第六章蛋白质结构与功能的关系powerpoint-template课件.ppt

1、LOGO授课教师：艾永兴授课教师：艾永兴动物生物技术系动物生物技术系吉林大学畜牧兽医学院吉林大学畜牧兽医学院Email:Email:Company 主要内容：以血红蛋白为例介绍蛋白质的结构与功能。以血红蛋白为例介绍蛋白质的结构与功能。了解免疫球蛋白和肌球蛋白及肌丝蛋白结构与了解免疫球蛋白和肌球蛋白及肌丝蛋白结构与功能。功能。Company v蛋白质是生命体中最主要的功能分子（或称行为分子）。蛋白质是生命体中最主要的功能分子（或称行为分子）。其发挥功能总是发生蛋白质与其他分子的相互作用。其发挥功能总是发生蛋白质与其他分子的相互作用。v在蛋白质与其他分子的相互作用中，能被它可逆结合的在蛋白质与其他

2、分子的相互作用中，能被它可逆结合的其他分子称为其他分子称为配体。配体可以是任何一种分子，包括另一配体。配体可以是任何一种分子，包括另一种蛋白质分子。种蛋白质分子。v蛋白质蛋白质-配体相互作用是瞬时性质对生命至关重要，因为配体相互作用是瞬时性质对生命至关重要，因为它允许生物体在内、外环境发生变化时，能快速、可逆地它允许生物体在内、外环境发生变化时，能快速、可逆地作出反应。作出反应。v蛋白质上的配体结合部位和配体的大小、形状、电荷状蛋白质上的配体结合部位和配体的大小、形状、电荷状态及疏水或亲水性质方面都是互补的。态及疏水或亲水性质方面都是互补的。Company v地球大气的不断变化，生物也在不停地

3、进化，地球大气的不断变化，生物也在不停地进化，光合作用产生氧气是大气变化的主要因素光合作用产生氧气是大气变化的主要因素v在进化过程中出现两个重要的氧结合蛋白质：在进化过程中出现两个重要的氧结合蛋白质：肌红蛋白和血红蛋白肌红蛋白和血红蛋白v肌红蛋白便于氧在肌肉中转运，并作为氧的肌红蛋白便于氧在肌肉中转运，并作为氧的可逆性贮库。而血红蛋白是血液中的氧载体。可逆性贮库。而血红蛋白是血液中的氧载体。v肌红蛋白和血红蛋白是两个研究得最透彻的肌红蛋白和血红蛋白是两个研究得最透彻的蛋白质，是说明蛋白质结构与功能关系的范例蛋白质，是说明蛋白质结构与功能关系的范例Company v(一一)肌红蛋白的三级结构肌红

4、蛋白的三级结构v肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin,Mb）是哺乳动物细胞是哺乳动物细胞(主要是肌细胞主要是肌细胞)贮贮存和分配氧的蛋白质存和分配氧的蛋白质v肌红蛋白结构和大小肌红蛋白结构和大小 肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素构成，相对分子质量为构成，相对分子质量为16700,含含153个氨基酸残基。个氨基酸残基。v除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白(globin),它和血红蛋白它和血红蛋白的亚基的亚基(-珠珠蛋白链和蛋白链和-珠蛋白链珠蛋白链)在氨基酸序列上具有明显的同在氨基酸序列上具有明显的同源性，构象和功能也极其

5、相似源性，构象和功能也极其相似v肌红蛋白的空间结构测定肌红蛋白的空间结构测定 由由Kendrew J等等1963年完成年完成v肌红蛋白的空间结构肌红蛋白的空间结构 含含8段段螺旋螺旋Company Company v(二二)辅基血红素辅基血红素v蛋白质不能直接与氧发生可逆结合，某些过渡金属的低氧态蛋白质不能直接与氧发生可逆结合，某些过渡金属的低氧态(Fe2+和和Cu+)有很强的有很强的结合氧倾向。进化过程中肌红蛋白血红蛋结合氧倾向。进化过程中肌红蛋白血红蛋白家族应用了白家族应用了Fe2+作为氧的结合部位，而某些节肢动物的血蓝蛋作为氧的结合部位，而某些节肢动物的血蓝蛋白中结合氧的是白中结合氧的是

6、Cu+。v血红素血红素 原卟啉原卟啉与铁的络合物铁原卟啉与铁的络合物铁原卟啉称血红素称血红素v亚铁血红素和高铁血红素亚铁血红素和高铁血红素Company v(二二)辅基血红素辅基血红素v原卟啉原卟啉由四个吡由四个吡咯环组成，咯环组成，4个吡咯环个吡咯环通过甲叉桥连接形成通过甲叉桥连接形成四吡咯环系统，与之四吡咯环系统，与之相连还有四个甲基和相连还有四个甲基和两个乙烯基及两个丙两个乙烯基及两个丙酸基。酸基。Company v(三三)O2与肌红蛋白的结合与肌红蛋白的结合F8E7近侧His(F8)Company (四四)O2的结合改变肌红蛋白的构象的结合改变肌红蛋白的构象肌红蛋白血红素肌红蛋白血红素

7、O2的结合，使铁原子的位置与卟啉环平面关系发生改的结合，使铁原子的位置与卟啉环平面关系发生改变，铁卟啉由圆顶状变成平面状变，铁卟啉由圆顶状变成平面状Company v血红蛋白存在于血液的红细血红蛋白存在于血液的红细胞中胞中,以高浓度以高浓度(3亿个亿个)溶解于溶解于红细胞溶胶中。红细胞溶胶中。1.血红蛋白的亚基组成血红蛋白的亚基组成 2种种4个亚基个亚基,四个血红素分别四个血红素分别位于每个多肽链的位于每个多肽链的E和和F螺旋螺旋之间的裂隙，暴露在分子的之间的裂隙，暴露在分子的表面。表面。肌红蛋白：肌红蛋白：153个残基个残基Hb的的链：链：141个残基，短个残基，短H少少DHb的的链：链：1

8、46个残基，短个残基，短H三者只有三者只有27个位置残基相同。个位置残基相同。Company 血红蛋白的同源性：血红蛋白的同源性：有有9个位置的残基最为保守：个位置的残基最为保守：His F8(87和和92)和和E7(58和和63)与血红素接触：与血红素接触：Phe CD1和和Leu F4H和和F螺旋之间的氢键：螺旋之间的氢键：Tyr HC2B和和E螺旋接近：螺旋接近：Gly B6C螺旋终止：螺旋终止：Pro C2Company 亚基间的接触：亚基间的接触：装配接触：装配接触：11接触和接触和22接触接触滑动接触：滑动接触：12接触和接触和21接触接触Company Company 链和链和链

9、的链的V末端倒第二位末端倒第二位都是都是TyrHC2残基残基(Tyr140 和和Tyr145)其上的酚其上的酚OH与与ValFG5（Val93 和和Val98）上的）上的CO形成链形成链内氢键。内氢键。Company 2()1-nP OYYKCompany H+、CO2对血红蛋白结合氧影响对血红蛋白结合氧影响+-22233CO+H OH COH+HCO 碳酸酐酶1、在组织中在组织中H+、CO2与血红蛋白的结合，及与血红蛋白的结合，及O2的释放。的释放。去氧血红蛋白对去氧血红蛋白对H+的亲和力比氧合血红蛋白大。的亲和力比氧合血红蛋白大。增加增加H+浓度提高浓度提高O2从血红蛋白中的释放。从血红蛋

10、白中的释放。H+结结合在血红蛋白的参与盐桥形成的合在血红蛋白的参与盐桥形成的链链N N端的端的Val Val 1(NA1)1(NA1)上的上的 氨基，氨基，链链C C端端His His 146146(HC3)(HC3)咪唑基上。咪唑基上。COCO2 2在血红蛋白中的结合部位是在血红蛋白中的结合部位是4 4个亚基的个亚基的N N端端氨基，形成氨甲酸血红蛋白。氨基，形成氨甲酸血红蛋白。2、在肺中、在肺中H+、CO2的释放，及的释放，及O2与血红蛋白的结合。与血红蛋白的结合。COO+H2NCCRHbOHNCCRHbOHHC-OO+H+Bohr效应效应Company BPG对血红蛋白结合氧影响对血红蛋

11、白结合氧影响LysLysHisValHisHisHisValCompany 肺内氧分压下降时。肺内氧分压下降时。应用柠檬酸葡萄糖（应用柠檬酸葡萄糖（ACD）溶液贮存血液。）溶液贮存血液。红细胞中红细胞中BPG由由4.5mmol/L 0.5mmol/L肌苷在红细胞内转变为肌苷在红细胞内转变为BPGINOSINE胎儿红细胞中的血红蛋白胎儿红细胞中的血红蛋白Hb F(22)，链上第链上第143位是丝氨酸，而位是丝氨酸，而链的链的第第143位是组氨酸，从而使位是组氨酸，从而使Hb F与与BPG的结合能力下降，因此增加了的结合能力下降，因此增加了Hb F与氧的亲和力。与氧的亲和力。Company 三、血

12、红蛋白分子病三、血红蛋白分子病(一一)分子病分子病血红蛋白有关的疾病：血红蛋白有关的疾病：镰刀状镰刀状细胞贫血病：细胞贫血病：由于由于或或链发生了变化链发生了变化。地中海贫血病：地中海贫血病：缺少缺少或或链。链。(二二)镰刀状镰刀状细胞贫血病细胞贫血病1.镰刀状镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的2.镰刀状镰刀状细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化HbAHbA H H2 2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-N-Val-His-Leu-Thr-Pro-GluGlu-Glu-Lys-COOH-Glu-Lys-COOHH

13、bSHbS H H2 2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-N-Val-His-Leu-Thr-Pro-ValVal-Glu-Lys-COOH-Glu-Lys-COOH (链链)1 2 3 4 5 6 7 8)1 2 3 4 5 6 7 83.镰刀状镰刀状细胞血红蛋白可形成纤维状沉淀细胞血红蛋白可形成纤维状沉淀Company 加速malaria红细胞的破坏，从而对抗malariaEF拐弯拐弯Company 4.镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正用用KCNO(氰酸钾氰酸钾)处理红细胞处理红细胞N端端Val三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病NH3CHCCHOH3

14、CH3CNCO-+NHCHCCHOH3CH3CCONH2HbSHbS H H2 2N-N-ValVal-His-Leu-Thr-Pro-His-Leu-Thr-Pro-ValVal-Glu-Lys-COOH-Glu-Lys-COOH (链链)1 2 3 4 5 6 7 8)1 2 3 4 5 6 7 8Company （三）其他血红蛋白病（三）其他血红蛋白病三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病（1）突变发生在血红素基的附近）突变发生在血红素基的附近先天性青紫：先天性青紫：Hb M Osaka()Tyr上的酚与上的酚与Fe 结合形成结合形成Fe3+离子离子5822HisTyr（2）突变发生在特异

15、结合部位）突变发生在特异结合部位三级空间结构形成受到影响。如三级空间结构形成受到影响。如Hb Riverdale-Bronx()2522GlyArg H2NCH CHOHOH2NCH CCH2OHOCH2CH2NHCNH2NHGlyArgCompany （三）其他血红蛋白病（三）其他血红蛋白病三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病（3）突变发生在亚基界面）突变发生在亚基界面亚基间接触受到影响。亚基间接触受到影响。Hb kempsey(),影响影响T态的形成。态的形成。Hb Kansas(),影响影响R态的形成。态的形成。9922AspAsn 10222AsnThr Company （四）地中海贫

16、血（四）地中海贫血三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病1.地中海贫血：地中海贫血：纯合子缺失和杂合子缺失。纯合子缺失和杂合子缺失。2.地中海贫血地中海贫血染色体上有两个相邻的拷贝（染色体上有两个相邻的拷贝（1和和 2），一个可能有），一个可能有4、3、2、1、0个个基基因拷贝，因拷贝，0个拷贝致命（个拷贝致命（地中海贫血），造成地中海贫血），造成4或或4，无别构效应，总是处，无别构效应，总是处于于R态，无态，无Bohr效应，向组织卸氧能力差。效应，向组织卸氧能力差。地中海贫血和地中海贫血和地中海贫血性状（杂合子）一般对地中海贫血性状（杂合子）一般对malariamalaria的一定的防护，的一

17、定的防护，所以这样的突变在所以这样的突变在malariamalaria高发区存在下来。高发区存在下来。发生途径：发生途径：A.一个或多个编码基因缺失。一个或多个编码基因缺失。B.无义突变。无义突变。C.突变导致未正常转录或突变导致未正常转录或mRNA未正常加工。未正常加工。Company 四、免疫球蛋白四、免疫球蛋白多克隆抗体、单克隆抗体。多克隆抗体、单克隆抗体。Company 四、免疫球蛋白四、免疫球蛋白基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法ELISACompany 四、免疫球蛋白四、免疫球蛋白基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法Western blot