和动力学信息。
电镜技术
电子显微镜原理
利用高能电子束与样品相互作用产生散射、吸收等效应，通过检测 和处理这些效应产生的信号获得样品的形貌和结构信息。
样品制备与染色
制备适合电镜观察的蛋白质样品，通常需要对蛋白质进行负染或金 属投影等染色方法以增强对比度。
图像采集与处理
设置合适的实验参数，采集电子显微镜图像，并利用计算机程序对图 像进行处理和分析，得到蛋白质的结构和形貌信息。
蛋白质可以作为激素、 生长因子等，调节生物 体的生长、发育和代谢 等活动；同时，也可以 作为信号分子，参与细 胞间的通讯。
蛋白质的研究历史与现状
研究历史
自19世纪末开始，科学家们逐渐认识到蛋白质的重要性，并开展了大量的研究工作。 20世纪中叶以后，随着分子生物学和基因工程技术的发展，蛋白质研究进入了新的阶
蛋白质结构与功能
蛋白质结构与功能蛋白质是构成生物体的重要成分，同时也是重要的功能分子。
蛋白质的功能很大程度上取决于其结构，而蛋白质的结构又是如何形成的呢？这篇文档将介绍蛋白质的结构和功能之间的关系。
一、蛋白质的结构蛋白质可以分为四级结构：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
其中，一级结构是由氨基酸链组成的线性序列，二级结构是由α-螺旋和β-折叠组成的空间构型，三级结构是由二级结构间的相对位置和折叠方式组成的空间构型，四级结构是由多个蛋白质亚单位的组合形成的空间构型。
其中，一级结构是蛋白质序列的基本形态，二级结构是蛋白质的基本二维结构，三级结构是三维结构上的形态，而四级结构则是灵敏地对应于蛋白质的生物活性。
二、蛋白质的功能蛋白质的主要功能包括以下几个方面：1. 催化反应。
许多酶是蛋白质，它们通过减小反应的活化能来加速化学反应。
例如，水解酶可降解蛋白质、脂肪和多糖，细胞色素P450系统则负责代谢药物和其他有毒的分子。
2. 传递信号。
许多激素和受体都是蛋白质，它们通过与其他细胞或分子相互作用来传递信号。
例如，胰岛素可以与细胞膜上的胰岛素受体结合，从而促进细胞摄取葡萄糖。
3. 运输分子。
血红蛋白是一种蛋白质，它能够与氧气结合，将氧气从肺部运输到体内其他组织。
同时，血清蛋白也可以帮助运输脂质和其他小分子。
4. 构建结构。
许多结构蛋白如肌纤维蛋白和胶原蛋白，在细胞、组织和器官的构建中起到了关键作用。
骨骼和肌肉组织的构建就依赖于肌纤维蛋白和胶原蛋白。
三、蛋白质结构和功能之间的关系蛋白质的结构和功能之间存在着密不可分的关系。
一级结构决定了蛋白质序列的基本形态，意味着序列的长度以及氨基酸组合方式的重要性。
其中，在蛋白质结构的二级结构中，氢键起着非常重要的作用，决定蛋白质的空间构型和后续功能，在蛋白质的探测和诊断中起到了重要的作用。
在此之上，方案的水相和非共价交互决定了蛋白质中的许多重要性质，如稳定性和可溶性等等。
在蛋白质结构的三级结构中，各蛋白质上的侧链与侧链之间的互作、折叠方式、后续结构的成分以及折叠的先后秩序决定了蛋白质的结构属性和功能各自可能发挥的效果。
生物化学第2章 蛋白质
蛋白质的生物学意义
生命是蛋白质的存在形式，是重要的生物大分子； 蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种 或几种特定的蛋白质；
蛋白质有极其重要的生物学意义（生物学功能）：
蛋白质功能多样性 5-1（阅读）
蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种
或几种特定的蛋白质；
蛋白质的生物学功能有以下几个方面： 内各种化学反应几乎都是在相应酶参与下进行的，催化 效率远大于合成的催化剂；
极移动，即处于等电兼性离子（极少数为中性分子）状
态，少数解离成阳离子和阴离子，但解离成阳离子和阴 离子的数目和趋势相等；
第2章
蛋白质
2.1 蛋白质的分类 2.2 蛋白质的组成单位—氨基酸
2.3 肽 2.4 蛋白质的结构
2.5 蛋白质结构与功能的关系 2.6 蛋白质的性质与分离、分析技术
2.1 蛋白质的分类
P17
蛋白质分类方法至少有4种：
1. 根据分子形状分类；
2. 根据分子组成分类 ；
3.根据功能分类；
2. 1. 1 根据分子形状分类
引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素 （色氨酸稳定）；
3. 酶水解:
优点：不破坏氨基酸，不产生消旋作用。 缺点：使用一种酶常水解不彻底，需几种酶协同作用才 能使蛋白质完全水解；水解所需时间较长；
酶法主要用于部分水解； 常用的蛋白水解酶： 胰蛋白酶、糜（胰凝乳）蛋白酶、胃蛋白酶等；
这些酶的作用点见第6章（酶）表6-3 （P148） 。
泌一类胶质蛋白，能将贝壳牢固地粘在岩石或其他硬表
面上；
2. 2 蛋白质的组成单位--氨基酸
蛋白质的结构与功能
氨基酸之间以肽键连接而成的一种 结构。 *蛋白质是多肽链
*多肽链有两端: N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端 * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合 而基团不完全，被称为氨基酸残基 (residue)。
主链骨 架原子
名称
缩写
pI
O
+NH
天冬酰胺 asparagine Asn，N
3
5.41
H2N-C-CH2 CH2 -CHCOOO CH3 HO-CH-CHCOO+NH 3 +NH 3
谷氨酰胺 glutamine Gln，Q 5.65
苏氨酸
threonine Thr， T 5.60
HO-CH2-CHCOO+NH 3
结构 H2N CH2 CH2 CH2 CH2-CHCOO+NH 3
名称
缩写
pI
赖氨酸 lysine Lys ，K 9.74
NH
H2N C NH CH2 CH2 CH2-CHCOO精氨酸 arginine Arg，R 10.76 +NH 3 HC = C-CH2 -CHCOO组氨酸 histidine His ，H 7.59 N NH +NH3
C端
脯
N端
（二）结构域 大分子蛋白质的三级结构中的致密结构实 体称为结构域(domain) 。结构域同时也是功能 单位。
纤连蛋白分子的（配体结合）结构域
Ig的结构域：CH1～H3重链恒定区结构域1、2、3；CL轻链恒定区 结构域；VL轻链可变区结构域；VH重链可变区结构域；
（三）分子伴侣(chaperon) 分子伴侣通过提供一个保护环境从而加 速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。 特殊蛋白质；许多为热休克蛋白。 * 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分 结合随后松开，如此重复进行可防止错误 的聚集发生，使肽链正确折叠。 * 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使 之解聚后，再诱导其正确折叠。 * 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键 的正确形成起了重要的作用。
蛋白质结构与功能
第一章蛋白质的结构与功能第一节蛋白质在生命过程中的重要作用蛋白质作为生命现象的物质基础之一，构成一切细胞和组织结构的最重要的组成成分，参与了生物体内许多方面的重要功能。
一、酶的催化作用生命现象的最基本特征就是新陈代谢。
组成这些过程的无数复杂的化学反应几乎都是在生物催化剂——酶的作用下完成的。
绝大多数酶的化学本质是蛋白质，目前发现的酶种类有数千种二、控制生长和分化遗传信息的复制、转录及密码的翻译过程中，离开蛋白质分子的参与是无法进行的。
它在其中充当了至关重要的角色，蛋白质分子通过控制、调节某种蛋白基因的表达，表达时间及表达量来控制和保证机体生长、发育和分化的正常进行。
三、转运和贮存功能某些蛋白质具有在生物体内运送和贮存某种物质的功能。
血红蛋白，脂蛋白，转铁蛋白，蛋类的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子的麦醇溶蛋白都可以作为的贮存蛋白。
四、运动功能负责运动的肌肉收缩系统也是蛋白质，如肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白和肌原蛋白，分别组成了肌原纤维的粗丝和细丝。
五、结构支持作用结缔组织(肌键、韧带、毛发、软骨)以结构蛋白为主要成分，存在于组织间及细胞间质中。
结构蛋白(如弹性蛋白、胶原蛋白、角蛋白等)是含量丰富的蛋白质，如在脊椎动物中，胶原蛋白的含量占体内总蛋白的1／3。
六、免疫保护作用机体识别外来入侵的异物抗原，如蛋白质分子、病毒、细菌等，免疫系统就会产生相应的高度特异性的抗体蛋白(免疫球蛋白)。
七、代谢调节功能由内分泌腺细胞制造并分泌的一类化学物质——激素，它们可随血液循环至全身，选择性地作用于特定的组织和细胞，发挥其特有的调节作用。
下丘脑、脑下垂体、胰岛、甲状旁腺、肾脏、胸腺等器官分泌的激素，多为蛋白质类。
八、接受和传递信息完成这种功能的蛋白质为受体蛋白，其中一类为跨膜蛋白，另一类为胞内蛋白。
它们首先和配基结合，接受信息，通过自身的构象变化，或激活某些酶，或结合某种蛋白质，将信息放大、传递，起着调节作用。
受体——百度百科
受体——百度百科2014-5-1 摘编受体是一类存在于胞膜或胞内的，能与细胞外专一信号分子结合进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应的特殊蛋白质。
与受体结合的生物活性物质统称为配体（ligand）。
受体与配体结合即发生分子构象变化，从而引起细胞反应，如介导细胞间信号转导、细胞间黏合、胞吞等过程。
中文名受体外文名receptor药理学概念糖蛋白或脂蛋白构成的生物大分子存在位置细胞膜、胞浆或细胞核内功能识别特异的信号物质等特征结合的特异性、高度的亲和力等目录1简介2功能3特征4分类5概括6本质7特性8与生理学和医学的关系9药理1简介受体（receptor）受体细胞受体在药理学上是指糖蛋白或脂蛋白构成的生物大分子，存在于细胞膜、胞浆或细胞核内。
不同的受体有特异的结构和构型。
受体在细胞生物学中是一个很泛的概念，意指任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
受体是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应。
在细胞通讯中，由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答，接收信息的分子称为受体，此时的信号分子被称为配体(ligand)。
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。
2功能受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。
通常受体具有两个功能：1、识别特异的信号物质--配体，识别的表现在于两者结合。
配体，是指这样一些信号物质，除了与受体结合外本身并无其他功能，它不能参加代谢产生有用产物，也不直接诱导任何细胞活性，更无酶的特点，它唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种特殊信号或刺激因素。
配体与受体的结合是一种分子识别过程，它靠氢键、离子键与范德华力的作用，随着两种分子空间结构互补程度增加，相互作用基团之间距离就会缩短，作用力就会大大增加，因此分子空间结构的互补性是特异结合的主要因素。
蛋白质的结构与功能
蛋白质的结构与功能蛋白质是生物体中最重要的物质，它们是实现生命活动的机械基础，负责细胞内所有各种化学反应。
蛋白质可以按其结构和功能分为两类：结构性蛋白质和功能性蛋白质。
结构性蛋白质是构成细胞器，参与细胞代谢反应和信号传递，进行细胞间作用的蛋白质。
结构性蛋白质的主要功能是形成细胞的结构，它们的重要性在于控制细胞的功能和运作。
例如，细胞膜上的载脂蛋白家族蛋白可以提供必要的细胞膜结构，从而支持细胞活动和保持细胞完整性。
功能性蛋白质是细胞内产生的有机物，由氨基酸残基组成，用于参与特定生理功能。
功能蛋白质可以分为酶，转录因子，调节因子，抗原和受体等多种类别。
酶是功能性蛋白质中最重要的一类，它们起着催化作用，参与细胞中的许多生理反应，如代谢，合成，分解，抑制等。
同时，酶还能够监控细胞中物质的浓度，保持其稳定性。
转录因子是细胞遗传活动的主要调节因子，可以通过识别DNA序列并激活和抑制基因表达，将遗传信息转换为细胞复杂的生物功能。
它们可以参与细胞分化，发育，表观遗传学的调节，以及对环境变化的响应。
受体蛋白是生物体内最重要的一类蛋白，它能够识别外源信号分子，并刺激细胞进行相应的生理反应。
受体的作用是非常复杂的，它们可以作为药物的靶点介导药物的作用，又可以参与植物抗病虫的过程，激活植物免疫系统。
蛋白质是生物世界中最重要的物质，其结构和功能构成了生物体的主要机制，并为它们提供了各种活动可能。
蛋白质的结构包括了大分子结构，细胞器结构，以及与蛋白质相互作用的分子结构。
它们的功能包括维持外部环境的稳定，承载信息，参与激素的分泌，控制细胞器的构建和功能，参与细胞的新陈代谢和信号转导，促进细胞特界的建立，维护细胞完整性和水平的划分等。
经过几个世纪的研究，对蛋白质的结构及其基本功能取得了显著进展。
研究人员已经开发出一系列可以检测活细胞内蛋白质形成的技术，从而更好地理解蛋白质如何实现其功能。
未来，研究人员将深入研究蛋白质的特殊功能，并开发新的抗病毒药物，以改善人类的健康。
蛋白质的功能及其结构基础
（三）解毒 解毒是细胞中不可缺少的一种自我保护机制。 过多的疏水性分子的积累也对细胞是有毒害 的。 针对蛋白质类型的毒素，解毒的方法是利用 蛋白酶将毒素降解；而对疏水的分子，则是 全然不同的解毒方法。最简单的方法是将疏 水性的分子转变为水溶性分子，便于细胞和 机体的清除和排出。将疏水分子转化为水溶 性分子，可以有多种途径。
2．低等动物的防卫系统 抗菌肽是低等生物的防卫系统之一。这类 抗菌肽可以使一些细胞膜溶解。 在很多低等生物的血淋巴液中没有细胞免 疫的机制，但是含有简单的凝集素，这些 凝集素起到类似于高等动物先天免疫的作 用。其中有些凝集素的结构与高等动物的C 类凝集素有同源性。
3．植物免疫 植物没有动物的免疫系统，但是植物也能自 我防卫和保护。在受到外界的各种刺激时， 不论是生物的还是非生物的，植物都可以通 过细胞质中的信号转导过程，诱导多种类型 的基因表达，从而产生多种酶系和多种蛋白 质。这些酶系被用于合成各种类型的小分子， 对外界刺激作出应答；多种蛋白质中有所谓 的病程相关蛋白，以及针对并干扰动物病原 体的几丁质酶和蛋白酶抑制剂等。
（四）其他 在北冰洋生活的一些鱼类，它们的血液中存 在着抗冻蛋白质。这些蛋白质的分子质量并 不小，但是，这些蛋白质能引起的冰点下降 的能力远远超过了物理化学中的依数性。一 些结构不同的蛋白质却具有相同的抗冻能力。 微生物和一些昆虫多药物和农药的抗性，也 是一种自我防卫和保护。主要通过其体内经 诱导产生的能降解和改变药物和农药特性的 酶。
（二）免疫 免疫是几乎所有生物体都具备的功能，不仅 动物有免疫系统，而且植物也有免疫系统。 免疫的含义被拓展了，机体对外界感染和刺 激的应答，对环境变化的防范均可归属于免 疫的范畴。 1．高等动物免疫系统 高等动物的免疫系统大致可分为体液免疫和 细胞免疫两个部分。 体液免疫以补体为中心。 细胞免疫以淋巴细胞为中心。这种免疫系统 更高级，具有“记忆”特性。
蛋白质结构与功能分析
蛋白质结构与功能分析蛋白质是生命体中最重要的分子之一，其结构和功能在生物学研究中至关重要。
以下将就蛋白质结构和功能展开分析。
一、蛋白质结构分析1.1 蛋白质的层次结构蛋白质的层次结构可以分为四级：一级结构是氨基酸的线性序列；二级结构是螺旋和折叠等局部结构；三级结构是完整的立体构象，包括众多的二级结构部分；四级结构是由多个蛋白质分子组合形成的复合体。
1.2 蛋白质的结构特性蛋白质的结构特性包括三维结构、构象变化、空间分布等。
三维结构是蛋白质分子间化学键的结果，同时也受到氨基酸的排序和二级结构的影响。
蛋白质的三维结构可以通过X射线晶体学、NMR、冷冻电镜等多种方法获得。
构象变化是蛋白质分子在功能执行过程中经历的构象变化。
对蛋白质的构象变化研究不仅有助于理解其功能，还可以为药物研发提供参考。
空间分布是指蛋白质分子内功能区域分布的情况，如酶的活性中心、抗原局部结构等。
通过对蛋白质的空间分布进行研究，可以更好地理解蛋白质的功能。
二、蛋白质功能分析2.1 蛋白质作为酶的功能分析酶是蛋白质分子的一种，负责催化生物体内的化学反应。
不同的酶负责不同的反应，其活性中心与底物的特异性相对应。
酶的功能与其构象变化密切相关，研究其构象变化也有助于理解酶的催化机制。
2.2 蛋白质作为抗原的功能分析抗原是一种诱导机体免疫应答的物质，其中大部分是蛋白质分子。
抗原与免疫细胞表面的抗原受体结合，从而引发免疫应答。
对蛋白质抗原的分析可以为疫苗研发提供重要参考。
2.3 蛋白质作为激素的功能分析激素是一类在体内起到调节作用的蛋白质分子，包括胰岛素、生长激素、甲状腺激素等。
研究蛋白质激素的功能可以为治疗相关疾病提供思路。
三、蛋白质结构和功能之间的关系蛋白质的结构决定其功能，蛋白质的功能又进一步影响其结构。
例如，蛋白质的折叠状态可以影响受体识别和酶催化活性。
研究蛋白质结构和功能之间的关系有助于理解生命体的基本运作规律，也可以为制药和材料科学提供理论指导。
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磷酸化酶激酶β
果糖-1，6-二磷酸酶 磷酸酶-1蛋白
肌球蛋白轻链激酶
磷酸果糖激酶
抑制剂-1的磷酸化和去磷酸 化在激素应答中的作用
cAMP途径的信号解除方式
通过cAMP磷酸二酯酶(cAMP phosphodiesterase，PDE)将cAMP的环破 坏，形成5‘-AMP(图22)。 通过抑制型的信号作用于Ri，然后通过Gi起 作用。
糖皮质激素受体激活
第二节 离子通道偶联型受体
具有离子通道作用的细胞质膜受体称为离 子通道受体， 这种受体见于可兴奋细胞间 的突触信号传导，产生一种电效应。 离子通道偶联型受体又可分为阳离子通道， 如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体 （图4、5），以及阴离子通道，如甘氨酸 和γ－氨基丁酸的受体
某些G蛋白的功能
效应物 G蛋白 作用
腺苷酸环化酶
K+ 离子通道 磷脂酶C
Gs Gi
Gi Gp
激活酶活性 抑制酶活性
打开离子通道 激活酶活性
cGMP磷酸二脂酶
Gt
激活酶活性
2.小G蛋白
小G蛋白（Small G Protein）因分子量只有 20～30KD而得名，同样具有GTP酶活性， 在多种细胞反应中具有开关作用。 小G蛋白的共同特点是：当结合了GTP时即 成为活化形式，这时可作用于下游分子使 之活化，而当GTP水解成为GDP时（自身 为GTP酶）则回复到非活化状态。
在某些细胞中，G蛋白不仅可激活其效应物酶的 活性（又称向上调节，up regulation），也可抑 制其活性（向下调节，down regulation），因此， G蛋白偶联系统有激活型和抑制型两种不同的系 统
Gs调节模型
霍乱弧菌(Vibrio cholerae)感染人体后，产生一种 毒素：霍乱毒素(cholera toxin，一种毒蛋白)，具 有催化作用，可将NAD+上的ADP-核糖基团转移 到Gsα亚基上(图17)， 使G蛋白核糖化(ADPribosylation)，这样抑制了α亚基的GTPase活性， 从而抑制了GTP的水解，使Gs一直处于激活状态。 其结果使腺苷酸环化酶处于永久活性状态， cAMP的形成失去控制，引起Na+和水分泌到肠腔 导致严重腹泄。这是典型的激活型G蛋白偶联系 统。
乙酰胆碱受体结构模型
乙酰胆碱受体的三种构象
神经肌肉接点处的离子通道型受体
γ－氨基丁酸（GABA）受体结构
离 子 通 道 偶 联 受 体 与 信 号 传 导
①动作电位到达突触末 端，引起暂时性的去极 化；②去极化作用打开 了电位门控钙离子通道， 导致钙离子进入突触球； ③Ca2+浓度提高诱导分 离的含神经递质分泌泡 的分泌，释放神经递质； ④Ca2+引起储存小泡分 泌释放神经递质；⑤分 泌的神经递质分子经扩 散到达突触后细胞的表 面受体；⑥神经递质与 受体的结合，改变受体 的性质；⑦离子通道开 放，离子得以进入突触 后细胞；⑧突触后细胞 中产生动作电位。
cAMP磷酸二酯酶催化cAMP生成5'-AMP
肝细胞对胰高 血糖素和肾上 腺素的应答
cAMP信号受体的组分
① 激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体 （Ri）； ② 活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白 （Gi）； ③ 腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）； ④ 蛋白激酶A（PKA）； ⑤ 环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）。
G蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K+离子通道（打开）
视觉感受器中的G蛋白
4. G蛋白偶联系统中的效应物
腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase,AC） 磷脂酶C（PLC-β） 由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通 路主要包括： cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白和cAMP在信号转导中的作用
G蛋白循环(G protein cycle)
ห้องสมุดไป่ตู้
G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上： 一种是静息状态，即三体状态；另一种是活性状 态。G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后 又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环。 G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联： GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein， GAPs) ;鸟苷交换因子(guanine nucleotideexchange factors，GEFs) ;鸟苷解离抑制蛋白 (guanine nucleotide-dissociation inhibitors， GDIs)
磷脂酶C-β催化PIP2水解生成DAG和IP3
IP3和DG的作用
PKC途径
蛋白激酶C激活特定基因转录的两种途径
胞质溶胶中IP3的命运
Ca2+信号的消除
处于静息状态的磷脂肌醇信号转导系统
肝细胞中两个 第二信使的协 同作用，促进 糖原分解并抑 制糖原合成
某些激活磷脂酶C的信号分子
信号分子 肾上腺素 加压素 PDGF 乙酰胆碱 凝血酶 靶细胞 肝细胞(α1受体) 肝细胞 成纤维细胞 平滑肌(毒蝇碱性受体) 血小板 反应 糖原裂解 糖原裂解 细胞增殖 收缩 凝结
第三节 G蛋白偶联型受体
1. G蛋白
三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称G蛋白，位于质膜胞质侧， 由α、β、γ三个亚基组成，总相对分子质量在 100kDa左右。α和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链 尾结合在膜上。 G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用， 当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结 合时处于开启状态。 α亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解， 恢复无活性的三聚体状态
双信使系统
在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与 细胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜 上的磷脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4， 5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG） 两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号 （图30），这一信号系统又称为“双信使 系统”（double messenger system）。
腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP
cAMP信号受体
cAMP激活蛋白激酶A
可被PKA磷酸化的某些底物
肌钙蛋白Ⅰ 激素敏感性脂酶 肝酪氨酸羟化酶 磷酸化酶激酶 丙酮酸激酶 S6核糖体蛋白 肌糖原合成酶 乙酰胆碱受体δ 磷酸化酶激酶α
蛋白磷酸酶抑制剂-1
乙酰CoA羧化酶 CREB(cAMP效应元件结合因子
第二章 蛋白质结构 与功能——受体
第一节 分子识别 第二节 离子通道偶联型受体 第三节 G蛋白偶联型受体 第四节 酶偶联型受体 第五节 细胞内受体
第一节 分子识别
细胞通讯中，由信号传导细胞送出的 信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细 胞的应答，接收信息的分子称为受体 （ receptor），信号分子则被称为配体 （ligand）。
■根据表面受体与质膜的结合方式，则可
分为单次跨膜、7次跨膜和多亚单位跨膜受 体
细胞内受体： 通常有两个不同的结构域， 一个是与DNA结合的结构 域， 另一个是激活基因转 录的N端结构域。此外有 两个结合位点，一个是与 配体结合的位点，位于C 末端，另一个是与抑制蛋 白结合的位点，在没有与 配体结合时，则由抑制蛋 白抑制了受体与DNA的结 合，若是有相应的配体， 则释放出抑制蛋白。
Ca2+ 与钙调蛋白
由IP3动员释放到细胞内的Ca2+ 除了参与 蛋白激酶C的激活以外，在细胞的生命活动 中还有许多重要作用。 2+ 2+ 一个钙调蛋白可以结合4个Ca 。Ca 同 钙调蛋白结合形成钙-钙调蛋白复合物 (calcium-calmodulin complex)，就会引起 钙调蛋白构型的变化，增强了钙调蛋白与 许多效应物结合的亲和力。
细胞中Ca2+浓度的调节
CaM-蛋白激酶的激活
Ca2+在植物叶保卫细胞关闭中的第二信使作用
第四节 酶偶联型受体
酶偶联型受体（enzyme linked receptor） 分为两大类型，其一是本身具有激酶活性， 如肽类生长因子（EGF，PDGF，CSF等） 受体；其二是本身没有酶活性，但可以连 接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超 家族。
1. 受体酪氨酸激酶
受体酪氨酸激酶的二聚化和自磷酸化
受 体 酪 氨 酸 激 酶 的 信 号 转 导
R A S 信 号 途 径
酪氨酸磷酸 化的IRS在 激活信号转 导途径中的 作用
蛋 白 激 酶 B 的 活 化
表皮生长因子受体
EGF受体及Ras的激活
2. 受体丝氨酸/苏氨酸激酶
G蛋白偶联系统的组成：膜结合机器
G-蛋白偶联型受体为7次跨膜蛋白
G蛋白偶联受体信号转导系统的特点
系统由三个部分组成，即7次跨膜的受体、 G蛋白和效应物(酶) 产生第二信使
G蛋白偶联型受体包括：
多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受 体（如β-肾上腺素受体、胰高血糖素受体、 促甲状腺素受体、后叶加压素受体、促黄 体生长素受体、促卵泡激素受体等） 在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素 的受体，亦属G蛋白偶联型受体，如视紫红 质(脊椎动物眼中的光激活光受体蛋白)，以 及脊椎动物鼻中的嗅觉受体。
酶偶联型受体共同点
①通常为单次跨膜蛋白，如胰岛素和胰岛 素样的生长因子－1(IGF-I)的受体，有a和b 两种亚基，组成四聚体型受体，其中b亚基 具有酪氨酸激酶活性； ②接受配体后发生二聚化而激活，起动其 下游信号转导。
已知的酶偶联型受体
①受体酪氨酸激酶、 ②酪氨酸激酶连接的受体、 ③受体酪氨酸磷脂酶、 ④受体丝氨酸/苏氨酸激酶、 ⑤受体鸟苷酸环化酶、 ⑥组氨酸激酶连接的受体