蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五一蛋白質(zhì)功能的多樣性

1催化生物體內(nèi)幾乎所有化學(xué)反應(yīng)的酶是都蛋白質(zhì)。

2調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的許多激素也是蛋白質(zhì)或多肽。

3轉(zhuǎn)運(yùn)各種營(yíng)養(yǎng)和代謝物，例如：氧和二氧化碳，脂類等。

4儲(chǔ)存作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)。

5運(yùn)動(dòng)肌肉收縮。第二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

6結(jié)構(gòu)成分蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)的最重要的物質(zhì)7支架作用支架蛋白參與對(duì)激素和其他信號(hào)分子的應(yīng)答、協(xié)調(diào)和通訊。8防御和進(jìn)攻抵抗外源性異物侵害而產(chǎn)生免疫反應(yīng)的抗體是蛋白質(zhì)。病毒對(duì)宿主的感染過(guò)程等都是蛋白質(zhì)在其中起作用。防凍蛋白、凝血酶和血纖維蛋白等第三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二血紅蛋白的結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的亞基組成成人HbA：α2β298%，HbA2：α2δ22%胎兒：HbFα2γ2早期胚胎α2ε2第四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（一）輔基血紅素在含鐵的蛋白質(zhì)固定Fe2+的方式有許多種。肌紅蛋白中的輔基血紅素是原卟啉Ⅸ的有機(jī)分子。第五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五輔基血紅素是原卟啉Ⅸ的有機(jī)分子。原卟啉Ⅸ與鐵的絡(luò)合物鐵原卟啉Ⅸ稱血紅素。第六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）珠蛋白（肌紅蛋白）的三級(jí)結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白是第一個(gè)被確定具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，是哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)氧的單體蛋白質(zhì)。由153個(gè)氨基酸殘基組成的一條多肽鏈（珠蛋白）和一個(gè)血紅素輔基組成。不含輔基的蛋白質(zhì)稱為球蛋白（gilobin）也稱珠蛋白第七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五8段直的α-螺旋組成，分別命名為A、B、C…H，拐彎處是由1~8個(gè)氨基酸組成的松散肽段（無(wú)規(guī)卷曲）。

血紅素輔基，扁平狀，結(jié)合在肌紅蛋白表面的一個(gè)洞穴內(nèi)。第八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）與O2結(jié)合的機(jī)制

作為輔基的血紅素非共價(jià)結(jié)合于肌紅蛋白的疏水空穴中，肌紅蛋白鐵在第5配位鍵與93位His殘基咪唑基的N結(jié)合，第6配位鍵與氧結(jié)合時(shí)，稱為氧合肌紅蛋白，脫氧是該鍵空位，稱為脫氧肌紅蛋白。脫氧肌紅蛋白Fe（Ⅱ）離子只有5個(gè)配體，突出卟啉環(huán)，形成圓頂狀。當(dāng)肌紅蛋白血紅素中Fe（Ⅱ）離子與氧結(jié)合。產(chǎn)生位移被拉進(jìn)卟啉環(huán)，成為平面形。同時(shí)牽動(dòng)位于F段第8位的His所在的F螺旋，引發(fā)構(gòu)象變化轉(zhuǎn)變?yōu)檠鹾霞〖t蛋白。第九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五CO可以與其結(jié)合，空氣中CO濃度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生中毒現(xiàn)象。游離血紅素對(duì)CO的親和力比對(duì)O2強(qiáng)25000倍，但是與肌紅蛋白結(jié)合的血紅素對(duì)CO的親和力只比對(duì)O2強(qiáng)250倍。肌紅蛋白和血紅蛋白憑借位阻降低了對(duì)CO的親和力，有效地防止體內(nèi)代謝產(chǎn)生的CO與它們的結(jié)合，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒害。第十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（四）

血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白（hemoglobin,Hb）的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)O2，它存在于血液的紅細(xì)胞中，在紅細(xì)胞成熟期間產(chǎn)生大量的血紅蛋白，并失去胞內(nèi)的細(xì)胞器－細(xì)胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等。第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五血紅蛋白(hemoglobin)的四級(jí)結(jié)構(gòu)第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五血紅蛋白將肺部的氧運(yùn)送的體內(nèi)各組織中去，在肌肉組織中血紅蛋白釋放氧，通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜與肌紅蛋白結(jié)合。肌紅蛋白在肌肉中儲(chǔ)存氧，血紅蛋白通過(guò)血液循環(huán)運(yùn)輸氧至全身。

三血紅蛋白的功能：運(yùn)輸氧（一）肌紅蛋白是氧的貯庫(kù)第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五別構(gòu)效應(yīng)：一個(gè)配體與蛋白質(zhì)上的一個(gè)部位結(jié)合，改變?cè)摰鞍踪|(zhì)其他部位的親和力。只有寡聚蛋白才有別構(gòu)效應(yīng)。具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為別構(gòu)蛋白。配體也稱調(diào)節(jié)物，或效應(yīng)物。調(diào)節(jié)物（或效應(yīng)物）結(jié)合的部位稱為調(diào)節(jié)部位或別構(gòu)部位。（二）血紅蛋白氧合的協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

一個(gè)亞基與配體結(jié)合，導(dǎo)致其它亞基與配體的親和力改變的現(xiàn)象稱為協(xié)同性。

一個(gè)亞基與配體結(jié)合，導(dǎo)致其它亞基與配體的親和力增加的現(xiàn)象稱為正協(xié)同性。反之為負(fù)協(xié)同性。

第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

T態(tài)(tensestate)：緊張狀態(tài)，脫氧血紅蛋白R(shí)態(tài)(relexaedstate)：松弛狀態(tài)，氧合血紅蛋白

（三）血紅蛋白氧合的兩種構(gòu)象狀態(tài)雖然氧可以和T態(tài)和R態(tài)兩種狀態(tài)結(jié)合，但是氧與R態(tài)的親和力明顯高于T態(tài)，并且氧的結(jié)合穩(wěn)定了R態(tài)，所以R態(tài)是氧合血紅蛋白的主要存在形式，T態(tài)是脫氧的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。氧與T態(tài)的血紅素結(jié)合引發(fā)構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)。第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五血紅蛋白不同亞基之間的鹽橋第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（四）血紅蛋白協(xié)同性氧結(jié)合的定量分析

血紅蛋白是至今研究最徹底的一個(gè)別構(gòu)蛋白，它對(duì)配體氧的結(jié)合具有正協(xié)同同促效應(yīng)。氧結(jié)合曲線是S形。為了對(duì)協(xié)同性進(jìn)行定量分析，1910年Hill推出Hill方程，根據(jù)Hill方程作圖稱為Hill圖。Hill圖的斜率稱為Hill系數(shù)。第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Hill系數(shù)（nH）：協(xié)同程度的量度。Hill系數(shù)（nH）=1，蛋白質(zhì)與配體的結(jié)合非協(xié)同效應(yīng)，例如肌紅蛋白（單體蛋白都沒(méi)有協(xié)同效應(yīng)）。Hill系數(shù)（nH）＞1，蛋白質(zhì)與配體的結(jié)合為正協(xié)同效應(yīng)。Hill系數(shù)（nH）＜1，蛋白質(zhì)與配體的結(jié)合為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五△Y是血紅蛋白輸氧效率指標(biāo)。協(xié)同性將增加△Y部位氧分壓Y值△Y血紅蛋白肺部肌肉毛細(xì)管13kPa3kPa0.970.25

0.72部位氧分壓Y值△Y肌紅蛋白肺部肌肉毛細(xì)管13kPa3kPa接近于1

＜0.1從圖6-8可以看出:血紅蛋白有利于肺部吸收氧,運(yùn)送到組織中釋放.第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

BPG是血紅蛋白的負(fù)效應(yīng)物。BPG通過(guò)與它的兩個(gè)β亞基形成鹽鍵穩(wěn)定了血紅蛋白的脫氧態(tài)的構(gòu)象，因而降低脫氧血紅蛋白的氧親和力。

BPG進(jìn)一步提高了血紅蛋白的輸氧效率。在肺部，PO2超過(guò)100torr，因此，即使沒(méi)有BPG，血紅蛋白也能被飽和，在組織中，PO2低，BPG降低血紅蛋白的氧親和力，加大血紅蛋白的卸氧量。

(五)BPG降低Hb對(duì)氧的親和力BPG：2,3-二磷酸甘油酸BPG的別構(gòu)效應(yīng)第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

（1）高山適應(yīng)和肺氣腫的生理補(bǔ)償變化；BPG升高。（2）血庫(kù)儲(chǔ)血時(shí)加入肌苷可防止BPG水平下降，因?yàn)榧≤漳芡ㄟ^(guò)紅細(xì)胞膜并在胞內(nèi)經(jīng)一系列反應(yīng)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)锽PG?，F(xiàn)在肌苷廣泛用于血液的保存。第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五增加CO2的濃度、降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協(xié)同效應(yīng)，降低血紅蛋白對(duì)O2的親和力，促進(jìn)O2的釋放，反之，高濃度的O2也能促使血紅蛋白釋放H+

和CO2

。(六)H+、CO2對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響H+、CO2促進(jìn)O2的釋放（波耳效應(yīng)）血紅蛋白上有CO2和BPG結(jié)合部位，因此，血紅蛋白還能運(yùn)輸CO2。血紅蛋白與氧結(jié)合受環(huán)境中[H+]即（pH）和CO2的濃度的影響。波耳效應(yīng)：pH對(duì)血紅蛋白與氧親和力的影響稱為波耳效應(yīng)第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五四血紅蛋白分子?。ㄒ唬┓肿硬∈沁z傳血紅蛋白異常由基因突變引起，并通過(guò)遺傳在群體中散布。（二）鐮刀狀細(xì)胞貧血病。（三）其他血紅蛋白病-地中海貧血。第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五鐮刀形細(xì)胞貧血病是一種分子病在1904年，芝加哥的jamesHerrick醫(yī)生接待了一名患有嚴(yán)重貧血的黑人大學(xué)生，醫(yī)生檢查他的紅細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，在正常細(xì)胞之中存在著許多異常的鐮刀形的細(xì)胞，Herrick將非正常血液病稱之鐮刀形細(xì)胞貧血病。鐮刀形細(xì)胞不能象正常細(xì)胞那樣通過(guò)毛細(xì)血管。因此血液循環(huán)被破壞，還可能發(fā)生嚴(yán)重的組織損傷。鐮刀形細(xì)胞易破裂，導(dǎo)致紅細(xì)胞的減少。第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

大約花費(fèi)了四十多年的時(shí)間才確定鐮刀形細(xì)胞貧血病是血紅蛋白內(nèi)氨基酸替換的結(jié)果。利用電泳比較了HbS與正常的成熟的血紅蛋白（HbA）。結(jié)果表明HbS比HbA帶有的正電荷多，后來(lái)序列分析發(fā)現(xiàn)，HbS分子中的鏈的第六個(gè)氨基酸殘基是一個(gè)非極性的纈氨酸，而正常的HbA分子中的鏈的第六個(gè)氨基酸殘基是谷氨酸，這一替換是由編碼鏈的基因中的單個(gè)核苷酸取代引起的。第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五鐮刀形細(xì)胞特性和鐮刀形細(xì)胞貧血病在生活于熱帶的人群中最流行，在這些地方，瘧疾也最流行。帶有鐮刀形細(xì)胞的個(gè)體對(duì)瘧疾具有比較強(qiáng)的抵抗力，就是說(shuō)雜合子能享受到不為正常純合子和鐮刀形細(xì)胞純合子所分享的好處，雜合子具有抗瘧性。第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五抗原

抗原是指進(jìn)入異體機(jī)體后，能致敏淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異抗體，并能與抗體發(fā)生特異結(jié)合的物質(zhì)（主要有蛋白質(zhì)、核酸及其它高分子化合物）?？贵w即免疫球蛋白，是一類可溶性的血清糖蛋白，是血液中最豐富的蛋白質(zhì)之一。五免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和類別人的免疫球蛋白（immuneglobulin,Ig）有5種IgA、IgM、IgD、IgE和IgG。IgG是血液中最豐富的免疫球蛋白，是記憶細(xì)胞引發(fā)再次免疫反應(yīng)中的主要抗體第三十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五六氨基酸序列與生物學(xué)功能（一）同源蛋白的物種差異與生物進(jìn)化以胰島素和細(xì)胞色素c為例說(shuō)明。示出了細(xì)胞色素c種系發(fā)生樹(shù)。序列比較提供蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的信息同源蛋白質(zhì)(homologousproteins)進(jìn)化上相關(guān)的