兰大分子课件

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1、Chapter4.蛋白质的结构与功能蛋白质的构象不是刚性的、静止的，而是柔性的、动态的。蛋白质在执行其生物学功能的时候，总是与其它分子相互作用从而使其构象发生改变。在蛋白质与其它分子的相互作用中，能够与蛋白质可逆结合的分子称为配体，配体可以是任何一种分子。蛋白质－配体的相互作用的瞬时性对于生命至关重要，它允许生物体在内、外环境发生变化时，能够快速、可逆地作出反应。蛋白质上的配体结合部位和配体在大小、形状、电荷以及疏水和亲水性性质方面是互补的。本章的主要内容：肌红蛋白的结构与功能血红蛋白的结构与功能免疫球蛋白的结构与功能4.1肌红蛋白的结构与功能肌红蛋白（myoglo

2、bin,Mb）是哺乳动物细胞、主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。4.1.1肌红蛋白的三级结构肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅基血红素构成，相对分子质量为16,700，含153个Aa。无血红素辅基的肌红蛋白是珠蛋白(globin)，它和血红蛋白的两个亚基的构象和功能极其相似，在Aa序列上具有明显的同源性。肌红蛋白分子呈扁平的菱形，分子大小约为4.5nm×3.5nm×2.5nm，分子中多肽的主链有长短不同的8段直的螺旋构成，这8段螺旋分别命名为A、B、C、D、E、F、G、H，相应的非螺旋区肽段称为NA、AB、BC~GH、HC，个残基处有一套从N端开始计算的序列号外，还按在

3、个螺旋中的位置另外给出编号。8个螺旋大体上组装成两层，构成肌红蛋白的单结构域。拐弯处的螺旋受到破坏，拐弯是由1~8个Aa组成的无规卷曲，C-末端由一个5个Aa的松散肽段。肌红蛋白的分子十分致密结实，分子内部只有一个能容纳4个水分子的空间。4.1.2血红素辅基肌红蛋白与氧的可逆结合依赖于血红素辅基。血红素辅基是由Fe(II)和原卟啉IX(protopor-phyrinIX)组成。卟啉类化合物有很强的着色能力。原卟啉IX与Fe的络合物称为血红素(heme)。Fe为6配位，参与配位的Fe是亚铁Fe(II)时，血红素称为亚铁血红素，肌红蛋白称为亚铁肌红蛋白；参与配位的如是F

4、e(III)，血红素就是高铁血红素，肌红蛋白是高铁肌红蛋白。4.1.3氧分子与肌红蛋白的结合辅基血红素非共价地结合于肌红蛋白分子的疏水孔穴中，卟啉环上的两个丙酸基伸向空穴外侧。血红素中铁的第5个配位键与肌红蛋白第93位（或F8）的His（称近侧）的咪唑N络合，当肌红蛋白与氧结合时，Fe的第6个配位被氧原子占据。在去氧肌红蛋白中，Fe的第6配位空置，在高Fe肌红蛋白中，该配位被水占据。在血红素的氧结合部位一侧，还有一个His残基，称为远侧组氨酸（E7），HisE7虽不与Fe发生作用，但与氧原子能紧密接触。这样，氧结合部位实际上是一个空间位阻区域，使得Fe-O键虽然垂直

5、于卟啉环平面，但是氧轴不垂直于该平面，而是与卟啉平面成一定的角度的倾斜。在血红素的氧结合部位一侧，还有另一个His，64位（E7），称远侧His，它能与氧分子紧密接触形成一个空间位阻区域。被结合的O2夹在远侧His残基和Fe(II)原子之间。这种空间位阻区域有利于肌红蛋白和血红蛋白有效地降低血红素对于CO的亲合力。A.氧合肌红蛋白B.Mb:CO复合物游离血红素CO:咪唑复合物血红素的氧结合部位是一个空间位阻的区域，也相对的是一个疏水环境的区域，这样能够有效地抑制氧分子对Fe(II)的氧化，有效地降低肌红蛋白对CO的亲合力。结合着Fe(II)的血红素位于肌红蛋白和血红

6、蛋白的疏水孔穴中，Fe(II)不易被氧化，当结合氧时，Fe会发生暂时性的电子重排，氧释放后又会回到Fe(II)的状态。肌红蛋白和血红蛋白的多肽微环境至少有三个作用：固定血红素；保护血红素面遭氧化；为O2提供一个合适的结合部位。4.1.4O2的结合改变肌红蛋白的构象O2与血红素的结合使得Fe与卟啉环的关系发生显著的变化。在去氧肌红蛋白中Fe（II）只有5个配体，位于卟啉环平面上方0.055nm，因此Fe卟啉呈圆顶状或凸形。当与O2结合后，Fe(II)被拉回到卟啉环平面，Fe卟啉由圆顶状变成平面状。4.1.5肌红蛋白的氧结合曲线Y指在给定的氧压力下肌红蛋白的氧分数饱和度

7、（fractionalsaturation）,即氧合肌红蛋白分子数占肌红蛋白总分子数的百分数。在上面的公式引入Y，则会得到：肌红蛋白的氧合曲线为一双曲线，它的两条渐近线是Y=1和p(O2)=-K。当Y=1，所有肌红蛋白的氧结合部位均被氧所占据，即肌红蛋白处于氧饱和的状态。当Y=0.5时，p(O2)=K＝P50，或P0.5.。P50指肌红蛋白处于氧半饱和时的氧分压。当Y=0.5时，p(O2)=K＝P50，或P0.5.。P50指肌红蛋白处于氧半饱和时的氧分压。用lg(Y/(1-Y))对lgp(O2)所作的图称为Hill曲线（Hillplot）。肌红蛋白的Hill曲线