第6章 蛋白質結構與功能

第6章蛋白質的結構與功能【掌握】肌紅蛋白與血紅蛋白的結構；氧結合引起的肌紅蛋白與血紅蛋白構象變化；血紅蛋白的協(xié)同性氧結合；H+、CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響；血紅蛋白分子病?！局仉y點】肌紅蛋白和血紅蛋白的結構與功能；鐮刀狀紅細胞貧血病。很多蛋白質的構象在生物體中是柔性的、動態(tài)的。蛋白質分子與其它蛋白質、其它分子相互作用，使相互作用中的蛋白質構象發(fā)生微小甚至劇烈變化，從而使其生物功能（氧的轉運、免疫應答和肌肉收縮、催化功能等）發(fā)生變化。蛋白質與其它分子（配體）相互作用的瞬間性質對生命至關重要，因為它允許生物體在內外環(huán)境發(fā)生變化時，能快速、可逆地作出反應。一、蛋白質一級結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系⒈一級結構是空間結構的基礎

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈蛋白質分子，分子中8個Cys的-SH構成4對二硫鍵，形成一定的空間構象。在變性劑（如8mol/L的尿素）和還原劑（如巰基乙醇）存在下，分子中的二硫鍵全部被還原，空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有二硫鍵準確無誤地復原。若用其他方法改變二硫鍵的配對方式，則酶完全喪失活性。實驗表明，蛋白質的一級結構決定其空間結構，而特定的空間結構則是蛋白質具有生物活性的保證。（二）一級結構是功能的基礎相似的一級結構具有相似的功能不同種屬來源的胰島素都有調節(jié)血糖的功能一級結構：A、B兩條多肽鏈、氨基酸序列相差甚微二硫鍵分布相同對蛋白質一級結構的比較可以反映分子的進化細胞色素c的一級結構：人類與黑猩猩：完全相同；與獼猴：相差1個氨基酸；人類與面包酵母：相差51個氨基酸。（三）一級結構改變導致功能變化

所以，蛋白質一定的結構執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；比較種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。（一）蛋白質的功能依賴于特定的空間構象二、蛋白質空間結構與功能的關系蛋白質的功能不僅與一級結構有關，更重要的依賴于蛋白質的空間構象。牛胰RNaseA變性與復性酶原的激活激素前體的激活-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組46絲183靜電吸引力或氫鍵腸激酶胰蛋白酶胰蛋白酶原-S-S-X纈天天天天賴異纈絲胰蛋白酶SSSS組活性中心游離的六肽胰蛋白酶原的激活過程1、肌紅蛋白的結構

肌紅蛋白(myoglobin,Mb)是哺乳動物細胞(主要是肌細胞)貯存和分配氧的蛋白質。

單體蛋白，由一條多肽主鏈和血紅素輔基構成；多肽主鏈由8個α-螺旋區(qū)段組成單結構域；(二)肌紅蛋白與血紅蛋白

肌紅蛋白的結構親水側鏈氨基酸分布在外表面，疏水側鏈氨基酸分布在分子內部。形成內部的疏水洞穴疏水洞穴包含血紅素輔基A－H為肌紅蛋白的八個a-螺旋結構。

過渡金屬的低價態(tài)具有很強的結合氧傾向(特別是Fe2+

和Cu+)蛋白質不能直接與氧發(fā)生可逆結合蛋白質如何參與氧氣在生物體內的攜帶和運輸？輔助蛋白質固定Fe2+的方式蛋白質固定Fe2+的方式有多種，在肌紅蛋白和血紅蛋白家族中，

Fe2+是由原卟啉（IX）分子固定。

輔基血紅素原卟啉IX血紅素heme與Fe絡合561234123456血紅素與肌紅蛋白的結合6氧結合配位5HisF8（93位，近側組氨酸）

作為輔基的血紅素非共價結合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中環(huán)境缺乏氧氣時，配位6是空著的。環(huán)境中富含氧氣時，血紅素如何協(xié)助肌紅蛋白結合氧氣？O2與肌紅蛋白的結合6氧結合配位血紅素與肌紅蛋白的結合部位氧氣與肌紅蛋白結合了5HisE7（64位,遠側組氨酸）HisF8（近側組氨酸）遠側組氨酸近側組氨酸O2通過血紅素與肌紅蛋白結合空間位阻，傾斜60°疏水環(huán)境的意義?通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化為Fe(Ⅲ)，血紅素也是一樣。?但在肌紅蛋白內部，由于疏水的環(huán)境，F(xiàn)e(Ⅱ)不易被氧化。?微環(huán)境的作用：固定血紅素基；保護血紅素鐵免遭氧化；為O2提供一個合適的結合部位。O2的結合改變肌紅蛋白的構象去氧肌紅蛋白血紅素Fe2+被HisF8（X）拉出卟啉環(huán)平面（圓頂狀）卟啉環(huán)呈圓頂狀卟啉環(huán)呈平面狀與氧結合形成氧合肌紅蛋白（MbO2）后Fe2+半徑變小，從而能進入卟啉環(huán)的小孔被拉回（平面狀）。肌紅蛋白結合氧的定量分析(氧結合曲線)MbO2Mb+O2注:MbO2代表氧合肌紅蛋白,Mb代表去氧肌紅蛋白.[Mb].[O2][MbO2]K=…………⑴;[MbO2][Mb]K[O2]=或：K為MbO2的解離常數(shù)：……⑶;[O2][O2]＋KY=根據(jù)Henry定律，溶于液體的任一氣體的濃度與液體上面的該氣體分壓成正比：

………………⑷p(O2)p(O2)＋K’Y=Y為一定的氧壓下肌紅蛋白的氧分數(shù)飽和度：[MbO2][MbO2]＋[Mb]Y=…(2);p(O2)p(O2)＋KY=p(O2)值可以進行調節(jié)和測量,

氧分壓常用torr*

作單位。

（1torr=133.3Pa=1mmHg）

Y值可用分光光度計法測定,因為肌紅蛋白氧合時卟啉環(huán)中電子位移引起吸收光譜改變。

Y對p(O2)作圖所得的曲線稱為氧結合曲線或解離曲線。Y=1時,所有肌紅蛋白分子的氧結合部位均被O2所占據(jù),即肌紅蛋白被氧完全飽和。Y=0.5時,p(O2)=K=P50,P50

定義為肌紅蛋白被氧半飽和時的氧分壓。YY：即氧飽和分數(shù)，氧合肌紅蛋白分子數(shù)占肌紅蛋白分子總數(shù)的百分比。?肌肉毛細血管中氧濃度為3kPa，細胞內表面處約為1.33kPa,線粒體中為0-1.33kPa，肌紅蛋白P50為0.27kPa。因此，大多數(shù)情況下，肌紅蛋白是高度氧合的。如果由于肌肉收縮而使線粒體中氧含量下降，它可以立即供氧。?高氧合的肌紅蛋白有利于氧從細胞內表面向線粒體轉運。細胞內表面1.33kPa（Y為80%），線粒體0.13kPa（Y為25%）或更低。肌紅蛋白是氧的貯存庫

血紅蛋白存在于血液的紅細胞

(erythrocytes,雙凹圓盤狀,直徑6

9μm)中。血紅蛋白以高濃度(約為質量的34%)溶解于紅細胞溶膠中。

血紅蛋白(hemoglobin,Hb)的主要功能是在血液中結合并轉運氧氣。2、血紅蛋白血紅蛋白的結構成人血紅蛋白主要是HbA(HbA1),其亞基組成為α2β2。胎兒血紅蛋白主要是HbF,亞基組成為α2γ2

。

脊椎動物的血紅蛋白由4個多肽亞基組成,兩個是一種亞基(α鏈）,另兩個是另一種亞基（β鏈）。每個亞基都有一個血紅素輔基和一個氧結合部位。

氧結合引起的血紅蛋白構象變化1.氧合作用顯著改變Hb的四級結構。

氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白在四級結構上有顯著不同，特別是αβ亞基的相互作用發(fā)生變化。2.血紅素鐵的微小移動導致血紅蛋白空間結構的顯著變化。

3.氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構象態(tài)。

T態(tài)：即緊張態(tài)(tensestate)。

R態(tài)：即松弛態(tài)(relaxedstate。T態(tài)：即緊張態(tài)，去氧血紅蛋白的主要構象態(tài)R態(tài)：即松弛態(tài)，氧合血紅蛋白的主要構象態(tài)。

關于別構效應的幾個定義（P77）

：別構效應：也稱變構效應，多亞基蛋白質因一個亞基構象的變化引起其他亞基構象發(fā)生變化，進而改變蛋白質活性的現(xiàn)象。

別構蛋白質：具有別構效應的蛋白質。

效應物：對蛋白分子其它部位與配體的結合能力產(chǎn)生影響的配體。血紅蛋白的協(xié)同性氧結合（Ｈb氧結合曲線）

同促效應：寡聚蛋白上某種配體的結合對其他同種配體同部位結合的影響。正協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更容易。

負協(xié)同性：某種配體的影響使得其他同種配體與蛋白質同種部位的結合變的更難。異促效應：寡聚蛋白上的某種配體的結合影響了配體與蛋白其它結合部位的結合。正效應物（激活劑）：效應物可降低使活性部位達到飽和的濃度。負效應物（抑制劑）：效應物可提高使活性部位達到飽和的濃度。

關于別構效應的幾個定義：

Hb+4O2Hb（O2）