蛋白質結構與功能的關系

細胞色素c（cytochromec）2、細胞色素c的進化真核生物細胞色素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。本文檔共81頁；當前第1頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第2頁；編輯于星期三\18點12分細胞色素c的進化樹本文檔共81頁；當前第3頁；編輯于星期三\18點12分同源蛋白質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本文檔共81頁；當前第4頁；編輯于星期三\18點12分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。本文檔共81頁；當前第5頁；編輯于星期三\18點12分（二）氨基酸序列的局部斷裂與蛋白質的激活

蛋白質一級結構中也有一些特定的序列能阻礙蛋白質表現(xiàn)出生物功能，只有將其切除后才能形成有活性的蛋白質。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

本文檔共81頁；當前第6頁；編輯于星期三\18點12分胰島素和它的前體本文檔共81頁；當前第7頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第8頁；編輯于星期三\18點12分凝血系統(tǒng)本文檔共81頁；當前第9頁；編輯于星期三\18點12分主要凝血因子

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,本文檔共81頁；當前第10頁；編輯于星期三\18點12分因子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

本文檔共81頁；當前第11頁；編輯于星期三\18點12分Arg274—Thr275Ⅹａ凝血酶原激酶Arg323—Ile324專業(yè)位點:Arg—Gly本文檔共81頁；當前第12頁；編輯于星期三\18點12分血纖蛋白原血纖蛋白凝血酶切點血纖肽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)成網狀分子。N端C端多凈負電荷本文檔共81頁；當前第13頁；編輯于星期三\18點12分血纖蛋白分子長46nm,血纖蛋白凝塊重復周期為23nm本文檔共81頁；當前第14頁；編輯于星期三\18點12分轉谷氨酰胺酶催化本文檔共81頁；當前第15頁；編輯于星期三\18點12分溶血系統(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本文檔共81頁；當前第16頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第17頁；編輯于星期三\18點12分（三）氨基酸序列的局部變異本文檔共81頁；當前第18頁；編輯于星期三\18點12分1954年 指紋圖譜（fingerprint）HbA（

adulthemoglobin）HbS（sickle-cellhemoglobin）

本文檔共81頁；當前第19頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第20頁；編輯于星期三\18點12分HbAβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbSβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…本文檔共81頁；當前第21頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第22頁；編輯于星期三\18點12分

Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點含氧HbS脫氧HbS疏水位點血紅蛋白分子凝集本文檔共81頁；當前第23頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第24頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第25頁；編輯于星期三\18點12分鐮刀狀細胞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胞，可以防止它在脫氧狀態(tài)下形成鐮刀狀。這種細胞生存時間比處理前要長，輸氧能力也有好轉。HbS分子的一個氨基用KCNO修飾后就能抑制紅細胞成鐮刀狀，這一反應同CO2與HbA結合類似，CO2也能結合到N端NH2上，只是反應可逆，而KCNO的修飾是不可逆的。本文檔共81頁；當前第26頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第27頁；編輯于星期三\18點12分二、蛋白質高級結構與功能的關系（一）肌紅蛋白的功能肌紅蛋白的三級結構組成：珠蛋白和血紅素。大小和形狀：扁平狀分子、4.5nm×3.5nm×2.5nm

結構描述：153個AA,8段α-螺旋組成，分兩層，單結構域。分子結構緊密，內部只能容納4個水分子的空間。疏水基團在分子的內部，親水基團在分子表面，介于疏水和親水之間的基團在分子內部和外部都可以找到。本文檔共81頁；當前第28頁；編輯于星期三\18點12分NA1本文檔共81頁；當前第29頁；編輯于星期三\18點12分肌紅蛋白

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，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構研究獲得成功，是第一個獲得完整構象的蛋白質。它有8段α螺旋結構,A、B、C、D、E、F、G、H。整條肽鏈折疊成緊密球狀分子，疏水側鏈大都在分子內部，極性帶電荷的則在分子表面，因此水溶性好。本文檔共81頁；當前第30頁；編輯于星期三\18點12分肌紅蛋白由多肽的折疊形成的疏水空隙內是血紅素輔基，通過肽鏈上的His殘基與肌紅蛋白分子內部相連，它對肌紅蛋白的生物活性是必需的（與O2結合）。本文檔共81頁；當前第31頁；編輯于星期三\18點12分由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。相應的蛋白分別為亞鐵肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白。輔基血紅素本文檔共81頁；當前第32頁；編輯于星期三\18點12分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.本文檔共81頁；當前第33頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第34頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第35頁；編輯于星期三\18點12分O2與肌紅蛋白的結合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結合，結合以后O2軸與Fe-O鍵形成60度的夾角，同時夾在遠側組氨酸（HisE7）的中間。除了O2與Fe結合外，CO也會與Fe結合，導致CO中毒。

本文檔共81頁；當前第36頁；編輯于星期三\18點12分血紅素輔基的結構本文檔共81頁；當前第37頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第38頁；編輯于星期三\18點12分CC本文檔共81頁；當前第39頁；編輯于星期三\18點12分

1.固定血紅素；

2.保護血紅素Fe不被氧化；

3.為分子氧提供一個合適的結合部位。肌紅蛋白的微環(huán)境的作用本文檔共81頁；當前第40頁；編輯于星期三\18點12分O2與血紅素Fe結合后，會改變肌紅蛋白的構象。沒有結合氧時，鐵卟啉是圓頂狀，并且Fe處于凸出位置，結合氧后鐵卟啉收回形成平面狀。

本文檔共81頁；當前第41頁；編輯于星期三\18點12分0.055nm0.026nm本文檔共81頁；當前第42頁；編輯于星期三\18點12分氧結合曲線

MbO2Mb＋O2

［Mb］×［O2］

K=

［MbO2］［MbO2］［O2］［Mb］K=本文檔共81頁；當前第43頁；編輯于星期三\18點12分Y—在給定的氧壓下肌紅蛋白的氧分數(shù)飽和度。［MbO2］Y=［MbO2］+［O2］［O2］Y=［O2］+K

根據henry定律:

р(O2)Y=

р(O2)+K本文檔共81頁；當前第44頁；編輯于星期三\18點12分K=P50或(P0.5):肌紅蛋白的被氧半飽和時的氧分壓。本文檔共81頁；當前第45頁；編輯于星期三\18點12分

р(O2)Y=

р(O2)+KYр(O2)1–YK=log?

?logр(O2)-logKHill方程Y1–Y=本文檔共81頁；當前第46頁；編輯于星期三\18點12分肌紅蛋白的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）本文檔共81頁；當前第47頁；編輯于星期三\18點12分（二）高級結構變化對功能的影響蛋白質的變構現(xiàn)象——以血紅蛋白的別構效應為例說明蛋白質的空間結構與功能的關系。本文檔共81頁；當前第48頁；編輯于星期三\18點12分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鏈的三級結構與肌紅蛋白相似。四個亞基形成對稱結構。本文檔共81頁；當前第49頁；編輯于星期三\18點12分6.4nm×5.5nm×5.0nm結構相似，141AA中27AA相同141AA146AA153AA本文檔共81頁；當前第50頁；編輯于星期三\18點12分氧結合引起的血紅蛋白構象變化

0.08nm本文檔共81頁；當前第51頁；編輯于星期三\18點12分0.06nm0.021nm本文檔共81頁；當前第52頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第53頁；編輯于星期三\18點12分血紅蛋白的別構效應(變構效應)（allostericeffect）

氧合作用顯著改變Hb的四級結構，血紅素鐵的微小移動導致血紅蛋白構象的轉換（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的主要構象，氫鍵和鹽鍵起穩(wěn)定作用；R態(tài)氧合Hb的主要構象。本文檔共81頁；當前第54頁；編輯于星期三\18點12分Tyrα140(HC2)、Tyrβ145(HC2)與Valα93（FG5）、Valβ98（FG5）形成鏈內氫鍵。本文檔共81頁；當前第55頁；編輯于星期三\18點12分當氧與血紅蛋白分子中一個亞基的血紅素輔基的鐵結合后。即引起該亞基構象的改變，一個亞基構象的改變又會引起其余亞基的構象相繼發(fā)生改變，亞基間的次級鍵被破壞，結果整個分子從緊密的構象變成比較松散的構象，易于與氧結合，使血紅蛋白與氧結合的速度大大加快。本文檔共81頁；當前第56頁；編輯于星期三\18點12分

別構效應是指含亞基的蛋白質分子由于一個亞基構象的改變而引起其余亞基以至整個分子構象、性質和功能發(fā)生變化。本文檔共81頁；當前第57頁；編輯于星期三\18點12分

р4(O2)Y=

р4(O2)+KYр4(O2)1–YK=log?

?4logр(O2)—logKHill方程表達式Y1–Y=血紅蛋白的協(xié)同性氧結合本文檔共81頁；當前第58頁；編輯于星期三\18點12分血紅蛋白的協(xié)同性氧結合本文檔共81頁；當前第59頁；編輯于星期三\18點12分

рn(O2)Y=

рn(O2)+KYрn(O2)1–YK=log?

?nlogр(O2)—logKHill方程一般表達式Y1–Y=本文檔共81頁；當前第60頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第61頁；編輯于星期三\18點12分95%75%10%80%本文檔共81頁；當前第62頁；編輯于星期三\18點12分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.本文檔共81頁；當前第63頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第64頁；編輯于星期三\18點12分H+,CO2對血紅蛋白結合氧的影響

波耳（Bohr）效應：pH對Hb對氧親和力的影響稱為Bohr效應。

H+和CO2促進HbO2釋放O2

本文檔共81頁；當前第65頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第66頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第67頁；編輯于星期三\18點12分

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—個別構效應物。在BPG不存在時，Hb與氧的親和力強。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))構象，因而降低脫氧血紅蛋白對氧的親和力。本文檔共81頁；當前第68頁；編輯于星期三\18點12分本文檔共81頁；當前第69頁；編輯于星期三\18點12分Valβ1Hisβ2Hisβ143Lysβ82本文檔共81頁；當前第70頁；編輯于星期三\18點12分本