鲸肌红蛋白.doc

一、1912年英国布喇格父子建立了X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。以后布喇格的学生阿斯特伯里和贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。他们的工作为后来生物大分子结晶学的形成和发展奠定了基础。20世纪50年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代。首先在蛋白质结构分析方面，1951年提出了-螺旋结构，描述了蛋白质分子中肽链的一种构象。1955年桑格完成了胰岛素的氨基酸序列的测定。接着肯德鲁和佩鲁茨在 X射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术，分别于1957和1959年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构。1965年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素，首先实现了蛋白质的人工合成。1957年英国化学家佩鲁茨和肯德鲁，利用x射线衍射技术，经过近14年时间终于从分辨率6埃的电子密度分布函数得出鲸肌红蛋白分子的空间结构模型这是一个不规则的几何形状，肽链螺旋盘来扭去，空隙中藏着一个血红素辅基，整个分子色含有153个氨基酸，2000个原子，结构相当复杂l962年，佩鲁茨叉把更复杂的血红蛋白大体形状弄清楚了，它与鲸肌红蛋白的立体结构十分相似。随着科学的发展，同步辐射等的应用，使测定蛋白空间结构的时问大大缩短。蛋白质分子有规律的，多肽折叠的方式也是有限的二、红蛋白的高级结构及其载氧功能/f?kz=681117564 肌红蛋白和血红蛋白晶体不难培养。在它们的衍射图上,衍射点数以万计。应用重原子同晶置换法，可以解决周相问题。它们的结构测定工作终于从1957年起开始突破。结构晶体学对我们理解蛋白的结构和功能作出了决定性的贡献，迄今为止，它仍为完整地揭示蛋白三维结构的唯一途径。蛋白质晶体化学蛋白质晶体化学鲸肌红蛋白含一个146肽。它的三维结构见图9。从图可见蛋白分子中的结构层次。肌红蛋白中-螺旋体含量高达75。分子共有八段-螺旋，其中有四段中断于分子所含有的四个脯氨酸残基。所得结果证实，肽键确实都具有共面和反式的构型。三级结构的整体内外明显有别，内向的全是非极性或疏水残基，而外向的都是极性残基。肌红蛋白还含一个血红素分子，处在多肽链盘成的一个沟中，起着活性部位的作用（图10）。分子中央平面两侧各有一个组氨酸残基，近侧的一个占第五配位，而远侧的靠近留给氧分子的第六配位。肌红蛋白为什么要一个 146肽来陪伴血红素？这里有两个问题要澄清。首先，若没有多肽链，则血红素分子很容易互相接近,夹住一个氧分子,使自身中的Fe()氧化成Fe(),从而在第六配位上只结合H2O而不能结合O2分子。其次，血红素与一氧化碳的结合比与氧的结合要强25000倍,是因为一氧化碳不像氧那样斜着与铁成键。在肌红蛋白中，由于多肽链提供的远侧组氨酸的作用，迫使一氧化碳也要斜着成键。这样，它与血红素的结合就只比氧强200倍了(图11)。蛋白质晶体化学晶体中的肌红蛋白结构会不会与溶液或活体中的很不一样？将溶液、活体和晶体中肌红蛋白的活性、吸收光谱、-螺旋含量加以对比，即可打消这个顾虑。另外，海豹的肌红蛋白和鲸的肌红蛋白晶型很不一样，但高级结构都很一致，从而说明这个具有活性的三级结构的唯一性。血红蛋白由四条多肽链组成，记号为22。它们各与血红素结合，形成四个亚基。四个亚基聚集在一起的方式称为四级结构。亚基之间残基的顺序都有些差别，但高级结构很相似。三、下面以鲸肌红蛋白为例，说明蛋白质的三级结构,1963年 Kendrew等通过鲸肌红蛋白的 x-射线衍射分析，测得了它的空间结构。(1) 肌红蛋白是由一条多肽链折叠盘绕成近似 球状 的构象。(2) 主链的 80%左右是右手螺旋，其余为无规卷曲,一条多肽链共有 8个螺旋区（ A,B,C,D,E,F,G,H）,7个非螺旋区（二个在末端，中间有五个）。(3) 氨基酸残基的 亲水基团几乎全部分布在分子的表面, 而疏水基团几乎全部在分子的内部。(4) 血红素 辅基垂直地伸出分子表面，通过一个 His残基和分子内部相连。从目前对球状蛋白质二、三级结构研究的资料来看，它们有一些共同的特点：(1) 在球状蛋白质分子中,一条多肽链往往通过一部分 -螺旋，一部分 -折叠，一部分 -转角和无规卷曲等使肽链折叠盘绕成近似 球状 的构象。(2) 球状蛋白质的大多数极性侧链总是暴露在分子表面形