第6章蛋白质的结构和功能-1

第六章 蛋白质的结构和功能蛋白质不是静止的分子，而是处于不停的运动之中。蛋白质的功能几乎总是依赖于与其它分子的相互作用，这种相互作用受到蛋白质分子的构象变化的影响。主要内容 蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白 蛋白质与配体结合的空间互补性 免疫球蛋白 化学能对蛋白质相互作用的影响 肌球蛋白与肌动蛋白1、肌红蛋白 肌红蛋白（ myoglobin， Mb）是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。 肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅基血红素构成，相对 MW=16700，由 153个 AA残基。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称为珠蛋白。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白的结构1、肌红蛋白的三级结构（ 1）长短不同的 8条 -螺旋组成；（ 2） 80%AA处于螺旋中（ 3）拐弯处为无规卷曲（ 4）肌红蛋白中 4个 Pro各处于四个拐弯处；（ 5）分子十分紧密，仅能容纳 4个水分子；（ 6）亲水外部疏水内部蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白2、辅基血红素Fe原子被称为原卟啉 IX（ 9）的有机分子固定的，共称血素（ Heme），使血液呈红色。 Fe有六个配位键，其中四个与卟啉的吡咯环的 N原子相连。 Fe2+称亚铁血红素， Fe3+为高铁血红素，只有 Fe2+的蛋白才能结合氧肌红蛋白的结构蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白3、氧与肌红蛋白的结合 Fe2+与珠蛋白的 93位（ F8） His的咪唑基 N相连； 当形成氧合肌红蛋白（oxy-myoglobin）时，第 6个配位键与氧结合； 当成高铁肌红蛋白时，第6配位键被 H2O分子占据； 在氧结合一侧有一 E7 His氧结合部位形成空间位阻区肌红蛋白的结构蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白与氧的结合蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白Mb多肽微环境的作用 固定血红素基。 保护血红素铁免遭氧化。 为氧分子提供一个合适的结合部位。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白氧的结合改变了肌红蛋白的构型 肌红蛋白血红素与氧结合后，铁原子从离卟啉环平面上方 0.055nm处，被拉到离卟啉环平面上方 0.026nm处。这对 Mb生物功能并没有影响，但会影响 Hb的性质 。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白氧合曲线MbO2Mb + O2MbO2MbO2K = MbO2Mb + MbO2Y = =O2K + O2O2pO2K + pO2Y = O2蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白氧合曲线pO2K + pO2Y = O2p50 = K = 2.8 torrY = 0.5 双曲线型蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白氧合曲线Hill图logP50蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白氧合曲线2静脉血中氧分压线粒体中氧分压蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白细胞表面氧分压2 血红蛋白蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白血红蛋白的结构 Hb 分子近似球形； M.W.=68 000 Hb 由四个亚基组成（二条 亚基和二条 亚基）； 亚基（ 141aa）比 亚基（ 146aa）短，但都比肌红蛋白链（ 153aa）短；这主要是因为末端 H螺旋比较短； 4个血红素分别位于四条多肽链的 E和 F螺旋之间的裂隙处，并暴露于分子表面。 Hb- 和 Hb- 及 Mb虽然三级结构相似，但其氨基酸序列却有很大的不同，约只有 27个位置是相同的。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白 血红蛋白 4个血红素基分别位于每个多肽链的 E和 F螺旋之间的裂隙处，并暴露在分子的表面。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白氧结合引起的血红蛋白构象变化 氧合作用显著改变血红蛋白的四级结构。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白 血红素铁0.039nm的微小位移导致血红蛋白构象的改变。氧结合引起的血红蛋白构象变化蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白脱氧血红蛋白（紧张态） 氧合血红蛋白（松驰态） 氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同的构象态。（ T态和 R态）蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白 氧合导致稳定 T态的离子键和盐桥的断裂，血红蛋白的氧结合过程是一协同过程。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白血红蛋白结合氧的协同作用示意图蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白Hb的氧结合曲线 血红蛋白是目前了解最清楚的别构蛋白质，血红蛋白的氧合具有正协同效应，即一个 O2的结合会增加同一分子中其余空的氧结合部位对 O2的亲和力。 Hb的氧合曲线呈 S形而非双曲线形。每个血红蛋白分子有 4个血红素，因此最多只能结合 4分子氧，现假定 O2与 Hb的结合是 “全或无 ”的现象。Hb + 4 O2 Hb(O2)4蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白Hb(O2)4HbO24K = Hb +Hb(O2)4Y = =O24K + O24O2P4(O2)K + P4(O2)Y = O2Hb(O2)4蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白Hb的氧结合曲线蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白 肺泡中 pO2=100torr, YO2=0.97 毛细管中 pO2=20torr, YO2=0.25 Hb P50=26torr Hb 0.97-0.25=0.72Mb0.97-0.89=0.08 协同效应增加血红蛋白在肌肉中卸 O2效率。蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白Hill图蛋白质与配体的可逆结合 肌红蛋白与血红蛋白H+、 CO2和 BPG对血红蛋白结合氧的影响 血红蛋白与 O2的结合受环境中其他分子的影响，如