第6章蛋白質(zhì)的功能與進(jìn)化

第6章蛋白質(zhì)的功能與進(jìn)化1.催化：酶2.調(diào)節(jié)：胰島素3.轉(zhuǎn)運(yùn)：血紅蛋白、血清蛋白、葡萄糖運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白等4.貯存：卵清蛋白、酪蛋白、種子中的貯存蛋白5.運(yùn)動(dòng)：肌肉收縮的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白、微管蛋白等6.結(jié)構(gòu)成分：結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白7.支架作用：錨定蛋白8.防御和進(jìn)攻：抗體、血凝蛋白、凝血酶原、抗凍蛋白、皮膚角蛋白等一、蛋白質(zhì)功能的多樣性二、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（一）肌紅蛋白（Mb）的結(jié)構(gòu)哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)存氧氣的蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)：由一條多肽鏈（珠蛋白）和一個(gè)血紅素輔基組成；球狀分子，單結(jié)構(gòu)域。多肽鏈中約75%是α-螺旋，由8段直的α-螺旋組成，分別命名為A、B、C…H；拐彎處是由1~8個(gè)氨基酸組成的松散肽段（無(wú)規(guī)卷曲）；4個(gè)Pro殘基各自處在一個(gè)拐彎處，還有Ser、Thr、Asn、Ile。血紅素輔基，處于肌紅蛋白分子表面的一個(gè)空穴內(nèi)。

肌紅蛋白是單體蛋白，其氧結(jié)合曲線呈雙曲線特征。（二）肌紅蛋白的氧結(jié)合曲線三、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能主要功能：在血液中運(yùn)輸O2（一）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)：由四個(gè)多肽亞基組成（α2β2）

接近于球形，4個(gè)亞基分別在四面體的四個(gè)角上，每個(gè)亞基上有一個(gè)血紅素輔基；α、β鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白的很相似。別構(gòu)蛋白質(zhì)：由多個(gè)亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì)因一個(gè)亞基構(gòu)象變化引起其它亞基構(gòu)象變化并進(jìn)而改變蛋白活性的現(xiàn)象，稱為別構(gòu)現(xiàn)象（或別構(gòu)效應(yīng)，變構(gòu)效應(yīng)），具有這種效應(yīng)的蛋白質(zhì)叫別構(gòu)蛋白。（二）血紅蛋白的氧結(jié)合曲線

血紅蛋白的氧結(jié)合曲線是S型曲線。隨著氧濃度的增加，一分子氧氣首先與一個(gè)亞基的血紅素輔基結(jié)合后，該亞基的構(gòu)象發(fā)生變化，又會(huì)引起另外三個(gè)亞基的構(gòu)象變化，亞基間的次級(jí)鍵被破壞，整個(gè)分子的空間構(gòu)象改變，使得所有亞基的血紅素輔基更容易與氧結(jié)合，因而血紅蛋白與氧的結(jié)合速度大大加快。協(xié)同結(jié)合使血紅蛋白對(duì)組織與肺中氧氣濃度的細(xì)小差別更敏感，在肺或鰓中血紅蛋白幾乎全部被氧飽和；在組織毛細(xì)血管中氧幾乎全部釋放。這樣血紅蛋白在氧濃度高的肺中結(jié)合氧氣，在氧濃度低的組織中釋放氧氣，從而有效地去運(yùn)輸氧氣。血紅蛋白上除了結(jié)合O2部位外，還有CO2和二磷酸甘油酸（BPG）結(jié)合部位，因此，血紅蛋白還能運(yùn)輸CO2。波耳效應(yīng)：增加CO2的濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協(xié)同效應(yīng)，降低血紅蛋白對(duì)O2的親和力，促進(jìn)O2的釋放，反之，高濃度的O2也能促使血紅蛋白釋放H+和CO2。

波耳效應(yīng)主要是描述CO2分壓及其pH值的變化對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響，具有重要的生理意義（在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧；H+

和CO2促進(jìn)氧釋放）。（三）波耳效應(yīng)及其生理意義BPG（2,3-二磷酸甘油酸）是血紅蛋白的負(fù)效應(yīng)物。BPG是個(gè)帶負(fù)電荷的小分子，通過(guò)與脫氧血紅蛋白的兩個(gè)β亞基的帶正電荷基團(tuán)間形成鹽鍵結(jié)合于血紅蛋白分子上，有助于穩(wěn)定脫氧形式的血紅蛋白的構(gòu)象，促進(jìn)氧的釋放。而在氧合形式的血紅蛋白中，BPG和O2與血紅蛋白的結(jié)合互相排斥，BPG不能與氧合血紅蛋白結(jié)合。

BPG進(jìn)一步提高了血紅蛋白的輸氧效率。在肺部，PO2超過(guò)100torr，血紅蛋白幾乎全被O2飽和,因此，BPG是否存在與氧合關(guān)系不大。而在組織中，PO2低，BPG降低血紅蛋白的氧親和力，加大血紅蛋白的卸氧量。（四）BPG的別構(gòu)效應(yīng)氧的S形曲線結(jié)合、Bohr效應(yīng)以及BPG效應(yīng)物的調(diào)節(jié)使血紅蛋白的輸氧能力達(dá)到最高效率，同時(shí)使體內(nèi)氧壓、pH維持在一個(gè)穩(wěn)定水平。四、血紅蛋白分子病蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的突變—分子病分子病：由基因突變引起的某個(gè)功能蛋白的某一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導(dǎo)致整個(gè)分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，功能部分或全部喪失。鐮刀狀紅細(xì)胞貧血現(xiàn)象是由于血紅蛋白發(fā)生了遺傳突變，引起的鏈第6位的aa殘基由正常的Glu變成了疏水性的Val。正常人血紅蛋白：β.N......Glu6鐮刀狀貧血：β.N......Val6生理?xiàng)l件下電荷：

Glu

－：親水、極性；Va10：疏水、非極性。使血紅蛋白細(xì)胞收縮彎曲成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血。鐮刀狀紅細(xì)胞貧血是典型的氨基酸序列決定二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能的例子，也說(shuō)明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性。五、蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物學(xué)功能（一）同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化同源蛋白質(zhì)：在不同的生物體內(nèi)行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。如：血紅蛋白在不同的脊椎動(dòng)物中都具有輸送氧氣的功能；細(xì)胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。同源蛋白質(zhì)的特點(diǎn)：1）序列同源性；2）不變殘基，不變殘基高度保守，是必需的；可變殘基，可變殘基中，個(gè)別氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能；3）多肽鏈長(zhǎng)度相同或相近。通過(guò)比較同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化。親源關(guān)系越遠(yuǎn)，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。細(xì)胞色素C

分子量：12500左右；氨基酸殘基：100個(gè)左右，單鏈。25種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基35個(gè)；40種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基28個(gè)。親源關(guān)系越近的，其細(xì)胞色素C的差異越小。親源關(guān)系越遠(yuǎn)的，其細(xì)胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44狗人猴馬騾鯨兔豬袋鼠企鵝雞鴨響尾蛇龜蒼蠅蛾脈孢菌屬念珠菌屬面包酵母菌小麥牛蛙金槍魚動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲動(dòng)物魚哺乳動(dòng)物鳥昆蟲植物脊椎動(dòng)物從細(xì)胞色素C的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化

不同生物和人的細(xì)胞色素c中氨基酸組成的差異生物名稱不同氨基酸數(shù)生物名稱不同氨基酸數(shù)黑猩猩0恒河猴1豬、牛、羊10馬12雞13海龜15金槍魚21小蠅25小麥35酵母44（二）同源蛋白質(zhì)具有共同的進(jìn)化起源復(fù)習(xí)1.別構(gòu)蛋白→別構(gòu)效應(yīng)增加CO2的濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協(xié)同效應(yīng)