蛋白質結構與功能課件

蛋白質結構與功能課件1第6章蛋白質的結構與功能【掌握】肌紅蛋白與血紅蛋白的結構；氧結合引起的肌紅蛋白與血紅蛋白構象變化；血紅蛋白的協(xié)同性氧結合；H+、CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響；血紅蛋白分子病。【重難點】肌紅蛋白和血紅蛋白的結構與功能；鐮刀狀紅細胞貧血病。第6章【掌握】肌紅蛋白與血紅蛋白的結構；氧結合引起的肌紅蛋2很多蛋白質的構象在生物體中是柔性的、動態(tài)的。蛋白質分子與其它蛋白質、其它分子相互作用，使相互作用中的蛋白質構象發(fā)生微小甚至劇烈變化，從而使其生物功能（氧的轉運、免疫應答和肌肉收縮、催化功能等）發(fā)生變化。蛋白質與其它分子（配體）相互作用的瞬間性質對生命至關重要，因為它允許生物體在內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時，能快速、可逆地作出反應。很多蛋白質的構象在生物體中是柔性的、動態(tài)的。3一、蛋白質一級結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系4一、蛋白質一級結構與功能的關系⒈一級結構是空間結構的基礎

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈蛋白質分子，分子中8個Cys的-SH構成4對二硫鍵，形成一定的空間構象。在變性劑（如8mol/L的尿素）和還原劑（如巰基乙醇）存在下，分子中的二硫鍵全部被還原，空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有二硫鍵準確無誤地復原。若用其他方法改變二硫鍵的配對方式，則酶完全喪失活性。實驗表明，蛋白質的一級結構決定其空間結構，而特定的空間結構則是蛋白質具有生物活性的保證。一、蛋白質一級結構與功能的關系⒈一級結構是空間結構的基礎5蛋白質結構與功能課件6蛋白質結構與功能課件7

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；比較種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的8（一）蛋白質的功能依賴于特定的空間構象二、蛋白質空間結構與功能的關系蛋白質的功能不僅與一級結構有關，更重要的依賴于蛋白質的空間構象。牛胰RNaseA變性與復性酶原的激活激素前體的激活（一）蛋白質的功能依賴于特定的空間構象二、蛋白質空間結構與功9-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組46絲183靜電吸引力或氫鍵腸激酶胰蛋白酶胰蛋白酶原-S-S-X纈天天天天賴異纈絲胰蛋白酶SSSS組活性中心游離的六肽胰蛋白酶原的激活過程-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組絲靜電吸引腸激酶胰蛋白酶原-10蛋白質結構與功能課件111、肌紅蛋白的結構

肌紅蛋白(myoglobin,Mb)是哺乳動物細胞(主要是肌細胞)貯存和分配氧的蛋白質。

單體蛋白，由一條多肽主鏈和血紅素輔基構成；多肽主鏈由8個α-螺旋區(qū)段組成單結構域；(二)肌紅蛋白與血紅蛋白1、肌紅蛋白的結構肌紅蛋白(myoglobin,Mb)是12

肌紅蛋白的結構親水側鏈氨基酸分布在外表面，疏水側鏈氨基酸分布在分子內(nèi)部。形成內(nèi)部的疏水洞穴肌紅蛋白的結構親水側鏈氨基酸分布在外表面，疏水側鏈氨基酸13疏水洞穴包含血紅素輔基A－H為肌紅蛋白的八個a-螺旋結構。疏水洞穴包含血紅素輔基A－H為肌紅蛋白的八個a-螺旋結構。14

過渡金屬的低價態(tài)具有很強的結合氧傾向(特別是Fe2+

和Cu+)蛋白質不能直接與氧發(fā)生可逆結合蛋白質如何參與氧氣在生物體內(nèi)的攜帶和運輸？輔助蛋白質固定Fe2+的方式蛋白質固定Fe2+的方式有多種，在肌紅蛋白和血紅蛋白家族中，

Fe2+是由原卟啉（IX）分子固定。

輔基血紅素過渡金屬的低價態(tài)具有很強的結合氧傾向(特別是Fe2+和C15原卟啉IX血紅素heme與Fe絡合561234123456原卟啉IX血紅素heme與Fe絡合56123412345616血紅素與肌紅蛋白的結合6氧結合配位5HisF8（93位，近側組氨酸）

作為輔基的血紅素非共價結合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中環(huán)境缺乏氧氣時，配位6是空著的。環(huán)境中富含氧氣時，血紅素如何協(xié)助肌紅蛋白結合氧氣？血紅素與肌紅蛋白的結合6氧結合配位5HisF8作為輔基的17O2與肌紅蛋白的結合6氧結合配位血紅素與肌紅蛋白的結合部位氧氣與肌紅蛋白結合了5HisE7（64位,遠側組氨酸）HisF8（近側組氨酸）O2與肌紅蛋白的結合6氧結合配位血紅素與肌紅蛋白的結合部位氧18遠側組氨酸近側組氨酸O2通過血紅素與肌紅蛋白結合空間位阻，傾斜60°遠側組氨酸近側組氨酸O2通過血紅素與肌紅蛋白結合空間位阻，傾19疏水環(huán)境的意義?通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化為Fe(Ⅲ)，血紅素也是一樣。?但在肌紅蛋白內(nèi)部，由于疏水的環(huán)境，F(xiàn)e(Ⅱ)不易被氧化。?微環(huán)境的作用：固定血紅素基；保護血紅素鐵免遭氧化；為O2提供一個合適的結合部位。疏水環(huán)境的意義?通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化20蛋白質結構與功能課件21O2的結合改變肌紅蛋白的構象去氧肌紅蛋白血紅素Fe2+被HisF8（X）拉出卟啉環(huán)平面（圓頂狀）卟啉環(huán)呈圓頂狀卟啉環(huán)呈平面狀與氧結合形成氧合肌紅蛋白（MbO2）后Fe2+半徑變小，從而能進入卟啉環(huán)的小孔被拉回（平面狀）。O2的結合改變肌紅蛋白的構象去氧肌紅蛋白血紅素Fe2+被Hi22蛋白質結構與功能課件23肌紅蛋白結合氧的定量分析(氧結合曲線)MbO2Mb+O2注:MbO2代表氧合肌紅蛋白,Mb代表去氧肌紅蛋白.[Mb].[O2][MbO2]K=…………⑴;[MbO2][Mb]K[O2]=或：K為MbO2的解離常數(shù)：……⑶;[O2][O2]＋KY=根據(jù)Henry定律，溶于液體的任一氣體的濃度與液體上面的該氣體分壓成正比：

………………⑷p(O2)p(O2)＋K’Y=Y為一定的氧壓下肌紅蛋白的氧分數(shù)飽和度：[MbO2][MbO2]＋[Mb]Y=…(2);肌紅蛋白結合氧的定量分析(氧結合曲線)MbO224p(O2)p(O2)＋KY=p(O2)值可以進行調節(jié)和測量,

氧分壓常用torr*

作單位。

（1torr=133.3Pa=1mmHg）

Y值可用分光光度計法測定,因為肌紅蛋白氧合時卟啉環(huán)中電子位移引起吸收光譜改變。

Y對p(O2)作圖所得的曲線稱為氧結合曲線或解離曲線。p(O2)p(O2)＋KY=p(O2)值可以進行調節(jié)和測量25Y=1時,所有肌紅蛋白分子的氧結合部位均被O2所占據(jù),即肌紅蛋白被氧完全飽和。Y=0.5時,p(O2)=K=P50,P50

定義為肌紅蛋白被氧半飽和時的氧分壓。YY：即氧飽和分數(shù)，氧合肌紅蛋白分子數(shù)占肌紅蛋白分子總數(shù)的百分比。?肌肉毛細血管中氧濃度為3kPa，細胞內(nèi)表面處約為1.33kPa,線粒體中為0-1.33kPa，肌紅蛋白P50為0.27kPa。因此，大多數(shù)情況下，肌紅蛋白是高度氧合的。如果由于肌肉收縮而使線粒體中氧含量下降，它可以立即供氧。?高氧合的肌紅蛋白有利于氧從細胞內(nèi)表面向線粒體轉運。細胞內(nèi)表面1.33kPa（Y為80%），線粒體0.13kPa（Y為25%）或更低。肌紅蛋白是氧的貯存庫Y=1時,所有肌紅蛋白分子的氧結合部位均被O2所占據(jù),即肌26

血紅蛋白存在于血液的紅細胞

(erythrocytes,雙凹圓盤狀,直徑69μm)中。血紅蛋白以高濃度(約為質量的34%)溶解于紅細胞溶膠中。

血紅蛋白(hemoglobin,Hb)的主要功能是在血液中結合并轉運氧氣。2、血紅蛋白血紅蛋白存在于血液的紅細胞(erythrocyt27血紅蛋白的結構成人血紅蛋白主要是HbA(HbA1),其亞基組成為α2β2。胎兒血紅蛋白主要是HbF,亞基組成為α2γ2

。

脊椎動物的血紅蛋白由4個多肽亞基組成,兩個是一種亞基(α鏈）,另兩個是另一種亞基（β鏈）。每個亞基都有一個血紅素輔基和一個氧結合部位。血紅蛋白的結構成人血紅蛋白主要是HbA(HbA1),其亞基組28蛋白質結構與功能課件29

氧結合引起的血紅蛋白構象變化1.氧合作用顯著改變Hb的四級結構。

氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白在四級結構上有顯著不同，特別是αβ亞基的相互作用發(fā)生變化。2.血紅素鐵的微小移動導致血紅蛋白空間結構的顯著變化。

3.氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構象態(tài)。

T態(tài)：即緊張態(tài)(tensestate)。

R態(tài)：即松弛態(tài)(relaxedstate。氧結合引起的血紅蛋白構象變化1.氧合作用顯著改變Hb30T態(tài)：即緊張態(tài)，去氧血紅蛋白的主要構象態(tài)R態(tài)：即松弛態(tài)，氧合血紅蛋白的主要構象態(tài)。T態(tài)：即緊張態(tài)，去氧血紅蛋白的主要構象態(tài)R態(tài)：即松弛態(tài)，氧合31

關于別構效應的幾個定義（P77）

：別構效應：也稱變構效應，多亞基蛋白質因一個亞基構象的變化引起其他亞基構象發(fā)生變化，進而改變蛋白質活性的現(xiàn)象。別構蛋白質：具有別構效應的蛋白質。效應物：對蛋白分子其它部位與配體的結合能力產(chǎn)生影響的配體。血紅蛋白的協(xié)同性氧結合（Ｈb氧結合曲線）關于別構效應的幾個定義（P32

同促效應：寡聚蛋白上某種配體的結合對其他同種配體同部位結合的影響。正協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更容易。

負協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更難。異促效應：寡聚蛋白上的某種配體的結合影響了配體與蛋白其它結合部位的結合。正效應物（激活劑）：效應物可降低使活性部位達到飽和的濃度。負效應物（抑制劑）：效應物可提高使活性部位達到飽和的濃度。

關于別構效應的幾個定義：同促效應：寡聚蛋白上某種配體的結合對其他同種配體同部位結合33

Hb+4O2Hb（O2）4解離常數(shù)K：K=[Hb][O2]4[Hb（O2）4]Y=P4（O2）P4（O2）+K據(jù)此方程Y對p（O2）作圖，所得曲線為S形曲線氧飽和度Y:血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同同促效應，即一個亞基與O2的結合增強同一Hb分子中其余亞基對O2的親和力。O2既是正常的配體，又是正同促效應物或調節(jié)物。Hb氧合曲線是S形。Hb+4O234蛋白質結構與功能課件35H+,CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響血紅蛋白與O2的結合受環(huán)境中其它分子如質子、CO2和紅細胞代謝物

2,3-二磷酸甘油酸（BPG）的調節(jié)。雖然它們在蛋白質分子上的結合部位離血紅素輔基很遠，但這些分子極大影響Hb氧合性質。這種在空間上相隔部位之間的相互作用在很多寡聚蛋白質中存在，即異促別構效應。H+,CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響血紅蛋白與O2的結36YpH降低使血紅蛋白的氧結合能力下降（P50升高），氧合曲線右移。p50pH1）

H+和CO2促進Ｏ２的釋放CO2+H2OH2CO3H++HCO3-碳酸酐酶HbO2+H+HbH++O2YpH降低使血紅蛋白的氧結合能力下降（P50升高），氧合曲37Bohr效應的生理意義：當血液流經(jīng)組織，特別是代謝迅速的肌肉時，由于這里的pH較低，CO2濃度較高，因此有利于血紅蛋白釋放O2，使組織能比因單純的p(O2)降低獲得更多的氧。而氧的釋放又促使血紅蛋白與H+和CO2的結合，以補償由于組織呼吸形成的CO2所引起的pH

降低，起著緩沖血液pH的作用。（在肺中吸氧排CO2，在肌肉中吸CO2排氧；H+和CO2促進氧的釋放）Bohr效應（Bohreffect）:

增加CO2濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協(xié)同效應，降低血紅蛋白對氧的親和力，促進氧釋放。反之，高濃度的氧也能促進血紅蛋白釋放H+和CO2的現(xiàn)象。Bohr效應的生理意義：Bohr效應（Bohreffect382）BPG降低

Hb對O2的親和力

血紅蛋白Hb只有一個BPG結合部位，位于四個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi)，靠靜電相互作用把兩個β鏈交聯(lián)在一起，有利O2的釋放；O2和BPG與蛋白質的結合是相互排斥的。BPG（2,3－二磷酸甘油酸）是血紅蛋白一個重要的異促別構效應物。2）BPG降低Hb對O2的親和力血紅蛋白Hb只有一個39BPG（2,3－二磷酸甘油酸）對血紅蛋白氧合曲線的影響（使得P50升高，有利于釋放氧氣）BPG（2,3－二磷酸甘油酸）對血紅蛋白氧合曲線的影響40蛋白質結構與功能課件41蛋白質結構與功能課件42

總之，各種蛋白質都有特定的空間構象，而特定的空間構象又與它們特定的生物學功能相適應，蛋白質的結構與功能是高度統(tǒng)一的?？傊?，各種蛋白質都有特定的空間構象，而特定的空間構象又431.血紅蛋白病:由于α或β鏈發(fā)生了變化.例如鐮刀狀細胞貧血等；2.地中海貧血:是由于缺少了α或β鏈，例如α－和β－地中海貧血.——因基因突變導致機體合成的血紅蛋白一級結構改變，引起生物學功能缺陷而產(chǎn)生的遺傳性疾病。三．血紅蛋白分子病1.血紅蛋白病:由于α或β鏈發(fā)生了變化.例如鐮刀狀細胞貧血等44（一）鐮刀狀細胞貧血?。?鐮刀狀細胞貧血病癥狀:

鐮刀狀細胞貧血病患者的血紅蛋白含量僅為正常人的一半，紅細胞數(shù)也是正常人的一半左右．而且紅細胞的形態(tài)也不正常，為新月狀或鐮刀狀，這是由于不正常的血紅蛋白引起的，這種血紅蛋白稱為血紅蛋白Ｓ(HbS).正常人的紅細胞病人的紅細胞（一）鐮刀狀細胞貧血病１.鐮刀狀細胞貧血病癥狀:正常人的紅細452.鐮刀狀細胞貧血病致病原因:

鐮刀狀細胞貧血病是最早被認識的一種分子?。怯捎谶z傳基因突變導致血紅蛋白分子中氨基酸殘基被更換所造成的。鐮刀狀細胞血紅蛋白的氨基酸序列的細微變化（β鏈）:HbA和HbS有差異的肽段和化學結構，其氨基酸序列分別是：正常：

HbAH2NVal-His-Leu–Thr–Pro-Glu-Glu-LysCOOH鐮刀狀：HbSH2NVal-His-Leu–Thr–Pro–Val-Glu-LysCOOH(β鏈)12345678β６Glu（谷氨酸）β６Val（纈氨酸）。2.鐮刀狀細胞貧血病致病原因:鐮刀狀細胞血紅蛋白的氨基酸序列46從一級結構看:只是從β６Glu（谷氨酸）被換成β６Val（纈氨酸）。Glu側鏈是一個帶電基團，而Val是一個非極性基團；從三級結構看:由于β６位于分子表面，因此Val代替Glu等于在HbS

分子表面安裝了一個疏水側鏈;從四級結構看:氧合HbS和HbA沒多大區(qū)別。然而在低[O2]時（脫O2），HbS溶解度劇烈下降（僅為脫氧HbA的1/25），HbS分子發(fā)生線形締合，形成長鏈，由多條長鏈進一步聚集成多股螺旋的微管纖維束，將整個紅細胞扭曲成鐮刀狀。HbA

突變?yōu)镠bS從一級結構看:只是從β６Glu（谷氨酸）被換成β６Val（纈47蛋白質結構與功能課件48

鐮刀貧血病的矯正性治療，用氰酸鉀處理鐮刀狀貧血病患者的紅細胞，可以防止在脫氧條件下形成鐮刀狀。輸氧能力也好轉。

HbS分子的一個氨基酸用KCNO修飾后抑制紅細胞的鐮刀狀。3.鐮刀狀細胞貧血病的治療:鐮刀貧血病的矯正性治療，用氰酸鉀處理鐮刀狀貧血病49（二）地中海貧血癥1.地中海貧血癥是一種遺傳性的血紅蛋白合成紊亂的疾病，它的特點是成人血紅蛋白的一條或多條球蛋白鏈減少或丟失。這種病主要流行于非洲，中東，印度，并偶爾出現(xiàn)于地中海地區(qū)國家。當一個人不能產(chǎn)生足夠的血紅蛋白α鏈時，他（她）將出現(xiàn)α地中海貧血癥.

當一個人不能產(chǎn)生足夠的血紅蛋白β鏈時，他（她）將出現(xiàn)β地中海貧血癥.（二）地中海貧血癥1.地中海貧血癥是一種遺傳性的血紅蛋白合50（三）蛋白質空間結構改變與疾病蛋白質構象疾?。喝舻鞍踪|的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。（三）蛋白質空間結構改變與疾病蛋白質構象疾病：若蛋白質51蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，52瘋牛病中的蛋白質構象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質構象改變PrPcPrPsc正常瘋牛病53四、免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白五、蛋白質的結構與功能的進化自學Thankyourattention！四、免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白五、蛋白質的結構與功能的進化自學T54蛋白質結構與功能課件55第6章蛋白質的結構與功能【掌握】肌紅蛋白與血紅蛋白的結構；氧結合引起的肌紅蛋白與血紅蛋白構象變化；血紅蛋白的協(xié)同性氧結合；H+、CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響；血紅蛋白分子病。【重難點】肌紅蛋白和血紅蛋白的結構與功能；鐮刀狀紅細胞貧血病。第6章【掌握】肌紅蛋白與血紅蛋白的結構；氧結合引起的肌紅蛋56很多蛋白質的構象在生物體中是柔性的、動態(tài)的。蛋白質分子與其它蛋白質、其它分子相互作用，使相互作用中的蛋白質構象發(fā)生微小甚至劇烈變化，從而使其生物功能（氧的轉運、免疫應答和肌肉收縮、催化功能等）發(fā)生變化。蛋白質與其它分子（配體）相互作用的瞬間性質對生命至關重要，因為它允許生物體在內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時，能快速、可逆地作出反應。很多蛋白質的構象在生物體中是柔性的、動態(tài)的。57一、蛋白質一級結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系58一、蛋白質一級結構與功能的關系⒈一級結構是空間結構的基礎

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈蛋白質分子，分子中8個Cys的-SH構成4對二硫鍵，形成一定的空間構象。在變性劑（如8mol/L的尿素）和還原劑（如巰基乙醇）存在下，分子中的二硫鍵全部被還原，空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有二硫鍵準確無誤地復原。若用其他方法改變二硫鍵的配對方式，則酶完全喪失活性。實驗表明，蛋白質的一級結構決定其空間結構，而特定的空間結構則是蛋白質具有生物活性的保證。一、蛋白質一級結構與功能的關系⒈一級結構是空間結構的基礎59蛋白質結構與功能課件60蛋白質結構與功能課件61

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；比較種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的62（一）蛋白質的功能依賴于特定的空間構象二、蛋白質空間結構與功能的關系蛋白質的功能不僅與一級結構有關，更重要的依賴于蛋白質的空間構象。牛胰RNaseA變性與復性酶原的激活激素前體的激活（一）蛋白質的功能依賴于特定的空間構象二、蛋白質空間結構與功63-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組46絲183靜電吸引力或氫鍵腸激酶胰蛋白酶胰蛋白酶原-S-S-X纈天天天天賴異纈絲胰蛋白酶SSSS組活性中心游離的六肽胰蛋白酶原的激活過程-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組絲靜電吸引腸激酶胰蛋白酶原-64蛋白質結構與功能課件651、肌紅蛋白的結構

肌紅蛋白(myoglobin,Mb)是哺乳動物細胞(主要是肌細胞)貯存和分配氧的蛋白質。

單體蛋白，由一條多肽主鏈和血紅素輔基構成；多肽主鏈由8個α-螺旋區(qū)段組成單結構域；(二)肌紅蛋白與血紅蛋白1、肌紅蛋白的結構肌紅蛋白(myoglobin,Mb)是66

肌紅蛋白的結構親水側鏈氨基酸分布在外表面，疏水側鏈氨基酸分布在分子內(nèi)部。形成內(nèi)部的疏水洞穴肌紅蛋白的結構親水側鏈氨基酸分布在外表面，疏水側鏈氨基酸67疏水洞穴包含血紅素輔基A－H為肌紅蛋白的八個a-螺旋結構。疏水洞穴包含血紅素輔基A－H為肌紅蛋白的八個a-螺旋結構。68

過渡金屬的低價態(tài)具有很強的結合氧傾向(特別是Fe2+

和Cu+)蛋白質不能直接與氧發(fā)生可逆結合蛋白質如何參與氧氣在生物體內(nèi)的攜帶和運輸？輔助蛋白質固定Fe2+的方式蛋白質固定Fe2+的方式有多種，在肌紅蛋白和血紅蛋白家族中，

Fe2+是由原卟啉（IX）分子固定。

輔基血紅素過渡金屬的低價態(tài)具有很強的結合氧傾向(特別是Fe2+和C69原卟啉IX血紅素heme與Fe絡合561234123456原卟啉IX血紅素heme與Fe絡合56123412345670血紅素與肌紅蛋白的結合6氧結合配位5HisF8（93位，近側組氨酸）

作為輔基的血紅素非共價結合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中環(huán)境缺乏氧氣時，配位6是空著的。環(huán)境中富含氧氣時，血紅素如何協(xié)助肌紅蛋白結合氧氣？血紅素與肌紅蛋白的結合6氧結合配位5HisF8作為輔基的71O2與肌紅蛋白的結合6氧結合配位血紅素與肌紅蛋白的結合部位氧氣與肌紅蛋白結合了5HisE7（64位,遠側組氨酸）HisF8（近側組氨酸）O2與肌紅蛋白的結合6氧結合配位血紅素與肌紅蛋白的結合部位氧72遠側組氨酸近側組氨酸O2通過血紅素與肌紅蛋白結合空間位阻，傾斜60°遠側組氨酸近側組氨酸O2通過血紅素與肌紅蛋白結合空間位阻，傾73疏水環(huán)境的意義?通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化為Fe(Ⅲ)，血紅素也是一樣。?但在肌紅蛋白內(nèi)部，由于疏水的環(huán)境，F(xiàn)e(Ⅱ)不易被氧化。?微環(huán)境的作用：固定血紅素基；保護血紅素鐵免遭氧化；為O2提供一個合適的結合部位。疏水環(huán)境的意義?通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化74蛋白質結構與功能課件75O2的結合改變肌紅蛋白的構象去氧肌紅蛋白血紅素Fe2+被HisF8（X）拉出卟啉環(huán)平面（圓頂狀）卟啉環(huán)呈圓頂狀卟啉環(huán)呈平面狀與氧結合形成氧合肌紅蛋白（MbO2）后Fe2+半徑變小，從而能進入卟啉環(huán)的小孔被拉回（平面狀）。O2的結合改變肌紅蛋白的構象去氧肌紅蛋白血紅素Fe2+被Hi76蛋白質結構與功能課件77肌紅蛋白結合氧的定量分析(氧結合曲線)MbO2Mb+O2注:MbO2代表氧合肌紅蛋白,Mb代表去氧肌紅蛋白.[Mb].[O2][MbO2]K=…………⑴;[MbO2][Mb]K[O2]=或：K為MbO2的解離常數(shù)：……⑶;[O2][O2]＋KY=根據(jù)Henry定律，溶于液體的任一氣體的濃度與液體上面的該氣體分壓成正比：

………………⑷p(O2)p(O2)＋K’Y=Y為一定的氧壓下肌紅蛋白的氧分數(shù)飽和度：[MbO2][MbO2]＋[Mb]Y=…(2);肌紅蛋白結合氧的定量分析(氧結合曲線)MbO278p(O2)p(O2)＋KY=p(O2)值可以進行調節(jié)和測量,

氧分壓常用torr*

作單位。

（1torr=133.3Pa=1mmHg）

Y值可用分光光度計法測定,因為肌紅蛋白氧合時卟啉環(huán)中電子位移引起吸收光譜改變。

Y對p(O2)作圖所得的曲線稱為氧結合曲線或解離曲線。p(O2)p(O2)＋KY=p(O2)值可以進行調節(jié)和測量79Y=1時,所有肌紅蛋白分子的氧結合部位均被O2所占據(jù),即肌紅蛋白被氧完全飽和。Y=0.5時,p(O2)=K=P50,P50

定義為肌紅蛋白被氧半飽和時的氧分壓。YY：即氧飽和分數(shù)，氧合肌紅蛋白分子數(shù)占肌紅蛋白分子總數(shù)的百分比。?肌肉毛細血管中氧濃度為3kPa，細胞內(nèi)表面處約為1.33kPa,線粒體中為0-1.33kPa，肌紅蛋白P50為0.27kPa。因此，大多數(shù)情況下，肌紅蛋白是高度氧合的。如果由于肌肉收縮而使線粒體中氧含量下降，它可以立即供氧。?高氧合的肌紅蛋白有利于氧從細胞內(nèi)表面向線粒體轉運。細胞內(nèi)表面1.33kPa（Y為80%），線粒體0.13kPa（Y為25%）或更低。肌紅蛋白是氧的貯存庫Y=1時,所有肌紅蛋白分子的氧結合部位均被O2所占據(jù),即肌80

血紅蛋白存在于血液的紅細胞

(erythrocytes,雙凹圓盤狀,直徑69μm)中。血紅蛋白以高濃度(約為質量的34%)溶解于紅細胞溶膠中。

血紅蛋白(hemoglobin,Hb)的主要功能是在血液中結合并轉運氧氣。2、血紅蛋白血紅蛋白存在于血液的紅細胞(erythrocyt81血紅蛋白的結構成人血紅蛋白主要是HbA(HbA1),其亞基組成為α2β2。胎兒血紅蛋白主要是HbF,亞基組成為α2γ2

。

脊椎動物的血紅蛋白由4個多肽亞基組成,兩個是一種亞基(α鏈）,另兩個是另一種亞基（β鏈）。每個亞基都有一個血紅素輔基和一個氧結合部位。血紅蛋白的結構成人血紅蛋白主要是HbA(HbA1),其亞基組82蛋白質結構與功能課件83

氧結合引起的血紅蛋白構象變化1.氧合作用顯著改變Hb的四級結構。

氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白在四級結構上有顯著不同，特別是αβ亞基的相互作用發(fā)生變化。2.血紅素鐵的微小移動導致血紅蛋白空間結構的顯著變化。

3.氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構象態(tài)。

T態(tài)：即緊張態(tài)(tensestate)。

R態(tài)：即松弛態(tài)(relaxedstate。氧結合引起的血紅蛋白構象變化1.氧合作用顯著改變Hb84T態(tài)：即緊張態(tài)，去氧血紅蛋白的主要構象態(tài)R態(tài)：即松弛態(tài)，氧合血紅蛋白的主要構象態(tài)。T態(tài)：即緊張態(tài)，去氧血紅蛋白的主要構象態(tài)R態(tài)：即松弛態(tài)，氧合85

關于別構效應的幾個定義（P77）

：別構效應：也稱變構效應，多亞基蛋白質因一個亞基構象的變化引起其他亞基構象發(fā)生變化，進而改變蛋白質活性的現(xiàn)象。別構蛋白質：具有別構效應的蛋白質。效應物：對蛋白分子其它部位與配體的結合能力產(chǎn)生影響的配體。血紅蛋白的協(xié)同性氧結合（Ｈb氧結合曲線）關于別構效應的幾個定義（P86

同促效應：寡聚蛋白上某種配體的結合對其他同種配體同部位結合的影響。正協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更容易。

負協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更難。異促效應：寡聚蛋白上的某種配體的結合影響了配體與蛋白其它結合部位的結合。正效應物（激活劑）：效應物可降低使活性部位達到飽和的濃度。負效應物（抑制劑）：效應物可提高使活性部位達到飽和的濃度。

關于別構效應的幾個定義：同促效應：寡聚蛋白上某種配體的結合對其他同種配體同部位結合87

Hb+4O2Hb（O2）4解離常數(shù)K：K=[Hb][O2]4[Hb（O2）4]Y=P4（O2）P4（O2）+K據(jù)此方程Y對p（O2）作圖，所得曲線為S形曲線氧飽和度Y:血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同同促效應，即一個亞基與O2的結合增強同一Hb分子中其余亞基對O2的親和力。O2既是正常的配體，又是正同促效應物或調節(jié)物。Hb氧合曲線是S形。Hb+4O288蛋白質結構與功能課件89H+,CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響血紅蛋白與O2的結合受環(huán)境中其它分子如質子、CO2和紅細胞代謝物

2,3-二磷酸甘油酸（BPG）的調節(jié)。雖然它們在蛋白質分子上的結合部位離血紅素輔基很遠，但這些分子極大影響Hb氧合性質。這種在空間上相隔部位之間的相互作用在很多寡聚蛋白質中存在，即異促別構效應。H+,CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響血紅蛋白與O2的結90YpH降低使血紅蛋白的氧結合能力下降（P50升高），氧合曲線右移。p50pH1）

H+和CO2促進Ｏ２的釋放CO2+H2OH2CO3H++HCO3-碳酸酐酶HbO2+H+HbH++O2YpH降低使血紅蛋白的氧結合能力下降（P50升高），氧合曲91Bohr效應的生理意義：當血液流經(jīng)組織，特別是代謝迅速的肌肉時，由于這里的pH較低，CO2濃度較高，因此有利于血紅蛋白釋放O2，使組織能比因單純的p(O2)降低獲得更多的氧。而氧的釋放又促使血紅蛋白與H+和CO2的結合，以補償由于組織呼吸形成的CO2所引起的pH

降低，起著緩沖血液pH的作用。（在肺中吸氧排CO2，在肌肉中吸CO2排氧；H+和CO2促進氧的釋放）Bohr效應（Bohreffect）:

增加CO2濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協(xié)同效應，降低血紅蛋白對氧的親和力，促進氧釋放。反之，高濃度的氧也能促進血紅蛋白釋放H+和CO2的現(xiàn)象。Bohr效應的生理意義：Bohr效應（Bohreffect922）BPG降低

Hb對O2的親和力

血紅蛋白Hb只有一個BPG結合部位，位于四個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi)，靠靜電相互作用把兩個β鏈交聯(lián)在一起，有利O2的釋放；O2和BPG與蛋白質的結合是相互排斥的。BPG（2,3－二磷酸甘油酸）是血紅蛋白一個重要的異促別構效應物。2）BPG降低Hb對O2的親和力血紅蛋白Hb只有一個93BPG（2,3－二磷酸甘油酸）對血紅蛋白氧合曲線的影響（使得P50升高，有利于釋放氧氣）BPG（2,3－二磷酸甘油酸）對血紅蛋白氧合曲線的影響94蛋白質結構與功能課件95蛋白質結構與功能課件96

總之，各種蛋白質都有特定的空間構象，而特定的空間構象又與它們特定的生物學功能相適應，蛋白質的結構與功能是高度統(tǒng)一的?？傊鞣N蛋白質都有特定的空間構象，而特定的空間構象又971.血紅蛋白病:由于α或β鏈發(fā)生了變化.例如鐮刀狀細胞貧血等；2.地中海貧血:是由于缺少了α或β鏈，例如α－和β－地中海貧血.——因基因突變導致機體合成的血紅蛋白一級結構改變，引起生物學功能缺陷而產(chǎn)生的遺傳性疾病。三．血紅蛋白分子病1.血紅蛋白病:由于α或β鏈發(fā)生了變化.例如鐮刀狀細胞貧血等98（一）鐮刀狀細胞貧血病１.鐮刀狀細胞貧血病癥狀:

鐮刀狀細胞貧血病患者的血紅蛋白含量僅為正常人的一半，紅細胞數(shù)也是正常人的一半左右．而且紅細胞的形態(tài)也不正常，為新月狀或鐮刀狀，這是由于不正常的血紅蛋白引起的，這種血紅蛋白稱為血紅蛋白Ｓ(HbS).正常人的紅細胞病人