第2章蛋白质课程学习.pptx

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1、会计学1第第2章蛋白质章蛋白质第一页，共50页。一、什么一、什么一、什么一、什么(shn me)(shn me)是蛋白质是蛋白质是蛋白质是蛋白质?蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质(protein)(protein)是是是是由由由由许许许许多多多多氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸(amino(amino acids)acids)通通通通过过过过(tnggu)(tnggu)肽肽肽肽键键键键(peptide(peptide bond)bond)相相相相连连连连形形形形成成成成的高分子含氮化合物。的高分子含氮化合物。的高分子含氮化合物。的高分子含氮化合物。第1页/共49页第二页，共50页。二、蛋白质的生物学重要性二、

2、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.1.蛋白质是生物蛋白质是生物蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分体重要组成成分体重要组成成分分分分分布布布布广广广广：所所所所有有有有器器器器官官官官、组组组组织织织织都都都都含含含含有有有有(hn(hn yu)yu)蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质；细细细细胞胞胞胞的的的的各各各各个个个个部部部部分分分分都都都都含含含含有有有有(hn(hn yu)yu)蛋蛋蛋蛋白白白白质。质。质。质。含含含含量量量量高高高高：蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质是是是是细细细细胞胞胞胞内内内内最最最最丰丰丰丰富富富富的的的的有有有有机机机

3、机分分分分子子子子，占占占占人人人人体体体体干干干干重重重重的的的的4545，某某某某些些些些组组组组织织织织含含含含量量量量更更更更高高高高，例例例例如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。第2页/共49页第三页，共50页。1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质）物质(wzh)(wzh)的转运和存储的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要蛋白质具有重要(zhngyo)的生物

4、的生物学功能学功能3.氧化氧化(ynghu)供能供能第3页/共49页第四页，共50页。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of ProteinThe Molecular Structure of Protein 第第 一一 节节第4页/共49页第五页，共50页。蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括(boku)一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)

5、高级高级结构结构第5页/共49页第六页，共50页。定义定义(dngy)(dngy)蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(jigu)(jigu)主要的化学键主要的化学键肽键，有些肽键，有些(yuxi)蛋白质还包括二硫键。蛋白质还包括二硫键。第6页/共49页第七页，共50页。一级结构是蛋白质空间构象和特异一级结构是蛋白质空间构象和特异(ty)(ty)生生物学功能的基础。物学功能的基础。目目 录录第7页/共49页第八页，共50页。二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构(jigu)(jigu)蛋蛋白白质质分分

6、子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。定义定义 主要主要(zhyo)的化学键：的化学键：氢键氢键 第8页/共49页第九页，共50页。（一）肽单元（一）肽单元(dnyun)(dnyun)参与肽键的参与肽键的6个原子个原子(yunz)C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在平面上所处的位置为反式在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的构型，此同一平面上的6个原子个原子(yunz)构成了所谓的肽单

7、元构成了所谓的肽单元(peptide unit)。第9页/共49页第十页，共50页。蛋白质二级结构的主要蛋白质二级结构的主要(zhyo)(zhyo)形式形式 -螺旋螺旋(luxun)(luxun)(-helix)-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-pleated sheet)-转角转角(-turn)-turn)无规卷曲无规卷曲(random coil)(random coil)第10页/共49页第十一页，共50页。（二）（二）-螺旋螺旋(luxun)(luxun)目目 录录第11页/共49页第十二页，共50页。（三）（三）-折叠折叠(zhdi)(zhdi)第12页/共49

8、页第十三页，共50页。（四）（四）-转角转角(zhunjio)和无规卷曲和无规卷曲-转角转角(zhunjio(zhunjio)无规卷曲是用来无规卷曲是用来(yn li)(yn li)阐述没有确定规律性的阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。那部分肽链结构。第13页/共49页第十四页，共50页。（五）模体（五）模体在许多蛋白质分子中，可发现二个或在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个近，形成一个(y)(y)特殊的空间构象，被称特殊的空间构象，被称为模体为模体(motif)(motif)。第14页/共49页第十五页，共

9、50页。钙结合钙结合(jih)蛋白中结合蛋白中结合(jih)钙离子的模体钙离子的模体 锌指结构锌指结构(jigu)第15页/共49页第十六页，共50页。（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成(xngchng)的影响的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋螺旋(luxun)(luxun)或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。第16页/共49页第十七页，共50页。三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构

10、三、蛋白质的三级结构(jig(jigu)u)疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。主要的化学键主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有置。即肽链中所有(suyu)原子在三维空间的排原子在三维空间的排布位置。布位置。（一）（一）定义定义(dngy)第17页/共49页第十八页，共50页。目目 录录第18页/共49页第十九页，共50页。肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第19页/共49页第二十页，共50页。纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 （二）结构域（二）结构域大分子蛋白质的三级

11、结构常可分割成一个大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠或数个球状或纤维状的区域，折叠(zhdi)得较为得较为紧密，各行使其功能，称为结构域紧密，各行使其功能，称为结构域(domain)。第20页/共49页第二十一页，共50页。（三）分子（三）分子(fnz)(fnz)伴伴侣侣分子伴侣分子伴侣(bnl)(chaperon)通过提供一个保护环境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。从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。*分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，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

12、误的聚集发生如此重复进行可防止错误的聚集发生(fshng)(fshng)，使肽链，使肽链正确折叠。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。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。确形成起了重要的作用。第21页/共49页第二十二页，共50页。亚基之间的结合力主要是疏水作用亚基之间的结合力主要是疏水作用(zuyng)(zuyng)，其次是氢键和离子键。，其次是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构(jig(jigu)u)

13、蛋白质分子蛋白质分子(fnz)(fnz)中各亚基的空间排布及中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。第22页/共49页第二十三页，共50页。血血红红蛋蛋白白(x xu u h h n ng g d d n nb b i i)的的四四级级结结构构 第23页/共49页第二十四页，共50页。蛋白质结构与功能蛋白质结构与功能(gng

14、nng)的的关系关系The Relation of Structure and Function of Protein第第 二二 节节第24页/共49页第二十五页，共50页。（一）一级结构是空间（一）一级结构是空间(kngjin)构象构象的基础的基础 一、蛋白质一级结构与功能一、蛋白质一级结构与功能(gngnng)的关系的关系 牛核糖核酸酶的一级结构牛核糖核酸酶的一级结构二二硫硫键键第25页/共49页第二十六页，共50页。天然天然(tinrn)(tinrn)状态，有催化状态，有催化活性活性 尿素尿素(nio s)(nio s)、-巯基乙醇巯基乙醇 去除去除(q ch)(q ch)尿尿素、素、-

15、巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第26页/共49页第二十七页，共50页。（二）一级结构与功能（二）一级结构与功能(gngnng)(gngnng)的关系的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血(pnxu)(pnxu)N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病(jbng)(jbng)，称为，称为“分子病分子病”。第27页/共49页第二十八页，共50页。（一）肌红蛋白与

16、血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 二、蛋白质空间结构与功能二、蛋白质空间结构与功能(gngnng)的关系的关系 目目 录录第28页/共49页第二十九页，共50页。HbHb与与与与MbMb一一一一样样样样(yyng)(yyng)能能能能可可可可逆逆逆逆地地地地与与与与O2O2结结结结合合合合，HbHb与与与与O2O2结结结结合合合合后后后后称称称称为为为为氧氧氧氧合合合合HbHb。氧氧氧氧合合合合HbHb占占占占总总总总HbHb的的的的百分数（称百分饱和度）随百分数（称百分饱和度）随百分数（称百分饱和度）随百分数（称百分饱和度）随O2O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。浓度变化而改变

17、。浓度变化而改变。（二）血红蛋白（二）血红蛋白（二）血红蛋白（二）血红蛋白(xuhng dnbi)(xuhng dnbi)的构象变的构象变的构象变的构象变化与结合氧化与结合氧化与结合氧化与结合氧 第29页/共49页第三十页，共50页。肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(xuhng dnbi)(Hb)的氧的氧解离曲线解离曲线第30页/共49页第三十一页，共50页。*协同效应协同效应协同效应协同效应(cooperativity)(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其(yq)(y

18、q)(yq)(yq)配体结合配体结合配体结合配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现后，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。象，称为协同效应。象，称为协同效应。象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应如果是促进作用则称为正协同效应如果是促进作用则称为正协同效应如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity)(positive cooperativity)(positive cooperativity)(positive

19、 cooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应如果是抑制作用则称为负协同效应如果是抑制作用则称为负协同效应如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity)(negative cooperativity)(negative cooperativity)(negative cooperativity)第31页/共49页第三十二页，共50页。第32页/共49页第三十三页，共50页。O2血血红红素素与与氧氧结结合合后后，铁铁原原子子半半径径变变小小，就就能能进进入入卟卟啉啉环环的的小小孔孔中中，继继而而引引起起(ynq)(ynq)肽肽链位置的变动。链位置的

20、变动。第33页/共49页第三十四页，共50页。变构效应变构效应变构效应变构效应(xioyng)(allosteric effect)(xioyng)(allosteric effect)蛋蛋白白质质空空间间结结构构的的改改变变伴伴随随(bn su)其其功功能能的的变变化化，称为变构效应。称为变构效应。第34页/共49页第三十五页，共50页。（三）蛋白质构象（三）蛋白质构象(u xin)改变与疾改变与疾病病 蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变(gibin)(gibin)，仍

21、仍可可影影响响其其功功能能，严严重时可导致疾病发生。重时可导致疾病发生。第35页/共49页第三十六页，共50页。蛋白质构象蛋白质构象(u xin)改变导致疾病的机理：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。蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括(boku)：人纹状体脊髓变性病、：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第36页/共49页第三

22、十七页，共50页。疯牛病中的蛋白质构象疯牛病中的蛋白质构象(u xin)改变改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起引起的一组人和动物神经退行性病变。的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第37页/共49页第三十八页，共50页。第三节第三节 蛋白质组和蛋白质组学蛋白质组和蛋白质组学n n一、背景一、背景(bijng)

23、n n二、蛋白质组和功能蛋白质二、蛋白质组和功能蛋白质n n三、蛋白质组学和医学三、蛋白质组学和医学第38页/共49页第三十九页，共50页。一、背一、背 景景从genomic到proteome基因(jyn)数量有限性和基因(jyn)结构的相对稳定性 vs 生命现象的复杂性和多变性 第39页/共49页第四十页，共50页。n n对蛋白质的数量、结构、性质、对蛋白质的数量、结构、性质、相互关系和生物学功能相互关系和生物学功能(gngnng)进行全面深入的研进行全面深入的研究已成为生命科学研究的迫切究已成为生命科学研究的迫切需要和重要任务。需要和重要任务。第40页/共49页第四十一页，共50页。n n

24、蛋白质组是澳大利亚学者蛋白质组是澳大利亚学者蛋白质组是澳大利亚学者蛋白质组是澳大利亚学者WilliamsWilliamsWilliamsWilliams和和和和WilkinsWilkinsWilkinsWilkins于于于于1994199419941994年首先提出年首先提出年首先提出年首先提出(t ch)(t ch)(t ch)(t ch)，源于蛋白质（源于蛋白质（源于蛋白质（源于蛋白质（proteinproteinproteinprotein）与基因组）与基因组）与基因组）与基因组（genomegenomegenomegenome）两个词的杂合）两个词的杂合）两个词的杂合）两个词的杂合,意

25、指意指意指意指proteins expressed by a genomeproteins expressed by a genomeproteins expressed by a genomeproteins expressed by a genome，即即即即“一个细胞或一个组织基因组所表一个细胞或一个组织基因组所表一个细胞或一个组织基因组所表一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质达的全部蛋白质达的全部蛋白质达的全部蛋白质”。二、蛋白质组及蛋白质组学的概念二、蛋白质组及蛋白质组学的概念(ginin)第41页/共49页第四十二页，共50页。n n对应于基因组的所有蛋白质构成的整体，对应于

26、基因组的所有蛋白质构成的整体，对应于基因组的所有蛋白质构成的整体，对应于基因组的所有蛋白质构成的整体，不是局限于一个或几个蛋白质。不是局限于一个或几个蛋白质。不是局限于一个或几个蛋白质。不是局限于一个或几个蛋白质。n n同一基因组在不同同一基因组在不同同一基因组在不同同一基因组在不同(b tn(b tn)细胞、不同细胞、不同细胞、不同细胞、不同(b tn(b tn)组织中的表达情况各不相同组织中的表达情况各不相同组织中的表达情况各不相同组织中的表达情况各不相同 。n n在空间和时间上动态变化着的整体。在空间和时间上动态变化着的整体。在空间和时间上动态变化着的整体。在空间和时间上动态变化着的整体

27、。蛋白质组是：蛋白质组是：第42页/共49页第四十三页，共50页。蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)指应用各种技术手段来研究指应用各种技术手段来研究(ynji)(ynji)蛋白质组的一门新兴科学，其目的是从整蛋白质组的一门新兴科学，其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。第43页/共49页第四十四页，共50页。主要主要(zhyo)研

28、研究内容究内容 了解某种特定的细胞、组织了解某种特定的细胞、组织(zzh)或器官制造的蛋白质种或器官制造的蛋白质种类；类；明确各种明确各种(zhn)蛋白蛋白质分子是如何形成类似于电路质分子是如何形成类似于电路的网络的；的网络的；描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其结构上的关键部位，如与药物结合并且决结构上的关键部位，如与药物结合并且决定其活性的部位。定其活性的部位。第44页/共49页第四十五页，共50页。功能功能(gngnng)蛋白质组学蛋白质组学(functional proteomics)的提出的提出 n n功能蛋白质组：细胞在一定阶功能蛋白质组：细胞在一定阶段

29、或与某一生理现象相关的所段或与某一生理现象相关的所有蛋白质。有蛋白质。n n介于对个别蛋白质的传统介于对个别蛋白质的传统(chuntng)蛋白质化学研究蛋白质化学研究和以全部蛋白质为研究对象的和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质组学之间。蛋白质组学之间。第45页/共49页第四十六页，共50页。n n从局部入手研究蛋白质组的各个功能从局部入手研究蛋白质组的各个功能(gngnng)亚群体。亚群体。n n将多个亚群体组合起来，逐步描绘出接近于将多个亚群体组合起来，逐步描绘出接近于生命细胞的生命细胞的“全部蛋白质全部蛋白质”的蛋白质组图的蛋白质组图谱。谱。第46页/共49页第四十七页，共50页。三、蛋白质

30、组学和医学三、蛋白质组学和医学(yxu)n n1.疾病和诊断n n2.新药(xn yo)开发第47页/共49页第四十八页，共50页。复习题复习题n n1.1.蛋白质的变性伴随有结构上的变化是蛋白质的变性伴随有结构上的变化是n n（A A）肽链的断裂）肽链的断裂（B B）氨基酸残基的化学修饰）氨基酸残基的化学修饰n n（C C）一些侧链基因的暴露）一些侧链基因的暴露（D D）二硫链的打开）二硫链的打开 n n（E E）氨基酸排列顺序的改变）氨基酸排列顺序的改变n n2.2.在电场在电场(dinchng)(dinchng)中，蛋白质泳动速度取决于中，蛋白质泳动速度取决于n n（A A）蛋白质颗粒的大小）蛋白质颗粒的大小（B B）带净电荷的多少）带净电荷的多少 n n（C C）蛋白质颗粒的形状）蛋白质颗粒的形状n n（D D）（）（A A）+（B B）（E E）（）（A A）+（B B）+（C C）第48页/共49页第四十九页，共50页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第49页/共49页第五十页，共50页。