蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

細(xì)胞色素c（cytochromec）2、細(xì)胞色素c的進(jìn)化真核生物細(xì)胞色素c有100個左右氨基酸殘基。其中有28個位置的氨基酸是不變的，其中17位和14位上的Cys和70-80位的氨基酸是不變的。當(dāng)前第1頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第2頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)細(xì)胞色素c的進(jìn)化樹當(dāng)前第3頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)同源蛋白質(zhì)的起源共同性肌紅蛋白

153AAα-珠蛋白

141AAβ-珠蛋白

146AA同源序列38同源序列64當(dāng)前第4頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)絲氨酸蛋白酶類胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶以及血液凝固和溶解系統(tǒng)的酶都屬于絲氨酸蛋白酶類，具有類似的活性中心，序列同源性高，生理功能異化。當(dāng)前第5頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）氨基酸序列的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中也有一些特定的序列能阻礙蛋白質(zhì)表現(xiàn)出生物功能，只有將其切除后才能形成有活性的蛋白質(zhì)。胰島素原胰島素蛋白酶原蛋白酶血纖維蛋白原血纖維蛋白

當(dāng)前第6頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)胰島素和它的前體當(dāng)前第7頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)凝血系統(tǒng)當(dāng)前第9頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)主要凝血因子

因子I，纖維蛋白原

因子II,凝血素

因子III,凝血酶原酶

因子IV,鈣(Ca2+)因子

因子V,促凝血球蛋白原，易變因子

因子VII,轉(zhuǎn)變加速因子前體，促凝血酶原激酶原，輔助促凝血酶原激酶

因子VIII,抗血友病球蛋白A(AHGA),抗血友病因子A（AHFA),血小板輔助因子I,血友病因子VIII或A,當(dāng)前第10頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)因子IX,抗血友病球蛋白B(AHGB)，抗血友病因子B(AHFB)，血友病因子IX或B

因子X,STUART(-PROWER)-F,自體凝血酶原C

因子XI,ROSENTHAL因子，抗血友病球蛋白C

因子XII,HAGEMAN因子，表面因子

因子XIII,血纖維穩(wěn)定因子

輔助凝血因子

FITZGERALD因子

FLETCHER因子(激肽釋放酶原)

von-Willebrand-因子

當(dāng)前第11頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Arg274—Thr275Ⅹａ凝血酶原激酶Arg323—Ile324專業(yè)位點(diǎn):Arg—Gly當(dāng)前第12頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血纖蛋白原血纖蛋白凝血酶切點(diǎn)血纖肽A、18AA血纖肽B、20AA血纖蛋白原為糖蛋白、分子量340kD，由6條多肽鏈組成，29對二硫鍵交聯(lián)成網(wǎng)狀分子。N端C端多凈負(fù)電荷當(dāng)前第13頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血纖蛋白分子長46nm,血纖蛋白凝塊重復(fù)周期為23nm當(dāng)前第14頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化當(dāng)前第15頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)溶血系統(tǒng)纖溶酶原：單鏈糖蛋白、92kD、790AA。纖溶酶原激活劑（PA）：t-PA和u-PA當(dāng)前第16頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）氨基酸序列的局部變異當(dāng)前第18頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)1954年 指紋圖譜（fingerprint）HbA（

adulthemoglobin）HbS（sickle-cellhemoglobin）

當(dāng)前第19頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)HbAβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbSβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…當(dāng)前第21頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第22頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點(diǎn)含氧HbS脫氧HbS疏水位點(diǎn)血紅蛋白分子凝集當(dāng)前第23頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)鐮刀狀細(xì)胞Hb的治療性矯正研究發(fā)現(xiàn)在體外用氰酸鉀(KCNO)處理鐮刀狀貧血病患者的紅細(xì)胞，可以防止它在脫氧狀態(tài)下形成鐮刀狀。這種細(xì)胞生存時間比處理前要長，輸氧能力也有好轉(zhuǎn)。HbS分子的一個氨基用KCNO修飾后就能抑制紅細(xì)胞成鐮刀狀，這一反應(yīng)同CO2與HbA結(jié)合類似，CO2也能結(jié)合到N端NH2上，只是反應(yīng)可逆，而KCNO的修飾是不可逆的。當(dāng)前第26頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第27頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)二、蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）肌紅蛋白的功能肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)組成：珠蛋白和血紅素。大小和形狀：扁平狀分子、4.5nm×3.5nm×2.5nm

結(jié)構(gòu)描述：153個AA,8段α-螺旋組成，分兩層，單結(jié)構(gòu)域。分子結(jié)構(gòu)緊密，內(nèi)部只能容納4個水分子的空間。疏水基團(tuán)在分子的內(nèi)部，親水基團(tuán)在分子表面，介于疏水和親水之間的基團(tuán)在分子內(nèi)部和外部都可以找到。當(dāng)前第28頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)NA1當(dāng)前第29頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白

存在于肌肉中，心肌含量特別豐富。是分子量為16700的小分子球狀蛋白質(zhì)，由153個氨基酸殘基及一個血紅素組成。鯨肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)研究獲得成功，是第一個獲得完整構(gòu)象的蛋白質(zhì)。它有8段α螺旋結(jié)構(gòu),A、B、C、D、E、F、G、H。整條肽鏈折疊成緊密球狀分子，疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，極性帶電荷的則在分子表面，因此水溶性好。當(dāng)前第30頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白由多肽的折疊形成的疏水空隙內(nèi)是血紅素輔基，通過肽鏈上的His殘基與肌紅蛋白分子內(nèi)部相連，它對肌紅蛋白的生物活性是必需的（與O2結(jié)合）。當(dāng)前第31頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)由4個吡咯環(huán)通過甲基橋連接成原卟啉IX，另外有4個甲基，2個乙烯基和2個丙酸基。原卟啉IX與Fe形成絡(luò)合物，即是血紅素。Fe有6個配位鍵，其中4個鍵與卟啉環(huán)的4個N原子相連，第5配位鍵與HisF8相連，第6配位鍵與O2相連。如果血紅素含F(xiàn)e2+，為亞鐵血紅素，F(xiàn)e3+，為高鐵血紅素。相應(yīng)的蛋白分別為亞鐵肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白。輔基血紅素當(dāng)前第32頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Figure7-18Thehemegroup,presentinmyoglobin,hemoglobin,cytochromeb,andmanyotherhemeproteins,consistsofacomplexorganicringstructure,protoporphyrin,towhichisboundanironatominitsferrous(Fe2+)state.Tvvorepresentationsareshownin(a)and(b).(c)Theironatomhassixcoordinationbonds,fourintheplaneof,andbondedto,theflatporphyrinmoleculeandtwoperpendiculartoit.(d)Inmyoglobinandhemoglobin,oneoftheperpendicularcoordinationbondsisboundtoanitrogenatomofaHisresidue.Theotheris"open"andservesasthebindingsiteforanO2molecule,asshownhereintheedgeview.當(dāng)前第33頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第35頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)O2與肌紅蛋白的結(jié)合Fe的第六配位鍵在沒有O2時，是空著的，O2與肌紅蛋白中的Fe結(jié)合，結(jié)合以后O2軸與Fe-O鍵形成60度的夾角，同時夾在遠(yuǎn)側(cè)組氨酸（HisE7）的中間。除了O2與Fe結(jié)合外，CO也會與Fe結(jié)合，導(dǎo)致CO中毒。

當(dāng)前第36頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅素輔基的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第37頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第38頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)CC當(dāng)前第39頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

1.固定血紅素；

2.保護(hù)血紅素Fe不被氧化；

3.為分子氧提供一個合適的結(jié)合部位。肌紅蛋白的微環(huán)境的作用當(dāng)前第40頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)O2與血紅素Fe結(jié)合后，會改變肌紅蛋白的構(gòu)象。沒有結(jié)合氧時，鐵卟啉是圓頂狀，并且Fe處于凸出位置，結(jié)合氧后鐵卟啉收回形成平面狀。

當(dāng)前第41頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)0.055nm0.026nm當(dāng)前第42頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)氧結(jié)合曲線

MbO2Mb＋O2

［Mb］×［O2］

K=

［MbO2］［MbO2］［O2］［Mb］K=當(dāng)前第43頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Y—在給定的氧壓下肌紅蛋白的氧分?jǐn)?shù)飽和度。［MbO2］Y=［MbO2］+［O2］［O2］Y=［O2］+K

根據(jù)henry定律:

р(O2)Y=

р(O2)+K當(dāng)前第44頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)K=P50或(P0.5):肌紅蛋白的被氧半飽和時的氧分壓。當(dāng)前第45頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

р(O2)Y=

р(O2)+KYр(O2)1–YK=log?

?logр(O2)-logKHill方程Y1–Y=當(dāng)前第46頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白的K=P50或(P0.5)約為2torr。1托＝1/760大氣壓＝1毫米汞柱1托＝133.322帕（Pa）當(dāng)前第47頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）高級結(jié)構(gòu)變化對功能的影響蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象——以血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)為例說明蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。當(dāng)前第48頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白血紅蛋白有4條多肽鏈，其中兩條為α鏈（141AA），兩條為β鏈（146AA），每個亞基都有一個血紅素分子，具有氧結(jié)合能力。人在不同的發(fā)育階段有不同的血紅蛋白。HbAα2β2H21（143）His

HbFα2γ2H21（143）Serβ鏈和α鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似。四個亞基形成對稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第49頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)6.4nm×5.5nm×5.0nm結(jié)構(gòu)相似，141AA中27AA相同141AA146AA153AA當(dāng)前第50頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化

0.08nm當(dāng)前第51頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)0.06nm0.021nm當(dāng)前第52頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第53頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)(變構(gòu)效應(yīng))（allostericeffect）

氧合作用顯著改變Hb的四級結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的微小移動導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換（從T態(tài)→R態(tài)）血紅蛋白存在：T態(tài)（tensestate）

R態(tài)（relaxedstate）親和性不同：T態(tài)去氧Hb的主要構(gòu)象，氫鍵和鹽鍵起穩(wěn)定作用；R態(tài)氧合Hb的主要構(gòu)象。當(dāng)前第54頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Tyrα140(HC2)、Tyrβ145(HC2)與Valα93（FG5）、Valβ98（FG5）形成鏈內(nèi)氫鍵。當(dāng)前第55頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)氧與血紅蛋白分子中一個亞基的血紅素輔基的鐵結(jié)合后。即引起該亞基構(gòu)象的改變，一個亞基構(gòu)象的改變又會引起其余亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生改變，亞基間的次級鍵被破壞，結(jié)果整個分子從緊密的構(gòu)象變成比較松散的構(gòu)象，易于與氧結(jié)合，使血紅蛋白與氧結(jié)合的速度大大加快。當(dāng)前第56頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

別構(gòu)效應(yīng)是指含亞基的蛋白質(zhì)分子由于一個亞基構(gòu)象的改變而引起其余亞基以至整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生變化。當(dāng)前第57頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

р4(O2)Y=

р4(O2)+KYр4(O2)1–YK=log?

?4logр(O2)—logKHill方程表達(dá)式Y(jié)1–Y=血紅蛋白的協(xié)同性氧結(jié)合當(dāng)前第58頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白的協(xié)同性氧結(jié)合當(dāng)前第59頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

рn(O2)Y=

рn(O2)+KYрn(O2)1–YK=log?

?nlogр(O2)—logKHill方程一般表達(dá)式Y(jié)1–Y=當(dāng)前第60頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第61頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)95%75%10%80%當(dāng)前第62頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Figure7-28Theoxygen-bindingcurvesofmyoglobin(Mb)andhemoglobin(Hb).Myoglobinhasamuchgreateraffinityforoxygenthandoeshemoglobin.Itis50%saturatedatoxygenpartialpressures(pO2)ofonly0.15to0.30kPa,whereashemoglobinrequiresapO2ofabout3.5kPafor50%saturation.Notethatalthoughbothhemoglobinandmyoglobinaremorethan95%saturatedatthepO2inarterialbloodleavingthelungs(~13kPa),hemoglobinisonlyabout75%saturatedinrestingmuscle,wherethepO2isabout5kPa,andonly10%saturatedinworkingmuscle,wherethepO2isonlyabout1.5kPa.Thushemoglobincanreleaseitsoxygenveryeffectivelyinmuscleandotherperipheraltissues.Myoglobin,ontheotherhand,isstillabout80%saturatedatapO2of1.5kPa,andthereforeunloadsverylittleoxygenevenatverylowpO2.ThusthesigmoidO2-saturationcurveofhemoglobinisamolecularadaptationforitstransportfunctioninerythrocytes,assuringthebindingandreleaseofoxygenintheappropriatetissues.當(dāng)前第63頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第64頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)H+,CO2對血紅蛋白結(jié)合氧的影響

波耳（Bohr）效應(yīng)：pH對Hb對氧親和力的影響稱為Bohr效應(yīng)。

H+和CO2促進(jìn)HbO2釋放O2

當(dāng)前第65頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第66頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第67頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)

2，3一二磷酸甘油酸（BPG）對Hb氧合的影響2,3-Bisphosphoglycerate(BPG)BPG是血紅蛋白的—個別構(gòu)效應(yīng)物。在BPG不存在時，Hb與氧的親和力強(qiáng)。BPG通過血紅蛋白的兩個β亞基形成鹽橋穩(wěn)定了它的脫氧態(tài)(T態(tài))構(gòu)象，因而降低脫氧血紅蛋白對氧的親和力。當(dāng)前第68頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第69頁\共有81頁\編于星期六\11點(diǎn)Valβ1Hisβ2Hisβ143Lysβ82當(dāng)前第70頁\