复旦大学：《生物化学A Biochemistry》课程PPT教学课件（上）07 蛋白质化学 Protein Chemistry（五）结构与功能及研究方法

蛋白质的结构与功能

蛋白质的结构与功能

内为什么研究蛋白质的结构与功能 对蛋白质结构和作用机理的深层 次理解 对蛋白质结构迸行改造的基础 对蛋白质功能的控制 “随心所欲”创造具有新功能的 蛋白质

为什么研究蛋白质的结构与功能 • 对蛋白质结构和作用机理的深层 次理解 • 对蛋白质结构进行改造的基础 • 对蛋白质功能的控制 • “随心所欲”创造具有新功能的 蛋白质

蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系 蛋白质一级结构是空间结构的基础,特定的空间 构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次 级键来维持,可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲, 形成一定的空间构象。 蛋白质的一级结构中,参与功能活性部位 的残基或处于特定构象关键部位的残基,即使 在整个分子中发生一个残基的异常,那么该 白质的功能也会受到明显的影响。被称之为 “分子病”的镰刀状红细胞性贫血仅仅是574个 氨基酸残基中,一个氨基酸残基(β亚基N端的第 6号Glu残基发生了变异所造成的,这种变异来 源于基因上遗传信息的突变

蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系 蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间 构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次 级键来维持，可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲， 形成一定的空间构象。 蛋白质的一级结构中，参与功能活性部位 的残基或处于特定构象关键部位的残基，即使 在整个分子中发生一个残基的异常，那么该蛋 白质的功能也会受到明显的影响。被称之为 “分子病”的镰刀状红细胞性贫血仅仅是574个 氨基酸残基中，一个氨基酸残基(β亚基N端的第 6号Glu残基)发生了变异所造成的，这种变异来 源于基因上遗传信息的突变

蛋白质的一级结构与功能的关系 由较短肽链组成的蛋白质一级结构, 其结构不同,生物功能也不同. 由较长肽链组成的蛋白质一级结构 中,其中“关键”部分结构相同, 其功能也相同;“关键”部分改变, 其功能也随之改变

蛋白质的一级结构与功能的关系 • 由较短肽链组成的蛋白质一级结构， 其结构不同，生物功能也不同. • 由较长肽链组成的蛋白质一级结构 中，其中“关键”部分结构相同， 其功能也相同；“关键”部分改变， 其功能也随之改变

①级结构是空间构象的基础蛋白质一级结构 决定空间构象,即一级结构是高级结构形成的 基础。只有具有高级结构的蛋白质才能表现生 物学功能。实际上很多蛋白质的—级结构并不 是决定蛋白质空间构象的惟一因素。除一级结 构、溶液环境外,大多数蛋白质的正确折叠还 需要其他分子的帮助。这些参与新生肽折叠的 分子,二类是分子伴侣,另一类是折叠酗。 ②2级结构是功能的基础一级结构相似的多肽 或蛋白质,其空间构象和功能也相似。相似的 级结构具有相似的功能,不同的结构具有不 同的功能,即一级结构决定生物学功能

①一级结构是空间构象的基础 蛋白质一级结构 决定空间构象，即一级结构是高级结构形成的 基础。只有具有高级结构的蛋白质才能表现生 物学功能。实际上很多蛋白质的一级结构并不 是决定蛋白质空间构象的惟一因素。除一级结 构、溶液环境外，大多数蛋白质的正确折叠还 需要其他分子的帮助。这些参与新生肽折叠的 分子，一类是分子伴侣，另一类是折叠酶。 ②一级结构是功能的基础 一级结构相似的多肽 或蛋白质，其空间构象和功能也相似。相似的 一级结构具有相似的功能，不同的结构具有不 同的功能，即一级结构决定生物学功能

hsp70 machinery A=吧 ADPl+ correctly folded protein ribosome machinery incorrectly folded 蛋白质转译出来之后要靠 proteIn chaperone系统正确折叠 GroES cap correctly sites L correctly folded ADP+P hsp6o-like protein complex Alberts et al (2002)Molecular bioloav of the cell (4e)D. 357

③蛋白质一级结构的种属差异与分子进化从蛋 白质氨基酸的序列可以了解到重要的生物进化 信息。对于不同种属来源的同种蛋白质进行 级结构测定和比较,发现存在种属差异。蛋白 质一定的结构执行一定的功能,功能不同的蛋 白质总是有不同的序列。若一级结构变化,蛋 白质的功能可能发生变化。 ④蛋白质的一级结构与分子病蛋白质的氨基酸 序列改变可以引起疾病,人类有很多种分子病 已被查明是某种蛋白质缺乏或异常。这些缺损 的蛋白质可能仅仅有一个氨基酸异常分子病

③蛋白质一级结构的种属差异与分子进化 从蛋 白质氨基酸的序列可以了解到重要的生物进化 信息。对于不同种属来源的同种蛋白质进行一 级结构测定和比较，发现存在种属差异。蛋白 质一定的结构执行一定的功能，功能不同的蛋 白质总是有不同的序列。若一级结构变化，蛋 白质的功能可能发生变化。 ④蛋白质的一级结构与分子病 蛋白质的氨基酸 序列改变可以引起疾病，人类有很多种分子病 已被查明是某种蛋白质缺乏或异常。这些缺损 的蛋白质可能仅仅有一个氨基酸异常-分子病

同源蛋白质(不同生物中行使相同或相似功能的蛋白质) 级结构的种属差异性 细胞色素C是真核细胞线粒体内膜上一种含Fe的蛋 白质,在生物氧化中起传递电子的作用。通过数百种生 物的细胞色素C一级结构的研究表明: (1)亲缘关系越近,AA顺序的同源性(相似性)越 大。 不同生物与人的细胞色素C相比较,AA差异数目 黑猩猩0 鸡、火鸡13 牛猪羊10 海龟15 狗驴11 小麦35 粗糙链孢霉43 酵母菌44 (2)尽管不同生物间亲缘关系差别很大,但与细胞色 素C功能密切相关的AA顺序却有共同之处,即保守顺 序不变

同源蛋白质(不同生物中行使相同或相似功能的蛋白质） 一级结构的种属差异性 细胞色素C是真核细胞线粒体内膜上一种含Fe的蛋 白质，在生物氧化中起传递电子的作用。通过数百种生 物的细胞色素C一级结构的研究表明： （1）亲缘关系越近，AA顺序的同源性（相似性）越 大。 不同生物与人的细胞色素C相比较，AA差异数目 黑猩猩 0 鸡、火鸡 13 牛猪羊 10 海龟 15 狗驴 11 小麦 35 粗糙链孢霉43 酵母菌 44 （2）尽管不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞色 素C功能密切相关的AA顺序却有共同之处，即保守顺 序不变

细胞色素C 分子量:12500左右 氨基酸残基:100个左右,单链。 25种生物中,细胞色素C的不变残基35个 60种生物中,细胞色素C的不变残基27个 亲源关系越近的,其细胞色素C的差异越小。 亲源关系越远的,其细胞色素C的差异越大。 人与黑猩猩0人与狗 10 人与猴 1人与酵母 44

鸟类 企鹅 人、黑猩猩 哺乳类 鸡、火鸡、鸭 爬行类 免 猪、牛、绵羊 金枪鱼 狐鲣鱼类 Pig, bowne.Meep Peln duck 斑泥螈牛蛙 两栖类 七鳃鳗 念珠菌 隐球菌 12 Paulk lampre 真菌类 豆 蚕蛾 螺旋蝇 芝麻 Screwworm nh weat 天蛾 C昆虫类 酵母 小麦 蓖麻 向日葵 链孢莓