《蛋白质结构与功能》PPT课件
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羊搔痒症大家都知道，但还从未发现跨物种的传播。但 疯牛病就是爆发了，而起因可能是饲料里的羊肉粉末。如果 吃了疯牛病发作的牲畜的肉，则可能引发人类的海绵状脑病。 正常的Prion蛋白含有大量的α螺旋，而病变的蛋白却含有更 多的β折叠。这些β折叠在蛋白质间相互作用，形成不溶的 凝块。摄入的异常prion蛋白利用免疫系统的巨噬细胞在体内 运输并最终到达神经组织，然后一直传到脑部。
迂回 /折叠桶
4.11 具有四级结构的蛋白质是球状亚基的组装体
4.11.1 血红蛋白是个四聚体蛋白
➢ Max Perutz经过二十多年的努力通过X-射线晶体图确定了 马血红蛋白的结构。成年人的血红蛋白是一个由两个亚基和 两个亚基两种类型亚基组成的四聚体。
➢ 和都很类似于肌红蛋白，只是肽链稍微短一点。和隔 着一个空腔彼此相向（下图）。
2,3 BPG的作用
2,3 BPG是血红蛋白的别构效应剂，一分子血红蛋白只有一分子 2,3 BPG，位于由四个亚基缔合形成的中央孔穴内。 2,3 BPG将 两个链交联在一起，有助于去氧血红蛋白的构象，促进氧的释放。
2,3-二磷酸-D-甘油酸（2,3BPG）是红 细胞内血红蛋白的别构效应剂。
2,3BPG 的存在，可使氧与全血中成熟 的血红蛋白结合的P50大约提高到26torr。 换言之，红细胞中的2,3BPG实质上是 降低了脱氧血红蛋白对氧的亲和性。
当一个与血红蛋白中的一个O 2分子亚基结合会增加其他未结合O2的 亚基对O2的亲和力。这种效应称为正 协同性同促效应，称为正同促效应物。
氧与血红蛋白结合的模式如 右图所示。
4. 11.2 血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同
组织
肺
肌红 蛋白
血血红红蛋蛋白白
血红蛋 白氧合曲线 为S形
肌红蛋 白氧合曲线 为双曲线形
核糖核酸酶A变性和复性
加脲和 巯基乙醇
核糖核酸酶A变性，酶的三级结 构和活性完全丧失，生成含有8 个巯基的多肽链。
去除脲和巯基乙醇， 又恢复到天然状态
Anfinsen等人用含有2-巯基乙醇的8M脲的变性剂使核糖核酸酶A （Rnase A）变性，导致酶的三级结构和催化活性完全丧失，生 成含有8个巯基的多肽链。
❖ 血红蛋白和肌红蛋白都能结合氧，氧都是 结合在分子中的血红素辅基上。
❖ 然而血红蛋白是个四聚体分子，可以转运 氧，其氧合曲线是 S 形的；肌红蛋白是个单 体，只贮存氧，并且可以使氧在肌肉内很容易 地扩散，其氧合曲线是双曲线形的。
❖ 肌红蛋白和血红蛋白的生理功能依赖于与 辅基可逆地结合氧，结合氧的情况可以通过氧 结合曲线看出。
。
螺旋-环-螺旋
基元
发卡
ห้องสมุดไป่ตู้希腊钥匙
结构域
在三级结构内独立折叠的单位称 之结构域。一个典型的结构域都具有一 种特殊的功能，例如可以结合小分子等 。
结构域一般由几个超二级结构 单位组成的。结构域的大小变化很大， 范围从25到300个氨基酸残基，平均约为 100个残基。
右图a为迂回含有通过发夹环 连接的反平行链。图b是一种/式的折 叠桶，它是由重复的单位组成的，折 叠桶的核心通常都是疏水结合部位或反 应部位。
➢ 每个亚基是由141个氨基酸残基组成，而每个亚基有146 个氨基酸残基。无论是还是亚基，它们的三级结构几乎与 肌红蛋白相同。
➢ 血红蛋白是的二聚体，因为和相互作用比与，和 之间的相互作用强得多。
氧与血红蛋白结合的同促效应
血红蛋白存在两种构象：T态 （紧张态）和R态（松弛态）， T态和 R态常用来由于配体结合引起的两种可 互换状态。在本节在配体指的是氧，T 态指的是对氧亲和力低的状态，而R态 指的是对氧亲和力高的状态。
正常的Prion蛋白 含有大量的α螺旋
病变的Prion蛋白 含有更多的β折叠
4.10 球蛋白还存在着其它一些结构
A.非重复的环结构
β转角
B. 超二级结构
超二级结构也称之基元，是二级结构的组合结构。这
类结构存在于大量的各种不同的蛋白质结构中。超二级结构可
能具有一种特定的功能或是作为大的功能单位结构域的一部分
4.8 球蛋白的折叠依赖于各种相互作用
A. 疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力
蛋白质中的疏水基团彼此靠近、聚集以避开水的现象称之疏水 相互作用或疏水效应。
B. 氢键和范德华力也是稳定球蛋白的力
除了稳定-螺旋和-折叠结构的氢键以外，在多肽链骨架和水 之间，多肽链骨架和极性侧链之间，两个极性侧链之间以及极性侧链 和水之间也可以形成氢键。大多数氢键都是N-H……O类型的。
金属离子 配位作用
疏水 相互作用
静电相互作用
螺旋 结构
链内 氫健
折叠 结构
链间 氫健
二硫健
侧链 之间 氫健
4.9 变性剂可引起蛋白质去折叠
环境的变化或是化学处理都会引起蛋白质天然构象的破 坏，并伴随着生物活性的丧失，这一过程称之蛋白质变性。
天然蛋白
天然蛋白
天然蛋白
变性剂
去污剂
尿素
变性蛋白
变性蛋白
尿素 盐酸胍
如果使变性的酶氧化和再折叠，8对巯基可以随机配对的话，那 么就有可能生成105种二硫键不同的结构，但具有生物活性的只 有一种。事实上当除去还原剂后，在8M脲的环境下氧化，形成 的蛋白质中有99％都含有不正确的二硫键，而且活性大约是原 来酶活性的1％。
如果将还原剂和脲同时都除去，并且稀释还原的蛋白和将它于 生理pH条件下暴露在空气中，Rnase A会自发地获得它的天然构 象，一套正确的二硫键和充分的酶活性。实验表明正确的二硫 键只有当蛋白质折叠成它的天然构象后才能形成。如果向含有 拼凑的不正确二硫键的失活形式的蛋白质溶液中加入少量的还 原剂，然后缓慢加热，也可以复性。
范德华力包括吸引力和斥力两种相互作用，范德华力只有当两 个非极性残基之间处于一定距离时才能达到最大。
C. 共价交联和离子相互作用有时有助于球蛋白的稳定
共价交联，例如二硫键也有助于某些球蛋白的天然构象的稳 定。带有相反电荷的侧链之间的离子相互作用也能帮助稳定球蛋白， 虽然这种作用很弱。
稳定蛋白质三级结构的主要作用力
疯牛病是由于蛋白变性引起的
一种名叫Prion（朊蛋白 ）的小蛋白质（28KD）已经被 证实是疯牛病以及其它相关疾病，如羊的搔痒症以及人类的 海绵状脑病的致病介质。
Prions是在神经组织的细胞膜上发现的一种糖蛋白。当p rion蛋白的正常构形（图a）变性折叠成非正常的构形（图b） 时，疾病就发生了。
迂回 /折叠桶
4.11 具有四级结构的蛋白质是球状亚基的组装体
4.11.1 血红蛋白是个四聚体蛋白
➢ Max Perutz经过二十多年的努力通过X-射线晶体图确定了 马血红蛋白的结构。成年人的血红蛋白是一个由两个亚基和 两个亚基两种类型亚基组成的四聚体。
➢ 和都很类似于肌红蛋白，只是肽链稍微短一点。和隔 着一个空腔彼此相向（下图）。
2,3 BPG的作用
2,3 BPG是血红蛋白的别构效应剂，一分子血红蛋白只有一分子 2,3 BPG，位于由四个亚基缔合形成的中央孔穴内。 2,3 BPG将 两个链交联在一起，有助于去氧血红蛋白的构象，促进氧的释放。
2,3-二磷酸-D-甘油酸（2,3BPG）是红 细胞内血红蛋白的别构效应剂。
2,3BPG 的存在，可使氧与全血中成熟 的血红蛋白结合的P50大约提高到26torr。 换言之，红细胞中的2,3BPG实质上是 降低了脱氧血红蛋白对氧的亲和性。
当一个与血红蛋白中的一个O 2分子亚基结合会增加其他未结合O2的 亚基对O2的亲和力。这种效应称为正 协同性同促效应，称为正同促效应物。
氧与血红蛋白结合的模式如 右图所示。
4. 11.2 血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同
组织
肺
肌红 蛋白
血血红红蛋蛋白白
血红蛋 白氧合曲线 为S形
肌红蛋 白氧合曲线 为双曲线形
核糖核酸酶A变性和复性
加脲和 巯基乙醇
核糖核酸酶A变性，酶的三级结 构和活性完全丧失，生成含有8 个巯基的多肽链。
去除脲和巯基乙醇， 又恢复到天然状态
Anfinsen等人用含有2-巯基乙醇的8M脲的变性剂使核糖核酸酶A （Rnase A）变性，导致酶的三级结构和催化活性完全丧失，生 成含有8个巯基的多肽链。
❖ 血红蛋白和肌红蛋白都能结合氧，氧都是 结合在分子中的血红素辅基上。
❖ 然而血红蛋白是个四聚体分子，可以转运 氧，其氧合曲线是 S 形的；肌红蛋白是个单 体，只贮存氧，并且可以使氧在肌肉内很容易 地扩散，其氧合曲线是双曲线形的。
❖ 肌红蛋白和血红蛋白的生理功能依赖于与 辅基可逆地结合氧，结合氧的情况可以通过氧 结合曲线看出。
。
螺旋-环-螺旋
基元
发卡
ห้องสมุดไป่ตู้希腊钥匙
结构域
在三级结构内独立折叠的单位称 之结构域。一个典型的结构域都具有一 种特殊的功能，例如可以结合小分子等 。
结构域一般由几个超二级结构 单位组成的。结构域的大小变化很大， 范围从25到300个氨基酸残基，平均约为 100个残基。
右图a为迂回含有通过发夹环 连接的反平行链。图b是一种/式的折 叠桶，它是由重复的单位组成的，折 叠桶的核心通常都是疏水结合部位或反 应部位。
➢ 每个亚基是由141个氨基酸残基组成，而每个亚基有146 个氨基酸残基。无论是还是亚基，它们的三级结构几乎与 肌红蛋白相同。
➢ 血红蛋白是的二聚体，因为和相互作用比与，和 之间的相互作用强得多。
氧与血红蛋白结合的同促效应
血红蛋白存在两种构象：T态 （紧张态）和R态（松弛态）， T态和 R态常用来由于配体结合引起的两种可 互换状态。在本节在配体指的是氧，T 态指的是对氧亲和力低的状态，而R态 指的是对氧亲和力高的状态。
正常的Prion蛋白 含有大量的α螺旋
病变的Prion蛋白 含有更多的β折叠
4.10 球蛋白还存在着其它一些结构
A.非重复的环结构
β转角
B. 超二级结构
超二级结构也称之基元，是二级结构的组合结构。这
类结构存在于大量的各种不同的蛋白质结构中。超二级结构可
能具有一种特定的功能或是作为大的功能单位结构域的一部分
4.8 球蛋白的折叠依赖于各种相互作用
A. 疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力
蛋白质中的疏水基团彼此靠近、聚集以避开水的现象称之疏水 相互作用或疏水效应。
B. 氢键和范德华力也是稳定球蛋白的力
除了稳定-螺旋和-折叠结构的氢键以外，在多肽链骨架和水 之间，多肽链骨架和极性侧链之间，两个极性侧链之间以及极性侧链 和水之间也可以形成氢键。大多数氢键都是N-H……O类型的。
金属离子 配位作用
疏水 相互作用
静电相互作用
螺旋 结构
链内 氫健
折叠 结构
链间 氫健
二硫健
侧链 之间 氫健
4.9 变性剂可引起蛋白质去折叠
环境的变化或是化学处理都会引起蛋白质天然构象的破 坏，并伴随着生物活性的丧失，这一过程称之蛋白质变性。
天然蛋白
天然蛋白
天然蛋白
变性剂
去污剂
尿素
变性蛋白
变性蛋白
尿素 盐酸胍
如果使变性的酶氧化和再折叠，8对巯基可以随机配对的话，那 么就有可能生成105种二硫键不同的结构，但具有生物活性的只 有一种。事实上当除去还原剂后，在8M脲的环境下氧化，形成 的蛋白质中有99％都含有不正确的二硫键，而且活性大约是原 来酶活性的1％。
如果将还原剂和脲同时都除去，并且稀释还原的蛋白和将它于 生理pH条件下暴露在空气中，Rnase A会自发地获得它的天然构 象，一套正确的二硫键和充分的酶活性。实验表明正确的二硫 键只有当蛋白质折叠成它的天然构象后才能形成。如果向含有 拼凑的不正确二硫键的失活形式的蛋白质溶液中加入少量的还 原剂，然后缓慢加热，也可以复性。
范德华力包括吸引力和斥力两种相互作用，范德华力只有当两 个非极性残基之间处于一定距离时才能达到最大。
C. 共价交联和离子相互作用有时有助于球蛋白的稳定
共价交联，例如二硫键也有助于某些球蛋白的天然构象的稳 定。带有相反电荷的侧链之间的离子相互作用也能帮助稳定球蛋白， 虽然这种作用很弱。
稳定蛋白质三级结构的主要作用力
疯牛病是由于蛋白变性引起的
一种名叫Prion（朊蛋白 ）的小蛋白质（28KD）已经被 证实是疯牛病以及其它相关疾病，如羊的搔痒症以及人类的 海绵状脑病的致病介质。
Prions是在神经组织的细胞膜上发现的一种糖蛋白。当p rion蛋白的正常构形（图a）变性折叠成非正常的构形（图b） 时，疾病就发生了。