第五节 蛋白质结构和功能的关 系.docx

第五节 蛋白质结构和功能的关系5.1、蛋白质一级结构和功能的关系1、同源蛋白质的种属差异性 p26⑴、同源蛋白质的概念p26由同一祖先进化来的，存在1,7：彳 HemeLb 4,J I lls于不同的生物机体中，具有相同功能的蛋白质⑵、同源蛋白质的结构特点p26a、一级结构非常相似，许多位置的 AA 种类和排列顺序对所有种属均相同，称保守区CytC100 个 AA 中，有 28个 AA 在 40 种生物中均相同说明一级结构相同的蛋白质，其功能也相同一级FIGURE 5.27 • Cuochromc r w a small protein consisting of n single polypeptide chain of KM residues in terrestrial vertebrates. 103 or 104 in fishes, 107 in insects, 107 to 109 in and yeasu, and 111 or 112 in green plants. Analysis of the sequence of cyioclirumc c from nioiv lliaii 40 different species reveals that 28 residues are invariant. These invariant rnidnes arc scattered irregularly along the polypeptide chain, except for a cluster between 70 and 80. All cyiochromc c pohpepiide chains have a cysicinc residue at position I", and all but one have another Cys at position 14. These Cys residues serve to Jink the hmw prosthetic group of cyiochrutne c to the protein, a role explaining their invariable pmcncc.结构差异愈小，其功能的相似性愈大。

亲缘关系愈近）b、在保守区外的其它区域，其AA种类和顺序则随物种的不同存在差异性，称可变区可变区的改变（即一级结构的局部改变）并不会影响蛋白质的功能，这一特性称为同源蛋白质的种属差异性种属差异性说明同源蛋白质非必需区一级结构的局部改变，并不会导致蛋白质的功能也发生改变2、分子病：镰刀型细胞贫血症 p63-64正常Hb与病人Hb的a链均相同，差别仅在0链P64图由于0链上6位亲水的Glu被疏水的Vai取代，导致Hb分子表面电荷改变， 使Hb分子相互缔合成不溶性的纤维状沉淀，沉积在红细胞的质膜上而压迫红细胞, 使红细胞被扭曲成镰刀状，不易通过毛细血管而导致贫血P64图说明一级结构的细微改变也会导致其功能的改变（结构不同则功能不同），即 功能的改变是以结构的改变为基础的综上所述：结构决定功能，结构相同，功能相同；结构不同，功能不同结构 越相似，功能越相同至于蛋白质一级结构的改变是否会引起功能的改变应视具体情况而定如该 AA （或肽段）是蛋白质的功能所必需的，则其改变会导致功能的改变如该AA （或 肽段）不是蛋白质的功能所必需的，则其改变一般不会导致功能的改变 5.2、蛋白质空间结构和功能的关系1、蛋白质的变性作用 p50-53⑴、概念p51蛋白质分子由于受到物理或化学因素的影响，其高级结构被破坏，从而其理化 性质和生物功能也发生改变的现象。

P52图蛋白质的变性说明：蛋白质高级结构的改变导致了蛋白质的功能也发生改变 ⑵、变性的本质p52变性仅改变了蛋白质分子的高级结构，一级结构则保持完整即变性不涉及共价键（肽健不断裂，但含二硫键的蛋白质要彻底变性需切断二 硫键），仅破坏了氢键、疏水力、离子键和范德华力等维持蛋白质高级结构的作用力⑶、变性的因素p52物理因素：紫外光，热，辐射，高压 化学因素：强酸，强碱，有机酸（三氯乙酸），有机溶剂（丙酮，乙醇）变性剂：尿素，十二烷基磺酸钠（SDS）,盐酸胍⑷、变性的特征生物活性丧失；侧链基团暴露；理化性质改变（溶解度降低等）⑸、复性p53某些变性蛋白质在去除变性因素后，蛋白质分子结构恢复原状，生物活性重新 恢复的现象2、蛋白质的变构作用（别构作用） p56-60⑴、概念 p60别构蛋白质：当多亚基蛋白质的某一亚基与某些小分子（配体）结合后，导致 蛋白质分子发生构象的改变，从而使蛋白质分子与其它配体的结合或催化受影响，这种效应就称为别构效应具有别构效应的蛋白质就称为别构蛋白质例：血红蛋白Hb （a 20 2）,当其中一个亚基与02结合后，导致血红蛋白分子发生构象的改变， 使其更易 与氧结 合，从而运输 02 的能 力大大增强。

P57、 P58 图⑵、 特点a、 只存在于寡聚 蛋白中，变构破坏了亚 基与亚基间的相互作 用（氢键、离子键等）b、 分子构象要发 生改变c、 亚基间存在协 同作用，一个亚基的改 变常导致其它亚基也 发生改变这种影响 是通过构象的改变来T stateHemeTstateR stateRstatefigure 7-10The T ——.R transition. In these depictions of deoxy- hemoglobm. as in Figure 7-9, the 0 subunits are light blue and the a subunits are gray. Positively charged side chains and chain termini invoh/ed in ion pairs are shown in blue, their negatively charged partners in pink. The Lys C5 of each a sub unit and Asp FG1 of each 0 sub umt are visible but not labeled (compare Fig. 7-9a). Note that the molecule is oriented slightly differently than in Figure 7-9, The transition fram the T stale to the R state shifts the subunit pairs substantially, affecting certain ion pairs Most noticeably, the His HC3 residues at the carboxyl termini of the 3 subunits, which are involved in ion pairs •n the T state, rotate in the R state toward the center of the molecule where they are no tonger in ion pairs. Another dramatic result of the T —► R transition is a narrowing of the pocket between the 0 subunits.figure 7-11Changes in conformation near heme on 02 binding.The shift in the position of the F helix when heme binds 0? is one of the adjustments that is believed to trigger the T —► R "ansition.实现的）⑶、 比较：血红蛋白与肌红蛋白的输氧功能 p58-60a、Hb与Mb相同点i 、 功能：相同。

均能为机体输送 O2ii 、 结构：相似一级结构具有明显的序列同源性二级结构均主要为a -螺旋三级结构均为 单结构域，含8段a -螺旋，近似于球形P57、p58图分子内均含有一疏水穴，结合有一血红素分子并且在血红素与氧结合后，血 红素基均由圆顶状变为平面状说明：结构相似，功能相同但二者运输02的行为（氧合曲线）却不同P58图Mb：曲线呈双曲线形Hb：曲线呈S形b、 Hb 与 Mb 的不同点：i、 结构：Mb：单体； Hb：寡聚体a 20 2ii、 变构作用：Mb：无；Hb：有，一个亚基与02结合后，不但自身会发生构象的改变, 而且还可通过亚基间的协同作用，使其它亚基也发生构象的改变，使它们更易与02 结合，从而在氧合曲线上出现一巨增区）iii、 氧合曲线：Mb：矩形双曲线；Hb： S形曲线 iiii、输氧场所：肌红蛋白：肌肉的毛细血管 p59血红蛋白：肺部血管血红蛋白的别构作用说明： 结构相似，功能相似；结构不同，功能不同；功能的改变是以结构的改变为基 础的；由蛋白质的变性和别构均说明：蛋白质的高级结构对其功能的发挥至关重要， 高级结构的改变常会导致蛋白质的功能发生改变综上所述，结构是基础，结构决定功能。

结构相似，功能相同；结构不同，功 能不同结构和功能的关系是相互适应，彼此制约，高度统一的。