分子生物学蛋白质.ppt

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1、第二章蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能StructureandFunctionofProteinn任何一个蛋白质分子，在其天然状态或活性形任何一个蛋白质分子，在其天然状态或活性形式下，都具有特定的基本结构和独特而稳定的空间式下，都具有特定的基本结构和独特而稳定的空间构象，这是蛋白质分子在结构上的一个最显著的特构象，这是蛋白质分子在结构上的一个最显著的特征。征。n我们要研究蛋白质的功能，就必需要研究蛋白我们要研究蛋白质的功能，就必需要研究蛋白质的结构，不仅要研究其一级结构，还要了解其空质的结构，不仅要研究其一级结构，还要了解其空间构象，这样才能全面而深入的阐明蛋白质结构与间构象，这样才能全面

2、而深入的阐明蛋白质结构与功能的相互关系。功能的相互关系。自然界中存在着数千种蛋白质，他们各具有不自然界中存在着数千种蛋白质，他们各具有不同的生物学功能，这是由不同的化学结构所决定的。同的生物学功能，这是由不同的化学结构所决定的。StructureandFunctionofProtein一、蛋白质的一级结构与功能一、蛋白质的一级结构与功能一、蛋白质的一级结构与功能一、蛋白质的一级结构与功能（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构:（二）（二）（二）（二）蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的一级

3、结构与功能的关系某些蛋白质一级结构中有一些特定的序列能阻碍某些蛋白质一级结构中有一些特定的序列能阻碍蛋白质表现出生物功能，只有将其切除后才能形成有蛋白质表现出生物功能，只有将其切除后才能形成有活性的蛋白质。也有些蛋白质因一级结构序列的差异活性的蛋白质。也有些蛋白质因一级结构序列的差异可能影响蛋白质的正常功能而引起疾病。可能影响蛋白质的正常功能而引起疾病。是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，是由基，是由基因上的遗传密码所决定的，又称蛋白质的基本结构，因上的遗传密码所决定的，又称蛋白质的基本结构，是蛋白质分子结构的基础，它决定蛋白质空间结构的是蛋白质分子结构的基础

4、它决定蛋白质空间结构的所有层次。所有层次。（一）活性蛋白质与前体（一）活性蛋白质与前体n许多活性蛋白质都有一个不具有生物活性的许多活性蛋白质都有一个不具有生物活性的前体，需经专一性蛋白酶的限制性水解，切去一个前体，需经专一性蛋白酶的限制性水解，切去一个或几个肽段，才能转变成有活性的蛋白质。或几个肽段，才能转变成有活性的蛋白质。n许多激素，如：许多激素，如：胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素、甲状腺素、生长激、甲状腺素、生长激素和胰高血糖素等均存在激素前体。素和胰高血糖素等均存在激素前体。n另有多种蛋白水解酶和凝血酶也都是由其前体另有多种蛋白水解酶和凝血酶也都是由其前体酶原酶原酶原酶原转变而来。转变而来

5、n前体蛋白均无生物活性。前体蛋白均无生物活性。胰岛素前体及其激活胰岛素前体及其激活胰岛素前体及其激活胰岛素前体及其激活n 人的胰人的胰岛素岛素最初最初由由胰胰腺细胞合成腺细胞合成时，是一条由时，是一条由1 11010个氨基酸残基组成的个氨基酸残基组成的前前前前胰胰胰胰岛素原岛素原岛素原岛素原肽肽链链；n 其其N N端有一个约端有一个约2424个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成的的信号信号信号信号肽肽肽肽，富含疏水氨基酸富含疏水氨基酸，因此可穿过内质网膜因此可穿过内质网膜，将新生将新生肽肽链链输送到内质网腔输送到内质网腔，经经内质网膜上的内质网膜上的信号信号信号信号肽肽肽肽酶酶酶酶作用作用，剪剪

6、去信号去信号肽肽序列序列，形成形成胰胰胰胰岛素原岛素原岛素原岛素原（proinsulinproinsulin)n 胰胰岛素原岛素原是是一条有一条有8 86 6个氨基酸残基组成的多个氨基酸残基组成的多肽肽链链，B B 链链在在前前，A A 链在后链在后，C C 链链连接连接肽肽插在中间插在中间n 当当胰胰岛素原在高尔基体包装并分泌时岛素原在高尔基体包装并分泌时，A A、B B 链链间的间的 C C 链才被切除链才被切除，生成由生成由A A链与链与B B链组成的具有生链组成的具有生物活性的物活性的胰胰胰胰岛素岛素岛素岛素。胰岛素前体的激活胰岛素前体的激活胰岛素前体的激活胰岛素前体的激活前胰岛素原前

7、胰岛素原前胰岛素原前胰岛素原124110信号肽酶信号肽酶胰岛素原胰岛素原18631，32胰蛋白酶胰蛋白酶64，65信号肽信号肽B链链C链链A链链A链链B链链S-SSS2130C链链31C肽（无活性）肽（无活性）类羧肽酶类羧肽酶H胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素（有活性）（有活性）（有活性）（有活性）高尔基体高尔基体胰岛胰岛细胞核糖核蛋白体细胞核糖核蛋白体（二）蛋白质一级结构与分子病（二）蛋白质一级结构与分子病（二）蛋白质一级结构与分子病（二）蛋白质一级结构与分子病 蛋白质一级结构发生改变，甚至只有一个氨基酸蛋白质一级结构发生改变，甚至只有一个氨基酸残基发生改变，即可使蛋白质功能发生改变，严重时残基发生

8、改变，即可使蛋白质功能发生改变，严重时可导致疾病。这种由于基因突变而导致蛋白质一级结可导致疾病。这种由于基因突变而导致蛋白质一级结构改变后表现出生理功能异常，使机体出现病态现象，构改变后表现出生理功能异常，使机体出现病态现象，称称为分子病为分子病。镰刀状红细胞贫血病是最早被认识的一镰刀状红细胞贫血病是最早被认识的一种分子病。种分子病。19491949年年PaulingPauling发现发现镰刀状红细胞贫血病是由于镰刀状红细胞贫血病是由于患者红细胞中含有一种异常血红蛋白（患者红细胞中含有一种异常血红蛋白（HbSHbS)所致。所致。1956 1956年年IngramIngram采用指纹图谱分析其一

9、级结构，发采用指纹图谱分析其一级结构，发现现HbSHbS与正常人与正常人HbAHbA的一级结构仅有一个氨基酸的差异，的一级结构仅有一个氨基酸的差异，正常正常HbAHbA的的-链链N N端第六位氨基酸为谷氨酸，在病人端第六位氨基酸为谷氨酸，在病人HbSHbS中，中，N N端第六位谷氨酸被缬氨酸所取代（谷端第六位谷氨酸被缬氨酸所取代（谷缬）缬）其他完全相同。其他完全相同。n这种这种HbHb分子一级结构的微小改变，使原来处于分子表分子一级结构的微小改变，使原来处于分子表面的面的含有可解离基团侧链的谷氨酸被具有疏水性侧链含有可解离基团侧链的谷氨酸被具有疏水性侧链的缬氨酸取代的缬氨酸取代，从而使，从而使

10、HbSHbS的的亚基表面形成局部疏亚基表面形成局部疏水区，称为粘斑。水区，称为粘斑。n这种这种HbsHbs在氧分压低的情况下进行线形缔合，形成纤在氧分压低的情况下进行线形缔合，形成纤维状沉淀，导致与氧的亲和力降低，并使维状沉淀，导致与氧的亲和力降低，并使RBCRBC被扭曲被扭曲成镰刀状，可塑性下降，容易破裂溶血。成镰刀状，可塑性下降，容易破裂溶血。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)蛋白质的空间结构包括：蛋白质的空间结构包括：二级结构二级结构(secondar

11、ystructure)三级结构三级结构(tertiarystructure)四级结构四级结构(quaternarystructure)高级高级结构结构二、蛋白质的空间结构与功能二、蛋白质的空间结构与功能（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构:是指多肽链骨架中各原子的局部空间排布，也是指多肽链骨架中各原子的局部空间排布，也就是多肽链中氨基酸残基的相对空间位置，是多肽就是多肽链中氨基酸残基的相对空间位置，是多肽链主链骨架中的若干肽段所形成的有规则的空间排链主链骨架中的若干肽段所形成的有规则的空间排布。布。如如-螺旋螺旋，-折叠折叠，-转角转角和和无

12、规则的空间排布无规则的空间排布。显然，它只关系到蛋白质分子主链原子的空间排布，显然，它只关系到蛋白质分子主链原子的空间排布，而不涉及侧链的构象以及与其他肽段的关系而不涉及侧链的构象以及与其他肽段的关系.(二二)超二级结构超二级结构:是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次，层次，是指在多肽链内，一些二级结构单元在三维折是指在多肽链内，一些二级结构单元在三维折叠中彼此靠近，相互作用，从而形成有规则的二级结叠中彼此靠近，相互作用，从而形成有规则的二级结构聚合体，构聚合体，可作为结构域的组成单位或直接充作三级可作为结构域的组成单位或直接充作三级结构的结

13、构的“建筑块建筑块”。这种二级结构聚合体称为超二级这种二级结构聚合体称为超二级结构。结构。目前发现的超二级结构有三种基本结构形式目前发现的超二级结构有三种基本结构形式:1.1.-螺旋组合体螺旋组合体螺旋组合体螺旋组合体():):):):是由是由2 2个相邻的个相邻的-螺旋螺旋聚集而成，聚集而成，这种组合非常稳定，主要存在于这种组合非常稳定，主要存在于-角蛋角蛋白和原肌球蛋白等纤维状蛋白中。白和原肌球蛋白等纤维状蛋白中。2.2.2.2.-折叠组合体折叠组合体折叠组合体折叠组合体():):):):是由是由3 3个或个或3 3个以上个以上相邻的相邻的-折叠聚集而成。折叠聚集而成。他们之间互相以短链相

14、连。他们之间互相以短链相连。若由多条若由多条-折叠所构成的折叠所构成的-折叠片，可卷曲成圆筒折叠片，可卷曲成圆筒状结构。如超氧化物歧化酶的状结构。如超氧化物歧化酶的-折叠筒含折叠筒含8 8条条-折折叠。叠。3.3.3.3.-螺旋螺旋螺旋螺旋-折叠组合体折叠组合体折叠组合体折叠组合体:(:(:(:()是由一个是由一个-螺旋和与之首尾相邻的两个螺旋和与之首尾相邻的两个-折叠聚集而成折叠聚集而成。有时可由两组有时可由两组聚合在一起，形成更复杂的超聚合在一起，形成更复杂的超二级结构。主要存在于球蛋白中，如二级结构。主要存在于球蛋白中，如LDHLDH。（三）结构域（三）结构域:n在一些相当大的蛋白质分子

15、中，在一些相当大的蛋白质分子中，由于多肽链上相由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成在三维空间上明显区邻的超二级结构紧密联系，形成在三维空间上明显区别的局部区域，称为结构域别的局部区域，称为结构域。n 结构域一般由结构域一般由100100200200个氨基酸残基组成，具有个氨基酸残基组成，具有独特的空间结构，并具有不同的生物学功能。独特的空间结构，并具有不同的生物学功能。n 较大的蛋白质分子可含有两个或多个结构域，如较大的蛋白质分子可含有两个或多个结构域，如木瓜蛋白酶含有木瓜蛋白酶含有2 2个结构域；个结构域；IgGIgG含有含有1212个结构域。个结构域。n 一个蛋白质分子中的几个结构域

16、有的是相同的，一个蛋白质分子中的几个结构域有的是相同的，如硫氰酸酶的如硫氰酸酶的2 2个结构域是相同的；有的则是不同的，个结构域是相同的；有的则是不同的，如木瓜蛋白酶的如木瓜蛋白酶的2 2个结构域不相同。个结构域不相同。n 不同蛋白质中也可有相似的结构域，如不同蛋白质中也可有相似的结构域，如LDH和和苹果酸脱氢酶都以苹果酸脱氢酶都以NADNAD+为辅酶，都由为辅酶，都由2 2个不同的结构个不同的结构域组成，其中与域组成，其中与NADNAD+结合的结构域是基本相同的。结合的结构域是基本相同的。（五）蛋白质的三级结构（五）蛋白质的三级结构:n是指一条多肽链中所有原子的空间排布，是指一条多肽链中所有

17、原子的空间排布，这条这条多肽链可以是完整的蛋白质分子，也可以是多亚基多肽链可以是完整的蛋白质分子，也可以是多亚基蛋白质的亚基。蛋白质的亚基。n也可以说，具有二级结构、超二级结构或结构也可以说，具有二级结构、超二级结构或结构域的一条多肽链，由于顺序上相隔较远的氨基酸残域的一条多肽链，由于顺序上相隔较远的氨基酸残基侧链的相互作用，而进行范围广泛的盘曲和折叠，基侧链的相互作用，而进行范围广泛的盘曲和折叠，形成包括主、侧链在内的空间排布。形成包括主、侧链在内的空间排布。n这种由一条多肽链所形成的三维空间的整体排这种由一条多肽链所形成的三维空间的整体排布称为三级结构。布称为三级结构。（六）模序（模体（六

18、模序（模体motif）n 随着蛋白质三级结构研究的进展，随着蛋白质三级结构研究的进展，在许多蛋白在许多蛋白质分子中，可发现质分子中，可发现2 2个或个或3 3个具有二级结构的肽段，个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成立体形状或拓扑结构颇为在空间上相互接近，形成立体形状或拓扑结构颇为类似的，具有特殊功能的局部区域，被称为模序。类似的，具有特殊功能的局部区域，被称为模序。n每个模序都有特征性的氨基酸序列，并发挥特每个模序都有特征性的氨基酸序列，并发挥特殊功能。殊功能。n 如：如：钙结合模序钙结合模序、锌指模序锌指模序、亮氨酸拉链亮氨酸拉链。都。都具有结合具有结合DNADNA的功能。的功能

19、钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模序合钙离子的模序锌指模序锌指模序碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链（七）蛋白质的四级结构（七）蛋白质的四级结构:n许多蛋白质分子作为一个活性单位时，是由两许多蛋白质分子作为一个活性单位时，是由两条以上的多肽链组成，这些多肽链都有各自的三级条以上的多肽链组成，这些多肽链都有各自的三级结构，称为蛋白质分子的亚基。结构，称为蛋白质分子的亚基。n有二个或二个以上亚基借非共价键聚合在一起有二个或二个以上亚基借非共价键聚合在一起就形成蛋白质的四级结构。就形成蛋白质的四级结构。n 分子量在分子量在5500055000以上的蛋白质几乎都有亚基。以上的蛋白质几乎都有亚基。n亚

20、基虽然具有三级结构，但单独存在时均无生物活亚基虽然具有三级结构，但单独存在时均无生物活性，只有聚合成完整的四级结构才具有生物活性。性，只有聚合成完整的四级结构才具有生物活性。是指亚基的立体排布、亚基间相互作用和接触部是指亚基的立体排布、亚基间相互作用和接触部位的布局。位的布局。（八）蛋白质空间结构的折叠（八）蛋白质空间结构的折叠n蛋白质翻译的产物多肽链必须正确的折叠才能蛋白质翻译的产物多肽链必须正确的折叠才能形成具有天然构象的蛋白质。形成具有天然构象的蛋白质。n 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链新生肽链N-N-端在核蛋白体上一出现，肽链的

21、折叠即端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。构象。蛋白质折叠的研究蛋白质折叠的研究，比较狭义的定义就是研究比较狭义的定义就是研究蛋蛋白质特定三维空间结构形成的规律白质特定三维空间结构形成的规律、稳定性和与其生稳定性和与其生物活性的关系物活性的关系。在在概概念上有热力学和动力学的问题念上有热力学和动力学的问题。n几种有促进蛋白质折叠功能的大分子几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:1.分子伴侣分子伴侣(molecularch

22、aperon)2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助，指导新生蛋白质按特而需要其他酶和蛋白质辅助，指导新生蛋白质按特定方式进行正确的折叠。定方式进行正确的折叠。1.分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣:（molecular chaperon）分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣（molecular chaperon）

23、是是是是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守性蛋白质。能域和整体蛋白质的正确折叠的保守性蛋白质。能域和整体蛋白质的正确折叠的保守性蛋白质。能域和整体蛋白质的正确折叠的保守性蛋白质。n分子伴侣有以下功能分子伴侣有以下功能：封闭待折叠蛋白质所暴露的疏水区段；封闭待折叠蛋白质所暴露的疏水区段；创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；互不干扰；促进蛋白质折叠和去聚集；促进蛋白质折叠和去聚集；遇到

24、应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。(1)(1)热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,(heat shock protein,HSP)HSP)(2)(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperoninchaperonin)n分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：(1)热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)n性质：性质：热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。应激可诱导该蛋白质合成。n种类：种类：大肠杆菌的热休克蛋白包括：大肠杆菌的热休克蛋白包括：HS

25、P70、HSP40和和GrpE三族。三族。n作用：作用：可可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。构象的蛋白质。n它它有有两两个个主主要要功功能能域域：一一个个是是存存在在于于N-端端的的高高度度保保守守的的ATP酶酶结结构构域域，能能结结合合和和水水解解ATP；另另一一个个是是存存在在于于C-端端的的多多肽肽链链结结合合结结构构域域。蛋蛋白白质质的的折叠需要这两个结构域的相互作用。折叠需要这两个结构域的相互作用。n在在蛋蛋白白质质的的折折叠叠过过程程中中，HSP70还还需需2个个辅辅助助因因子子HSP40和和GrpE。大肠杆菌的大肠杆菌的HSP70

26、DnaK，基因基因DnaK编码编码)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrpE结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位可激活可激活DnaK中的中的ATP酶，生成稳定的酶，生成稳定的DnaJ-DnaK-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利于被折叠蛋白质复合物，以利于DnaK发挥分子伴侣作用。在发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，存在的情况下，DnaJ和和DnaK的相互作用能抑制蛋白质的聚集。的相互作用能抑制蛋白质的聚集。GrpE核核苷苷酸酸交交换换因因子子，与与DnaK的的ATP酶酶结结构构域域结结合合，使使DnaK的的构构象象发发生生改改变变、ADP从从复复合合物物中

27、中释释放放出出来来并并由由ATP代代替替ADP，从从而而控控制制DnaK的的ATP酶活性酶活性。HSP40(HSP40(DnaDnaJ)J)大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70反应循环反应循环伴侣蛋白伴侣蛋白(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)n伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的的GroEL和和GroES（真核细胞中同源物为（真核细胞中同源物为HSP60和和HSP10）等家族。）等家族。n其其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。叠形成天然空间构象的微环境。当待折叠肽链进入

28、当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，的桶状空腔后，GroES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭GroEL空腔出口。封空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGroEL-GroES复合物复合物14个相同亚基构成多个相同亚基构成多聚体，每聚体，每7个亚基围个亚基围成一圈，上下两圈堆成一圈，上下两圈堆砌成桶状空腔，顶部砌成桶状空腔，顶部是空腔出口。是空腔出口。可作为可作为“盖子盖子”瞬时瞬时封闭封闭GroEL空腔出口。空腔出口。nGroEL-GroES反应循环反应循环（九）蛋白质空间结构与功能的关系（九）蛋白质空间结构与功能

29、的关系n酶是具有催化活性的蛋白质，同样具有一、二、酶是具有催化活性的蛋白质，同样具有一、二、三级结构，有些酶还具有四级结构。三级结构，有些酶还具有四级结构。n自然界的酶有数千种，各种酶都具有特异的催化自然界的酶有数千种，各种酶都具有特异的催化功能，这是由于各种酶的空间结构，特别是酶活性中功能，这是由于各种酶的空间结构，特别是酶活性中心的空间构像不同所决定的。心的空间构像不同所决定的。n酶活性中心的空间构象是酶表现活性的关键部位，酶活性中心的空间构象是酶表现活性的关键部位，不同酶活性中心的空间构象不同，因而具有特异的催不同酶活性中心的空间构象不同，因而具有特异的催化活性。化活性。n酶活性中心空间

30、构像的维持依赖于酶蛋白的二、酶活性中心空间构像的维持依赖于酶蛋白的二、三级结构的完整性。当酶受到各种变性因素作用时，三级结构的完整性。当酶受到各种变性因素作用时，酶蛋白空间结构破坏，活性中心的构像改变，酶失去酶蛋白空间结构破坏，活性中心的构像改变，酶失去催化活性。催化活性。1.1.1.1.酶的空间结构与催化功能的关系酶的空间结构与催化功能的关系酶的空间结构与催化功能的关系酶的空间结构与催化功能的关系 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性核糖核酸酶的变性和复性核糖核酸酶的变性和复性2.

31、2.与蛋白质错误折叠有关的疾病与蛋白质错误折叠有关的疾病与蛋白质错误折叠有关的疾病与蛋白质错误折叠有关的疾病n有些蛋白质肽链错误折叠后会相互聚集，形成抗蛋有些蛋白质肽链错误折叠后会相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，对机体产生毒性而发白水解酶的淀粉样纤维沉淀，对机体产生毒性而发病。如：病。如：纹状体脊髓变性病，老年痴呆症，疯牛病，纹状体脊髓变性病，老年痴呆症，疯牛病，纹状体脊髓变性病，老年痴呆症，疯牛病，纹状体脊髓变性病，老年痴呆症，疯牛病，柏金森氏病等。柏金森氏病等。柏金森氏病等。柏金森氏病等。n有许多神经性疾病有许多神经性疾病,淀粉样蛋白聚集在脑中淀粉样蛋白聚集在脑中 ,最常最常见

32、的是老年性痴呆症。在患见的是老年性痴呆症。在患有有老性痴呆病人的脑中老性痴呆病人的脑中,塞满了由错误折叠蛋白质形成的杂乱的蛋白质簇。塞满了由错误折叠蛋白质形成的杂乱的蛋白质簇。（1 1 1 1）蛋白质构象疾病）蛋白质构象疾病）蛋白质构象疾病）蛋白质构象疾病：若蛋白质的肽链折叠发生若蛋白质的肽链折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。此类变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。此类疾病被称为疾病被称为蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病。又。又称为称为“折叠病折叠病折叠病折

33、叠病”。（2 2）疯牛病的发病机理：）疯牛病的发病机理：）疯牛病的发病机理：）疯牛病的发病机理：n 疯牛病可以通过食用病肉而被感染，它是由一疯牛病可以通过食用病肉而被感染，它是由一种被称为种被称为朊朊病毒的蛋白质病毒的蛋白质（prionprion protein,protein,PrPPrPPrPPrP)感感染引起的染引起的人和动物人和动物神经系统疾病神经系统疾病。n 这类疾病具有传染性、遗传性或散在发病的特这类疾病具有传染性、遗传性或散在发病的特点，其在动物间的传播是由点，其在动物间的传播是由PrPPrP组成的传染性颗粒组成的传染性颗粒（不含核酸）完成的。（不含核酸）完成的。n PrPPrP

34、是染色体基因编码的蛋白质，是染色体基因编码的蛋白质，人类人类PrPPrP基因基因位于位于2020号染色体短臂上号染色体短臂上，编码编码253253个氨基酸个氨基酸。n正常人和动物正常人和动物PrPPrP为分子量为分子量333335kD35kD的蛋白质，的蛋白质，其中其中-螺旋结构占整个分子的螺旋结构占整个分子的40%40%，-片层结构很少甚片层结构很少甚至没有至没有。其水。其水溶性溶性强，强，对蛋白酶敏感对蛋白酶敏感，称为称为P Pr rPcPc 。富含富含-螺旋螺旋PrPPrPc c在某种在某种X X蛋白蛋白(可能是一种伴侣蛋可能是一种伴侣蛋白，帮助介导蛋白质折叠）的作用下可转变成全为白，帮

35、助介导蛋白质折叠）的作用下可转变成全为-折叠的致病性折叠的致病性PrPPrP，称为，称为PrPPrPscsc。在正常机体中在正常机体中，P Pr rP P是神经活动所需的蛋白质是神经活动所需的蛋白质 ,而致病而致病P Pr rP P与正常与正常P Pr rP P的一级结构完全相同的一级结构完全相同 ,仅空间结构不同仅空间结构不同。说明由正说明由正常状态向致病状态转化涉及到蛋白质构象变化或翻译常状态向致病状态转化涉及到蛋白质构象变化或翻译后修饰后修饰。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病重新折叠重新折叠在体内，外源的或新生的在体内，外源的或新生的PrPPrPscsc可作为模

36、板，通可作为模板，通过复杂的机制使细胞内正常的仅含过复杂的机制使细胞内正常的仅含-螺旋的螺旋的PrPPrPc c重重新折叠成为仅含新折叠成为仅含-折叠的致病性折叠的致病性PrPPrPscsc。以疯牛病为代表的多种折叠病的发病机理足以以疯牛病为代表的多种折叠病的发病机理足以证明蛋白质空间结构与其功能的密切关系。证明蛋白质空间结构与其功能的密切关系。PrPscPrPsc能抗蛋白水解酶，水溶性差，对热稳定，能抗蛋白水解酶，水溶性差，对热稳定，可以相互聚集，最终形成淀粉样纤维沉淀，而导致疾可以相互聚集，最终形成淀粉样纤维沉淀，而导致疾病发生。病发生。三三三三.蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质相互作用蛋白

37、质相互作用蛋白质相互作用蛋白质相互作用 在生物体内，相同或不同蛋白质分子之间以及蛋白质与配在生物体内，相同或不同蛋白质分子之间以及蛋白质与配体之间存在着相互作用，这对于机体的生理活动具有重要意义体之间存在着相互作用，这对于机体的生理活动具有重要意义（一）分子与亚基的聚合（一）分子与亚基的聚合（一）分子与亚基的聚合（一）分子与亚基的聚合有些蛋白质其分子或亚基能进一步缔合。如胰岛素单体有些蛋白质其分子或亚基能进一步缔合。如胰岛素单体（Ins）在溶液中能发生下列聚合反应：在溶液中能发生下列聚合反应：2InsIns2(二聚体二聚体)2Ins22Ins2(四聚体四聚体)3Ins23In2(六聚体六聚体)

38、单体不同于亚基，因而聚合体不属于四级结构。单体不同于亚基，因而聚合体不属于四级结构。多聚体分子形式的存在具有一定的意义，如胰岛素六多聚体分子形式的存在具有一定的意义，如胰岛素六聚体不易被蛋白酶水解失活。聚体不易被蛋白酶水解失活。蛋白质分子或亚基因聚合方式不同，形成蛋白质分子或亚基因聚合方式不同，形成4 4种不同种不同形式的聚合体。形式的聚合体。4.4.螺旋状聚合体：螺旋状聚合体：螺旋状聚合体：螺旋状聚合体：聚合体呈螺旋状。如：烟草花聚合体呈螺旋状。如：烟草花叶病毒（叶病毒（TMVTMV）外壳蛋白由外壳蛋白由21302130个亚基组成，亚基排个亚基组成，亚基排列成右手螺旋，每圈含列成右手螺旋，每

39、圈含16.316.3个亚基，螺距个亚基，螺距2.52.5nmnm，螺螺旋长度旋长度300300nmnm。1.1.线性聚合体：线性聚合体：线性聚合体：线性聚合体：分子成线性聚合，聚合度可很大。分子成线性聚合，聚合度可很大。线性聚合与许多蛋白质的生理功能有关。例如：机动线性聚合与许多蛋白质的生理功能有关。例如：机动蛋白与肌球蛋白，各自线性聚合成细丝和粗丝，细丝蛋白与肌球蛋白，各自线性聚合成细丝和粗丝，细丝和粗丝的相互作用，引起肌肉收缩。和粗丝的相互作用，引起肌肉收缩。2.2.环状聚合体：环状聚合体：环状聚合体：环状聚合体：聚合体呈环状，具有对称性。例聚合体呈环状，具有对称性。例如：电镜下观察到钼铁

40、蛋白四个亚基呈环状对称排列如：电镜下观察到钼铁蛋白四个亚基呈环状对称排列3.3.多面体聚合体：多面体聚合体：多面体聚合体：多面体聚合体：蛋白质分子的各个亚基排列在蛋白质分子的各个亚基排列在多面体的各个顶点或边上，形成一种多面体结构。多面体的各个顶点或边上，形成一种多面体结构。(三）不同蛋白质分子间的聚合三）不同蛋白质分子间的聚合 不同蛋白质分子间的聚合在生物学上有着重要的不同蛋白质分子间的聚合在生物学上有着重要的意义。例如：抗原与抗体结合产生免疫反应；蛋白意义。例如：抗原与抗体结合产生免疫反应；蛋白质类激素与相应受体结合发挥生物学效应；功能相质类激素与相应受体结合发挥生物学效应；功能相关的酶分

41、子聚合在一起，形成具有一定结构的多酶关的酶分子聚合在一起，形成具有一定结构的多酶复合体，发挥重要催化作用。如：丙酮酸脱氢酶复复合体，发挥重要催化作用。如：丙酮酸脱氢酶复合体。合体。（五）分子识别（五）分子识别（五）分子识别（五）分子识别 在不同的生物大分子之间，普遍存在着一种专一在不同的生物大分子之间，普遍存在着一种专一性结合现象，例如：酶与底物；激素与受体；抗原与性结合现象，例如：酶与底物；激素与受体；抗原与抗体以及调节蛋白与抗体以及调节蛋白与DNADNA之间的专一性结合。之间的专一性结合。生物大分生物大分子之间的这种专一性结合称为分子识别。子之间的这种专一性结合称为分子识别。（四）分子自我

42、装配（四）分子自我装配（四）分子自我装配（四）分子自我装配某些细胞器、细胞器碎片以及病毒，在拆散成各某些细胞器、细胞器碎片以及病毒，在拆散成各组分组分-蛋白质、核酸、糖类以及其它成分后，在特定蛋白质、核酸、糖类以及其它成分后，在特定条件下，又能自动装配成具有原来生物学功能的细胞条件下，又能自动装配成具有原来生物学功能的细胞器、细胞器碎片和病毒。这种过程称为器、细胞器碎片和病毒。这种过程称为自我装配。自我装配。四、蛋白质一级结构的测定四、蛋白质一级结构的测定：蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构和蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构和功能。所以测定其一级结构具有重要意义。自功能。所以测定其一级结

43、构具有重要意义。自19551955年英国科学家年英国科学家F.sangerF.sanger首次完成牛胰岛素氨首次完成牛胰岛素氨基酸序列测定至今，已有上千种蛋白质的一级结基酸序列测定至今，已有上千种蛋白质的一级结构被测出。构被测出。(一一)蛋白质测序的策略蛋白质测序的策略n1.确定蛋白质的纯度在确定蛋白质的纯度在97%97%以上。以上。n2.测定多肽链的数目。测定多肽链的数目。n3.3.拆分多肽链。拆分多肽链。n4.4.分析每一条多肽链的氨基酸组成。分析每一条多肽链的氨基酸组成。n5.5.鉴定多肽链的鉴定多肽链的N N末端和末端和C C末端氨基酸残基。末端氨基酸残基。n6.6.用两种以上方法裂解

44、多肽链成较小的肽段。用两种以上方法裂解多肽链成较小的肽段。n7.7.测定各肽段的氨基酸序列。测定各肽段的氨基酸序列。n8.8.拼接各肽段成完整的多肽链。拼接各肽段成完整的多肽链。n9.9.确定二硫键的位置。确定二硫键的位置。(二二)蛋白质测序的方法蛋白质测序的方法1.1.样品的处理：样品的处理：样品的处理：样品的处理：测序蛋白质的纯化：测序蛋白质首先要采测序蛋白质的纯化：测序蛋白质首先要采用合适的方法进行纯化，如：凝胶层析、例子交用合适的方法进行纯化，如：凝胶层析、例子交换层析、离心等。使其杂蛋白不超过换层析、离心等。使其杂蛋白不超过5%。测定蛋白质的分子量：采用电泳、层析或测定蛋白质的分子量

45、采用电泳、层析或离心等方法测出测序蛋白质的分子量，以估算其离心等方法测出测序蛋白质的分子量，以估算其氨基酸的数目。氨基酸的数目。2.2.氨基酸组成分析：氨基酸组成分析：氨基酸组成分析：氨基酸组成分析：为了确定蛋白质的氨基酸组分，先要将蛋白为了确定蛋白质的氨基酸组分，先要将蛋白质样品水解，然后定量分析其氨基酸种类和数目。质样品水解，然后定量分析其氨基酸种类和数目。由于没有一种能使肽链完全水解而所有氨基酸不由于没有一种能使肽链完全水解而所有氨基酸不被破坏的方法，因而常采用几种不同的水解方法，被破坏的方法，因而常采用几种不同的水解方法，以确保每种氨基酸能正确测定，常用的水解法有以确保每种氨基酸能正

46、确测定，常用的水解法有酸、碱和酶解法三种。酸、碱和酶解法三种。酸解法：酸解法：酸解法：酸解法：该方法一般采用该方法一般采用6 6mol/mol/LHClLHCl在真空在真空条件下于条件下于110110水解水解24-7224-72小时，水解后除去过量的小时，水解后除去过量的酸，大部分氨基酸可定量回收。酸，大部分氨基酸可定量回收。此法优点是：此法优点是：水解完全；水解完全；不引起氨基酸发不引起氨基酸发生旋光异构。生旋光异构。缺点是：色氨酸（缺点是：色氨酸（TrPTrP）和半胱氨酸（和半胱氨酸（CysCys）全全部破坏，部破坏，AsnAsn 和和GlnGln 转变成转变成Asp Asp 和和GluG

47、lu 。因而需用因而需用其他方法弥补其缺点。其他方法弥补其缺点。碱解法：碱解法：碱解法：碱解法：一般采用一般采用2 24 4mol/L mol/L NaoHNaoH 100 100水水解解4 48 8小时，优点是不破坏色氨酸，缺点是氨基酸小时，优点是不破坏色氨酸，缺点是氨基酸可发生异构。可发生异构。酶解法：酶解法：酶解法：酶解法：由于酶的水解具有特异性，所以常用由于酶的水解具有特异性，所以常用混合酶进行水解，常用的酶有外切酶，内切酶或链霉混合酶进行水解，常用的酶有外切酶，内切酶或链霉蛋白酶等。蛋白酶等。优点是：优点是：条件温和；条件温和；设备简单；设备简单；不破坏氨不破坏氨基酸，不发生异构化。

48、基酸，不发生异构化。缺点是：时间长，水解不易完全，中间产物多。缺点是：时间长，水解不易完全，中间产物多。分析分析：n水解后所得的氨基酸混合物，可用电泳法，离水解后所得的氨基酸混合物，可用电泳法，离子交换层析法和高压液相层析法分离鉴定，从而可子交换层析法和高压液相层析法分离鉴定，从而可知多肽链氨基酸种类和数目。知多肽链氨基酸种类和数目。n目前多采用氨基酸自动分析仪定量测定。仪器目前多采用氨基酸自动分析仪定量测定。仪器由分离和分析两大系统组成，分离系统应用聚苯乙由分离和分析两大系统组成，分离系统应用聚苯乙烯阳离子交换树脂，通过离子交换柱层析使各种氨烯阳离子交换树脂，通过离子交换柱层析使各种氨基酸得

49、到分离，分析系统应用分光分析法测定。基酸得到分离，分析系统应用分光分析法测定。3.肽链末端氨基酸的分析：肽链末端氨基酸的分析：n 2 2，4 4二硝基氟苯在二硝基氟苯在pH8pH89 9的弱碱性条件下与肽的弱碱性条件下与肽链链N-N-端氨基酸的端氨基酸的-氨基结合，形成氨基结合，形成二硝基苯肽链二硝基苯肽链，称为称为DNP-DNP-肽链肽链。n然后用酸水解，肽链中的肽键全部断裂，生成然后用酸水解，肽链中的肽键全部断裂，生成游离氨基酸游离氨基酸。n由于二硝基氟苯与由于二硝基氟苯与N-N-端氨基缩合形成的键十分稳定，端氨基缩合形成的键十分稳定，不受酸解破坏，所以水解后生成不受酸解破坏，所以水解后生

50、成DNP-DNP-氨基酸氨基酸。n 黄色的黄色的DNP-DNP-氨基酸可用乙醚抽提出来，用层析氨基酸可用乙醚抽提出来，用层析法鉴定即可知道法鉴定即可知道N-N-末端是哪种氨基酸。末端是哪种氨基酸。N-N-N-N-端氨基酸分析端氨基酸分析端氨基酸分析端氨基酸分析二硝基氟苯法：（二硝基氟苯法：（二硝基氟苯法：（二硝基氟苯法：（DNFBDNFBDNFBDNFB法）法）法）法）DNFB法原理法原理丹磺酰氯法：丹磺酰氯法：n 丹磺酰氯（丹磺酰氯（DNS-DNS-ClCl）在在pH9.5pH9.5的碱性条件下能的碱性条件下能专一性的与肽链专一性的与肽链N N端的氨基结合生成氨磺酰衍生物端的氨基结合生成氨磺