蛋白质结构与功能-3(临床3班)

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★血红蛋白的别构效应
(四级结构改变)
血红蛋白和血红素辅基的结合
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★血红蛋白的别构效应
血红蛋白和血红素辅基的结合
4个吡咯环由4个甲炔基连接成 一个平面,血红素的铁原子 共有6个配位键,其中4个与 血红素的吡咯环的N结合,一 个与珠蛋白亚基F螺旋区的第 8位组氨酸(F8)残基的咪唑基 的N相连接,空着的一个配位 键可与O2可逆地结合
为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。
这类疾病包括:人纹状体脊髓变性病、老 年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。
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Summary:
二、蛋白质的空间结构是其功能活性的基础
●变构效应说明了蛋白质空间结构与功能之间的关系。 ●一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后,能影
响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象,称为
构象发生变化,其功能活性也随之改变,蛋白质多种 多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关。

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(二)通过构象改变(变构)可调节蛋白质活性
蛋白质的变构效应(allosteric effect) 变构效应亦称别构效应,是指一个蛋白质与其配体 (或其他蛋白质)结合后,蛋白质的空间结构发生改 变,并伴随其功能的变化。
(三)蛋白质构象改变可引起疾病
蛋白质构象改变导致疾病的机理:有些蛋
白质错误折叠后相互聚集,常形成抗蛋白水解
酶的淀粉样纤维沉淀,产生毒性而致病,表现
为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。
这类疾病包括:人纹状体脊髓变性病、老 年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。
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PrPc α-螺旋
朊蛋白
PrPsc β-折叠!!
Hb和Mb的氧解离曲线
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★血红蛋白的别构效应
协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后,
能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象,
称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity)
●具有别构效应的蛋白质成为别构蛋白 (allosteric protein) ● 能引起蛋白质发生别构效应的物质称为别构 剂或别构效应剂(allosteric effector) ● 别构效应充分说明了蛋白质空间结构与功能之 间的关系。 ★血红蛋白(hemoglobin, Hb)是最早发现具有别 构效应的蛋白质,O2为其重要的别构效应剂
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relationship between Structure and Function of Proteins
生物化学与分子生物学教研室 江 渝
Tel:752942(O); E-mail: yujiang0207@163.com 2014-09-12
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Review
• 变性的本质 —— 破坏非共价键,不改变多肽链的氨基 酸序列。 • 造成变性的因素 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、 重金属离子及生物碱试剂等 。
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(三)蛋白质空间结构破坏而引起变性
• 应用举例 临床医学上,变性因素常被应用来消毒 及灭菌。
此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白 质制剂(如疫苗等)的必要条件。
般 10 倍于蛋白质溶液体积。
P
NH3+ cation pH < pI + H+
P
NH3+ amphoteric pH = pI + H+
P
NH2 anion pH > pI
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(二)蛋白质具有胶体性质
蛋白质属于生物大分子之一,分子量可自
1 万 至 100 万 之 巨 , 其 分 子 的 直 径 可 达 1 ~
100nm,为胶粒范围之内。
* 蛋白质胶体稳定的因素
1.颗粒表面电荷
2.水化膜
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水化膜
+ + + + + + +
带正电荷的蛋白质 脱水作用
酸 碱 在等电点的蛋白质 脱水作用 碱
碱 酸
- -

--
- - -
带负电荷的蛋白质 脱水作用 酸
+ + + + + + + +
带正电荷的蛋白质
- - - - - -- -
带负电荷的蛋白质
Summary/Homework
Terms:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Motif Domain Subunit Chaperon Tertiary structure of protein Quaternary structure of protein Proteome Proteomics
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(五)蛋白质的呈色反应 ⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction)
蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚
三酮反应。
⒉双缩脲反应(biuret reaction)
蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与 硫酸铜共热,呈现紫色或红色,此反应称为双 缩脲反应,双缩脲反应可用来检测蛋白质水解 程度。
协同效应。 ●若蛋白质的折叠发生错误,尽管其一级结构不变,但 蛋白质的构象发生改变,仍可影响其功能,严重时可导 致疾病发生。
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第四节
蛋白质的理化性质
The Physical and Chemical Characters of Proteins
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一、理化性质
(一)蛋白质具有两性电离性质
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外, 氨基酸残基侧链中某些基团,在一定的溶液pH条
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一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小 分子化合物
* 透析(dialysis)
利用透析袋把大分子蛋白质与小分 子化合物分开的方法。
* 超滤法
应用正压或离心力使蛋白质溶液透 过有一定截留分子量的超滤膜,达 到浓缩蛋白质溶液的目的。
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二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的 蛋白质沉淀方法
* 使用丙酮沉淀时,必须在 0 ~ 4℃低温下进行,丙酮用量一
维系二级结构主要的化学作用: 氢键 (hydrogen bonds)
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Review 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 (二)一级结构相似的蛋白质空间构象
及功能也相似
(三)一级结构中关键氨基酸残基的改 变会影响蛋白质的功能
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本次课应掌握的内容
Terms: 变构效应(allosteric effect) 协同效应(cooperativity)
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(三)蛋白质空间结构破坏而引起变性
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(renaturation) 。
去除尿素、 β-巯基乙醇 尿素、 β-巯基乙醇
天然状态,有催 化活性
可逆变性
非折叠状态,无活性 33
三、蛋白质空间结构破坏而引起变性
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紧张态(tense state, T态)
松弛态(relaxed state, R态)
O2 与 Hb 结 合 的 正 协 同 效 应 理 论
血红蛋白亚基间及亚基内的盐键
未结合氧时,α1/β1 和α2/β2之间呈对角排列, Hb亚基之间通过8个盐键, 使4个亚基紧密结合(T态)。当氧与亚基结合后使肽段间的盐键断 裂,改变了亚基间的相互关系,使α1/β1和α2/β2之间形成15°夹角, 使得其他亚基与氧的结合更加容易(R态) 。 14
Questions: 1. 蛋白质的空间结构与功能的关系。 2. 用蛋白质结构与功能关系的知识解释蛋白质 构象病发生机制。 3. 以血红蛋白为例,弄清多亚基蛋白质的变构 效应与协同效应。 4. 蛋白质的主要理化性质
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二、蛋白质的功能依赖特定空间结构 (空间结构与功能的关系)

蛋白质的空间结构是其功能活性的基础。
淀粉样纤维沉淀
慢性进行性致死性神经变性 朊蛋白病(疯牛病)
认真处理血制品 预防医源性传染(医疗器械) 脑、脊髓、眼组织、扁桃体 等是高危险组织
白细胞是致病因子的载体
疯牛病
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(一)蛋白质构象改变可引起疾病
蛋白质构象改变导致疾病的机理:有些蛋
白质错误折叠后相互聚集,常形成抗蛋白水解
酶的淀粉样纤维沉淀,产生毒性而致病,表现
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★血红蛋白的别构效应
Hb 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。
肌红蛋白(myoblobin, Mb) 单链球状蛋白质,含血红素辅基
Hb和Mb的氧解离曲线
11ห้องสมุดไป่ตู้
★血红蛋白的别构效应
Mb为直角双曲线,表明易 与O2结合,在O2分压低时 易结合O2。 Hb为S状曲线,表明在O2 分压低时易释放O2;提示 Hb 四个亚基与4个O2结合 时有不同的平衡常数。第4 个亚基结合最快( S曲线后 半部呈直线上升) 据S曲线可知,第一个亚基 与O2结合后促进了第二、 三亚基与O2的结合,当前 三个亚基与O2的结合后, 大大促进了第四个亚基与 O2的结合。这种效应称为 正协同效应。
* 蛋白质沉淀 在一定条件下,蛋白疏水侧链暴露在外,肽链融会 相互缠绕继而聚集,因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀,有时蛋白质发生沉淀,但 并不变性。
* 蛋白质的凝固作用 蛋白质变性后的絮状物加热 可变成比较坚固的凝块,此 凝块不易再溶于强酸和强碱 中。
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(三)蛋白质空间结构破坏而引起变性
件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时,蛋白质解离成 正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电 荷为零,此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
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一、理化性质
(一)蛋白质具有两性电离性质
COOH + OHCOO+ OHCOO-
Questions:
1. 2. 3. 维系蛋白质各结构层次稳定性的化学作用分别是什么? 一级结构的改变对蛋白质功能有何影响? 试述镰刀型红细胞贫血病发生的生化机制。 2
蛋白质的分子结构小结:
空间结构
一级结构
(氨基酸的排列顺序) (肽键) 二级结构 (肽链主链骨架原子 的局部空间结构) (氢键)
三级结构
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★血红蛋白的别构效应
O2与Hb结合的 正协同效应理论 O2
血红素(铁)与氧 结合后,铁原子半径变小, 就能进入卟啉环的小孔中, 继而引起肽链位臵的变动。 16
★血红蛋白的别构效应
O2与Hb结合的正协同效应理论
血红素(铁)与氧结合后,铁原子半径变小,就能进入卟啉环的小 孔中,使铁卟啉平面发生改变,继而引起肽链位置的变动。 17
(一条多肽链的所 有原子排布位置) (次级键)
四级结构
(亚基的空间排布) 3 (次级键)
蛋白质的二级结构(secondary structure)

-螺旋 ( -helix )
-片层 ( -pleated sheet )
-转角 ( -turn )
无规卷曲(random coil )
O2 与 Hb 结 合 的 正 协 同 效 应 理 论
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(三)蛋白质构象改变可引起疾病
蛋白质构象疾病:若蛋白质的折叠发生 错误,尽管其一级结构不变,但蛋白质的构 象发生改变,仍可影响其功能,严重时可导
致疾病发生。
蛋白质“折叠病” 或“构象病”

蛋白质分子的氨基酸序列没有改变,只是其结构或者说构象有 所改变也能引起疾病,这就是所谓“构象病”,或称“折叠 病”。 20
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Summary:
蛋白质的重要理化性质:
1. 两性电离——名词:蛋白质等电点
2. 胶体性质——稳定蛋白质溶液的因素
3. 空间结构破坏会导致变性——名词:蛋白质的 变性 4. 紫外吸收——蛋白质的定量测定 5. 呈色反应——蛋白质的定性定量测定
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第五节
蛋白质的分离、纯化与结构分析
Seperation, purification and structure analysis of proteins
变性、沉淀和凝固的关系


变性蛋白质不一定沉淀 沉淀蛋白质不一定变性 沉淀蛋白质也不一定凝固 但凝固的蛋白质一定已变性,且为不可逆变性
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(四)蛋白质有紫外吸收的特性
由于蛋白质分子中含 有共轭双键的酪氨酸、色
氨酸和苯丙氨酸,因此在
280nm 波长处有特征性吸
收峰。蛋白质的OD280与其
浓度呈正比关系,因此可 作蛋白质定量测定。
不稳定的蛋白质颗粒
溶液中蛋白质的聚沉
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(三)蛋白质空间结构破坏而引起变性
* 蛋白质的变性(denaturation) 在某些物理和化学因素作用下,其特定的 空间构象被破坏,也即有序的空间结构变成无 序的空间结构,从而导致其理化性质改变和生 物活性的丧失。
加热
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(三)蛋白质空间结构破坏而引起变性
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