生物化学第6章蛋白质结构与功能的关系

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1、第6章蛋白质结构与功能的关系一、肌红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能三、血红蛋白分子病四、免疫系统和免疫球蛋白五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩六、蛋白质的结构与功能进化(Therelationbetweenstructureandfunctionofproteins)一、肌红蛋白的结构与功能肌红蛋白肌红蛋白（myoglobin，Mb）主要存在于肌肉中，是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素（heme）构成，相对分子量16700，含153个氨基酸残基。除去血红素后仅剩下的肽链部分称为珠蛋

2、白（globin），它和血红蛋白的α、β亚基有明显的同源性，它们的构象和功能也极为相似。血红素非共价地结合在珠蛋白的疏水空穴中。肌红蛋白的结构myoglobin辅基血红素血红素由原卟啉Ⅸ（protoporphyrinⅨ）中间结合一个Fe原子构成，原卟啉Ⅸ是由4个吡咯环通过甲叉桥连接而成的扁平环状化合物。卟啉环中央结合Fe原子，Fe原子通常是八面体配位，应该有6个配位键，其中4个配位键与4个吡咯环的N原子相连，另两个配位键分布在卟啉环的上下。Fe原子可以是二价的或三价的，相应的血红素称为[亚铁]血红素（ferroheme，heme）和高铁血红素

3、（ferriheme，hematin），相应的肌红蛋白称为[亚铁]肌红蛋白（ferromyoglobin）和高铁肌红蛋白（ferrimyoglobin，metmyoglobin）。肌红蛋白的辅基血红素hemeprotoporphyrinⅨO2与肌红蛋白的结合血红素中的铁的第5个配位键与珠蛋白的第93（或F8）位His残基的咪唑基N结合，这个His称为近侧His，而O2与Fe的第6个配位键结合。在肌红蛋白没有结合O2时，这个部位是空的。高铁肌红蛋白不能与O2结合，H2O分子代替O2成为第6个配体。在血红素结合O2的一侧，还有一个His残基，即第

4、64（或E7）位His残基，称为远侧His。由于这个远侧His的存在，使得O2的结合受到空间位阻。在氧合肌红蛋白中，O2的两个原子与Fe不成一条直线，而是倾斜了30°。氧合肌红蛋白中血红素铁离子的6个配体近侧His远侧HisCO的毒性作用第6个配位位置的空间位阻很重要。游离在溶液中的铁卟啉结合CO的能力比结合O2强25000倍，但在肌红蛋白中，血红素对CO的亲和力仅比对O2的亲和力大250倍。肌红蛋白（还有血红蛋白）降低对CO的亲和力，可以有效地防止代谢过程中产生的少量CO占据它们的O2结合部位。尽管如此，当空气中CO的含量达到0.06%～0

5、.08%即有中毒的危险，达到0.1%则会导致死亡。O2和CO与肌红蛋白血红素Fe（Ⅱ）的结合FreehemewithimidazoleMb:COComplexOxymyoglobin肌红蛋白的蛋白质部分的作用通常情况下，O2分子与Fe（Ⅱ）紧密接触会使Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），溶液中游离的亚铁血红素很容易被氧化成高铁血红素，但在肌红蛋白中，由于血红素处于疏水环境中，血红素Fe（Ⅱ）不容易被氧化。同样是血红素，与不同的蛋白质结合后，具有不同的功能，如在细胞色素C中，血红素起可逆电子载体的作用，过氧化氢酶中，血红素催化H2O2歧化成H2O和O2

6、。肌红蛋白血红素Fe原子的位移肌红蛋白血红素在没有与O2结合时，铁原子是向第5配位体方向（HisF8）突出的。当与O2结合时，铁原子被拉回到卟啉平面。肌红蛋白血红素Fe原子的位移肌红蛋白结合氧的定量分析肌红蛋白与O2结合的反应式为其解离常数为K,…………①令Y为肌红蛋白的氧饱和分数，即…………②将①改写为…………③肌红蛋白结合氧的定量分析将③代入②得，…………④根据henry定律，溶于液体的任一种气体的浓度与液体上面的该气体的分压成正比，即[O2]=Ap(O2)…………⑤式中A为比例系数，p(O2)为氧气的分压。肌红蛋白结合氧的定量分析将⑤代

7、入④得…………⑥肌红蛋白的氧结合曲线实验中p(O2)可以测得，氧分压常用Torr为单位。Y值可用分光光度法测定，因为肌红蛋白结合了O2时会引起吸收光谱的改变。Y对p(O2)作图所得的曲线称为氧结合曲线。1Torr=133Pa=1mmHg肌红蛋白的氧结合曲线双曲线方程Hill作图为氧结合肌红蛋白的分数与没有结合氧的肌红蛋白的分数之比。两边取对数得Hill作图以对作图称为Hill作图，肌红蛋白的Hill图是一条直线，其斜率为1。当时（50%的肌红蛋白结合了氧），，这时，肌红蛋白的氧结合曲线上这一点的斜率称为Hill系数。肌红蛋白的Hill系数等于

8、1（与Hill图直线的斜率相同），说明O2分子彼此独立地与肌红蛋白结合。氧与肌红蛋白结合的Hill图肌红蛋白的贮氧和输氧作用线粒体中氧浓度为0～10torr，静脉血