蛋白质结构与功能的关系(6章).doc

蛋白质结构与功能的关系: P252,第六章
从厌氧生物转化为好氧生物是生物进化中的一大进步。脊椎动物中血红蛋白在血液中起到载氧和输氧的作用,肌红蛋白在肌肉中起贮氧和氧在肌肉中分配的作用。
肌红蛋白(Mb)的结构与功能
三维结构:由一条多肽链和一个血红素辅基构成,相对分子量16700,含153个氨基酸残基。分子中多肽链由8段α-螺旋组成,分子结构致密结实,带亲水基团侧链的氨基酸分布在分子外表面,疏水氨基酸侧链几乎全埋在分子内部,见P253 图6-1。
辅基血红素:由二价铁和原卟啉Ⅸ组成,原卟啉Ⅸ由4个吡咯环组成,见P254 图6-2。
铁原子只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。蛋白质提供疏水洞穴,固定血红素基,保护血红素铁免遭氧化,为氧提供一个结合部位。结合氧只发生暂时电子重排。
血红蛋白(Hb)的结构与功能
血红蛋白由4个多肽链(亚基)组成,如α2β2(成人血红蛋白HbA),每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位,α-链有141个残基,β-链有146个残基,且α链、β链和Mb的三级结构都非常相似(P259 图6-9)。实际上对于人的这三种多肽链分析发现只有27个的残基是共有的,这表明蛋白质高级结构的保守性。只要功能相同(都与氧结合),高级结构就相似,有时甚至是唯一的。
血红蛋白与肌红蛋白结构上最大不同在于血红蛋白有四级结构,是四聚体,,而肌红蛋白只有三级结构。因此血红蛋白运载氧能力增强,还能运载H+和CO2,在氧分压变化不大范围内完成载氧和卸氧工作。且Hb为变构蛋白,可受环境中其他分子,如H+,CO2和2,3-二磷酸甘油酸(BPG)的调节。
氧结合引起血红蛋白构象变化,氧合血红蛋白和去氧血红蛋白在四级结构上有显著不同,发生构象变化。
氧与血红蛋白结合是协同进行的,具有正协同性同促效应,即一个氧分子与Hb结合,使同一Hb分子中其余空的氧结合部位对氧亲和力增加,再结合第二、三、四个氧分子则比较容易。
Hb和Mb氧合曲线如P262 图6-14所示。
P(O2):氧分压,表示氧的浓度(氧浓度与氧分压成正比)。
Y:氧饱和百分数,为被占氧合部位与氧合部位总数之比。
当Y=0,所有氧合部位空着;Y=1,所有氧合部位被氧占据;Y=,半载,此时所需氧分压大小为对氧亲和力指标。
Mb氧合曲线为双曲线;Hb氧合曲线为S型曲线。
S曲线分析:
①肺区氧分压较高,P(O2)约为100torr(空气中氧分压760×21%=160torr),Y=,近于1,载氧。
②组织肌肉中需氧,P(O2)约为20torr,Y=,卸氧。
③ΔY:氧饱和百分数变化;ΔP(O2):氧分压变化。
肺区和组织肌肉中氧分压变化:ΔP(O2)=100―20=80torr,Hb氧饱和百分数变化为,ΔY=―=,表示有近3/4氧可从Hb上卸下。由此可知在S曲线上,即使P(O
2)变化不大(仅80torr),也有较多的氧卸下,输氧效率较高,可完成输氧,ΔP(O2)在20~100torr范围变化,为Hb工作区;相比Mb的双曲线,ΔP(O2)在20~100torr范围变化,,表示氧不易卸下,只能担负贮氧功能。
Hb与Mb功能差别只是因为Hb有四个亚基,有四级结构,可进行协同载氧和卸氧工作,Mb只能贮氧。