高中生物竞赛课件：蛋白质结构和功能的关系.pptx

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1、蛋白质结构和功能的关系研究蛋白质的结构与功能的关系是从分子水平上认识生命现象的一个极为重要的领域；对医药的研究也有十分重要的意义。它能从分子水平上阐明酶、激素等活性物质的作用机制，以及一些遗传性疾病发生的原因，这将为疾病(如肿瘤、遗传性疾病)的防治和药物研究提供重要的理论根据。蛋白质结构和功能的关系近年来蛋白质工程的发展就是以蛋白质的结构和功能的关系为基础，通过分子设计，有控制的基团修饰与合成或对表达产物蛋白质的化学修饰，对天然蛋白质进行定向改造，创造出自然界不存在但功能上更优越的蛋白质，为人类的需要服务。蛋白质结构和功能的关系研究蛋白质的结构与功能的关系是从分子水平上认识生命现象的一个极为重

2、要的领域；对医药的研究也有十分重要的意义。它能从分子水平上阐明酶、激素等活性物质的作用机制，以及一些遗传性疾病发生的原因，这将为疾病(如肿瘤、遗传性疾病)的防治和药物研究提供重要的理论根据。近年来蛋白质工程的发展就是以蛋白质的结构和功能的关系为基础，通过分子设计，有控制的基团修饰与合成或对表达产物蛋白质的化学修饰，对天然蛋白质进行定向改造，创造出自然界不存在但功能上更优越的蛋白质，为人类的需要服务。总的说来，蛋白质分子的一级结构是形成空间结构的物质基础，而蛋白质的生物功能是蛋白质分子特定的天然构象所表现的性质或具有的属性。研究蛋白质结构与功能的关系是生物化学要解决的重要问题Cys位置不变二硫键

3、空间构象胰岛素蛋白质结构和功能的关系1、蛋白质一级结构与功能的关系(1)种属差异细胞色素C14171880蛋白质结构和功能的关系1、蛋白质一级结构与功能的关系(1)种属差异p 正常血红蛋白(Hb-A)Glu(负电)Hb-A相互排斥，不能聚集p 异常血红蛋白(Hb-S)Val(疏水)Hb-S在氧气缺乏时聚集成链状，丧失运氧功能，红细胞呈镰刀状，易胀破发生溶血蛋白质结构和功能的关系1、蛋白质一级结构与功能的关系(2)分子病（镰刀型贫血病）蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系I.肌红蛋白(Mb)II.血红蛋白(Hb)III.免疫球蛋白蛋白质分子特定的空间构象是表现其生物学功能或活性所必需

4、。若蛋白质分子特定的空间构象受破坏，其生物学功能也会改变甚至失去活性。主要的二级结构形式是螺旋活性区域含1个血红素，两侧通过His与Mb分子相连F8近His;E7远His疏水区域防止血红素中的Fe2+被氧化I.肌红蛋白(Mb)结构与功能的关系储存氧气蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系Fe2+的6个配位键：4个与卟啉环的N相连，1个与F8 His相连1个与O2相连（储存O2）I.肌红蛋白(Mb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系肌红蛋白(Mb)与O2 结合的机制p 血红素容易被氧化成高铁血红素（与水接触或两个血红素相互作用），Mb的疏水空穴可避免血红素

5、与水接触，此外，空间位阻使两个血红素基团不能靠得足够近（只能容纳一个血红素），因此不易被氧化p 空间位阻也反映在降低血红素对CO的亲和力上储存氧气I.肌红蛋白(Mb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系游离的血红素与CO的亲和力比O2高25000倍Mb中的血红素与CO的亲和力比O2高250倍？储存O2空间位阻别构效应多亚基蛋白质的多个结合部位中，结合在特定部位上的配体对其他部位所产生的影响（亲和力、催化能力）一个亚基与O2 结合（释放）影响其他亚基构象的变化亚基对O2的亲和力（）运 输 氧 气 II.血红蛋白(Hb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构

6、象与功能的关系珠蛋白家族Mb Hb Hb 紧张态氧亲和力低松弛态氧亲和力高亚基构象的改变运 输 氧 气 II.血红蛋白(Hb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系p Hb未结合O2：铁原子向F8 His方向略微突出卟啉环面，血红素辅基在同一方向少许凸起；p 结合O2：铁原子向卟啉环平面靠拢，血红素由凸起状变为平面形；p 这一微小的位移引起螺旋F和拐弯EF和FG的位移，传递到亚基的界面，构象发生重调，导致Hb由T态向R态转变，同时亚基之间的空隙变窄亚基构象的改变Hb构象的改变Hb构象的改变导致高效率的O2结合CO2、H+和2,3-二磷酸甘油酸（BPG）对Hb转运O2的

7、调节Hb跟H+(或CO2)的结合与跟O2的结合是拮抗的关系，外周组织中，pH较低，CO2浓度较高，Hb对O2的亲和力随H+和CO2的结合而；肺部，CO2排出，血液pH上升，Hb对O2的亲和力；pH和CO2浓度对Hb的O2结合和释放的影响称为Bohr效应H+与Hb的结合：与氨基酸残基的静电相互作用（亚基的His 146）CO2：作为氨甲酸基与每一个珠蛋白链氨基酸的氨基结合。氧分数饱和度 II.血红蛋白(Hb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系2,3-二 磷 酸 甘 油 酸(BPG)是血红蛋白的别构抑制剂，结合位点位于亚基之间形成的空穴高负电荷的 BPG通过静电相互作

8、用稳定在 T态 Hb的空穴中，有助于稳定T态，降低Hb对O2的亲和力，促使 O2的释放，当 Hb与O2结合形成R态时，空穴变小，容纳不了BPGCO2、H+和2,3-二磷酸甘油酸（BPG）对Hb转运O2的调节II.血红蛋白(Hb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系Hb的别构抑制剂2,3-二磷酸甘油酸(BPG)在氧分压较高的肺部，Hb几乎都能被O2饱和，在氧分压较低的组织中，如果没有 BPG的存在，就会减少 Hb对组织的 O2供应，有BPG的存在，Hb对O2的亲和力降低，供给组织O2，约为血液所能携带的最大氧量的40%生理或病理缺氧条件下，通过红细胞中BPG的浓度来调

9、节对组织的供氧量CO2、H+和2,3-二磷酸甘油酸（BPG）对Hb转运O2的调节II.血红蛋白(Hb)结构与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系 氧结合曲线氧分数饱和度结构：两条相同重链(H链)+两条相同轻链(L链)，链间二硫键，四肽链结构III.免疫球蛋白（Ig)与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系可变区（V区）p H和L链靠近N端，AA序列变化大(VH和VL)p VH和VL共同组成Ig抗原结合部位，与抗原决定簇互补，又称互补性决定区(CDR)决定抗体的特异性结构：两条相同重链(H链)+两条相同轻链

10、(L链)，链间二硫键，四肽链结构III.免疫球蛋白（Ig)与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系恒定区（C区）：p H和L链靠近C端，AA序列相对稳定，CH和CLp 不同类型Ig的CH长度不一p 种属内同一类别Ig分子C区AA的组成和排列顺序比较恒定C区与抗原特异性无关，与抗体的种属特异性有关III.免疫球蛋白（Ig)与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系铰链区：CH1与CH2之间p 富含Pro，易伸展弯曲，易被木瓜蛋白酶水解，水解后生 成 2个 抗 原 结 合 片 段(Fab)+1个容易结晶的Fc片段p 铰链区使2个Fab段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合铰链区：CH1与CH2之间p 富含Pro，易伸展弯曲，易被木瓜蛋白酶水解，水解后生成2个抗原结合片段（Fab）+1个容易结晶的Fc片段p 铰链区使2个Fab段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合III.免疫球蛋白（Ig)与功能的关系蛋白质结构和功能的关系2、蛋白质构象与功能的关系蓝色重链红色轻链