蛋白质结构和功能关系

,第六章蛋白质结构与功能关系,Knowingthethree-dimensionalstructureofaproteinisanimportantpartofunderstandinghowtheproteinfunctions.However,thestructureshownintwodimensionsonapageisdeceptivelystatic.Proteinsaredynamicmoleculeswhosefunctionsalmostinvariablydependoninteractionswithothermolecules,andtheseinteractionsareaffectedinphysiologicallyimportantwaysbysometimessubtle,sometimesstrikingchangesinproteinconformation.蛋白质一级结构决定高级结构，决定蛋白质的功能。,Thefunctionsofmanyproteinsinvolvethereversiblebindingofothermolecules.Amoleculeboundreversiblybyaproteiniscalledaligand.p253Aligandbindsatasiteontheproteincalledthebindingsite,whichiscomplementarytotheligandinsize,shape,charge,andhydrophobicorhydrophiliccharacter.Furthermore,theinteractionisspecific:theproteincandiscriminateamongthethousandsofdifferentmoleculesinitsenvironmentandselectivelybindonlyoneorafew.,第一节：肌红蛋白结构与功能Myoglobin是重要的氧结合蛋白一、三级结构Myoglobin-1peptideplus1辅基构成，153AA，MW16,700。脱去血红素谓之珠蛋白。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。0.6nm，多肽链走向；0.2nm，侧链基团；0.14nm，所有AA残基。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。,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。,三、O2与肌红蛋白的结合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。,五、肌红蛋白氧合曲线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)转换后有：MbO2Mb=O2/K(2),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,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,第二节Hb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。Hb的近侧F8His位于a链His87或b链His92，远侧His为E7，分别为His58和His63.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,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。,Hb与O2结合的解离常数为：变形后得：以n代替4得到一般性方程：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，,以,T,R,H+，CO2和BPG对Hb结合氧的影响：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。P264Figure生理意义CO2同样可以降低Hb与O2的亲和力，原因是CO2与Hb的C端aa残基的NH2反应生成氨甲酸-AA，产生的H+通过Bohr效应起作用。,2.BPG降低Hb与O2亲和力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。,第三节：血红蛋白与分子病迄今发现的与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。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。血液中存在大量未成熟红细胞和