chapter06蛋白質結構與功能的關系

本章主要研究內容

球狀蛋白質如何在與其它分子的相互作用中行使它們的生物學功能1、氧的轉運：肌紅蛋白，血紅蛋白2、免疫應答：免疫系統和免疫球蛋白3、肌肉收縮：肌球蛋白，肌動蛋白*氧的運轉：肌紅蛋白，血紅蛋白氧(肺）血紅蛋白（血液循環）肌紅蛋白（組織）耗氧的細胞器一、肌紅蛋白的結構與功能

（一）肌紅蛋白的三級結構1、肌紅蛋白是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋白質2、肌紅蛋白由一條多肽鏈（稱為珠蛋白）和一個輔基血紅素分子組成，多肽鏈主鏈由8段螺旋組成：A、B、C、D、E、F、G、H肌紅

蛋白

三級

結構

圖示

（二）輔基血紅素

肌紅蛋白中血紅素鐵離子的6個配體（三）氧與肌紅蛋白的結合F8His的咪唑基亞鐵離子與氧結合不被氧化整體肌紅蛋白氧合圖示肌紅蛋白氧合曲線血紅素與CO結合

肌紅蛋白中血紅素與CO親和力比O2大250倍二、血紅蛋白結構與功能的關系血紅蛋白的主要功能：在血液中結合并轉運氧氣。研究血紅蛋白結構與功能的關系：主要是研究血紅蛋白如何與氧分子的結合作用。（一）血紅蛋白的結構（1）血紅蛋白組成：

4個多肽亞基，兩個是亞基（141AA），兩個是亞基（146AA）；4個血紅素基，每個亞基結合一個;每個亞基和亞基在三級結構上與肌紅蛋白（153AA）極為相似。血紅蛋白的結構（2）

血紅蛋白完整的三維結構圖（二）氧結合改變血紅蛋白的構象去氧血紅蛋白每個亞基中Fe(‖)離子只有5個配體，并位于卟啉環上方，鐵卟啉環呈圓頂狀。當與氧結合后，Fe(‖)將被拉回卟啉環平面，卟啉環變成平面，同時牽動HisF8，并進而引起F螺旋和拐彎EF和FG的位移。這些移動傳到亞基界面，引發構象重調，使其它亞基易于和氧結合。氧合和去氧血紅蛋白不同構象態血紅蛋白的T態和R態亞基T態R態引起的結果

氧與一個處于T態的血紅蛋白亞基結合將引發構象由T態轉變為R態，此時穩定T態的那些相互作用被斷裂，連接亞基間的8個鹽鍵斷裂。去氧血紅蛋白中各亞基間鹽鍵：8個去氧血紅蛋白中亞基間鹽鍵8個鹽鍵有6個處于不同亞基間。6個中4個涉及C-末端或N-末端殘基：鏈兩個和鏈兩個。另兩個連接兩鏈的Asp126和Arg141殘基。此外，每條鏈的AspFG1和HisHC3間有鹽鍵。（三）血紅蛋白的協同性氧結合Cooperativityisaparticularcaseofanallostericeffect Allostericeffectreferstothephenomenoninwhichamolecule(allostericeffector)boundtoonesiteonaproteincausesaconformationalchangeintheproteinsuchthattheactivityofanothersiteontheproteinisaltered(increasedordecreased). H+,CO2,andBPGallshowanallostericeffect(heterotrophic?)fortheO2bindingprocessofhemoglobin.血紅蛋白氧結合曲線呈現S形。而肌紅蛋白與氧的結合則呈雙曲線。（四）H+、CO2和BPG對血紅蛋白結合氧的影響

IncreasingconcentrationsofH+(withadecreaseofpH)orCO2lowerstheO2affinityofhemoglobin(H+andCO2hasnoeffectonO2affinityofmyoglobin).ThisiscalledBohreffect,whichhelpsthereleaseofO2inthecapillariesofactivelymetabolizingtissues.

BindingofO2inlungswithreleaseofH+.ReleaseofO2inperipheraltissuesOnemoleculeof2,3-diphosphoglycerate(BPG)bindstothecentralcavityofonetetramerofhemoglobin,whichlowersitsO2affinity.Fetalhemoglobin(HbF)bindsBPGlessstronglythandoeshemoglobinA(adult)andconsequentlyhasahigheroxygenaffinity.(physiologicalfunction?ExtractionofO2fromthemother)BPG（2，3-二磷酸甘油酸降低血紅蛋白對氧氣的親和力從而促進氧從血紅蛋白釋放，以供應機體組織需要正常紅細胞鐮刀狀紅細胞三、血紅蛋白分子病Sickle-cellanemiawasfoundtobecausedbyasingleaminoacidchangeinthebchainofhemoglobinmolecules. 1Thehemoglobinmoleculefromsickle-cellanemiapatients(HbS)wasfoundtohaveahigherpIvalue(havingmorenetpositivecharges). 2AminoacidsequencingrevealedthatHbScontainsValinsteadofGluisatposition6ofthebchain! 3Theoxygenbindingaffinityandallostericpropertiesofhemoglobinarevirtuallyunaffectedbythischange(theb6islocatedatthesurfaceoftheprotein).

4HighconcentrationofdeoxygenatedHbSformsfiberparticipatates,whichsicklestheredbloodcells,becausethefiberformationisahighlyconcertedreaction. 5PresenceofVal6onthebsubunitsgeneratesahydrophobicpatchonthesurfacewhichcomplementswithanotherhydrophobicpatchformedonlyindeoxygenatedHbS,thusgeneratingthefiberprecipitates(apolymerofHbS). 6Sicklecelltrait(heterozygote)confersasmallbuthighlysignificantdegreeofprotectionagainstthemostlethalformofmalaria(probablybyacceleratingthedestructionofinfectederythrocytes,inAfrica).

1、引起鐮刀狀紅細胞貧血病的原因：HbAH2NVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysCOOHHbSH2NVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-LysCOOH

鏈123456782、分子病：指某種蛋白質分子一級結構的氨基酸排列順序與正常的有所不同引起的的遺傳病。

免疫球蛋白（immunoglobulin)免疫球蛋白：是一類具有抗體活性的動物糖蛋白。分IgG,IgM,IgA,IgD,IgE5種當一類外來的被稱為抗原的物質，如多糖、核酸和蛋白質等侵入機體時即引起抗體的產生，這就是所謂免疫反應。抗體就是免疫球蛋白。

免疫球蛋白的結構示意圖分子結構圖解立體結構模型常利用蛋白質數據庫//www.espasy.ch/swissmod///////pdb/習題免疫球蛋白分子病別構現象Bohr效應跨