蛋白质结构与功能关系.ppt

关于蛋白质结构与功能关系
第1页，讲稿共26张，创作于星期三
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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氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白代表不同的构象
血红蛋白存在两种构象态：T态（紧张态）和R态（松弛态）。R态与O2的亲和力明显高于T态，因此T态是去氧血红蛋白的构象态。T态的去氧血红蛋白有专一的氢键和盐桥起着稳定作用。4个亚基的C末端处于束缚状态，例如β1链中C末端的HC3位His+与FG1位的Asp -形成离子键、而羧基则与α2亚基中C5位Lys形成离子键。(Question:多少个盐桥？多少链间盐桥？)
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T态与R态的构象差别
O2与T态的去氧血红蛋白结合将引发构象由T态转变为R态。稳定T态的相互作用被破坏，亚基的C末端处于自由旋转的状态。其中参与离子对形成的β亚基中的His（HC3）旋转到R态分子的中心区域。T态与R态的转变有利于O2在组织间的释放。这是一种别构效应。
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别构效应
（1）别构效应（allosteric effect）
通过蛋白质与配基结合改变蛋白质构象，进而改变其生物活性，称为别构效应。具有别构效应的蛋白叫别构蛋白，配基称为别构剂；别构蛋白就是调节蛋白质，别构蛋白都是寡聚蛋白。
（2）别构效应可分为同促效应和异促效应两类。
相同配体（相同的结合部位）引起的反应称为同促效应，例如寡聚体酶或蛋白质（如血红蛋白）各亚基之间的协同作用即是同促效应。同促效应是同一种物质作用于不同亚基的相同部位而发生影响，因此是别构效应。不同配体（不同的结合部位）引起的反应称为异促效应，例如别构酶的别构结合部位和底物结合部位之间的反应即是异促效应。
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血红蛋白的协同性氧结合
血红蛋白与氧的结合具有正协同性同促效应，即一个O2的结合能够增加同一个血红蛋白分子中其余空余氧结合部位对O2的亲和力。这里O2即是正常的配体，也是正同促调节物。
血红蛋白与氧的结合还受其他分子，例如质子、二氧化碳、2,3-二磷酸甘油酸(BPG) 的调剂。虽然它们在血红蛋白分子上的结合部位离血红素很远，但它们同样可以极大地影响血红蛋白的氧结合性质。这种在空间上相隔远的部位之间的相互作用成为别构效应。例如Bohr效应和BPG效应。
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(1) H+和CO2促进O2的释放（Bohr效应）
去氧血红蛋白与H+的亲和力 > 氧合血红蛋白，因此增加H+将提高O2从血红蛋白中的释放。因此当血液流经代谢迅速的肌肉时，由于这里的pH低，CO2浓度高，有利于氧合血红蛋白中O2的释放，产生的去氧血红蛋白与H+和CO2结合，缓冲溶液的pH。当血液流经氧浓度高的肺部时，血红蛋白与氧的结合促进了H+和CO2的释放，CO2在肺部的呼出又有利于血红蛋白的氧合。——Bohr效应
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2,3-二磷酸甘油酸（BPG）
(2) BPG（2,3-二磷酸甘油酸） 降低Hb对O2的亲和力
血红蛋白只有一个BPG结合部位。BPG为高负电荷分子，与每个β链的Lys82、His143、His(NA2)、Val(NA1)的正电荷基团因静电引力相互作用与血红