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1、主要内容,多肽、蛋白质结构与功能的关系 蛋白质在生命活动中的重要作用 蛋白质的前沿应用 药物分子分子伴侣 绿色荧光蛋白（GFP）,1.蛋白质结构层次,蛋白质的主要结构层次,2.多肽、蛋白结构与功能的关系,2.1 一级结构与功能的关系,氨基酸组成变化改变其功能,一级结构改变引起分子病,基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下降或丧失，就会产生疾病，这种病称为分子病（molecular disease）。,最早从分子水平证明的先天性遗传病镰刀形红细胞贫血症(sickle-cell anemia)。,镰刀形红细胞,正常血细胞,hemoglobin 6:GAA(Glu)-GTA(Val
2、),分子进化,细胞色素c 是由104个氨基酸组成的蛋白质。比较50种不同的生物，发现有35个是保守的。凡与人类亲缘关系越远的生物，其氨基酸顺序与人类的差异越大。,从细胞色素c的一级结构看生物进化,蛋白质前体的激活,一些蛋白质或酶在细胞中首先合成(翻译)的是其前体,在成为有功能的蛋白质或酶之前需要激活.,胰岛素原的一级结构,核糖核酸酶RNase的变性与复性,蛋白质的正确折叠与分子伴侣,多肽链的特定空间结构是其功能的保证。肽链的正确折叠或者亚基的装配常常需要由一些蛋白质，例如热激蛋白（Heat shock protein,Hsp）和某些酶的帮助，并且消耗ATP。但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终
3、的折叠产物或装配复合物中。它们被称为分子伴侣（molecular chaperone）。,2.2 高级结构与功能的关系,蛋白质的变性与复性,变性（denaturation）是指一些理化因素，如热、光、机械力、酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导致其生物活性的丧失。变性一般并不引起肽键的断裂，但蛋白质的溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可能得以恢复，称为复性（renaturation）。,疯牛病病牛的海绵样脑组织,疯牛病(BSE)可能是由于朊蛋白（Pron prot
4、ein，PrP）的错误折叠引起的,蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能,变构作用（Allosteric effect）是指效应剂（变构剂）作用于多亚基的蛋白质或酶的某个亚基后，导致其构象改变，继而引起其他亚基构象的改变，结果引起蛋白质或酶的生物活性发生变化。有的结果是变构激活，有的则是变构抑制。例如，在血红蛋白中，其4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红蛋白的一个亚基结合（比较难）后，引起其构象发生改变，这种变化在亚基之间传递，从而改变了其他亚基与氧的结合能力，使它们与氧的结合变得容易。其动力学曲线呈S型。,氧合可以引发维系血红蛋白4个亚基的8对离子键相继断开，从比较紧凑的T构象转变为比较松弛
5、的R构象。,血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线,与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合能力总体上削弱了（氧合曲线右移,由双曲线转变成S形曲线），但是赋予了其新的能力 可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧分压低的组织（肌肉）输送和转移。,3.蛋白质在生命活动中的重要作用,生物催化作用：酶 运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白 调节作用：如胰岛素、生长激素 运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子 营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白 结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白 能量转换蛋白：如细胞色素 基因调节蛋白：如阻遏蛋白,蛋白质在机体内的生物学功能,4.蛋白质的
6、前沿应用,4.1 药物分子伴侣 蛋白质分子中氨基酸的突变并不完全影响其功能，突变蛋白只要能够到达作用位点就仍然可以行使其功能，而细胞内该类错误折叠的突变蛋白在到达作用位点之前往往会被质量监控系统清除，从而导致其功能的缺陷。一些低分子质量具细胞通透性的化合物如甘油、二甲基亚砜、三甲基胺等能校正并稳定突变蛋白的构象，协助突变蛋白逃离质量监控系统，正确运输到作用位点，恢复其功能，这类分子被称为分子伴侣。,4.2 药物分子伴侣的模式蛋白,Pgp（P糖蛋白）是最早发现的ATP膜转运蛋白家族中的成员，被作为药物分子伴侣研究的模式蛋白。野生型Pgp合成时先翻译折叠产生4个处于松散构象的结构域，各结构域及TM
7、片段之间再继续折叠紧凑，然后离开内质网，经由高尔基体，最后运输到细胞表面。若Pgp发生突变，如第490位酪氨酸缺失，则会在蛋白质折叠过程中形成热力学障碍，折叠中间物在内质网中积累而随后被迅速水解，不能完成折叠及运输过程。,4.3 绿色荧光蛋白（GFP）,2008年诺贝尔化学奖获得者,下村修（日本）马丁查尔菲（美国）钱永健（中国）,绿色荧光蛋白,从水母(Aequorea victoria)体内发现的发光蛋白。分子质量为26kDa，由238个氨基酸构成，第6567位氨基酸(Ser-Tyr-Gly)形成发光团，是主要发光的位置。特点：它产生荧光无需底物或辅因子，发色团是其蛋白质一级序列固有的。,4.4 GFP的应用,报告基因和细胞标记融合标记其他：环境指示剂,GFP已经被应用到大鼠、老鼠、青蛙、有翅昆虫、蠕虫以及其它生物体内。,这两只荧光猪诞生于中国黑龙江省哈尔滨东北农业大学的实验室。它们的发光本领并不是转基因技术的直接产物，而是从其经过基因改造的母亲那里遗传而来.,
