第6章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能1

1、第六章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)不是靜止的分子，而是處于不停蛋白質(zhì)不是靜止的分子，而是處于不停的運動之中。蛋白質(zhì)的功能幾乎總是依的運動之中。蛋白質(zhì)的功能幾乎總是依賴于與其它分子的相互作用，這種相互賴于與其它分子的相互作用，這種相互作用受到蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象變化的影響。作用受到蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象變化的影響。主要內(nèi)容 蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與肌紅蛋白與血紅蛋白血紅蛋白 蛋白質(zhì)與配體結(jié)合的空間互補性蛋白質(zhì)與配體結(jié)合的空間互補性免疫免疫球蛋白球蛋白 化學(xué)能對蛋白質(zhì)相互作用的影響化學(xué)能對蛋白質(zhì)相互作用的影響肌球肌球蛋白與肌動蛋白蛋白與肌動蛋白1 1、肌紅蛋白、肌紅蛋白 肌紅蛋白

2、（肌紅蛋白（myoglobinmyoglobin，mbmb）是哺乳動）是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。 肌紅蛋白是由一條多肽鏈和一個輔基血肌紅蛋白是由一條多肽鏈和一個輔基血紅素構(gòu)成，相對紅素構(gòu)成，相對mw=16700mw=16700，由，由153153個個aaaa殘基。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱殘基。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱為珠蛋白。為珠蛋白。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)1、肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)、肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)（1 1）長短不同的）長短不同的8 8條條

3、-螺旋組成；螺旋組成；（2 2）80%aa80%aa處于螺旋中處于螺旋中（3 3）拐彎處為無規(guī)卷曲）拐彎處為無規(guī)卷曲（4 4）肌紅蛋白中）肌紅蛋白中4 4個個propro各處于四個拐彎處；各處于四個拐彎處；（5 5）分子十分緊密，僅）分子十分緊密，僅能容納能容納4 4個水分子；個水分子；（6 6）親水外部疏水內(nèi)部）親水外部疏水內(nèi)部蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白2、輔基血紅素、輔基血紅素 fefe原子被稱為原卟原子被稱為原卟啉啉ixix（9 9）的有機分）的有機分子固定的，共稱血素子固定的，共稱血素（hemeheme），使血液呈），使血液呈紅色。

4、紅色。fefe有六個配位有六個配位鍵，其中四個與卟啉鍵，其中四個與卟啉的吡咯環(huán)的的吡咯環(huán)的n n原子相原子相連。連。fe2+fe2+稱亞鐵血紅稱亞鐵血紅素，素，fe3+fe3+為高鐵血紅為高鐵血紅素，只有素，只有fe2+fe2+的蛋白的蛋白才能結(jié)合氧才能結(jié)合氧肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白3、氧與肌紅蛋白的結(jié)合、氧與肌紅蛋白的結(jié)合fe2+fe2+與珠蛋白的與珠蛋白的9393位位（f8f8）hishis的咪唑基的咪唑基n n相連；相連；當(dāng)形成氧合肌紅蛋白當(dāng)形成氧合肌紅蛋白（oxy-myoglobinoxy-myoglo

5、bin）時，）時，第第6 6個配位鍵與氧結(jié)合；個配位鍵與氧結(jié)合；當(dāng)成高鐵肌紅蛋白時，當(dāng)成高鐵肌紅蛋白時，第第6 6配位鍵被配位鍵被h h2 2o o分子占據(jù)；分子占據(jù)；在氧結(jié)合一側(cè)有一在氧結(jié)合一側(cè)有一e7 e7 hishis氧結(jié)合部位形成空間氧結(jié)合部位形成空間位阻區(qū)位阻區(qū)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與氧的結(jié)合肌紅蛋白與氧的結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白mbmb多肽微環(huán)境的作用多肽微環(huán)境的作用 固定血紅素基。固定血紅素基。 保護血紅素鐵免遭氧化。保護血紅素

6、鐵免遭氧化。 為氧分子提供一個合適的結(jié)合部位。為氧分子提供一個合適的結(jié)合部位。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白氧的結(jié)合改變了肌紅蛋白的構(gòu)型氧的結(jié)合改變了肌紅蛋白的構(gòu)型 肌紅蛋白血紅素與肌紅蛋白血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子氧結(jié)合后，鐵原子從離卟啉環(huán)平面上從離卟啉環(huán)平面上方方0.055nm0.055nm處，被處，被拉到離卟啉環(huán)平面拉到離卟啉環(huán)平面上方上方0.026nm0.026nm處。處。這對這對mbmb生物功能并生物功能并沒有影響，但會影沒有影響，但會影響響hbhb的性質(zhì)的性質(zhì)。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血

7、紅蛋白肌紅蛋白氧合曲線mbo2mb + o2mbo2mbo2k = mbo2mb + mbo2y = =o2k + o2o2po2k + po2y = o2蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白氧合曲線po2k + po2y = o2p50= k = 2.8 torry = 0.5 雙曲線型蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白氧合曲線hill圖圖logp50蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白氧合曲線2靜脈血中氧分壓線粒體中氧分壓蛋白質(zhì)與配體

8、的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白細胞表面氧分壓2 血紅蛋白血紅蛋白蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白血紅蛋白的結(jié)構(gòu)血紅蛋白的結(jié)構(gòu) hb hb分子近似球形；分子近似球形；m.w.=68 000m.w.=68 000 hb hb由四個亞基組成（二條由四個亞基組成（二條亞基和二條亞基和二條亞亞基）；基）； 亞基（亞基（141aa141aa）比）比亞基（亞基（146aa146aa）短，但）短，但都比肌紅蛋白鏈（都比肌紅蛋白鏈（153aa153aa）短；這主要是因為）短；這主要是因為末端末端h h螺旋比較短；螺旋比較短；

9、4 4個血紅素分別位于四條多肽鏈的個血紅素分別位于四條多肽鏈的e e和和f f螺旋螺旋之間的裂隙處，并暴露于分子表面。之間的裂隙處，并暴露于分子表面。 hb- hb- 和和hb- hb- 及及mbmb雖然三級結(jié)構(gòu)相似，但雖然三級結(jié)構(gòu)相似，但其氨基酸序列卻有很大的不同，約只有其氨基酸序列卻有很大的不同，約只有2727個位個位置是相同的。置是相同的。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白 血紅蛋白血紅蛋白4個血紅素基分別位于每個多肽個血紅素基分別位于每個多肽鏈的鏈的e和和f螺旋之間的裂隙處，并暴露在螺旋之間的裂隙處，并暴露在分子的表面。分子的表面。蛋白質(zhì)與

10、配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化 氧合作用顯著改變血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。氧合作用顯著改變血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白 血紅素鐵血紅素鐵0.039nm0.039nm的的微小位移微小位移導(dǎo)致血紅導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象蛋白構(gòu)象的改變。的改變。氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白脫氧血紅蛋白（緊張態(tài)）脫氧血紅蛋白（緊張態(tài)） 氧合血紅蛋白（松馳態(tài)）

11、氧合血紅蛋白（松馳態(tài)） 氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構(gòu)象氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構(gòu)象態(tài)。（態(tài)。（t t態(tài)和態(tài)和r r態(tài)）態(tài)）蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白 氧合導(dǎo)致穩(wěn)定氧合導(dǎo)致穩(wěn)定t態(tài)的離子鍵和鹽橋的斷裂，血態(tài)的離子鍵和鹽橋的斷裂，血紅蛋白的氧結(jié)合過程是一協(xié)同過程。紅蛋白的氧結(jié)合過程是一協(xié)同過程。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白血紅蛋白結(jié)合氧的協(xié)同作用示意圖血紅蛋白結(jié)合氧的協(xié)同作用示意圖蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白hbhb的氧

12、結(jié)合曲線的氧結(jié)合曲線 血紅蛋白是目前了解最清楚的別構(gòu)蛋白質(zhì)，血紅蛋白是目前了解最清楚的別構(gòu)蛋白質(zhì)，血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同效應(yīng)，即一個血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同效應(yīng)，即一個o2o2的結(jié)合會增加同一分子中其余空的氧結(jié)的結(jié)合會增加同一分子中其余空的氧結(jié)合部位對合部位對o2o2的親和力。的親和力。hbhb的氧合曲線呈的氧合曲線呈s s形形而非雙曲線形。每個血紅蛋白分子有而非雙曲線形。每個血紅蛋白分子有4 4個血個血紅素，因此最多只能結(jié)合紅素，因此最多只能結(jié)合4 4分子氧，現(xiàn)假定分子氧，現(xiàn)假定o2o2與與hbhb的結(jié)合是的結(jié)合是“全或無全或無”的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。hb + 4 o2hb(o2)4蛋白質(zhì)與配體

13、的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白hb(o2)4hbo24k = hb +hb(o2)4y = =o24k + o24o2p4(o2)k + p4(o2)y = o2hb(o2)4蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白hbhb的氧結(jié)合曲線的氧結(jié)合曲線蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白 肺泡中肺泡中po2=100torr, yo2=0.97 毛細管中毛細管中po2=20torr, yo2=0.25 hb p50=26torr hb 0.97-0.25=0.72 mb 0.97

14、-0.89=0.08 協(xié)同效應(yīng)增加血紅蛋白在肌肉中卸協(xié)同效應(yīng)增加血紅蛋白在肌肉中卸o2效率。效率。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白hill圖圖蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白h+h+、coco2 2和和bpgbpg對血紅蛋白結(jié)合氧的影響對血紅蛋白結(jié)合氧的影響 血紅蛋白與血紅蛋白與o o2 2的結(jié)合受環(huán)境中其他分子的的結(jié)合受環(huán)境中其他分子的影響，如影響，如h+h+、coco2 2和和bpgbpg等。雖然它們在蛋等。雖然它們在蛋白質(zhì)分子上的結(jié)合部位離血紅素基很遠，白質(zhì)分子上的結(jié)合部位離血紅素基很遠，但這

15、些分子極大的影響血紅蛋白的氧合性但這些分子極大的影響血紅蛋白的氧合性質(zhì)。這種空間上相隔的部位之間的相互作質(zhì)。這種空間上相隔的部位之間的相互作用就是用就是別構(gòu)效應(yīng)（別構(gòu)效應(yīng)（allosteric effectallosteric effect）。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白h+h+和和coco2 2促進促進o o2 2的釋放（的釋放（bohrbohr效應(yīng)）效應(yīng)） phph下降時，下降時，hbhb的氧飽和曲線向右移動。這種的氧飽和曲線向右移動。這種phph對血紅蛋白對氧的親和力的影響被稱為對血紅蛋白對氧的親和力的影響被稱為bohrbohr效應(yīng)效應(yīng)

16、。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白bohr效應(yīng)生理意義： 當(dāng)血液流經(jīng)肌肉時，這里的當(dāng)血液流經(jīng)肌肉時，這里的phph較低，較低，co2co2濃度較高，濃度較高，因此有利于血紅蛋白釋放因此有利于血紅蛋白釋放o2o2，使組織能比因單純，使組織能比因單純氧分壓降低獲得更多的氧，但同時氧的釋放又促氧分壓降低獲得更多的氧，但同時氧的釋放又促使血紅蛋白與使血紅蛋白與h+h+和和co2co2結(jié)合，以補償組織呼吸引起結(jié)合，以補償組織呼吸引起的的phph降低；當(dāng)血液流經(jīng)肺時，由于氧分壓高有利降低；當(dāng)血液流經(jīng)肺時，由于氧分壓高有利于血紅蛋白與氧的結(jié)合因此而促進了于血紅

17、蛋白與氧的結(jié)合因此而促進了h+h+和和co2co2的釋的釋放，同時放，同時co2co2的呼出又有利于氧合血紅蛋白的生成。的呼出又有利于氧合血紅蛋白的生成。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白bohr效應(yīng)示意圖效應(yīng)示意圖蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白bpgbpg降低降低hbhb對對o2o2的親和力的親和力 bpgbpg是是hbhb的一個重要的一個重要別構(gòu)效應(yīng)物別構(gòu)效應(yīng)物。hbhb四聚體分四聚體分子只有一個子只有一個bpgbpg結(jié)合部位，位于由四個亞基締結(jié)合部位，位于由四個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi)。合形成

18、的中央孔穴內(nèi)。 bpgbpg和兩個和兩個鏈之間的離子鍵有助于穩(wěn)定去氧鏈之間的離子鍵有助于穩(wěn)定去氧形式（形式（t t態(tài)）的血紅蛋白構(gòu)象，促進氧的釋放。態(tài)）的血紅蛋白構(gòu)象，促進氧的釋放。 人的某些生理性和病理性的缺氧可以通過紅人的某些生理性和病理性的缺氧可以通過紅細胞中細胞中bpgbpg濃度的改變來調(diào)節(jié)對組織的供氧量。濃度的改變來調(diào)節(jié)對組織的供氧量。 胎兒紅細胞中胎兒紅細胞中hb fhb f與與bpgbpg結(jié)合力比結(jié)合力比hb ahb a弱，這弱，這有助于胎兒從母體獲得有助于胎兒從母體獲得o o2 2。蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合肌紅蛋白與血紅蛋白肌紅蛋白與血紅蛋白hbhb和兩個和兩個亞基之間的離子鍵結(jié)亞基之間的離子鍵結(jié)合合bpgbpg和二氧化碳對和二氧化碳對hbhb氧合曲線的影氧合曲線的影響響bpg對hb氧合曲線的影響胎兒和成人的血紅蛋白氧合曲線胎兒和成人的血紅蛋白氧合曲線鐮刀狀細胞貧血是分子病鐮刀