第5章蛋白质结构与功能

（1）肌红蛋白的功能：哺乳动物肌肉中储存氧并运输氧的蛋白。（2）肌红蛋白的结构特点：1963年，Kendrew

a.一条多肽链，153个氨基酸残基，一个血红素辅基，分子量16700道尔顿。

一、肌红蛋白的结构和功能（一）三级结构第一页，共113页。b.肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共折叠成8段长度不等的-螺旋体（A-H），最长的有23个氨基酸残基，最短的有7个氨基酸残基。拐弯处多由Pro、Ser、Ile、Thr等组成。

c.具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使肌红蛋白成为可溶性蛋白。第二页，共113页。肌红蛋白血红素辅基第三页，共113页。

myoglobin，Mb

第四页，共113页。第五页，共113页。抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构第六页，共113页。（二）辅基第七页，共113页。丙酸基乙烯基乙烯基甲基甲基甲基甲基丙酸基血红素第八页，共113页。第九页，共113页。第十页，共113页。

Mb和Hb的辅基—血红素血红素(heme)血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合。第十一页，共113页。

Mb和Hb的辅基—血红素氧合肌红蛋白中血红素Fe2+的六个配体d2sp3血红素的Fe2+与4个咯环的氮原子形成配位键，另2个配位键1个与F8组氨酸结合，1个与O2结合，故血红素在此空穴中保持稳定位置。第十二页，共113页。（三）O2与Mb的结合第十三页，共113页。第十四页，共113页。第十五页，共113页。第十六页，共113页。第十七页，共113页。空间位阻第十八页，共113页。第十九页，共113页。第二十页，共113页。氧合过程中血红素铁原子的变化O2F8Histidine空间排斥Feme

Fe2+移动时，拖动HisF8残基,并进而引起螺旋F和拐弯EF和FG的位移。这些移动传递到亚基的界面，引发构象的重调，导致四级结构的改变。（TR）第二十一页，共113页。氧合过程中铁原子位移引发的构象改变

Fe2+移动时，拖动HisF8残基,并进而引起螺旋F和拐弯EF和FG的位移。这些移动传递到亚基的界面，引发构象的重调，导致四级结构的改变。（TR）FHelixFemeFeF8HistidineO2EFFG第二十二页，共113页。5、煤气中毒的机制

一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结合。由于CO与血红素的结合能力是O2的250倍，因此，人体吸入少量的CO即可完全抑制肌红蛋白或血红蛋白与O2的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯氧气或高压氧气），使与血红素结合的CO被O2置换出来。

第二十三页，共113页。（四）Mb的氧结合曲线MbO2Mb+O2氧合Mb去氧Mb氧合Mb与去氧Mb的浓度比与氧浓度成正比第二十四页，共113页。氧分数饱和度（fractionalsatuation）肌红蛋白分子总数氧合肌红蛋白分子数第二十五页，共113页。Y=1Mb被氧完全饱和Y=0.5p(O2)=K=P50P50：Mb被氧半饱和时的氧分压第二十六页，共113页。YMb氧结合/解离曲线第二十七页，共113页。Hill图第二十八页，共113页。二、血红蛋白的结构和功能

(hemoglobin，Hb)1、结构：α1、α2、β1、β2亚基第二十九页，共113页。卟啉铁第三十页，共113页。肌红蛋白血红蛋白α血红蛋白β第三十一页，共113页。第三十二页，共113页。第三十三页，共113页。第三十四页，共113页。第三十五页，共113页。肌红蛋白/血红蛋白α/血红蛋白βAA序列大不相同，结构相似结构决定功能（载氧）第三十六页，共113页。

2、血红蛋白的分类

hemoglobinadultHbA(α2β2/α2δ2)

hemoglobinfetalHbF(α2γ2)

hemoglobinsickleHbS(α2β*2)

hemoglobin胚胎(ε2ζ2)

HbA1HbA2第三十七页，共113页。（二）氧结合引起的Hb的构象变化变构脱氧血红蛋白氧合血红蛋白对氧的亲和力低对氧的亲和力高1、氧合作用改变Hb四级结构第三十八页，共113页。装配接触滑动接触α2β2α1β1α2β1α1β2可变第三十九页，共113页。2、Hb的两种不同构象态tensestaterelaxedstate第四十页，共113页。第四十一页，共113页。第四十二页，共113页。T型血红蛋白肽链之间的8个盐桥αβ链C末端有Tyr-OH可与C=O形成氢键第四十三页，共113页。（三）Hb氧结合曲线对于具有n个结合位点的蛋白P：第四十四页，共113页。Hill方程第四十五页，共113页。nH=1非协同nH＞1正协同nH=n完全协同Hill系数与配体的结合第四十六页，共113页。第四十七页，共113页。(R)relaxedstate(T)tensestate

血中氧分子的运送：Lung氧分子HemoglobinMyoglobinMuscle静脉动脉环境氧高时Hb快速吸收氧分子环境氧低时Hb迅速释放氧分子释放氧分子后Hb变回

Tstate任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力第四十八页，共113页。第四十九页，共113页。（四）Hb结合氧的调节1、H+、CO2促进O2的释放碳酸酐酶H+—Hb氧合的拮抗物pH降低时：促进氧的释放缓冲血液pH第五十页，共113页。在氧分压不变时，低pH能促进更多的氧释放Bohr效应第五十一页，共113页。CO2与Hb的结合释放的H+有助于Bohr效应氨甲酸可形成额外的盐桥：稳定T态促进氧的释放第五十二页，共113页。2、BPG降低Hb对氧的亲和力2，3-二磷酸甘油酸——Hb异促别构调节的效应物Hb四聚体只有一个BPG结合部位—4个亚基缔合形成的中央空穴内第五十三页，共113页。BPG第五十四页，共113页。离子键稳定T态第五十五页，共113页。第五十六页，共113页。

hemoglobinfetalHbF(α2γ2)

对氧的亲和力比成人高

——Ser取代His

与BPG结合能力减弱氧合Hb中央空穴太小，容纳不了BPG,BPG对R态Hb亲和力的大小顺序为:HbO2>Hb(O2)2>Hb(O2)3BPG与Hb(O2)4不结合第五十七页，共113页。分子病：由于基因突变，导致蛋白质中氨基酸种类发生变化，并引起功能降低或丧失。

镰刀型贫血症（sickle-cellanemia）三、血红蛋白分子病第五十八页，共113页。镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息正常细胞镰刀形细胞它是最早认识的一种分子病死亡率极高由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构突变第五十九页，共113页。正常型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys---β链

谷氨酸镰刀型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys---β链

缬氨酸（极性）（非极性）N第六十页，共113页。第六十一页，共113页。第六十二页，共113页。第六十三页，共113页。四、与免疫有关的蛋白质第六十四页，共113页。白血病是一种造血组织的恶性疾病，俗称“血癌”，特点是某一类型的白血病细胞在骨髓或其他造血组织中的肿瘤性增生，可浸润体内各器官、组织、使各个脏器的功能受损，产生相应的症状和体征。获得性免疫缺陷综合征(AIDS)

第六十五页，共113页。（一）体内参与免疫反应的淋巴细胞骨髓胸腺T

淋巴细胞巨噬细胞

B

淋巴细胞细胞免疫抗体体液免疫第六十六页，共113页。第六十七页，共113页。（二）与免疫有关的蛋白1、主要组织相容性复合体

（majorhistocompatibilitycomplex，MHC)

——膜蛋白、呈递抗原给T细胞第六十八页，共113页。结合抗原肽的裂隙第六十九页，共113页。人：MHCⅠ二硫键第七十页，共113页。第七十一页，共113页。第七十二页，共113页。第七十三页，共113页。辅受体辅受体第七十四页，共113页。第七十五页，共113页。存在于：几乎所有的脊椎动物细胞表面结合并展示：细胞内随机发生的蛋白降解及更新衍生来的肽第七十六页，共113页。第七十七页，共113页。展示被细胞摄入的外部蛋白巨噬细胞和B细胞第七十八页，共113页。2、免疫球蛋白（immunoglobulin）

——可溶性血清糖蛋白（1）分类第七十九页，共113页。A、IgA：存在于身体的分泌物中B、IgD：存在于B细胞表面C、IgE：与过敏反应有关D、IgM：初次免疫反应初期产生E、IgG：体内最多的一类第八十页，共113页。（2）结构特点

两条轻链（L）、两条重链（H）

每条链都有可变区（V）、恒定区（C）

可变区都在N端Fab：FragmentantigenbindingFc：Fragmentcrystallizable第八十一页，共113页。（Fab）2和Fc第八十二页，共113页。反平行β折叠片第八十三页，共113页。第八十四页，共113页。Fab与抗原的结合第八十五页，共113页。IgG是血液中参与免疫反应的最主要的抗体IgG+抗原巨噬细胞结合、吞噬第八十六页，共113页。IgM五聚体，只存在于血液中第八十七页，共113页。（3）基于抗原-抗体反应的生化分析方法ELISA第八十八页，共113页。第八十九页，共113页。免疫印迹样品纯化前后第九十页，共113页。第九十一页，共113页。五、肌球蛋白和肌动蛋白参与需能的收缩活动第九十二页，共113页。肌肉组成肌肉肌纤维束肌纤维肌原纤维第九十三页，共113页。肌原纤维：明带和暗带肌节第九十四页，共113页。肌原纤维由纵向排列的肌丝组成：粗丝（thickfilament）——只分布于暗/A带细丝（thickfilament）——I带只有细丝H区只有粗丝肌球蛋白肌动蛋白第九十五页，共113页。第九十六页，共113页。第九十七页，共113页。第九十八页，共113页。肌动蛋白的两种形式：

球状∽(G—actin)

纤维状∽(F—actin)

单体形式聚合形式K+、

Mg2+、

ATP存在时第九十九页，共113页。原肌球蛋白肌钙蛋白复合体第一百页，共113页。第一百零一页，共113页。第一百零二页，共11