蛋白质结构与功能关系.ppt

蛋白质结构与功能关系
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肌红蛋白(myoglobin)的结构与功能
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五十年代，John Kendrew用X衍射对抹香鲸肌红蛋白的三级结构研究获得成功，第一个获得完整构象的蛋白质。1962年Kendrew和Perutz由于测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构而获Nobel化学奖。
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肌红蛋白(myoglobin)是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质，由一条153aa的多肽链和一个血红素辅基组成。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白。
肌红蛋白由8段直的α螺旋组成，命名为A、B、C……H，~80%的氨基酸都处于α螺旋中。8个α螺旋大体上组成2层， α螺旋的拐弯处由1-8个aa组成的无规卷曲，C末端也有一段5个aa的松散肽链；肌红蛋白的4个Pro各自处于一个拐弯处；
亲水氨基酸在分子表面，疏水氨基酸在分子内部，是可溶性蛋白。分子内部具有一个能容纳4个水分子大小的疏水空间。
1. 肌红蛋白的三维结构
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某些过渡金属的低氧态（Fe2+，Cu+）具有很强的氧结合倾向
因此Fe(II)在肌红蛋白和血红蛋白中由原卟啉Ⅸ的有机分子固定
原卟啉环Ⅸ由4个卟啉环通过甲叉桥连接成四吡咯环系统，再连有4个甲基、2个乙烯基、2个丙酸基。
铁卟啉称为血红素(heme)，使血液呈红色
与Fe2+血红色结合的Mb为亚铁Mb，与Fe3+血红色结合的Mb为高铁Mb
2. 辅基血红素：
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Fe2+有6个配位键，其中4个和吡咯环的N配位结合，另外第5与第6配位键与卟啉环面垂直。其中第5配位键与第93位（F8）His结合，第6配位键结合O2（64位，E7His）；高铁Mb中第6位氧结合部位失活，H2O分子填空该部位
Fe-O键不是垂直于吡咯环这是由于远侧组氨酸的空间位阻效应。这种位阻决定了一些重要生化性质：
近侧组氨酸
远侧组氨酸
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3. O2与肌红蛋白的结合
游离铁卟啉结合CO比结合O2强25000倍，由于空间位阻效应，在肌红蛋白中血红素与CO的亲和力仅比O2大约250倍。因为Fe
与CO的直线结合受到E7组氨酸的空间位阻。这种作用可以防止生物代谢过程中产生的CO与O2竞争结合肌红蛋白和血红蛋白。
游离的亚铁血红素容易被氧化成高铁血红色，但是肌红蛋白及血红蛋白多肽微环境具有保护作用：固定血红素；疏水环境保护血红素免受氧化；为O2分子提供一个适合的结合部位。
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血红蛋白(hemoglobin)的结构与功能
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血红蛋白(Hb)的三维结构
Hb为球状寡聚蛋白，由α2β2四个亚基(珠蛋白)和血红素组成，每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位，分子量65000，α 链141个残基，β链146个残基。亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部。
与肌红蛋白相比，血红蛋白的α链有一个缩短的H螺旋，并缺失一个D螺旋； β链也有一个缩短的H螺旋
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虽然肌红蛋白、血红蛋白的α链、 β链在141个aa残基中只有27个位置是共有的，但是这3者的三级结构非常相似。
成人红细胞中主要为HbA1(α2β2)，α链141aa、β链146aa，各带一个血红素与O2结合，所以一分子Hb能与4分子O2结合。
不同发育阶段α链相同,β链不同，胎儿期为αγ，胚胎期为αε
血红蛋白(Hb)的三维结构
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