蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

Chapter蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功本章的主要1、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)水平，包括二級(jí)3、蛋白質(zhì)氨基酸組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系；4、推動(dòng)蛋白質(zhì)折疊以及穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用力；5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)圖3-Section1白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方一、蛋白質(zhì)空間構(gòu)蛋白質(zhì)空間構(gòu)象是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間上的 及所有原子和基團(tuán)在空間中的排列與分布。這種 和分布是由單鍵旋轉(zhuǎn)造成的。（請(qǐng)注意構(gòu)象和構(gòu)型兩者的區(qū)別） 圖3-2a,b和圖3-2c,d中所示的是肌紅蛋X核磁 (NMR)光譜是用來研究處在溶液Section2白質(zhì)的二級(jí)結(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間中的。一般呈有規(guī)律的空間折應(yīng)該怎樣認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是有規(guī)律肽基一般呈(圖3-3一種蛋白質(zhì)的主鏈?zhǔn)?剛性平面的)肽基的連續(xù)順序(圖3-4)，或可看作是由重復(fù)―N―Cα―C―單位經(jīng)肽鍵連接而成的線性肽鍵上的C-N鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，只有有限的旋轉(zhuǎn)，一條肽鏈因肽鍵旋轉(zhuǎn)所造成位于肽基兩側(cè)的Cα與氮原子間的連接鍵是純粹的單鍵，Cα與羰基碳原子間的連接鍵也是純粹的單鍵。這兩個(gè)單鍵在剛性平面的任何一側(cè)都有較大的旋轉(zhuǎn)程度。Cα-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用Φ表示，Cα-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用ψ表示（圖3-5a）。這兩個(gè)單鍵的旋轉(zhuǎn)受到主鏈的酰胺氫和羰基氧的以及α-碳原子的側(cè)鏈基團(tuán)的大小和Cα實(shí)際上處于兩個(gè)剛性平面的交線上，由Cα參與形成的兩個(gè)扭角(φ和ψ)決定了相鄰兩個(gè)肽基的相對(duì)位置（圖3-5a和圖3-5b）。多肽鏈主鏈的構(gòu)象可用每個(gè)α-碳原子的一對(duì)扭角來描述。肽鏈中所有肽本上都有相同的鍵距和鍵角，每個(gè)α-碳原子都是一個(gè)正四面體結(jié)構(gòu)。多肽鏈主鏈的構(gòu)象是由肽基上與每個(gè)Cα相連的兩個(gè)單鍵的旋轉(zhuǎn)所成的Φ角和ψ角決定的（圖3-5b）。在多肽鏈中，任何一對(duì)扭角如發(fā)生變化，多肽鏈主鏈的構(gòu)象必然發(fā)生相應(yīng)的變化，如果所有與Cα相連的這一對(duì)扭角都分別相等，則多肽鏈主鏈呈現(xiàn)為有規(guī)律現(xiàn)象（圖）。當(dāng)多肽鏈處在完全伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，Φ角和ψ角規(guī)定為180°（圖3-5a,圖）。二、多肽允許的構(gòu)象可以用拉Ramachandran根據(jù)空間上允許的φ和ψ值給出的信息,將其繪制成圖，即拉氏圖（圖3-6）。圖上的任何一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于任何一對(duì)φ和ψ值?？臻g上不允許的構(gòu)象是那些任何非鍵合原子的距離三、α-螺旋結(jié)構(gòu)是有規(guī)律α-螺旋是多肽鏈主鏈的一種有規(guī)律象，是蛋白質(zhì)分子中的普遍存在的一種典型的二級(jí)結(jié)構(gòu)要素在α-螺旋中，主鏈氫鍵是穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的主要因素（圖3-7）。氫鍵是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力。氫鍵是多肽鏈中第n個(gè)殘基的羰基氧與螺旋方向的第n＋4個(gè)殘基的酰胺氫之間形成的（圖）。根據(jù)氫鍵封閉環(huán)的原子數(shù)，α-螺旋是3.613螺旋。除了α-螺旋外，310螺旋和4.416螺旋（π螺旋）在某些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中也觀察到（圖3-8）α-螺旋構(gòu)象能較好地解釋存在于毛發(fā)中α-螺旋構(gòu)象不僅存在于象α-角蛋白這樣的纖維蛋白質(zhì)中，而且在球狀蛋白質(zhì)分子中例題1：肌紅蛋白含有8個(gè)α螺旋，其中一個(gè)具有如下的順序：哪些殘基的側(cè)鏈很可能位于該蛋白的 哪些殘基的側(cè)鏈很可能位于該蛋白的水溶三.β-折疊片也是一種有規(guī)律的二在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在兩種不同的β-片:平行式（圖3-9）與平行式（圖3-9）二種。其構(gòu)象角位于拉氏圖的允許區(qū)內(nèi)。在β-片中，每對(duì)扭角都是分別相等的,都是有規(guī)律的主鏈構(gòu)象。在β-片中,氫鍵的形成出現(xiàn)在相鄰肽鏈之間而不象α-螺旋那樣出現(xiàn)在肽鏈內(nèi)。β-片由于有最適的氫鍵結(jié)合，與完全伸展的肽鏈構(gòu)象不同，β片呈波紋狀（圖310），故得此名。從上面的介紹中可出，二級(jí)結(jié)構(gòu)是由氫鍵穩(wěn)定的。絲心蛋白的X-射線晶體衍射分析表明，其空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為反平行的β-片狀。在絲心蛋白的長軸方向上具有0.7m的重復(fù)距離，所以絲心蛋白的空間結(jié)構(gòu)是β-析疊式的。β-片在球狀蛋白質(zhì)分子中也廣泛由于β-轉(zhuǎn)角的存在，就允許蛋白質(zhì)彎曲并倒轉(zhuǎn)它的肽鏈方向，脯氨酸和甘氨酸是頻繁出現(xiàn)在β-轉(zhuǎn)角中的殘基（為什β-轉(zhuǎn)角幾乎總是出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的表面，實(shí)際上它部分規(guī)定了蛋白質(zhì)的表面。五、環(huán)形構(gòu)象和無幾乎所有大于60個(gè)殘基的蛋白質(zhì)都含有一個(gè)或幾個(gè)6－16個(gè)殘基的環(huán)形結(jié)構(gòu)。它既不是一種螺旋結(jié)構(gòu)，也不是一種β-結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)的首尾距離小于1.0m。這種Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)使緊密的球狀蛋白質(zhì)成為統(tǒng)一體，因?yàn)樗鼈兊膫?cè)鏈可以填入到它們的空洞中。之所以稱為Ω環(huán)，是因?yàn)樗男螤钕笙ＥD字母“Omega”。Ω許多蛋白質(zhì)也存在無序結(jié)構(gòu)Section 纖維狀蛋白質(zhì)細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)物纖維狀蛋白是高度伸展的分子，二級(jí)結(jié)構(gòu)是它們的主要結(jié)構(gòu)形式。許多纖維狀蛋白(例如皮膚、腱和骨中的蛋白質(zhì))行使結(jié)構(gòu)物質(zhì)的功能，它們具有保護(hù)、結(jié)締或支撐的作用。其他的纖維狀蛋白，例如肌肉和睫狀體蛋白具有運(yùn)動(dòng)的功能。一、α-角蛋白—角蛋白是一類存在于高等脊椎動(dòng)物中的、化學(xué)上不活潑的蛋白質(zhì)。它是高等脊椎動(dòng)物堅(jiān)硬的外表皮層以及毛發(fā)、角、指甲和羽毛的主要成分。角蛋白按分類，有α-角蛋白和β-角蛋白。前者出現(xiàn)在哺乳動(dòng)物中，后者存電子顯微鏡研究表明，毛發(fā)是由α-角蛋白所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)等級(jí)組成，而α-角蛋白的多二、絲心蛋蠶絲心蛋白的X-射線衍射圖案表明，它的多肽鏈形成反平行的β-折疊片。在這種結(jié)構(gòu)中，肽鏈沿纖維軸平行伸展。順序分析表明，β-片(-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-從上面的順序可以看出，幾乎每隔一個(gè)殘基就是甘氨酸，并且甘氨酸總是位于丙氨酸或絲氨酸殘基之間。這種交替的排列允許甘氨酸殘基的側(cè)鏈與丙氨酸和絲氨酸殘基的側(cè)鏈分別伸向片層的相反兩側(cè)，從而允許β-片堆積在一起形成微晶micocry)排列。三、膠原蛋膠原蛋白的基本組成單位是原膠原蛋白(topocollagen)分子，它是由三條多肽鏈構(gòu)成的三股螺旋。典型的膠原蛋白多肽鏈的氨基酸順序由單調(diào)重復(fù)三聯(lián)體順序GlyY構(gòu)成。這里X往往是脯氨酸，Y常常是羥脯氨酸。使羥脯氨酸限于Y的位置源于脯氨酸羥化酶的專一性。5-羥賴氨酸有時(shí)也出現(xiàn)在Y的位置。膠原蛋白高甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸含量提示它的多肽主鏈不可能形成類似α-螺旋和-折疊狀的構(gòu)象（為什么？）。由膠原蛋白構(gòu)成的膠原纖維Section 球狀蛋白和三級(jí)結(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)和四級(jí)結(jié)構(gòu)通常是針對(duì)球狀蛋白質(zhì)而言的。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中的所有原子的三排列，包括它的二級(jí)結(jié)構(gòu)要素(如α-螺旋和β-片)的以及它的側(cè)鏈在空一、三級(jí)結(jié)構(gòu)的某些①球狀蛋白質(zhì)通常都含有α-螺旋和-折疊片兩種基本要素，但所含的比例是不同的。②側(cè)鏈的定位隨極性③超二級(jí)結(jié)構(gòu)(rcye)在許多蛋白質(zhì)分子中常觀察到二級(jí)結(jié)構(gòu)要素的某些組合，即超二級(jí)結(jié)構(gòu)或稱為基元(motif)。這些組合有：β-發(fā)夾基元由一條多肽鏈順序形成反平行的β折疊片構(gòu)成，呈β-回紋波形兩條β鏈的連接通常是右手方式αα基元：由一個(gè)環(huán)連接兩個(gè)連續(xù)的反平行的α-較大的基元由小的基元構(gòu)④結(jié)構(gòu)域 分子較大的多肽鏈常折疊成兩個(gè)或多個(gè)球狀簇，這種球狀簇叫做域或結(jié)構(gòu)域。大多數(shù)域由100--200個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成。平均直徑約2.5。結(jié)構(gòu)域常具特殊功能，例如，結(jié)合小分子(3-磷酸甘油醛脫氫酶同NAD+的結(jié)合屬于這種情況)（圖）。肌鈣（原）蛋白C的結(jié)構(gòu)3-磷酸甘油醛脫氫酶亞二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象穩(wěn)定的因蛋白質(zhì)多肽鏈在生理?xiàng)l件下折疊形成特定的空間構(gòu)象顯然是熱力學(xué)上一種有利的過程，是各種作用力相互作用、精巧平衡的結(jié)果。ΔG＝ΔH-變，該過程必然涉及到度的降低和熵的減少。因此，為了解釋蛋白質(zhì)折疊的總的ΔG是一個(gè)負(fù)值，須探索折疊中產(chǎn)生大的負(fù)ΔH值▲離子相互作用蛋白質(zhì)分子相反電荷基團(tuán)的結(jié)合稱為鹽鍵或離子鍵(離子對(duì))。離子鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要因一，但離子鍵形成所釋放的能量不是推動(dòng)特作用力:在電中性分子之間的非共價(jià)結(jié)合統(tǒng)稱為范德華力。這種力產(chǎn)生于的或誘導(dǎo)的偶極之間的靜電相互作用。偶極與偶極間的相互作用包括偶極間的相互作用、偶極與誘導(dǎo)偶極間的作用和▲氫鍵:氫鍵是一種由弱酸性的供體基團(tuán)(D-H)和一個(gè)具獨(dú)電子的原子(A)之間形成的最顯著的靜電作蛋白質(zhì)具有眾多的氫鍵供體和受體，包括主鏈上的羰基和酰胺基及極性側(cè)鏈基團(tuán)。氫鍵是使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，但也不是推動(dòng)特定結(jié)構(gòu)形成的主要的力量?！杷饔?疏水作用是由于蛋白質(zhì)多肽鏈的疏水殘基具有避開水的傾向、彼此在分子內(nèi)所產(chǎn)生的作用力。這種力是維持蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的主要▲二硫鍵:二硫鍵是某些蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，由二硫鍵是蛋白質(zhì)在特定結(jié)構(gòu)形蛋白質(zhì)的折疊最終取決于在某溫度下的折疊和未折疊狀態(tài)之間的自由能之差：ΔG＝ΔH-三、蛋白質(zhì)折疊途→局部折疊的二級(jí)結(jié)→熔融小→三級(jí)結(jié)構(gòu)形成開始→成疏水折疊形成核，并協(xié)同排列形成熔融小球推動(dòng)域的形域構(gòu)象的調(diào)最后的蛋白質(zhì)分四、蛋白質(zhì)的氨基空間構(gòu)象的1、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)天然蛋白質(zhì)在構(gòu)象上的亞穩(wěn)定性很容易受到多種不利因素的影響而受到破壞。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)加熱變性時(shí)，其構(gòu)象上的敏感特征如比旋度、粘度和紫外吸收等在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)急劇變化。表明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)只要有任何局部的破壞，都將導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的。在鹽酸胍存在下的變

測(cè)定核糖核酸酶A圓二色性的變化監(jiān)測(cè)螺旋結(jié)構(gòu)的變化許多物理或化學(xué)的因素都可以引起蛋白質(zhì)的變性：pH的變化、去垢劑、尿素和胍離子等都是重要的變性劑（解釋引起變性的原因）。蛋白質(zhì)的變性只破壞其空間結(jié)構(gòu)而不破壞它的一級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的變性包括從有序到無序的轉(zhuǎn)變。蛋白質(zhì)變性后，其生物活性喪失。但是，當(dāng)除去變性因素后，蛋白質(zhì)天然折疊結(jié)構(gòu)應(yīng)是可以恢復(fù)的(復(fù)性,enaturatio)。1975年Cn完成的核糖核酸酶A復(fù)性實(shí)驗(yàn)揭示了蛋白質(zhì)復(fù)性的機(jī)制。例題3：胰島素是由A、B兩條鏈組成的，兩條肽通過二硫鍵連接。在變性條件下使二硫鍵還原，胰島索的活性完全喪失。當(dāng)巰基被重新氧化后，胰島素恢復(fù)的活性不2、氨基酸的性質(zhì)、順序與空間構(gòu)象的運(yùn)用理論或經(jīng)驗(yàn)方法可以對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。理論方法是運(yùn)用物理化學(xué)原理，測(cè)定蛋白質(zhì)的最低能量構(gòu)象。這需進(jìn)行十分復(fù)雜的數(shù)算。經(jīng)驗(yàn)方法通常比理論方法容易使用，并且也相當(dāng)成功。這個(gè)方法是由hou和GFasman （參見P82）。Section 寡聚體蛋白質(zhì)和四級(jí)一、四級(jí)結(jié)構(gòu)研究生物體內(nèi)的許多蛋白質(zhì)都含有兩個(gè)或多個(gè)折疊的多肽鏈，它們彼此，構(gòu)成一個(gè)完整的、有功能的實(shí)體，這種蛋白質(zhì)稱寡聚體蛋白質(zhì)。在寡聚體蛋白質(zhì)中，每一條折疊的多肽鏈稱為亞基(u),亞基可以相同也可以不同，取決于寡聚體蛋白質(zhì)的亞基組成。在寡聚體疫球蛋白是一類很特殊的蛋白基內(nèi)的二硫鍵，也含有亞基間在研究寡聚體蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)使用原體(otomer)這一名稱。原體可由一條肽鏈(一個(gè)亞基)構(gòu)成，也可以由幾條不同的肽鏈幾個(gè)不同的亞基)構(gòu)成。例如血紅蛋白是由二個(gè)α-亞基和二個(gè)β-亞基構(gòu)成的四聚體(2β。在血紅蛋白中，一個(gè)-亞基和一個(gè)β-亞基組合成一個(gè)原體。在這個(gè)意義上說，血紅蛋白是由二個(gè)原體構(gòu)成的一種二聚體。二、寡聚體蛋白質(zhì)亞基的對(duì)稱在寡聚體蛋白質(zhì)中，雖然每個(gè)亞基本身是不對(duì)稱的，但是，整個(gè)寡聚體的四級(jí)結(jié)構(gòu)卻是對(duì)稱的，即原體(或亞基)在幾何學(xué)上占據(jù)寡聚體對(duì)等的位置。但是，蛋白質(zhì)不可能倒置或鏡像對(duì)稱，因?yàn)檫@樣一種對(duì)稱結(jié)合使手性L-殘基轉(zhuǎn)變成D-殘此，蛋白質(zhì)只有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(otationaly)這樣一種類型的對(duì)稱方式。三、亞基組在寡聚體蛋白質(zhì)中，亞基的數(shù)目可用末端分析而獲得。雜交法和交聯(lián)四、寡聚體蛋白質(zhì)☆增高蛋白質(zhì)的穩(wěn)☆遺傳上的經(jīng)濟(jì)性和☆協(xié)同☆匯聚酶的活性部位Section6蛋白質(zhì)結(jié)與功一、血紅蛋白與肌紅蛋白的生血紅蛋白是血液紅細(xì)胞的主要蛋白質(zhì)肌紅蛋白是組織細(xì)胞內(nèi)的 血紅蛋白和肌紅蛋白在轉(zhuǎn)運(yùn)氧的過程中的蛋白的結(jié)它是由153個(gè)殘基組成的單鏈蛋白，整個(gè)分子被包裝成一個(gè)血紅素是含卟啉環(huán)結(jié)合的Fe在正常下保持亞鐵離子狀態(tài)。鐵離子可形成六個(gè)配位鍵，其中一、血紅蛋白的結(jié)血紅蛋白是由兩個(gè)α-亞基和兩個(gè)β-亞基構(gòu)成的-亞基和β-亞基在結(jié)構(gòu)和進(jìn)化上彼此相關(guān)，也與肌紅蛋白相關(guān)。-亞基由141個(gè)殘基組成，β-亞基由146個(gè)殘基組成。這兩個(gè)亞基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上與肌紅蛋白具有部分順序同源性。血紅蛋白的兩個(gè)αβ原體呈雙重旋三、血紅蛋白和肌紅蛋白的氧★氧的飽★分1血紅蛋白和肌紅蛋白對(duì)氧親和力的差別導(dǎo)致一種有效的氧釋放系統(tǒng)的產(chǎn)生，該差別是由它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致氧合作用對(duì)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生廣泛的影響，即氧合和脫氧血紅蛋白有不同的結(jié)構(gòu)形式。蛋白質(zhì)在表達(dá)功能的過程中，其構(gòu)象發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做變構(gòu)作用或別構(gòu)作用(allostericefect)。別構(gòu)作用是寡聚體蛋白質(zhì)在行使功能時(shí)的一個(gè)共同的特征。血紅蛋白與氧結(jié)合時(shí)的正協(xié)同效應(yīng)是別2、氧合曲線的不同反映出生理環(huán)肌紅蛋白的P50（氧結(jié)合部位有一半被氧占據(jù)時(shí)的氧分壓）很低，大約只有2.8torr,表明它對(duì)氧有很高的親和力。這種情形適合于從血液中接收氧的蛋白質(zhì)。在毛細(xì)血管的氧濃度[p(O2)大約30torr]的情況下，這極有利于鄰近組織中的肌紅蛋白會(huì)很快被飽和。當(dāng)細(xì)胞代謝活躍時(shí)，它們的p(O2)降低肌紅蛋白分子不僅必須為氧的可逆結(jié)合提供一種環(huán)境，而且也要保證對(duì)氧的親和力處在適度的高度。因此,可以說肌紅蛋白的氧結(jié)合是它所處組血紅蛋白的S形這意味著在血紅蛋白的氧結(jié)合部位存在協(xié)同相互作四、協(xié)同效應(yīng)的機(jī)1、氧合和脫氧血紅蛋白有不血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化仍維持它的二重對(duì)稱關(guān)系，這種變化只發(fā)生在它的α1-β2(和α2-β1)的界面上。α1-β1(和α2-β2)的接觸沒有發(fā)生變化，這可能是由于它們之間的更廣泛的密切接觸的結(jié)果。這種接觸提供了一種便于參照的構(gòu)架，即氧合和脫氧的構(gòu)象可以進(jìn)行比較。氧合作用使α1β1二聚體（體）相對(duì)于α2β2轉(zhuǎn)動(dòng)了15°，結(jié)果在α1-界面上的某些原子彼此移2、協(xié)同效應(yīng)機(jī)Fe2＋移入到卟啉環(huán)平面內(nèi)觸發(fā)了T態(tài)向R（脫氧血紅蛋白的四級(jí)構(gòu)象叫做T態(tài)(tensestate，緊張狀態(tài))，氧合血紅蛋白的四級(jí)構(gòu)象叫做R態(tài)(relaxedstate，松弛狀態(tài))）當(dāng)T態(tài)向R態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)Fe2移入到血紅蛋白平面中心。Fe的移動(dòng)鄰近的與它配位連接的組氨酸殘基同它一起移動(dòng)從而導(dǎo)致組氨酸殘基所在的F螺旋傾斜并使它向血紅素平面橫向移動(dòng)約0.1 當(dāng)T態(tài)向R態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，F(xiàn)e2＋移入到血紅蛋白平面中心。Fe的移動(dòng)鄰近的與它配位連接的組氨酸殘基同它一起移動(dòng)，從而導(dǎo)致組氨酸殘基所在的螺旋傾斜，并使它向血紅素平面橫向移動(dòng)約01的距離。在T態(tài)，β亞基的497)位的（連接螺旋F和G的片段的第4位殘基，即整個(gè)多肽鏈的第97位殘基）組氨酸與α亞基位的蘇氨酸接觸而在R態(tài)時(shí)，它是與α亞基的C3(8)位的蘇氨酸接觸。在這兩種構(gòu)象中，一個(gè)亞基的“球形突出物”與另一亞基的“槽”完全齒合。這兩種齒合狀接觸起著雙開關(guān)的作用，即允許在氧合和脫氧時(shí)兩種構(gòu)象狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換。由于整個(gè)血紅蛋白分子的二重對(duì)稱性，因此，在α2–1界面上也同樣發(fā)生相應(yīng)的變化。T態(tài)由鹽鍵和氫鍵網(wǎng)穩(wěn)定，必須打斷才能形成R（R態(tài)因配體的結(jié)合而穩(wěn)定，但在配體的缺乏下，T態(tài)為什么比R態(tài)穩(wěn)定血紅蛋白的R態(tài)-射線衍射提示每個(gè)亞基的-末端(α鏈的141位的精氨酸和β-鏈的146位的組氨酸)處在自由狀態(tài)。但是，T態(tài)圖表明這些殘基經(jīng)亞基內(nèi)和亞基間的鹽鍵和氫鍵牢固地固定住，使T態(tài)穩(wěn)定伴隨著T→R轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)變化，使這些鹽鍵和氫鍵受到破壞。這種轉(zhuǎn)換涉及一個(gè)關(guān)鍵的氫鍵，它是由處在特定部位的(-和β-亞基倒數(shù)第2個(gè)殘基yr的酚羥基與脫氧血紅蛋白的主鏈轉(zhuǎn)角(-亞基93位和β-亞基98位)al的羰基之間形成的

氧合化的F螺旋的移動(dòng)Tyr和Val氫鍵斷開，連接四個(gè)亞基的鹽鍵在這種變化中在脫氧狀態(tài)下，所有四個(gè)亞基的C-在氧合狀態(tài)，所有C-末端都幾乎處于可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，即R態(tài)。R態(tài)對(duì)配體(或五、其他因素對(duì)血紅蛋白結(jié)構(gòu)與功能關(guān)1、波爾效紅蛋白對(duì)H＋具有較高的親和力。當(dāng)pH降低時(shí)，能促進(jìn)氧合血紅蛋HbO2＋H＋←→HbH＋O2表明，H＋對(duì)抗血紅蛋白同O2的結(jié)波爾效應(yīng)(Bohreffect)當(dāng)呼吸作用每消耗1分子氧時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生0.8分子的CO2，并通過擴(kuò)散從組織進(jìn)入毛細(xì)血管。當(dāng)CO2在血液中溶解時(shí)在碳酸酐酶(carbonicanhydase)的催化下，能加速形成碳酸 ＋ ←→H＋＋因此，血液中的大多數(shù)CO2是以碳酸氫鹽的形式轉(zhuǎn)運(yùn)的。在毛細(xì)血管中，pO2很低，由碳酸氫鹽形成產(chǎn)生的H＋被血紅蛋白接收，從而誘導(dǎo)它釋放所結(jié)合的2。而且這種＋的接收因刺激碳酸氫鹽的形成而促進(jìn)2的轉(zhuǎn)運(yùn)。相反，在肺部p2高，氧被血紅蛋白結(jié)合而釋放出波爾質(zhì)子，使反應(yīng)向左進(jìn)行，有利于C2的排出。上述兩個(gè)反應(yīng)緊密配合，使血液只發(fā)生很小的變化波爾效應(yīng)提供了一種機(jī)制，靠這種機(jī)制能夠?yàn)楦叨然钴S的肌肉提供的2?；钴S的肌肉組織產(chǎn)生酸(見糖代謝有關(guān)章節(jié)),使流經(jīng)肌肉組織毛細(xì)血管中的血液的H從7.4降低到7.2，血紅蛋白在p220torr的肌肉組織中比在pH釋放10%的在血紅蛋白分子中存在某些質(zhì)子結(jié)合基團(tuán)，脫氧血紅蛋白比氧合血紅蛋白對(duì)質(zhì)子有更高的親和力。在參與質(zhì)子結(jié)合的氨基酸殘基中，兩個(gè)β-亞基C-末端的His146殘基起著主要的作用。實(shí)驗(yàn)表明除去C-末端的His殘基時(shí)，波爾效應(yīng)減少40%。在脫氧血紅蛋白中，His146的咪唑基質(zhì)子化，并與同一肽鏈的94的側(cè)鏈羧基形成鹽鍵。在組織的毛細(xì)血管中，由于pO2低，促使氧合血紅蛋白釋放O2，同時(shí)由于組織呼吸代謝產(chǎn)生酸，以及CO2水化時(shí)釋放的H＋(即H降低)，當(dāng)His146結(jié)合H＋后，進(jìn)一步促使血紅蛋白由R→T的轉(zhuǎn)換。結(jié)果是，高濃度的質(zhì)子也有利于血紅蛋白的脫氧形式，從而促進(jìn)氧的釋放。2、二磷酸甘油酸對(duì)O223二磷酸(D-2,3-是糖酵解代謝過程中的附產(chǎn)物，同脫氧血紅蛋白緊密