生物体内蛋白质.ppt

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1、第五章 生物体内的蛋白及其功能,结构蛋白:构成细胞骨架的蛋白，如纤维蛋白 和部分膜蛋白。功能蛋白:生物体内参与生物学功能，多数为 球蛋白，一些膜蛋白。,第一节 血红蛋白与氧的运输,一 前言:血红蛋白（hemoglobin，Hb)，是迄今为止在结构与能关系方面研究最清楚的蛋白质.人的三种血红蛋白(Hb):HbA 成人 95%22 HbA2 成人 2%22 HbF 胎儿 80%2 2 成人1%,二 血红蛋白与氧的结合（一）结合部位：Hb+O2 O2分压高（肺）HbO2 O2分压低（组织)氧结合于血红蛋白分子中的血红素中Fe 2+上 一个血红蛋白分子(22)可结合4个氧分子,Fe 2+,(二)S形曲

2、线:氧饱和度：血液中氧合血红蛋白的数量与血红蛋白总量的百分比：氧饱和度=HbO2 Hb+HbO2 肺中96%；组织回流血 64%氧解离曲线：氧饱和度氧分压 结合常数=HbO2 Hb O2n Hill系数n=2.8协同与变构,(三)氧合前后Hb构象变化：Hb的4个亚基间形成8个盐桥，并且结合一分子BPG(2,3-二磷酸甘油酸)，束缚了Hb的分子结构，使其对O2分子的亲和力下降。NH3+-Val Asp94 His146-COO-2-OOC-Arg Asp126 Lys40 Val-NH3+1 NH3+-Val Lys40 Asp126 Arg-COO-2-OOC-His146 Asp94 Val

3、-NH3+1,血红蛋白的中央空穴中还结合着一分子的2,3-二磷酸甘油酸（BPG）O O-C O-HC-O-P-O-CH2 O O O=P-O-O-BPG分子的两个磷酸基和一个羧基与血红蛋白两个-亚基中的Val1-NH3+、Lys82(EF6)的-NH3+及His143(H21)的咪唑基之间共形成6个盐桥,亚基Fe2+与O2结合后直径缩小，落入卟啉环空穴中使E、F空穴收缩，H Tyr22突围而出导致大量盐桥断裂，挤出BPG分子-亚基构象变化，排除了E Val11的空间障碍，后者即可与O2结合,血红蛋白-亚基,氧合前后Hb的四级结构变化：,(三)影响血红蛋白氧亲和力的主要因素,1 BPG的调节作用

4、：可降低血红蛋白对氧的亲和力。血红蛋白不能同时与BPG或4个O2分子结合，具有竞争关系，在代谢调节中具有重要的生理意义：在空气稀薄环境或肺呼吸困难时，BPG带偿性增加，使为数不多的O2分子得以尽量释放 HbF（2 2）胎儿型血红蛋白的亚基的H21(143)为Ser，而不是亚基的His。减少了血红蛋白对BPG的亲和力，近而使HbF对O2的结合能力提高，适应胎儿生长快速的需要。,2 H+浓度和CO2分压的影响：Bohr效应：PH对Hb对O2的亲和力的影响。CO2+H2O 碳酸酐酶 H2CO3 H+HCO2-HbO2+H+CO2 PH=7.2(肌肉)Hb H+O2 PH=7.6(肺)CO2 H+结合

5、部位（3个）:亚基：N-Val-NH2，His122-咪唑基 亚基：His146-咪唑基 CO2结合部位:每个亚基的N-末端氨基 Hb-NH2+CO2 Hb-NHCOO-+H+(氨基甲酸血红蛋白)通过形成盐桥来稳定脱氧Hb的结构，使Hb和O2的亲和力降低，促进O2的释放。,(四)血红蛋白结构与分子病,1 镰刀型贫血病（sickle-cell anemia):分子病（molecular disease):因基因突变而导致蛋白表达异常或缺失，从而影响正常生理功能而引起的疾病。镰刀型贫血病是被认识最早的分子病。1949年Pauling应用电泳技术，发现致病原因是由于红细胞中含有异常血红蛋白HbS。H

6、bA-链：H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-HbS-链：H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-1 2 3 4 5 6 7 8 Glu（CTT）Val（CAT）,镰刀型状红细胞中HbS分子聚合：疏水性Val 取代位于蛋白表面的亲水的Glu后，降低了蛋白的溶解度，并且 成为一个“粘性”突起，通过疏水作用等与其它 HbS分子聚合成为14股 纤维状沉淀，压迫细胞 质膜弯曲成镰刀形。后 者不易透过毛细血管；氧压低时某些细胞还会 破裂在血管中成胶冻状，影响正常功能，并加剧 细胞的镰刀状化组织 缺血死亡,6,2 其它与血红蛋白异常有关的

7、疾病：,目前发现的人类血红蛋白疾病近300种，分为血红蛋白病（或链改变）和地中海贫血病（或链丢失）两类:突变发生在Hb分子表面：血红蛋白溶解度、聚合性变异。如镰刀形贫血病突变发生在Hb的血红素附近：影响血红素与O2的结合或与亚基的结合。如：各种先天性青紫血红蛋白(HbM)，是由于血红素附近的His被取代突变发生在特异部位：影响Hb的空间结构突变发生在亚基界面上：影响亚基聚合，如Hb Kempsey(2299AspAsn)，影响亚基之间氢键的形成。对氧的亲和力异常高，在组织中不能释放O2血红蛋白肽链基因缺失或发生无义突变：或-地中海贫血病,第二节 免疫球蛋白的识别与防御功能,免疫（immunit

8、y)：是人及脊椎动物重要的自体防御机能，分为细胞免疫和体液免疫两大系统。细胞免疫(cellular immnue system):破坏被病毒感染的宿主细胞、某些寄生物及外来移植组织细胞等。通过产生各种效应细胞，包括巨嗜细胞、T淋巴细胞、嗜中性细胞等起作用T淋巴细胞：成熟于胸腺（thymus galnd)Tc（胞毒细胞）：通过表面受体识别与MHC（组织相容性复 合体）蛋白结合的抗原，消除显示不正常抗原的细胞 Th（T助细胞）：识别与MHC结合的抗原，分泌细胞因子（淋巴因子），刺激多种免疫细胞增殖。,体液免疫(humoral immnue system):针对细菌、病毒感染及外源性蛋白等。通过B淋

9、巴细胞分泌的补体和抗体来承担。B淋巴细胞在骨髓（bone marrow）中完成发育,B细胞,抗原,一 抗原与抗体：,免疫反应:当异物(异种蛋白等）进入机体后，免疫系统产生相应的免疫球蛋白，识别并和异物结合，以消除异物的过程。抗原(antigen):能刺激机体产生免疫反应的外源性物质。免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig):由于抗原刺激免疫系统而产生的具有免疫特性的球蛋白。又称抗体(antiboby).,二 抗体的结构:,共同特点:特异性；多样性；一类具有四链结构的血清糖蛋白：H(重链)：50,000 70,000 L(轻链)：22,000 23,000 依aa组成，所有的重链和轻链都

10、可分成两部分：C区(aa 组成恒定)：占重链3/4或4/5，占L链 V区(aa 组成多变)：占重链1/4或1/5，在N-末 端，是抗原结合部位。,(一)抗体的类型:根据重链和轻链C区抗原性差异分类：1.根据H链差异可分为5大类:H链：相应抗体：IgA IgG IgM IgE IgD(五类)功能：IgA、IgG、IgM：抗感染有关 IgE：过敏或变态反应有关 IgD：功能不清 2.根据L链不同可分为两型：L链：相应抗体分：型 型(两型),(二)抗体的分子结构：1.IgG结构:占血清抗体的70 80%，150,000，可透过胎盘 2H链(446aa)：VH、C1、C2、C3区 2L链(214aa)

11、：VL、CL区 VH和VL结合抗原；C2结合补体；C3结合巨嗜细胞、淋巴细胞等铰链区：H链之间的-S-S-多集中于此；结合糖链处；富含Pro,无-螺旋，柔韧木瓜蛋白酶:Fc(补体结合片段)Fab(抗原结合片段),IgG空间结构：每个IgG分子有12个空间结构相似的结构域组成：由两层反平行-sheet构成，每层34个，片层之间充满疏水aa，并以一个二硫键相连。-sheet片之间以-turn、少量helix和无规则卷曲连接。VL区和VH区相对，形成一个 1.2 1.52.0nm的裂隙，为抗原结合空穴。,免疫球蛋白VL区,糖链,IgG效价=2,2.IgM 结构：IgM：950,000 巨球蛋白(5I

12、gM单体+末端J链)IgM单体：H链：VH，C1 C4 L链：VL，CL一个IgM单体可结合2分子抗原，IgM效价=10存在形式单体是其膜结合形式；五聚体只存在于血流主要功能：感染早期产生，抑制、凝集、溶解入侵到血液 的细菌等,3.其它免疫球蛋白结构：IgA:主要存在于身体分泌物，如泪、唾液尤其是乳汁中IgD:存在于B细胞表面，功能不清IgE:以Fc区与嗜碱性粒细胞等结合，结合过敏原后，诱导细胞分泌组胺等活性胺，导致过敏或变态反应,S-S,亚单位,亚单位,IgA1,IgD,IgE,(三)抗原抗体相互作用,可溶性抗原与抗体能够发生可逆性的沉淀反应分子量达10,000以上的蛋白，均可成为良好的抗原

13、。抗原决定簇：抗原分子表面可刺激机体产生抗体并与其专 一性结合的部位。蛋白的抗原性取决于其抗原决定簇的性质及分布。血液中抗原抗体相互作用是一种蛋白分子的群体相互作用抗原与抗体的结合需要空间结构互补，并以非共价键相互作用。只有诱导该抗体产生的抗原才能与该抗体结合抗体对抗原只有识别与结合的作用，但不对抗原构成杀伤。免疫沉淀可被巨嗜细胞或粒细胞吞噬；细胞性抗原的杀伤作用由补体来完成（形成破膜复合体）。,第三节 肌肉蛋白与肌肉运动,肌肉收缩（muscle contraction)是最完善的细胞运动肌肉是效力极高的换能器，ATP化学能机械能收缩过程依靠收缩蛋白（肌球蛋白、肌动蛋白）及起调节作用的原肌球蛋

14、白、肌原蛋白和Ca2+的相互作用 一 肌纤维的 分子构成：肌肉 肌细胞 肌纤维 肌原纤维(I带+A带）细丝+粗丝肌节:两z线之间,粗丝和细丝的相对运动是肌肉收缩的基础,二 粗丝(thick filament)结构：,构成:肌球蛋白(myosin)，2H,4L（L1,2 xL2,L3）肌球蛋白头部功能区：肌动蛋白结合位 ATP酶活性部位聚合:肌球蛋白分子尾部 对尾部地反向排列，成一 束粗丝，分子的头朝向两 端，并露出粗丝表面。,复绕-helix,三 细丝(thin filament)结构：肌动蛋白:原肌球蛋白:肌原蛋白=7:1:1 1.肌动蛋白(actin)球型(G型):单肽链折叠形成的球型 纤

15、维型(F型):由球型聚合形成长纤维 功能:球型单体表面有肌球蛋白结合位，与肌球蛋白分子 头部结合成肌动球蛋白。纤维型肌动蛋白可以提高肌球蛋白头部ATP酶活性 2.原肌球蛋白(protomyosin):双股helix，棒状直径20 A，长490A，每分子覆盖7个G型肌动球蛋白 3.肌原蛋白(troponin，Tn):原肌球蛋白结合亚基(Tn T)：与原肌球蛋白结合 抑制亚基(Tn I)：与肌动蛋白结合，其抑制作用 肌钙蛋白(Tn C)：Ca 2+结合，是一个钙调节蛋白。,四 肌肉收缩的分子机理：（一）钙离子对肌肉收缩的调节作用：肌肉舒张时，Ca 2+10-7 M，Ca 2+储存在肌质网 Ca2+介于10-7 10-5 M时，肌肉收缩：TnC与Ca 2+结合，使自身三亚基紧密结合，解除抑制。肌动蛋白与肌球蛋白形成肌动球蛋白 横桥结构 肌球蛋白中ATP 酶水解ATP供能,迫使横桥改变角 度，细丝沿着粗 丝滑动 肌肉收缩,(二)ATP参与肌肉收缩过程：,