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蛋白质结构与功能预测课件

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蛋白质的结构及功能课件
2. 侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中 性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
4. 侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
5. 侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 氧化供能
蛋白质的结构及功能课件
第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
蛋白质的结构及功能课件
蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、
Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还 含有 I 。
蛋白质的结构及功能课件
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第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
蛋白质的结构及功能课件
一、蛋白质一级结构与功能的关系
（一）一级结构是空间构象的基础
二
硫
键
牛核糖核酸酶的 一级结构
蛋白质的结构及功能课件
去除尿素、 β-巯基乙醇
蛋白质的结构及功能课件
生物化学与医学
• 生物化学的理论与技术已渗透到医学科 学的各个领域
• 生物化学在生命科学中占有重要的地位 • 生物化学的发展促进了疾病病因、诊断
和治疗的研究
蛋白质的结构及功能课件
本课内容简介（一）
• 蛋白质的结构与功能 •酶 • 生物氧化 • 糖代谢 • 脂类代谢 • 氨基酸代谢
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。

蛋白质结构与功能ppt

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03
基于抗体与抗原的特异性结合原理，开发针对特定疾病的抗体
药物，如单克隆抗体、双特异性抗体等。
基因工程疫苗研究与开发
重组蛋白疫苗
利用基因工程技术将编码病原微生物保护性抗原的基因导入表达 系统，制备重组蛋白疫苗，从而诱导机体产生特异性免疫应答。
病毒样颗粒疫苗
利用病毒的结构蛋白自组装形成病毒样颗粒，模拟病毒的 自然感染过程，制备具有高免疫原性和安全性的疫苗。
05
蛋白质结构与功能的研究 方法
X射线晶体学
01
02
03
X射线衍射原理
利用X射线与晶体中的原 子相互作用产生衍射现象， 通过分析衍射图谱推断蛋 白质分子的三维结构。
晶体培养与优化
通过特定的条件和方法培 养和优化蛋白质的晶体， 以获得高质量的衍射数据。
结构解析与修正
利用计算机程序对衍射数 据进行处理、解析和修正， 最终得到蛋白质的三维结 构模型。
质的结构和动力学信息。
电镜技术
电子显微镜原理
利用高能电子束与样品相互作用产生散射、吸收等效应，通过检测 和处理这些效应产生的信号获得样品的形貌和结构信息。
样品制备与染色
制备适合电镜观察的蛋白质样品，通常需要对蛋白质进行负染或金 属投影等染色方法以增强对比度。
图像采集与处理
设置合适的实验参数，采集电子显微镜图像，并利用计算机程序对图 像进行处理和分析，得到蛋白质的结构和形貌信息。
蛋白质可以作为激素、 生长因子等，调节生物 体的生长、发育和代谢 等活动；同时，也可以 作为信号分子，参与细 胞间的通讯。
蛋白质的研究历史与现状
研究历史
自19世纪末开始，科学家们逐渐认识到蛋白质的重要性，并开展了大量的研究工作。 20世纪中叶以后，随着分子生物学和基因工程技术的发展，蛋白质研究进入了新的阶

蛋白质的结构与功能ppt课件(完整版)全文

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• 氨基酸残基(residue) :肽链中的氨基酸分 子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基 酸残基。
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨 基酸缩合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相 连形成的肽称多肽(polypeptide)。
* 多肽链(polypeptide chain)是指许多 氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
3）运动与支持
机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等
4）参与运输贮存的作用
血红蛋白 ——运输氧 铜蓝蛋白 ——运输铜 铁蛋白 ——贮存铁
5）免疫保护作用
抗原抗体反应 凝血机制
6）参与细胞间信息传递
信号传导中的受体、信息分子等
7） 氧化供能Βιβλιοθήκη 第一节蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
4. 无规卷曲
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部 分肽链结构。
（三）模体(motif)
在许多蛋白质分子 中，可发现二个或三个 具有二级结构的肽段， 在空间上相互接近，形 成一个特殊的空间构象， 被称为模体
钙结合蛋白中 结合钙离子的模体
锌指结构
螺旋－折叠－折叠 2个His和2个Cys 与Zn离子结合 螺旋区 与 DNA 结合
子，占人体干重的45％，某些组织含量更 高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。
大事记：
1833年 Payen和Persoz分离出淀粉酶。 1864年 Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋
白，并将其制成结晶。 19世纪末 Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成
的，并将氨基酸合成了多种短肽 。 1938年 德国化学家Gerardus J. Mulder引用

蛋白质结构与功能的关系PPT医学课件

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给定氧压下的氧分数饱和度
Y值可用分光光度计法测定
根据henry定律，溶于液体的任一气体的浓度与液 面上的该气体分压成正比。 . 12
• Y=1 • Y=0.5
Mb被氧完全饱和 p(O2)=K=P50
P50 ：Mb被氧半饱和时的氧分压
.
13
方程的实际曲线是双曲线形 氧结合曲线，根据实验数据 制作的的氧结合曲线如下：
四、免疫系统和免疫球蛋白
免疫（immunity）是人类和脊椎动物最重要的防 御机制。免疫系统能在分子水平上识别“自我” 和“非我”，然后破坏那些被鉴定为非我的实 体。 生理水平上：多种类型蛋白质，分子和细胞之 间的一套复杂而协调的相互作用 个别蛋白质水平上：配体与蛋白质可逆结合的 一个生化系统 .
亚基组成
胚胎
z
e
z2e2
胎儿
出生到死亡
Hb F
Hb A
a
a
g
b
a 2 g2
a 2b 2
出生到死亡
Hb A2
a
d
a2d2
各阶段间有相当多的重叠
.
18
2.血红蛋白的三维结构
Hb分子近似球形，所有脊椎动物的Hb都显示基本相 同的三维结构（如图），四个亚基占据4个顶角，四 个血红素基分别位于每个多肽链的裂隙处。并暴露 在分子表面。
卟啉铁
. 19
• 肌红蛋白
血红蛋白α
血红蛋白β
血红蛋白的a链和b链的三级结构和肌红蛋白链的三 级结构非常相似。然而，事实上141个氨基酸残基中 只有27个位置的残基对于人的这3种多肽链是共有的。 这表明，十分不同的氨基酸序列也能够规定出十分 相似的三级结构
. 20
血红蛋白的b链和肌红蛋白链的三级结构十分相似 . 21

五、蛋白质的结构和功能-PPT课件

五、蛋白质的结构和功能-PPT课件
肌红蛋白/血红蛋白
含有血红素辅基 , 亚基与Mb的三级结构相似，结合O2。
（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基 与氧结合
Hb：四亚基，运输O2

Mb：单亚基，储存O2
肌红蛋白(myoglobin，Mb)
肌红蛋白是一个只有三级 结构的单链蛋白质，有8段α-螺 旋结构。
血红蛋白(hemoglobin，Hb)
第五章 蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
蛋白质（protein）
是生物体含量最多的生物大分子，由多 个氨基酸通过肽键相连而成的一类含氮 化合物。 人体含蛋白质种类多达10万余种，是细 胞中含量最丰富的高分子化合物。
二、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白
（一）一级结构与功能的关系
1. 一级结构是空间结构与功能的基础
例：镰刀状红细胞贫血
血红蛋白链第6位氨基酸
6 C(146) 正常 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ·····
病人
N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ····· C(146)
透析 * 透析 利用透析袋把大分
子蛋白质与小分子
化合物分开的方法。
透析装置
（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固：
• 变性定义：
在某些物理和化学因素作用下，其特
定的空间构象被破坏，也即有序的空 间结构变成无序的空间结构，从而导 致其理化性质改变和生物活性的丧失。
例：核糖核酸酶的变性与复性
天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 二硫键破坏 后，生物学活性 丧失。

蛋白质的结构与功能的关系PPT课件

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1、肌红蛋白Myoglobin（Mb）结构与功能
肌红蛋白：主要肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅基血红素（原卟啉IX 和Fe的络合物）组成，除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白（globin），它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上有明显的同源性，构象和功能也相似，由8个α-螺旋组成。
这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。
疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。
RER
600 核苷酸
C肽
24 aa
信号肽
3.蛋白质一级结构的种属差异与分子进化
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，这种差异可能是分子进化的结果，但与功能相关的结构总是有高度的保守性。 以细胞色素C为例：细胞色素C广泛存在于真核生物细胞的线粒体中，是一种含有血红素辅基的单链蛋白质。在生物氧化时，细胞色素C在呼吸链的电子传递系统中起传递电子的作用，使血红素上铁原子的价数发生变化。
协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应(positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应(negative cooperativity) 血红蛋白的氧合具有正协同性同促效应，也即一个O2的结合增加同一Hb分子中其余空的氧结合部位对O2的亲和力。
波耳效应 （Bohr effect） pH对氧饱和曲线的影响

蛋白质结构与功能的关系课件课件

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第10页，此课件共78页哦
6.1.3 O2与肌红蛋白的结合
肌红蛋白中血红素铁在第5配位键与珠蛋白 第93（或F8）位His残基，称近侧(proximal)组氨 酸的咪唑N结合，第6配位被O2分子所占据。
在去氧肌红蛋白(deoxymyoglobin)中,第6个配位位
置是空的。
在高铁肌红蛋白中氧结合部位失活，H2O分子代 替O2填充该部位，成为三价铁Fe(Ⅲ)原子的第6个 配体。
p(O2) / torr
肺泡中 p(O课件共78页哦
血红蛋白的结构与功能
Hb + 4O2 Hb(O2)4
Hb(O2)4 Hb + 4O2
解离平衡常数：
K [Hb][O2]4 [Hb(O2)4]
第36页，此课件共78页哦
Hb的氧分数饱和度方程为：
Y [Hb(2O)4] [Hb(2O)4][Hb]
第2页，此课件共78页哦
6.1 肌红蛋白的结构与功能
在蛋白质与其他分子的相互作用中能被它可逆结合的其他分子 称为配体。
如 血红蛋白及肌红蛋白与氧 酶与底物或抑制剂 抗体与抗原
第3页，此课件共78页哦
蛋白质与配基
Protein Function
Ligand
Structure
Binding site
某些节肢动物的血蓝蛋白(hemocyanin)中结合氧的是Cu+ 。
原卟啉Ⅸ属于卟啉类(porphyrins)，这类化合物在叶绿素、细胞
色素以及其他一些天然色素中还将遇到。 血卟啉（血红素）使血液呈红色，叶绿蛋白中的镁卟啉（叶绿
素）是植物成绿色的原因。
第9页，此课件共78页哦
肌红蛋白的结构与功能
肌红蛋白的结构与功能

蛋白质的功能及其与结构之间的关系PPT课件

蛋白质的功能及其与结构之间的关系PPT课件

2019/11/9
3
兼职蛋白（moonlighting proteins）
定义：一些蛋白质虽然只有一种结构，但却能行使几种甚 至多种不同的功能。这些兼有其他功能的蛋白质被称为兼 职蛋白。
实例：（1）磷酸己糖异构酶除了在细胞内参与糖酵解以 外，还能由T淋巴细胞分泌到胞外充当一种神经白介素， 促进胚胎内某些脊髓神经元和感觉神经元的存活，以及促 进B淋巴细胞的成熟。此外，它还是一种自分泌运动因子 在由某些癌细胞分泌以后，可刺激癌细胞的迁移和扩散； （2）参与糖酵解的3-磷酸甘油醛脱氢酶以四聚体的形式 存在于细胞液，而当以单体的形式存在于细胞核的时候， 它却是一种尿嘧啶-DNA糖苷酶，参与DNA的碱基切除修 复；（3）大肠杆菌的生物素合成酶兼做其生物素操纵子 的阻遏蛋白。
Hb因为具有四级结构，因此具有正协同效应、波尔效 应和别构效应，这三个效应都有利于Hb行使运输氧气 的功能。
2019/11/9
27
肌红蛋白和血红蛋白的比较
2019/11/9
28
Mb与Hb的在一级结构的比较
2019/11/9
29
Hb的 a 链β链与Mb具有相似的三维结构
Mb 2019/11/9
2019/11ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ9
22
二价态的血红素铁结合氧气
2019/11/9
23
肌红蛋白的三维结构
2019/11/9
24
2019/11/9
血红素辅基与CO或O2的结合
25
肌红蛋白的氧合曲线
2019/11/9
26
Hb的结构与功能
Hb由四个亚基组成，因而有四级结构。每一个亚基称 为珠蛋白，单个亚基的一级结构与Mb差别较大，只 有27个位置的氨基酸残基与Mb相同，但二级和三级 结构却与Mb十分相似。
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蛋白质三维结构模拟
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4
蛋白质结构预测过程
蛋白质理化性质 和一级结构
ORF翻译 蛋白质序列
实验数据
数据库搜索
结构域匹配
已知结构的 同源蛋白？
有
同源 建模
无 二级
结构预测
有
串线法
三维结构模型
可用的折 叠模型？
无
从头 预测
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5
ExPASy（Expert Protein Analysis System）Tools （）
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Hale Waihona Puke 17二、蛋白质跨膜区分析(a)-Type I membrane protein
(b)-Type II membrane protein
(c)-Multipass transmembrane proteins
(d)-Lipid chain-anchored membrane proteins
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19
跨膜蛋白序列“边界”原则 -Landolt Marticorena et al.,
1993
• 胞外末端－Asp（天冬氨酸）、Ser（丝氨酸）和Pro（脯氨 酸）
• 胞外-内分界区域－Trp（色氨酸）
• 跨膜区－Leu（亮氨酸）、Ile（异亮氨酸）、Val（缬氨 酸）、Met（甲硫氨酸）、Phe（苯丙氨酸）、Trp（色氨 酸）、Cys（半胱氨酸）、Ala（丙氨酸）、Pro（脯氨酸） 和Gly（甘氨酸）
理论 pI 值
氨基酸组成
返回结果
正/负电荷残基数
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14
原子组成
分子式 总原子数 消光系数
半衰期
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15
不稳定系数
脂肪系数 总平均亲水性
<40 stable >40 unstable
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16
练习一：Protparam
数据：C:\ZCNI\shixi4\protein.txt
蛋白质结构与功能预测
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1
实习课程内容
实习一
基因组数据注释和功能分析
基因组学
实习二
核苷酸序列分析
系
实习三
芯片的基本数据处理和分析
转录物组学
统 生
实习四
蛋白质结构与功能分析
物
实习五
蛋白质组学数据分析
学 蛋白质组学
实习六
系统生物学软件实习
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2
DNA sequence Protein sequence
• 如果分析新序列：
• 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列
输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号
打开protein.txt，
将蛋白质序列
粘贴在搜索框中
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12
输出结果
• 输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号—分不同的功能域肽段
功能域
用户自定义区段
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13
氨基酸数目 相对分子质量
(e)-GPI-anchored membrane pro学t习ei交n流sPPT
18
蛋白质跨膜区特性
• α螺旋跨膜区主要是由20-30个疏水性氨基酸 （Leu、Ile、Val、Met、Gly、Ala等）组成
• 亲水残基往往出现在疏水残基之间，对功能有 重要的作用
• 基于亲/疏水量和蛋白质膜区每个氨基酸的统计 学分布偏好性量
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6
课程安排
• 一、蛋白质理化性质分析
• 使用工具：Protparam
• 二、跨膜区分析
• 使用工具：Tmpred
• 三、二级结构分析
• 使用工具：PredictProtein Server
• 四、结构域分析
• 使用工具：InterProScan
• 五、蛋白质三级结构分析
• 使用工具：SWISS-MODEL/SWISS-PdbViewer
基于实验经验值的计算机分析方法
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8
工具
AACompldent
Compute pI/Mw ProtParam
PeptideMass SAPS
蛋白质理化性质分析工具
网站
备注
利用未知蛋白质的氨基酸组 成确认具有相同组成的已知 蛋白 计算蛋白质序列的等电点和 分子量
对氨基酸序列多个物理和化 学参数（分子量、等电点、 吸光系数等）进行计算
Protein structure
Protein function
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3
蛋白质序列分析主要内容
蛋白质序列分析
蛋白质一级序列
蛋白质二级结构 蛋白质超二级结构 蛋白质三级结构
蛋白质基本理化性质分析 蛋白质亲疏水性分析 跨膜区结构预测 翻译后修饰位点预测 蛋白质二级结构预测
蛋白质序列信号位点分析 蛋白质结构域分析
数据： C:\ZCNI\shixi4\protein.txt
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7
一、蛋白质基本理化性质分析
蛋白质理化性质是蛋白质研究的基础
蛋白质的基本性质：
相对分子质量 氨基酸组成
等电点（PI） 消光系数
半衰期
不稳定系数
总平均亲水性 ……
实验方法：
• 相对分子质量的测定、等电点实验、沉降实验 • 缺点：费时、耗资
• Protparam 工具 http://
计算以下物理化学性质： •相对分子质量 •氨基酸组成 •等电点（PI） •消光系数 •半衰期 •不稳定系数 •总平均亲水性
……
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11
主要选项/参数
• 如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列
• 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number)
计算相应肽段的pI和分子量
利用蛋白质序列统计分析方 法给出待测蛋白的物理化学 信息
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9
AACompIdent PeptideMass
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10
Protparam
基于蛋白质序列的组分分析 氨基酸亲疏水性等分析为高级结构预测提供参考 • Expasy 开发的针对蛋白质基本理化性质的分析：
• 胞内-外分界区域－Tyr（络氨酸）、Trp（色氨酸）和Phe （苯丙氨酸）
• 胞内末端－Lys（赖氨酸）和Arg（精氨酸）
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20
工具 DAS
HMMTOP
SOSUI TMAP TMHMM TMpred
TopPred
常用蛋白质跨膜区域分析工具
网站
备注
用 Dense Alignment Surface （DAS）算法来预测无同源 家族的蛋白跨膜区 由Enzymology研究所开发的 蛋白质跨膜区和拓扑结构预 测程序 由Nagoya大学开发一个具有 图形显示跨膜区的程序 基于多序列比对来预测跨膜 区的程序 基 于 HMM 方 法 的 蛋 白 质 跨 膜区预测工具 基 于 对 TMbase 数 据 库 的 统 计分析来预测蛋白质跨膜区 和跨膜方向 是一个位于法国的蛋白质拓 扑结构预测程序