第六章蛋白质结构和功能关系

n第六章 蛋白质结构与功能关系n Knowing the three-dimensional structure of a protein is an important part of understanding how the protein functions. However, the structure shown in two dimensions on a page is deceptively static. Proteins are dynamic molecules whose functions almost invariably depend on interactions with other molecules, and these interactions are affected in physiologically important ways by sometimes subtle, sometimes striking changes in protein conformation.n 蛋白质一级结构决定高级结构，决定蛋白质的功能。n The functions of many proteins involve the reversible binding of other molecules. A molecule bound reversibly by a protein is called a ligand.p253n A ligand binds at a site on the protein called the binding site, which is complementary to the ligand in size, shape, charge, and hydrophobic or hydrophilic character. Furthermore, the interaction is specific: the protein can discriminate among the thousands of different molecules in its environment and selectively bind only one or a few.n 第一节： 肌红蛋白结构与功能n Myoglobin是重要的氧结合蛋白n 一、三级结构n Myoglobin-1peptide plus 1 辅基构成， 153AA，MW16,700。脱去血红素谓之 珠蛋白 。n Kendew等 1963年完成鲸肌红蛋白空间结构测定，利用不同分辨率 X射线衍射，可以识别出 AA残基。n 0.6nm， 多 肽链走向； 0.2nm，侧链基团； 0.14nm，所有 AA残基。n 结构： p253由 8段 a螺旋构成，疏水基团几乎全部位于分子内部。n 二、血红素：由原卟啉 IX与 Fe结合形成血红素， 2价，则为亚铁血红素， 3+为高铁血红素 p254，它以非共价的形式结合于肌红蛋白分子疏水空穴中。n 三、 O2与肌红蛋白的结合n 在氧和肌红蛋白结合时，血红素之 Fe在第五配位键与 His93 (proximal) 进行结合，而第六配位键与氧结合，另一个氧原子则与 His64(distal)作用。 p255四、 O2与肌红蛋白的结合改变了肌红蛋白的构象，氧的结合，将 Fe拉回到卟啉环平面，从而导致 His93的空间位置改变，进而使整个蛋白的构象发生改变。n 五、肌红蛋白氧合曲线n 肌红蛋白与氧结合是在组织中，可逆的接受来自 Hb的 O2， 有： MbO2=Mb + O2,该式的解离常数可以描述为： K=MbO2/MbO2, (1)n 转换后有： MbO2Mb=O2/K (2),n 引入 Y， 定义为 给定氧压下肌红蛋白氧饱和度 ，即MbO2占总 Mb的比例 Y=MbO2/Mb+MbO2， (3)以（ 2）式 MbO2替换 ,得： Y=O2/O2+K,按 Henry定律，改写为 O2分压，则n 实践中， Y值可以通过光谱法测量，再以 Y对 p(O2)作图，得到的曲线为氧合曲线或氧解离曲线。意义：当 y=1,所有 Mb均与 O2结合当 y=0.5时， Y=K=P50为方便起见，对前面方程进行改写：再两边取对数，得到：以 logY/(1-Y)对 logPO2作图得到一条直线：即 Hill图n 第二节 Hbn 脊椎动物， 4个亚基构成，成人主要为 HbA，含 a2b2。 分别为 141和 146个 aa残基。n Hb的 近侧 F8 His位于 a链His87或 b链 His92， 远侧 His为 E7， 分别为 His58和 His63.n 当 O2与 Hb的一个亚单位之血红素结合时，可导致 Fe被拉回血红素平面（只是非常微小的变化），后者又会 拖动F8His残基 ，从而引起 Hb构象变化，使 Hb的 b亚基之间空穴减小，导致 BPG被挤出，促使 Hb与 O2的亲和力增加。Hb的构象有两种状态，即 R态和 T态， R态与 O2亲和力更高，在去氧状态时， T态更加稳定并由广泛的盐键维持构象稳定，但一旦其中一个亚基与氧结合，将使 Hb由 T转变为 R态n 二、 Hb氧合曲线Hb的氧合曲线是 S型曲线，而非 Mb的双曲线，其生理意义是在低氧分压下，有利于释放氧。这一现象早在 1910年就由 Hill发现，并试图对其进行了解释。n Hb与 O2结合的解离常数为：n 变形后得：n 以 n代替 4得到一般性方程：n 该方程是一个 S型曲线，但在 n=1和 n=4时，具有显著差别：在 n=4时， Hb与氧的结合显示出高度协同性。 P262把上述方程进行变形，得到：该 方程谓之 Hill方程，n 以T Rn H+， CO2和 BPG对 Hb结合氧的影响：n 1. Bohr效应：当 H+浓度增加时， Hb的氧分数饱和曲线向右移动的现象，即 pH的降低可导致血红蛋白氧结合力下降的现象。丹麦生理学家 C.Bohr发现。从机制上说， H+升高促进链间盐桥的形成， 促进由 R转变为 T态 。 P264Figuren 生理意义n CO2同样可以降低 Hb与 O2n 的亲和力，原因是 CO2与n Hb的 C端 aa残基的 NH2反应n 生成氨甲酸 -AA， 产生的 H+n 通过 Bohr效应起作用。n 2. BPG降低 Hb与 O2亲和力n BPG带负电荷，每个 Hb四聚体可结合一个 BPG，BPG与 Hb的结合，阻碍了 O2的结合，促进 O2的释放。在氧合曲线上， BPG浓度增加导致曲线右移。n 第三节： 血红蛋白与分子病n 迄今发现的与 Hb缺陷有关的遗传性疾病有 500种以上。多数系单个 aa残基的突变造成。n 一、镰刀状细胞贫血病：最早被认识，非洲恶性疟疾流行区很高，达 40%。病人 Hb和 RBC只有正常人 (15-16g/100ml)(约 500万）一半左右。血液中存在大量未