导图社区 蛋白质的生物学功能
生物化学第一张蛋白质的结构与功能思维导图笔记,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础,但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
编辑于2021-05-12 19:43:35生物化学第一张蛋白质的结构与功能思维导图笔记,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础,但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
朱圣庚第四版生物化学的知识梳理。利用溶解度、分子大小、所带电荷、相互作用分离。等电点沉淀、盐溶盐析、有机溶剂沉淀、加热沉淀、凝胶过滤层析、凝胶电泳……纯化流程,评估,具体技术
生物化学第四版考研章节重点知识梳理。蛋白质结构预测是近几十年来的研究热点,理论方法使人们深入了解了实验难以处理的蛋白质结构。同时,随着测定蛋白质结构的实验方法的改进,大量高质量蛋白质结构数据可供研究,提高了训练数据的质量和预测算法的准确性。最终的研究目标是利用蛋白质的序列准确地预测蛋白质的三维结构。
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生物化学第一张蛋白质的结构与功能思维导图笔记,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础,但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
朱圣庚第四版生物化学的知识梳理。利用溶解度、分子大小、所带电荷、相互作用分离。等电点沉淀、盐溶盐析、有机溶剂沉淀、加热沉淀、凝胶过滤层析、凝胶电泳……纯化流程,评估,具体技术
生物化学第四版考研章节重点知识梳理。蛋白质结构预测是近几十年来的研究热点,理论方法使人们深入了解了实验难以处理的蛋白质结构。同时,随着测定蛋白质结构的实验方法的改进,大量高质量蛋白质结构数据可供研究,提高了训练数据的质量和预测算法的准确性。最终的研究目标是利用蛋白质的序列准确地预测蛋白质的三维结构。
蛋白质的生物学功能
蛋白质功能的多样性
行使催化和转化功能
作为信号分子和信号转导器
转运专一的分子和物质
载体蛋白质是一类从一处到另一处转运专一分子和物质的蛋白质的总称
作为结构和支撑成分
起运动和动力作用
具有防卫和保护功能
抗体是在外来的所谓抗原物质的影响下由淋巴细胞产生
在南、北极海洋生活的一些鱼类,它们血液中存在有抗冻蛋白质,防止在低于摄氏零度水温下血液冷冻
作为养分的贮库
卵清蛋白为鸟类胚胎发育提供氮源,乳中酪蛋白是哺乳类幼崽的主要氮源
起支架或衔接作用
氧结合蛋白质——肌红蛋白:贮存氧
氧与血红素辅基结合
蛋白质为血红素辅基提供疏水环境,是亚铁离子难以被氧化,且降低一氧化碳亲和力
某些小分子如一氧化碳和氧化氮与血红素铁配位的亲和力比氧气高。当一氧化碳分子与血红素结合时,氧气则被排出,这就是为什么一氧化碳对需氧生物是剧毒物质的原因
通过对血红素的包围和掩蔽,氧结合蛋白质可调节一氧化碳和其他小分子对血红素铁的接近
肌红蛋白是珠蛋白家族的成员
单体的肌红蛋白主要是促进肌肉组织中氧的扩散。
肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅基血红素构成
肌红蛋白与氧气结合是蛋白质与配体相互作用的实例
蛋白质—配体相互作用的定量分析
肌红蛋白与氧气的可逆结合——氧结合曲线
双曲线
对溶解氧浓度的小变化比较不敏感,所以功能上正好作为一个贮氧蛋白质
蛋白质结构是如何影响配体结合的
肌红蛋白分子中央有一个空穴,血红素非共价地结合于此空穴中。穴内衬有一层疏水残基,为血红素基提供一个疏水环境;血红素卟啉环上的2个丙酸基伸向空穴外侧;在卟啉环外面的两侧各有一个His残基,它们在氧结合中起其重要作用,与Fe(Ⅱ)形成配位键
氧结合蛋白质——血红蛋白:转运氧
血红蛋白是在血液中转运氧气的
红细胞的主要功能是运载血红蛋白
血红蛋白是多亚基的,有多个氧气结合部位,更适于氧的转运
血红蛋白的结构
Hb是一个四聚体蛋白质,由4个多肽亚基组成,每一亚基缔合一个血红素辅基
血红蛋白亚基的种类和组成方式
成人血红蛋白主要是HbA,亚基组成为α2β2
胎儿血红蛋白简称HbF,亚基组成为α2γ2
HbF的γ链和β链很相似,也由146个氨基酸组成,但γ链中的H21残基是Ser而不是β链中的His,这样就减少了BPG(2,3—二磷酸甘油酸)分子结合部位的正电荷,也即减低了对BPG的亲和力。HbF对BPG的亲和力降低使得它对氧的亲和力增高。因此独立循环系统的胎儿能有效地通过胎盘从母体的血循环中吸取氧。
血红蛋白亚基在结构上与肌红蛋白相似
血红蛋白的四级结构
血红蛋白四级结构的特点是不相同的亚基之间相互作用增强。
结合氧时血红蛋白发生构象变化
氧结合显著改变Hb的四级结构
血红蛋白的去氧型和氧合型代表两种不同的构象态
氧气与一个T态血红蛋白亚基的结合将引发构象向R态转变。当整个蛋白质发生向R态转化时,各个亚基的结构变化很小,但两个αβ亚基对彼此滑动并旋转,β亚基之间的空隙变窄。
由于氧的结合,血红蛋白由T态转变为一种新的、4个C端几乎可以完全自由旋转的“松弛”构象——R态
血红蛋白T→R转变的关键——血红素铁的微小移动
血红蛋白与氧结合是协同的
具单一配体结合部位的单体亚基蛋白质即使结合引起构象变化但不能产生S形结合曲线——因为每个配体分子的结合都是独立进行的,它不会影响另一个分子的配体结合
氧合曲线S型
一旦氧气跟第一个亚基结合,第二、第三个亚基的T→R转变就更容易发生。最后一个氧分子跟已是R态的亚基的血红素结合,因此它的结合亲和力比第一个分子高的多
一个配体与蛋白质上一个结合部位的结合影响同一蛋白质上其他结合部位的亲和力称为别构效应或别构相互作用,具有别构效应的蛋白质称为别构蛋白质
别构蛋白质的调节物可能是抑制剂或是激活剂。当正常配体和调节物是同一个分子时,相互作用称为同促的,当调节物是正常配体之外的分子,相互作用是异促的
协同性配体结合可以定量描述
Hill系数
n=1 非协同
n>1 正协同
n<1 负协同
协同性结合机制的两个模型
MWC模型或协同模型
一个协同性结合的蛋白质分子各亚基在功能上是相同的
一个蛋白质分子中所有亚基都以同样的构象状态存在,或是T态或是R态
一种构象转变为另一种构象,所以亚基是同时发生的
KNF模型或序列模型/渐变模型
配体与多结合部位蛋白质的结合,能通过诱导契合引起单个亚基的构象转变
一个亚基的构象变化能使相邻亚基的构象发生转变并使第二个配体分子的结合变得更加容易(或更难),因此亚基构象的转变是逐个的、序列的
血红蛋白还转运H离子和二氧化碳
在外州组织中pH相对较低、二氧化碳浓度相对较高,血红蛋白对氧的亲和力随氢离子和二氧化碳的结合而降低。相反,在肺的毛细血管中,随二氧化碳被排出,因此血液pH上升,血红蛋白对氧的亲和力增高,Hb能结合更多的氧气,以便转运到外周组织。pH和二氧化碳浓度对血红蛋白的氧结合和释放的这一影响称为玻尔效应Bohr效应
2,3—二磷酸甘油酸降低血红蛋白对氧气的亲和力
BPG是血红蛋白的一个重要的别构抑制剂
每个血红蛋白四聚体只有一个BPG的结合部位
BPG和β亚基之间的盐桥有助于稳定T态,因而降低血红蛋白对氧的亲和力,促使氧的释放。当Hb跟氧结合转变为R态时,BPG的结合口袋变小,以至容纳不了BPG分子。无BPG在时,血红蛋白更容易转变为R态
海拔升高,BPG增多
红细胞的BPC浓度下降,血红蛋白对氧的亲和力增加,氧结合曲线向左移动
缺少BPG的红细胞不能靠加人BPG来恢复,因为高度荷电的分子不能透过红细胞膜。如果存贮的血液中加人肌苷(inosine),即可防止BPG水平的下降,因为肌苷能通过红细胞膜并在胞内经一系列反应可以转变为BPG。肌苷现已广泛用于血液的保存
BPG对血红蛋白氧结合的调节在胎儿发育中具有重要作用。因为胎儿血液流经胎盘时必须从胎盘的另一侧母体的血中获取氧,因此胎儿血红蛋白对02的亲和力必须比母体血红蛋白要大。胎儿合成的是γ亚基而不是β亚基,形成Hb F(a22)。此四聚体对BPG的亲和力要比正常的成人血红蛋白(a2β2)低很多,相应地对0,的亲和力也高很多
血红蛋白分子病
分子病是遗传的
镰状细胞贫血
镰状细胞贫血是血红蛋白突变引起的
是由于基因突变导致的血红蛋白分子中分别氨基酸残基被更换所致
镰状细胞血红蛋白氨基酸序列的地位改变
β链第6位Glu被Val取代(两条β链)
镰状细胞血红蛋白形成纤维状沉淀的原因
HbA突变为HbS,从一级结构看,只是Glu B6被换成ValB6。Clu 侧链在pH7.4时是一个带负电的基团,而Val侧链是一个非极性基团;因此,血红蛋白S比血红蛋白A少了2个负电荷。从三级结构看,由于β6残基位于分子表面,因此Val取代了Gluβ6,等于在HbS分子表面安上了一个疏水侧链。伸出HbS分子表面的β6 Val侧链创建了一个“黏性的”突起,与下一个HbS分子上的互补口袋借疏水相互作用缔合成纤维状聚集体而沉淀,这是镰状细胞贫血的特征
镰状细胞血红蛋白的治疗性矫正
体外用氰酸钾KCNO
α—和β—地中海贫血
β—地中海贫血
β珠蛋白基因丢失或不能表达,此缺陷的纯合子个体产生严重的症状,称为β—地中海贫血,患者不能制造β链,必须依赖胎儿γ链的继续产生以形成有功能的血红蛋白
α—地中海贫血
免疫系统和免疫球蛋白
免疫应答涉及一系列特化的细胞和特化的蛋白质
免疫系统能识别自我和非我
细胞表面上的分子相互作用触发免疫应答
抗体具有两个相同的抗原结合部位
抗体与抗原结合是专一而紧密的
抗体—抗原相互作用是一些重要生化分析的基础
肌动蛋白、肌球蛋白和分子马达
肌肉的主要蛋白质是肌球蛋白和肌动蛋白
细丝和粗丝被组织成有序的结构
肌球蛋白粗丝沿肌动蛋白细丝滑动
蛋白质功能的原理
很多蛋白质的功能涉及跟其他分子的可逆结合。
被一个蛋白质可逆结合的分子称为配体。一个配体可以是任一种分子,包括另一种蛋白质
蛋白质分子上配体结合的部位称为结合部位,它们在大小、形状、电荷以及疏水或亲水性质方面都跟配体是互补的
蛋白质—配体相互作用是特异或专一的
蛋白质分子具有柔性
蛋白质和配体的结合常跟蛋白质的构象变化相偶联,构象变化使结合部位与配体更加互补,结合的更加紧密。在蛋白质和配体之间发生的结构适应称为诱导契合
在多亚基蛋白质中,一个亚基的构象变化经常影响其他亚基的构象
配体和蛋白质相互作用一般可以通过跟一个或多个另外的配体专一相互作用来调节。这些别的配体可以引起蛋白质的构象变化而影响第一个配体的结合,发生所谓的别构效应或称变构效应