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1、授课教师：艾永兴动物生物技术系吉林大学畜牧兽医学院Email:,第六章蛋白质结构与功能的关系,Chapter 6 Structure and Function of Protein,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,主要内容：,以血红蛋白为例介绍蛋白质的结构与功能。了解免疫球蛋白和肌球蛋白及肌丝蛋白结构与功能。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,蛋白质是生命体中最主要的功能分子（或称行为分子）。其发挥功能总是发生蛋白质与其他分子的相互作用。在蛋白质与其他分子的相互作用中，能被它可逆结合的其他分子称为配体。配体可以是任何一种分子，包括另一种蛋白质分子。
2、蛋白质-配体相互作用是瞬时性质对生命至关重要，因为它允许生物体在内、外环境发生变化时，能快速、可逆地作出反应。蛋白质上的配体结合部位和配体的大小、形状、电荷状态及疏水或亲水性质方面都是互补的。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,地球大气的不断变化，生物也在不停地进化，光合作用产生氧气是大气变化的主要因素在进化过程中出现两个重要的氧结合蛋白质：肌红蛋白和血红蛋白肌红蛋白便于氧在肌肉中转运，并作为氧的可逆性贮库。而血红蛋白是血液中的氧载体。肌红蛋白和血红蛋白是两个研究得最透彻的蛋白质，是说明蛋白质结构与功能关系的范例,一、肌红蛋白的结构与功能,Company name,第六章
3、蛋白质结构与功能的关系,(一)肌红蛋白的三级结构肌红蛋白(myoglobin,Mb）是哺乳动物细胞(主要是肌细胞)贮存和分配氧的蛋白质肌红蛋白结构和大小 肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素构成，相对分子质量为16700,含153个氨基酸残基。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白(globin),它和血红蛋白的亚基(-珠蛋白链和-珠蛋白链)在氨基酸序列上具有明显的同源性，构象和功能也极其相似肌红蛋白的空间结构测定 由Kendrew J等1963年完成肌红蛋白的空间结构 含8段螺旋,一、肌红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,一、肌红蛋白的结构与功能,Comp
4、any name,第六章蛋白质结构与功能的关系,(二)辅基血红素蛋白质不能直接与氧发生可逆结合，某些过渡金属的低氧态(Fe2+和Cu+)有很强的结合氧倾向。进化过程中肌红蛋白血红蛋白家族应用了Fe2+作为氧的结合部位，而某些节肢动物的血蓝蛋白中结合氧的是Cu+。血红素 原卟啉与铁的络合物铁原卟啉称血红素亚铁血红素和高铁血红素,一、肌红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,(二)辅基血红素原卟啉由四个吡咯环组成，4个吡咯环通过甲叉桥连接形成四吡咯环系统，与之相连还有四个甲基和两个乙烯基及两个丙酸基。,一、肌红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋
5、白质结构与功能的关系,一、肌红蛋白的结构与功能,(三)O2与肌红蛋白的结合,近侧His(F8),Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,(四)O2的结合改变肌红蛋白的构象肌红蛋白血红素O2的结合，使铁原子的位置与卟啉环平面关系发生改变，铁卟啉由圆顶状变成平面状,一、肌红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,血红蛋白存在于血液的红细胞中,以高浓度(3亿个)溶解于红细胞溶胶中。1.血红蛋白的亚基组成 2种4个亚基,四个血红素分别位于每个多肽链的E和F螺旋之间的裂隙，暴露在分子的表面。肌红蛋白：153个残基Hb的链：141个残基，短H少DHb的链：
6、146个残基，短H三者只有27个位置残基相同。,二、血红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,血红蛋白的同源性：有9个位置的残基最为保守：His F8(87和92)和E7(58和63)与血红素接触：Phe CD1和Leu F4H和F螺旋之间的氢键：Tyr HC2B和E螺旋接近：Gly B6C螺旋终止：Pro C2,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,亚基间的接触：装配接触：11接触和22接触滑动接触：12接触和21接触,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白
7、的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,链和链的V末端倒第二位都是TyrHC2残基(Tyr140 和Tyr145)其上的酚OH与ValFG5（Val93 和Val98）上的CO形成链内氢键。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,H+、CO2对血红蛋白结合氧影响,1、在组织中H+、CO2与血红蛋白的结合，及O2的释放。去氧血红蛋白对H+的亲和力比氧合血红蛋白大。增加H+浓度提高O2从血红蛋白中的释放。H+结合在血红
8、蛋白的参与盐桥形成的链N端的Val 1(NA1)上的 氨基，链C端His 146(HC3)咪唑基上。CO2在血红蛋白中的结合部位是4个亚基的N端氨基，形成氨甲酸血红蛋白。,2、在肺中H+、CO2的释放，及O2与血红蛋白的结合。,Bohr效应,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,BPG对血红蛋白结合氧影响,Lys,Lys,His,Val,His,His,His,Val,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,肺内氧分压下降时。,应用柠檬酸葡萄糖（ACD）溶液贮存血液。红细胞中BPG由4.5mmol/L 0.5
9、mmol/L肌苷在红细胞内转变为BPG,INOSINE,胎儿红细胞中的血红蛋白Hb F(22)，链上第143位是丝氨酸，而链的第143位是组氨酸，从而使Hb F与BPG的结合能力下降，因此增加了Hb F与氧的亲和力。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,二、血红蛋白的结构与功能,三、血红蛋白分子病,(一)分子病血红蛋白有关的疾病：镰刀状细胞贫血病：由于或链发生了变化。地中海贫血病：缺少或链。(二)镰刀状细胞贫血病1.镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的2.镰刀状细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化HbA H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Ly
10、s-COOHHbS H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-COOH(链)1 2 3 4 5 6 7 83.镰刀状细胞血红蛋白可形成纤维状沉淀,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,加速malaria红细胞的破坏，从而对抗malaria,EF拐弯,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,4.镰刀状细胞血红蛋白的治疗性矫正用KCNO(氰酸钾)处理红细胞N端Val,三、血红蛋白分子病,HbS H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-COOH(链)1 2 3 4 5 6 7 8,Company name
11、,第六章蛋白质结构与功能的关系,（三）其他血红蛋白病,三、血红蛋白分子病,（1）突变发生在血红素基的附近先天性青紫：Hb M Osaka()Tyr上的酚与Fe 结合形成Fe3+离子,（2）突变发生在特异结合部位三级空间结构形成受到影响。如Hb Riverdale-Bronx(),Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,（三）其他血红蛋白病,三、血红蛋白分子病,（3）突变发生在亚基界面亚基间接触受到影响。Hb kempsey(),影响T态的形成。Hb Kansas(),影响R态的形成。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,（四）地中海贫血,三、血红蛋白分子病,
12、1.地中海贫血：纯合子缺失和杂合子缺失。,2.地中海贫血染色体上有两个相邻的拷贝（1和 2），一个可能有4、3、2、1、0个基因拷贝，0个拷贝致命（地中海贫血），造成4或4，无别构效应，总是处于R态，无Bohr效应，向组织卸氧能力差。,地中海贫血和地中海贫血性状（杂合子）一般对malaria的一定的防护，所以这样的突变在malaria高发区存在下来。,发生途径：A.一个或多个编码基因缺失。B.无义突变。C.突变导致未正常转录或mRNA未正常加工。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,四、免疫球蛋白,多克隆抗体、单克隆抗体。,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,四、免疫球蛋白,基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法,ELISA,Company name,第六章蛋白质结构与功能的关系,四、免疫球蛋白,基于抗体抗原相互作用的生物化学分析方法,Western blot,
