《生物体内蛋白质》PPT课件.ppt

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：,第四节 G蛋白系统与信息传递,一 信息分子与受体：1.信息分子：细胞间进行信息传递的一类化合物。包括第一信使（胞外的信息分子，包括神经递质、激素、细胞因子等）和第二信使。信息细胞：向胞外分泌信息分子的细胞。靶细胞：接受第一信使信息传递作用的相应细胞。信息分子作用于靶细胞的方式：自分泌、旁分泌和内分泌。（1）神经递质：由神经元突触前膜释放，以旁分泌为主。按化学本质分为乙酰胆碱、氨基酸类、胺类及肽类等。,（2）激素：由多细胞生物的特殊细胞合成和分泌。人和高等动物体内激素含氮激素、类固醇激素和脂肪类激素3大类。高等动物体内的水溶性激素（除甲状腺素外）以及前列腺素等，作用于靶细胞的膜表面受体；而类固醇激素和甲状腺素作用于靶细胞的胞内受体。（3）细胞因子：由非腺体细胞分泌的高活性的、特异性强的调节蛋白或肽类，作用于靶细胞后可调节生长和分化等。以自分泌和旁分泌为主。如平滑肌细胞、血小板、巨噬细胞、淋巴细胞等，均可分泌细胞因子。目前将细胞因子按功能分为生长因子类、造血调节因子类及免疫因子类（白细胞介素、干扰素等）。,2.受体：靶细胞中能识别第一信使（配体）并与之结合，引起生物学效应的分子。化学本质是具有一定构象的蛋白质。根据受体结合配体后信息传递方式不同，受体分为：（1）质膜受体：位于膜表面，一般是糖蛋白。包括：与G蛋白偶联受体；具有内在酶结构受体：如胰岛素和多种生长因子受体具有酪氨酸蛋白激酶（tyrosine protein kinase,TPK)结构域。离子通道型受体：依赖于神经递质的离子通道或称配体门控通道。如乙酰胆碱受体，可在质膜中形成五边形的阳离子通道。（2）胞内受体：位于胞液或细胞核中，为DNA结合蛋白，还含有一个激素结合域。如类固醇激素和甲状腺素。,二 G蛋白（guanylate binding protein）：,即鸟苷酸结合蛋白。A.Gilman，M.Rodbell（美）因发现G蛋白及在细胞 内信号转导中的作用，而获得1994年Nobel 医学/生理学奖。G蛋白种类多达40 余种，由、3个亚基构成，总分 子量约100kDa。,（1）G：能与GTP或GDP结合，有内在的GTP酶活性。GTP是G蛋白活性状态的开关。在活性状态，GTP的最后一个磷酸基团与 G表面的环状结构（红色）相连，使环处于紧密状态。当GTP水解成GDP时，该磷酸基被移去，GDP变短不能与此环相连，导致环结构松散，转变为非活性三聚体（左图）,GTP,（2）G：在多数G蛋白中非常类似，分子量36kDa左右。呈螺旋桨（propeller）状结构，起到稳固Ga 结合受体的作用。（3）G：分子量811kDa，除Gt外，大多数G蛋白的亚单位都是相同的。依照、两个亚基的不同可以将G蛋白分为Gs、Gi、Gt等六类。,三、G蛋白偶联受体（GPCRs）,G 蛋白偶联受体与质膜上G蛋白偶联存在，已发现300种以上。(1)G蛋白偶联受体结构：分子量40-50kDa左右，它们在结构上的共同特征是单一肽链7次穿越膜，构成7次跨膜受体。肽链的N末端在胞膜外，C末端在细胞内。N末端上常有许多糖基修饰。G-蛋白偶联受体的作用部位主要在细胞内第23环的跨膜部位。（2）功能：控制着重要的机体功能，比如身体的一些感觉，还是一类非常重要的药物靶标，当今前50种最畅销的上市药物中，25属于G蛋白受体相关药物。,Ca2+可作为第二信使启动多种细胞反应；IP3促进肌浆网或内质网储存的Ca2+释放。,腺苷酸环化酶（AC）,G蛋白,IP3肌醇磷脂、Ca2+-钙调蛋白激酶（代谢）,DG(甘油二酯)-蛋白激酶C,靶蛋白磷酸化，调节细胞功能,四、G蛋白系统作用方式,离子通道等,G蛋白偶联受体,信使,膜效应酶,五、G蛋白系统研究的意义：,2004诺贝尔生理学或医学奖（R.Axel，L.B.Buck)：人体气味受体和嗅觉系统组织方式研究。香气-受体结合-G蛋白-纤毛膜上的离子通道-产生电信号-沿着神经细胞的轴突传送-嗅球。目前的研究认为与心血管疾病有关的主要受体有5种：分别是1、2、1肾上腺素能受体、M2-乙酰胆碱能受体及肾素血管紧张素受体。它们均属于G-蛋白偶联受体家族。霍乱，百日咳毒素 也是通过G蛋白起作用。大量滥用的毒品：可卡因，海洛因，大麻等，通过与G蛋白偶联进入细胞发挥其药性。目前发现：肿瘤细胞与正常细胞间最大的区别在于细胞内的信号转导途径的差异。最近研究证实突变的G蛋白基因是一种致癌基因。对疾病和致病原因的了解有了很大的幫助，对以后的基因治療將具有重要意义。,第五节 朊病毒蛋白,朊病毒(prion或virino):是不含有核酸的蛋白侵染因子，能造成哺乳动物中枢神经系统机能退化，导致脑组织病变。目前归属于亚病毒类(类病毒、拟病毒和朊病毒），是迄今为止发现的最奇特的分子生物。一朊病毒的发现：羊瘙痒病（scrapie)1982年Prusiner提取到致瘙痒因子，并将这种不含核酸的蛋白的感染因子称为朊病毒蛋白(prion protein，PrP)克雅氏病、脑软化症、库鲁病、疯牛病、致命性失眠症等1997年获得Nobel生理及医学奖,二 朊病毒蛋白的结构和生化特性：PrP单体(有一定的侵染力)三聚体(高度侵染力)PrP杆状物（10020025nm)PrP丛状物1 PrP的生化特性:PrP是哺乳动物正常基因编码的产物，是含糖的脂锚定蛋白PrP蛋白与调节正常生理节律和神经传导有关。PrPc：正常型（野生型)；PrP sc：致病型生化特点：PrPsc 对于一些温和的去污剂具有抗溶性。PrPsc 具有相对的抗蛋白酶水解的能力。PrPsc 和PrPc 都是通过GPI锚脂结合在膜上，磷酸肌醇磷 酸脂酶使PrPc 脱落而PrPsc 不脱落。特异的抗体只与PrPc 反应而与PrP sc 不发生免疫反应，说明这两种蛋白构象表位有所不同。,2 PrP的一级结构：PrP基因是一个古老且保守的基因，产物为哺乳动物所必须PrPsc 和PrPc 一级结构相同：,成熟PrP蛋白:3335kDa,PrP27-30 或PrP90-232：,SP区：22aa的信号肽 中部：有5个8肽+2个6肽重复序列；C-端附近有两个寡糖链和一个二硫键 SS区：疏水信号序列，加上GPI脂锚钩时去除,3 PrP的三维结构：PrPc与PrPsc 由同一基因编码，全部蛋白编码区都位于一个完整的外显子中；在病人或正常人脑中PrP mRNA的表达水平也相同；同种来源的PrPc与PrPsc一级结构相同，aa没有共价修饰的差异。CD谱和Fourier转换红外光谱（FTIR）研究发现：PrPc:有40%-helix，3%-sheet，可形成4个-helix 区(H1H4)PrPsc：有30%-helix，43%-sheet 只有2个-helix 区，H1和H2转变为-sheet PrPc与PrPsc 区别在二级结构上，两者是构象同分异构体。,三 PrP分子的构象转变与复制机理：,1.种子模型（具核结晶模型）:要点：一个由少数PrP低聚物构成的种子(病原)是转变的限速步骤。可解释朊病毒病具有潜伏期和传染性的问题。无种子存在时，两种单体可快速转变：有PrPsc 种子时，PrPsc通过与种子结合而稳定，并加速PrPc向PrPsc转变。,(2)定向模式（重折叠模式）：要点：PrPsc比PrPc更稳定，但因存在能障而不能相互转化。但PrPc分子不断振动会产生一种部分去折叠构象过渡态PrP*，PrP*易被外源性PrPsc模板诱导成为PrPsc。基因突变使PrPc更容易转化为PrPsc，可以解释朊病毒病具有遗传性的问题。PrPsc形成可能需有一些蛋白因子参与，如Hsp60,能障,总之，朊病毒的复制不需要核酸，是通过PrPsc分子在特定 条件下胁迫或诱导PrPc 分子畸变实现的。,PrP*,PrPC,PrPSC,四 PrP的致病机理和免疫特性：,朊病毒满足传染病病原体的三个基本条件：增殖性：具有自我复制能力 传染性：食用被污染的饲料、注射污染药物、脑外科手 术等均可导致传染 致病性：PrPsc分子积累，即可聚合形成不溶性纤维状 蛋白沉淀，使脑组织出现淀粉状异样病变 朊病毒病还具有遗传性 PrPsc 侵染机体时，常常不引起机体免疫应答。因为:PrP蛋白是机体正常蛋白，机体不把它视为外源物 PrP蛋白是与脂类结合的膜蛋白，常常抗原性弱或 无抗原性,第六节 肽和蛋白质,蛋白质和多肽是构象、性质和功能都不同的两类物质：1 一般分子量 5000（少于20个aa）的片段被认为是肽 例外：ACTH是39肽；胰高血糖素（29aa)具有蛋白质性质2 构象稳定性是判定肽与蛋白质的重要指标：Pr:构象稳定 肽:构象浮动性大 3 空间结构类型：5 6肽以下的多肽大多只有-turn。如:脑啡肽(enkephalin)：以Gly-Phe为中心形成II-型-turn 催产素：Gly Leu Pro Gln-Asn-Cys Ile-Tyr-Cys-NH2,Tyr-Gly-Gly Met-Phe,10aa多肽 20aa：不仅有-turn，而且出现-sheet。但没有-helix 例如：生长抑素(14肽)具有反平行-sheet：Ala-Gly-Cys-Lys-Asn-Phe-Phe-Trp Cys-Ser-Thr-Phe-Thr-Lys Pr：出现-helix，稳定总的构象胰高血糖素（glucagon）有很高的螺旋度，但构象具有浮动性，被认为是介于蛋白质和肽之间的中间类型。4 功能:Pr:功能大分子，完成自身特定的功能。肽:属于体内的化学信息传递物质。负责体内细胞和 细胞联系，起到化学信使作用,