1、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
2、，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 :11. 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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-
8、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
9、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
10、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 1
11、997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
12、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，a
13、a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
14、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
15、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
16、：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 ProGln-Asn-CysIle - Tyr- Cys-NH2,Tyr-Gly-GlyMet-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-TrpCys-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,
