蛋白质结构与功能的关系(I)

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1、第4节蛋白质结构与功能的关系◆一、肌红蛋白的结构与功功能◆二、血红蛋白的结构与功能◆三、血红蛋白与分子病◆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的进化一、肌红蛋白的结构与功能◇（一）肌红蛋白的三级结构◇（二）辅基血红素◇（三）02与肌红蛋白的结合◇（四）02的结合改变肌红蛋白的构象◇（五）肌红蛋白结合氧的定量分析（一）肌红蛋白的三级结构肌红蛋白由一条153个氨基酸组成的肽链和一个血红素辅基组成。分子量为17800。肌红蛋白的三级结构是由一簇八个a-螺旋组成的，螺旋之间通过一些片段连接。肌红蛋白中的四分之三

2、氨基酸残基都处于a-螺旋中。尽管肌红蛋白中的高螺旋含量不是球蛋白结构中的普遍现象，但肌红蛋白的一些结构还是代表了球蛋白的典型结构特征。肌红蛋白的内部几乎都是由疏水氨基酸残基组成的，特别是一些疏水性强的氨基酸，如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸。而表面既含有亲水的氨基酸残基，也含有疏水的氨基酸残基，通常水分子被排除在球蛋白内部，大多数可离子化的残基都位于表面。血红素辅基处于一个由蛋白部分形成的疏水的、象个笼子似的裂隙内，血红素中的铁原子是氧结合部位。无氧的肌红蛋白称之脱氧肌红蛋白，而载氧的分子称之氧合肌红蛋白，可逆结合氧的过程称之氧合作用。抹香

3、鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构（二）辅基血红素血红素血红素中的Fe可以是亚铁，也可以是高铁，相应的血红素称为亚铁血红素和高铁血红素；相应的蛋白称为亚铁和高铁血红蛋白。只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。（三）02与肌红蛋白的结合卟啉铁和F8（93）His（近侧）的咪唑N结合。底6和配位键和O2结合。O2和四吡咯环呈60度倾斜。高铁肌红蛋白中水代替O2填充该部位。氧结合是一个空间位阻区域E7His（远侧）的咪唑环与Fe原子的距离远，不发生作用，但与分子O2能紧密接触，被结合的O2在His（近侧）的咪唑N和Fe原子之间。空间位阻的意义游离在溶液中的铁

4、卟啉结合CO的能力比O2大25000倍，但在肌红蛋白中，仅比O2大250倍。原因是由于空间位阻造成的。这样可以防止代谢过程中产生的CO占据O2的结合部位。疏水环境的意义通常O2与Fe(Ⅱ)接触会使Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)，血红素也是一样。但在肌红蛋白内部，由于疏水的环境，Fe(Ⅱ)不易被氧化。微环境的作用：固定血红素基；保护血红素铁免遭氧化；为O2提供一个合适的结合部位．（四）02的结合改变肌红蛋白的构象去氧血红蛋白中的Fe(Ⅱ)只有５个配体，并位于卟啉环上方０.０５５nm。当氧结合时，Fe(Ⅱ)被拉回到卟啉环平面，离卟啉环平面仅为0.026nm。这

5、种结构的改变对肌红蛋白意义不大，但显著的改变了血红蛋白的性质，改变了四聚体的亚基间的作用，是之具有别构作用。（五）肌红蛋白结合氧的定量分析1.氧分数饱和度（Y），携氧肌红蛋白分子数和去氧肌红蛋白以及携氧肌红蛋白分子数的比值。当Y为1时，所有的肌红蛋白被氧饱和。2.P50肌红蛋白被半数饱和时的氧分压。3.线粒体中的氧浓度为0-10torr，静脉血中为15torr，或更高一些。肌红蛋白P50为2torr，因此大多数情况下，肌红蛋白是高度氧合的。如果由于肌肉收缩而使线粒体中氧含量下降，它可以立即供氧。4.肌红蛋白有利于氧从细胞内表面向线粒体转运。细胞内表面1

6、0torr（Y为80%），线粒体1torr（Y为25%）。二、血红蛋白的结构与功能◇（一）血红蛋白的结构◇（二）氧结合引起的血红蛋白构象的变化◇（三）血红蛋白的协同性氧结合（Hb氧结合曲线）◇（四）H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响（一）血红蛋白的结构◇1.血红蛋白的亚基组成◇2.血红蛋白的三维结构血红蛋白的主要功能是在血液中结合并转运氧。它存在于红细胞中，每个成熟红细胞约含3亿个血红蛋白分子。血红蛋白从肺部经心脏到达外围组织的动脉血中有96%氧饱和度。在静脉血中的饱和度为64%。因此，每100ml的血经过组织约释放1/3的氧或相当于大气压和体

7、温下6.5ml氧气．1.血红蛋白的亚基组成血红蛋白有两种4个亚基组成人在不同发育阶段血红蛋白亚基的种类是不相同。2.血红蛋白的三维结构图6-8血红蛋白中亚基的排列A正面观B侧面观图6-9血红蛋白α链和β链和肌红蛋白构象的相似性（二）氧结合引起的血红蛋白构象的变化◇1.氧合血红蛋白显著改变Hb的四级结构◇2.血红素铁的微小移动导致血红蛋白构象的转换◇3.氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同的构象态1.氧合血红蛋白显著改变Hb的四级结构图6-10血红蛋白半分子（αβ二聚体的侧面观）装配接触α1β1和相同的α2β2接触。涉及螺旋B、G、H和非螺旋段GH拐弯的3

8、0多个残基，接触面大，对亚基的装配很重要。当血红蛋白从去氧变为氧合形式时它们不变。滑动接触α1