血红蛋白和肌红蛋白

第四章血红蛋白和肌红蛋白,作为生物体主要色素来源的铁卟啉(heme)是含有四个吡咯环和四个次甲基(-CH=)交替相连组成的大环,是血红蛋白及细胞色素等的辅基。由于四个吡咯环的共轭效应,使其性质相对较稳定。,第一节卟啉,卟啉普遍存在于微生物及动植物间,在人体中发现的卟啉化合物是作为血红素生物合成的中间体而存在。正常健康人体内主要存在尿卟啉(uroporphyrin)、粪卟啉(coproporphyrin)和原卟啉(protoporphyrin),而其它卟啉化合物常常可从遗传性的卟啉病患者或肝和血液病患者的尿、血液和粪便中检出。,1卟啉化合物的化学结构和分类卟啉是通过亚甲基把四个吡咯环相连而成的环状化合物,四个吡咯环处于同一平面,形成具有26个电子的共轭大键,具有较强的芳香性。在400nm附近有较强的吸收带。,卟啉化合物在紫外光照射下具有红色荧光,而其还原型卟啉则不具有荧光。生物体内在亚铁螯合酶的作用下和亚铁离子形成配合物原血红素(铁原卟啉，protoheme）。卟啉化合物根据其侧链基团的不同共有14种形式。,图43铁原卟啉IX（原血红素）,铁原卟啉是血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素c中的辅基组成部分。,细胞色素c,第二节血红蛋白和肌红蛋白,携氧的血是鲜红色的，当你被划伤时，你看到的是鲜红的携氧血。不携氧的血是深紫色的：当你献血或者在医院抽血样时，血被抽到一个试管里，里面没有氧气，所以你看到的血是深紫色的。但是深紫色的无氧血流经我们的静脉时却呈兰色，特别是皮肤白皙的人。另外一些生物，如蛇类和蟹类，用铜来运输氧气，所以他们有真正的蓝血。,一、结构,1、肌红蛋白（Myoglobin，Mb）是由一条多肽链（珠蛋白，globin）和一个血红素（铁原卟啉）组成。分子量17，800。肌红蛋白是用来在肌肉和其他组织来储存氧气的。人体内70的铁形成血红蛋白和肌红蛋白。,2.血红蛋白（hemoglobin，Hb）血红蛋白是使血液呈红色的蛋白，它由四条链组成（蛋白质亚基），两条链（相同）和两条链，每一条链有一个包含一个血红素。每一条蛋白链和肌红蛋白的结构相似。氧气结合在铁原子上，Hb起氧的载体。,HbandMbhavedistinctsequences,Hb的结构,MyoglobinandHemoglobin,Function:totransportO2fromlungstotissueviablood.NeedO2intissuetodriveoxidationofmetabolic（新陈代谢）fuelsrecoveryofenergyfromfood.MbhashigheraffinityforO2thanHb,soincreasestransportgivesO2highersolubilityintissuessodiffusesfaster.,MbandHbarecloselyrelatedproteins,Bothare-helicalproteins.Mbmonomer,Hbtetramer(andsubunits).MbandbothsubunitsofHbhavesimilarsequencesandstructures.,Myoglobin,153aa,(firstproteinstructureXRC,Kendrew1959)8helices(A-H),44x44x25Role:O2transportintomuscleO2fasterthanothertissues.O2haslowsolubilityinblood(10-4M).,Myoglobin,Bindshemepocket.Polargroupsexposedtosolvent,Non-polargroupsburied.,MbuseshemetobindO2,Fe-protoporphyrinIXHemeisplanar.Ironatomatcenter.Coordinatedto4Ns,MbuseshemetobindO2,FeboundtoHis(F8)sidechain,andO2orCO2HisE7H-bondstoO2tostabilize.(CObindsmoretightlythanO2).,E-7,F-8,Hemoglobin,4subunits1,1,2,2.Formstwodimers.,HbandMbhaveverysimilarstructures,OverlayofMbwithHbaandsununits.,BlueBloodandRedBlood,O2,Oxyhemoglobinlow-spinFe2+OctahedralThemetalisintheplane.,Deoxyhemoglobinhigh-spinFe2+SquarePyramidalThemetalisbelowtheplane.,xy,xz,yz,z2,x2-y2,xy,xz,yz,z2,x2-y2,二、血红蛋白、肌红蛋白的功能,红细胞内含大量血红蛋白(Hb)，红细胞的机能主要由血红蛋白完成。血红蛋白的主要功能在于携带氧气(O2)和二氧化碳(CO2)。血红蛋白分子是由珠蛋白（globin，globulin)、原卟啉和二价铁离子(Fe2+)所组成的结合蛋白质。有4条肽链各结合一个辅基即血红素，即O2结合于Fe2+上，血红蛋白与氧疏松结合形成氧合血红蛋白(HbO2)，这种氧合作用于氧分压高时容易进行，于氧分压低时易于解离。,血红蛋白和肌红蛋白能很快地与氧可逆结合。肌红蛋白存在于肌肉中，它结合从红细胞释放出的氧，贮存并运送氧到线粒体，使葡萄糖氧化成二氧化碳和水，并产生能量。,红细胞结合和携带O2的过程并不影响二价铁离子，也即是说不能氧化为三价铁离子；Fe3+无带O2能力，只见于异常的高铁血红蛋白。CO与Hb的亲和力大于O2（200times），结合成HbCO后不能重新分离致使Hb丧失运输O2和CO2的机能，此称一氧化碳中毒。,第三节氧合作用的热力学与动力学,氧的饱和度,Hb曲线与Mb是不一样的。它们之间存在协同效应（cooperativity）,式中当n1没有协同效应；N4,说明协同效应中等。,影响氧合曲线有三个重要因素：pH,温度和2，3二磷酸甘油酯。血液的pH值下降，Hb对氧的结合下降Bohr