第6章蛋白质的结构和功能

第 6章蛋白质功能与进化 一 蛋白质功能的多样性1 催化生物体内几乎所有化学反应的酶是都蛋白质。2 调节物质代谢的许多激素也是蛋白质或多肽。3 转运各种营养和代谢物，例如：氧和二氧化碳，脂类等。4 储存作为营养物质储库。5 运动 肌肉收缩。6 结构成分蛋白质是生物体内的最重要的物质7 支架作用 支架蛋白参与对激素和其他信号分子的应答、协调和通讯。8 防御和进攻 抵抗外源性异物侵害而产生免疫反应的抗体是蛋白质。 病毒对宿主的感染过程等都是蛋白病毒对宿主的感染过程等都是蛋白质在其中起作用。防冻蛋白、凝血酶和血纤维蛋白等质在其中起作用。防冻蛋白、凝血酶和血纤维蛋白等二二 血红蛋白的结构血红蛋白的结构血红蛋白的亚基组成血红蛋白的亚基组成成人 HbA： 2 2 98% ， HbA2： 2 2 2% 胎儿： HbF 2 2早期胚胎 2 2（一）辅基血红素在含铁的蛋白质固定 Fe2+的方式有许多种。肌红蛋白中的辅基血红素是原卟啉 的有机分子。辅基血红素是原卟啉 的有机分子。原卟啉 与铁的络合物铁原卟啉 称血红素。（二）珠蛋白（二）珠蛋白（ 肌红蛋白肌红蛋白 ） 的三级结构的三级结构肌红蛋白是第一个被确定具有三级结构的蛋白质， 是哺乳动物肌肉中储氧的单体蛋白质。由 153个氨基酸残基组成的一条多肽链（珠蛋白）和一个血红素辅基组成。不含辅基的蛋白质称为球蛋白（ gilobin）也称珠蛋白8段直的 - 螺旋组成，分别命名为 A、 B、 CH ，拐弯处是由 18个氨基酸组成的松散肽段（无规卷曲）。血红素辅基 ，扁平状，结合在肌红蛋白表面的一个洞穴内。（三）与 O2结合的机制作为辅基的血红素非共价结合于肌红蛋白的疏水空穴中，肌红蛋白铁在第 5配位键与 93位 His残基咪唑基的 N结合，第 6配位键与氧结合时，称为氧合肌红蛋白，脱氧是该键空位，称为脱氧肌红蛋白。脱氧肌红蛋白 Fe（ ）离子只有 5个配体，突出卟啉环，形成圆顶状。当肌红蛋白血红素中 Fe（ ）离子与氧结合。产生位移被拉进卟啉环，成为平面形。同时牵动位于 F段第 8位的 His所在的 F螺旋，引发构象变化转变为氧合肌红蛋白。CO可以与其结合，空气中 CO浓度过高会产生中毒现象。游离血红素对 CO的亲和力比对 O2强 25000倍，但是与肌红蛋白结合的血红素对 CO的亲和力只比对 O2强 250倍。肌红蛋白和血红蛋白凭借位阻降低了对 CO的亲和力，有效地防止体内代谢产生的 CO与它们的结合，对机体产生毒害。（四）（四） 血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构血红蛋白（血红蛋白（ hemoglobin,Hb）的主要功能是）的主要功能是 在血液中结合并转运 O2，它存在于血液的红细胞中，在红细胞成熟期间产生大量的血红蛋白，并失去胞内的细胞器细胞核、线粒体、内质网等。血红蛋白 (hemoglobin)的四级结构血红蛋白将肺部的氧运送的体内各组织中去，在肌肉组织中血红蛋白释放氧，通过细胞质膜与肌红蛋白结合。 肌红蛋白在肌肉中储存氧，血红蛋白通过血液循环运输氧至全身。三 血红蛋白的功能：运输氧（一）肌红蛋白是氧的贮库别构效应：一个配体与蛋白质上的一个部位结合，改变该蛋白质其他部位的亲和力。只有寡聚蛋白才有别构效应。具有别构效应的蛋白质称为别构蛋白。配体也称调节物，或效应物。调节物（或效应物）结合的部位称为调节部位或别构部位。（二）血红蛋白氧合的协同性和别构效应一个亚基与配体结合，导致其它亚基与配体的亲和力改变的现象称为协同性。一个亚基与配体结合，导致其它亚基与配体的亲和力增加的现象称为正协同性。反之为负协同性。T态 (tense state)：紧张状态，脱氧血红蛋白R态 (relexaed state)：松弛状态，氧合血红蛋白（三） 血红蛋白氧合的两种构象状态虽然氧可以和 T态和 R态两种状态结合，但是氧与 R态的亲和力明显高于 T态，并且氧的结合稳定了 R态，所以 R态是氧合血红蛋白的主要存在形式， T态是脱氧的优势构象。氧与 T态的血红素结合引发构想转变为 R态。血红蛋白不同亚基之间的盐桥（四）血红蛋白协同性氧结合的定量分析血红蛋白是至今研究最彻底的一个别构蛋白，它对配体氧的结合具有正协同同促效应。氧结合曲线是 S形。为了对协同性进行定量分析， 1910年 Hill推出 Hill方程， 根据 Hill方程作图称为 Hill图。 Hill图的斜率称为 Hill系数。Hill 系数（ nH）：协同程度的量度。Hill 系数（ nH） = 1，蛋白质与配体的结合非协同效应，例如肌红蛋白（单体蛋白都没有协同效应）。Hill 系数（ nH） 1，蛋白质与配体的结合为正协同效应。Hill 系数（ nH） 1， 蛋白质与配体的结合为负协同效应 。 Y是血红蛋白输氧效率指标。协同性将增加 Y部位 氧分压 Y值 Y血红蛋白 肺部肌肉毛细管13kPa3kPa0.970.25 0.72部位 氧分压 Y值 Y肌红蛋白 肺部肌肉毛细管13kPa3kPa接近于 1 0.1从图 6-8可以看出 :血红蛋白有利于肺部吸收氧 ,运送到组织中释放 .BPG是血红蛋白的负效应物。 BPG通过与它的两个 亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。 BPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部， PO2超过 100torr， 因此，即使没有 BPG， 血红蛋白也能被饱和，在组织中， PO2低， BPG降低血红蛋白的氧亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。(五 ) BPG降低 Hb对氧的亲和力对氧的亲和力BPG ： 2,3-二磷酸甘油酸BPG的别构效应的别构效应（ 1）高山适应和肺气肿的生理补偿变化）高山适应和肺气肿的生理补偿变化； BPG升高。升高。（ 2）