第6章-蛋白质结构与功能的关系课件.ppt
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- 关 键 词:
- 蛋白质 结构 功能 关系 课件
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1、第六章第六章 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能,需要一定的蛋白质分子具有多样的生物学功能,需要一定的化学结构,还需要一定的空间构象化学结构,还需要一定的空间构象蛋白质功能的体现:蛋白质功能的体现:蛋白质分子与其他分子的相蛋白质分子与其他分子的相互作用互作用配体:与蛋白质可逆结合的分子配体:与蛋白质可逆结合的分子蛋白质与配体的结合在形状、大小、电荷、疏水蛋白质与配体的结合在形状、大小、电荷、疏水性是互补的性是互补的1、肌红蛋白、肌红蛋白2、血红蛋白、血红蛋白3、免疫球蛋白、免疫球蛋白4、肌动蛋白、肌动蛋白肌红蛋白肌红蛋白是是19571957年由年由Joh
2、n KendrewJohn Kendrew 用用X X射线晶体射线晶体分析法测定的有三维结构的分析法测定的有三维结构的第一个蛋白质第一个蛋白质。典型的球形蛋白质,高度折叠成紧密结构,疏水典型的球形蛋白质,高度折叠成紧密结构,疏水氨基酸残基大部分埋藏在分子内部,极性残基在氨基酸残基大部分埋藏在分子内部,极性残基在表面。表面。肌红蛋白含有肌红蛋白含有153153个氨基酸残基,包含个氨基酸残基,包含8 8条条-螺旋。螺旋。由多肽的折叠形成的疏水空隙内是由多肽的折叠形成的疏水空隙内是血红素辅基血红素辅基,通过肽链上的通过肽链上的HisHis残基相连,它对肌红蛋白的生物残基相连,它对肌红蛋白的生物活性是
3、必需的(与活性是必需的(与O O2 2结合)。结合)。8 8个个螺旋:螺旋:A-HA-H;最重要:;最重要:F8F8HisHis即即9393号组氨酸;号组氨酸;E7E7,6464号号HisHis153153个氨基酸与辅基血红素非共价连接个氨基酸与辅基血红素非共价连接F F螺旋的第螺旋的第8 8个氨基酸是整个多肽中的第个氨基酸是整个多肽中的第9393个氨基酸个氨基酸去掉血红素的辅基叫珠蛋白去掉血红素的辅基叫珠蛋白血红素血红素与与O O2 2结合,以结合,以2 2价铁作为与氧结合价铁作为与氧结合的部位(血红蛋白,肌红蛋白等)的部位(血红蛋白,肌红蛋白等)血蓝蛋白一价铜与氧结合血蓝蛋白一价铜与氧结合
4、血红素(铁原卟啉血红素(铁原卟啉IX IX):原卟啉):原卟啉IXIX与与FeFe2+2+络合,使血液显红色,络合,使血液显红色,血红素血红素还可用作细胞色素还可用作细胞色素c和过氧化氢和过氧化氢酶的辅基,酶的辅基,若与若与Mg2+Mg2+络合,则络合,则使叶片呈绿色,使叶片呈绿色,近侧近侧His93F8远侧远侧His64E7铁原铁原子可子可形成形成6 6 个个配位配位键键铁铁原子可形成铁铁原子可形成6 6 个配位键,个配位键,4 4个与卟啉环连接,个与卟啉环连接,一个与肽链连接,一个与氧分子连接一个与肽链连接,一个与氧分子连接一分子血红素携带一分子血红素携带1 1分子氧分子氧氧分子一个原子与
5、铁连接,另一端与远侧氧分子一个原子与铁连接,另一端与远侧HisHis紧紧密接触密接触空间位阻空间位阻氧位于远侧氧位于远侧HisHis与与FeFe2+2+之间之间只有亚铁血红素才能结合氧(亚铁肌红蛋白)只有亚铁血红素才能结合氧(亚铁肌红蛋白)若不带氧则亚铁血红素第若不带氧则亚铁血红素第6 6位配位键空缺位配位键空缺但高铁血红素的第但高铁血红素的第6 6位配位键被水占据位配位键被水占据颜色改变,肉置久呈棕色颜色改变,肉置久呈棕色空间位空间位阻的存阻的存在给氧在给氧提供一提供一个合适个合适的结合的结合部位部位珠蛋白的作用:珠蛋白的作用:1 1、固定亚铁血红素、固定亚铁血红素F8 HisF8 His固
6、定固定2 2、保护血红素免遭氧化、保护血红素免遭氧化蛋白质中其他部位的疏水环境阻止了极性互作蛋白质中其他部位的疏水环境阻止了极性互作3 3、为氧提供合适的结合部位、为氧提供合适的结合部位远侧远侧HisHis的空间位阻,降低了与的空间位阻,降低了与COCO的亲和力的亲和力游离的血红素与游离的血红素与COCO的亲和力比氧强的亲和力比氧强2500025000倍倍有了珠蛋白后只大有了珠蛋白后只大250250倍倍O O2 2的结合可改变肌红蛋白的构象的结合可改变肌红蛋白的构象结合前,结合前,FeFe2+2+距卟啉平面距卟啉平面0.0550.055nmnm,结合后,结合后,FeFe2+2+距卟啉平面只有距
7、卟啉平面只有0.0260.026nmnm,即被即被O O2 2又拉回到卟啉环平面又拉回到卟啉环平面由圆顶状变成平面状由圆顶状变成平面状若是多亚基的血红蛋白则会改变亚基与亚若是多亚基的血红蛋白则会改变亚基与亚基的相互作用,带来变构效应基的相互作用,带来变构效应但对肌红蛋白来说影响不大但对肌红蛋白来说影响不大肌红蛋白氧结合曲线肌红蛋白氧结合曲线氧气经呼吸进入肺氧气经呼吸进入肺血液循环血红蛋白转运血液循环血红蛋白转运组织肌红蛋白接受氧组织肌红蛋白接受氧细胞线粒体呼吸细胞线粒体呼吸能量能量所以作用:所以作用:1、储存氧、储存氧2、转移氧到肌肉的线粒体、转移氧到肌肉的线粒体肌红蛋白氧结合曲线肌红蛋白氧结
8、合曲线Y=p(O2)/p(O2)+k Y:氧分数饱和度氧分数饱和度 MbO2 /(MbO2 +Mb )p(O2):氧分压,:氧分压,torrK:当:当Y=0.5时的氧分压,时的氧分压,K=P50双曲线双曲线希尔曲线希尔曲线:log y/(1-y)=log p(O2)logK斜率为斜率为1 1的直线,即的直线,即n nH H=1=1,叫希尔系数,叫希尔系数肌红蛋白的氧饱和曲线肌红蛋白的氧饱和曲线在肌红蛋白中在肌红蛋白中n nH H=1=1表示表示氧气分子彼此独立地与肌红蛋白结合氧气分子彼此独立地与肌红蛋白结合每个肌红蛋白分子结合每个肌红蛋白分子结合1 1分子氧气分子氧气肌红蛋白的肌红蛋白的P50
9、=K=2torrP50=K=2torr动脉血动脉血p(Op(O2 2)=100torr)=100torr,Y=0.97Y=0.97静脉血静脉血p(Op(O2 2)=30torr)=30torr,Y=0.91Y=0.91故将氧气从血液运到肌肉储存故将氧气从血液运到肌肉储存但运动时的线粒体但运动时的线粒体p(Op(O2 2)=1torr)=1torr所以最终运到线粒体所以最终运到线粒体血红蛋白是一种氧结合蛋白。血红蛋白是一种氧结合蛋白。血红蛋白是脊椎动血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分,它的主要功能是运输氧物红细胞主要组成部分,它的主要功能是运输氧和二氧化碳。和二氧化碳。血红蛋白含有四条肽链,每
10、一条肽链各与一个血血红蛋白含有四条肽链,每一条肽链各与一个血红素相连接。红素相连接。血红素同肽链的连接是血红素的血红素同肽链的连接是血红素的FeFe原子以配位键原子以配位键与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。2、血红蛋白、血红蛋白血红素血红素FeFe原子的第六配价键可以与不同的分子原子的第六配价键可以与不同的分子结合:有氧存在时,能够与氧结合形成氧合血结合:有氧存在时,能够与氧结合形成氧合血红蛋白红蛋白(HbO(HbO2 2);无氧存在时,与水结合,生成;无氧存在时,与水结合,生成去氧血红蛋白去氧血红蛋白(Hb)(Hb)。血红蛋白与氧的结合不牢固,容
11、易离解。血红蛋白与氧的结合不牢固,容易离解。HbOHbO2 2 的形成和离解受氧的分压和的形成和离解受氧的分压和pHpH等因素的影响,等因素的影响,氧的分压和氧的分压和pHpH较高时,有利于血红蛋白与氧的较高时,有利于血红蛋白与氧的结合,反之,则有利于离解。结合,反之,则有利于离解。血红蛋白的结构血红蛋白的结构4 4条多肽链(条多肽链(146146或或141141),每条与肌红蛋白结构(),每条与肌红蛋白结构(153153)的氨基酸序列相差很大,但三级结构非常相似的氨基酸序列相差很大,但三级结构非常相似成人成人Hb Hb A A(2 22 2),胎儿),胎儿Hb Hb F F(2 22 2)链
12、:链:141141残基残基,无无D D螺旋螺旋 链:链:146146残基残基 链:链:146146残基,与残基,与链只有链只有1 1个氨基酸的差异,第个氨基酸的差异,第H21(143H21(143位位)是是SerSer,而不是,而不是HisHis,减少了与,减少了与2.3-2.3-二磷酸二磷酸甘油酸(甘油酸(BPGBPG)的亲合力,增加与氧的结合力,故胎儿)的亲合力,增加与氧的结合力,故胎儿可更有效地从胎盘中吸取氧。可更有效地从胎盘中吸取氧。H H螺旋短螺旋短三级结构比一级结构更保守三级结构比一级结构更保守血红蛋白只有血红蛋白只有18%的氨基酸与肌红蛋白相同的氨基酸与肌红蛋白相同在蛋白质序列中
13、改变一个性质相似的氨基酸在蛋白质序列中改变一个性质相似的氨基酸如疏水氨基酸如疏水氨基酸疏水氨基酸疏水氨基酸不影响蛋白质的功能不影响蛋白质的功能进化进化分子内部的疏水环境防止铁发生氧化分子内部的疏水环境防止铁发生氧化高度保守的残基高度保守的残基F8,E7等等氧结合引起血红蛋白的变构氧结合引起血红蛋白的变构1、改变血红蛋白的四级结构、改变血红蛋白的四级结构 的二聚体,二重旋转对称,的二聚体,二重旋转对称,C2点群对称点群对称11 或或 22的接触称装配接触的接触称装配接触35个残基作用个残基作用12 或或 21的接触称滑动接触的接触称滑动接触19个残基作用个残基作用当血红蛋白结合氧时,滑动接触发生
14、改变,一个二聚当血红蛋白结合氧时,滑动接触发生改变,一个二聚体半分子旋转体半分子旋转15度并平移度并平移0.08nm,某些原子最多可移,某些原子最多可移动动0.6nm氧结合引起血红蛋白的变构氧结合引起血红蛋白的变构2 2、血红素的微小移动、血红素的微小移动去氧血红蛋白的铁顺磁性,高自旋态,可容纳去氧血红蛋白的铁顺磁性,高自旋态,可容纳5 5个配体个配体氧合血红蛋白的铁反磁性,低自旋氧合血红蛋白的铁反磁性,低自旋态态,容纳,容纳6 6个配体个配体原因:电子的排布不同原因:电子的排布不同进一步诱导了空间效应的出现:进一步诱导了空间效应的出现:去氧:去氧:FeFe向近侧向近侧HisHis方向突出卟啉
15、环方向突出卟啉环0.060.06nmnm氧合:氧合:FeFe向近侧向近侧HisHis方向只突出卟啉环方向只突出卟啉环0.0210.021nmnm铁移动时会导致肽链的盐桥断裂,铁移动时会导致肽链的盐桥断裂,亚基的空隙变窄,亚基的空隙变窄,挤出挤出BPGBPG分子分子氧结合引起血红蛋白的变构氧结合引起血红蛋白的变构3 3、T T态与态与R R态的变化态的变化T T态:紧张态,去氧时的主要构象态:紧张态,去氧时的主要构象R R态:松弛态,氧合时的主要构象态:松弛态,氧合时的主要构象关键:氧合时将去氧血红蛋白的亚基间的氢键和关键:氧合时将去氧血红蛋白的亚基间的氢键和盐桥(盐桥(T T态)打断,成为态)
16、打断,成为R R态态总之,与配体(氧)的结合导致了血总之,与配体(氧)的结合导致了血红蛋白四级结构的改变红蛋白四级结构的改变亚基靠拢,滑动接触改变血红蛋白血红蛋白Hb的氧结合曲线的氧结合曲线典型的别构蛋白典型的别构蛋白同促正协同效应同促正协同效应氧既是调节物,又是底物氧既是调节物,又是底物结合部位同时又是调节部位结合部位同时又是调节部位氧结合曲线是氧结合曲线是S S形曲线,而不是双曲线形曲线,而不是双曲线即一个氧分子的结合增加了其他亚基对氧的结合即一个氧分子的结合增加了其他亚基对氧的结合p4(O2)+K p4(O2)Y=P50=26 torr对于血红蛋白对于血红蛋白P50与与K相等吗?相等吗?
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