第25章+蛋白质结构与功能的关系.ppt

蛋白质化学 第6章 蛋白质功能与进化 蛋白质的一级和高级结构是蛋白质行使功能的基础 第6章 蛋白质功能与进化 蛋白质功能的多样性 血红蛋白的结构 血红蛋白的功能 血红蛋白分子病 免疫球蛋白 一、蛋白质功能的多样性 蛋白质的生物学功能 催化、调节、转运、贮存、运动、结构成分、支架作用、防御和进攻 二、血红蛋白的结构 血红素 珠蛋白的三级结构 与氧结合的机制 血红蛋白的四级结构 血红蛋白与肌红蛋白的生理作用 均为结合氧的蛋白质。血红蛋白是血液红细胞中的主要蛋白质，作用是通过动脉和静脉循环着的血液在肺部和毛细血管之间转运O2和CO2；肌红蛋白存在于肌肉等组织中，是组织中的氧贮存蛋白。 氧通过血红蛋白从肺部转运到组织毛细血管，然后从毛细血管扩散到组织中并被肌红蛋白结合，肌红蛋白刺激O2迅速扩散，氧化过程产生的CO2通过该转运系统从肺部排出。 1. 血红素 血红素是原卟啉IX与Fe的络合物。卟啉环中心的Fe有6个配位键，其中4个与四吡咯环的N原子相连，5、6配位键垂直于卟啉环面分布于环面上下。Fe原子可以是亚铁(Fe2+)或高铁(Fe3+)态，只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。 血红素 2.珠蛋白的三级结构 肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素构成，含153个氨基酸残基。除去血红素辅基的肌红蛋白称珠蛋白，它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，构象与功能也极其相似。 2.珠蛋白的三级结构 肌红蛋白分子中多肽主链由长短不等的8段直的α螺旋组成，长7—23个氨基酸残基。分子中80%的残基处于α螺旋区内。8段螺旋分别命名为A、B、C…H。 辅基血红素被包裹在F和E螺旋之间的疏水孔穴内。 2.珠蛋白的三级结构 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。含亲水侧链的氨基酸残基几乎全分布于分子外表面，与水分子结合，使肌红蛋白成为可溶性蛋白质，含疏水侧链的氨基酸残基几乎都被埋在分子内部，不与水接触。 3.与氧结合的机制 肌红蛋白中血红素铁在第5配位与珠蛋白F8位His（称近侧His）的咪唑N结合，当肌红蛋白结合氧变成氧合肌红蛋白时，第6配位被O2分子占据。在血红素氧结合部位一侧还有E7位His（称远侧His），与O2分子能紧密接触，被结合的O2夹在E7位His和亚铁原子之间。 血红素在蛋白中的位置 3.与氧结合的机制 氧结合部位是一个空间位阻区域，这个空间位阻区域将血红素对CO的亲和力降低100倍，从而有效的防止代谢过程中产生的少量CO占据肌红蛋白和血红蛋白的O2结合部位。 3. 与氧结合的机制 肌红蛋白和血红蛋白分子内部的疏水环境使血红素亚铁Fe2+不易被氧化，当结合O2时只发生暂时性电子重排，氧被释放后Fe仍为亚铁态，又可结合另一O2分子。 去氧血红蛋白中亚铁离子只有5个配体，位于卟啉环平面上方，因此铁卟啉呈圆顶状。当结合氧时，亚铁离子被拉回到卟啉环平面，铁卟啉由圆顶状变成平面状。 3.与氧结合的机制 肌红蛋白和血红蛋白在进化中形成的多肽微环境至少有3个作用： 固定血红素基 保护血红素Fe2+免遭氧化 为O2提供一个合适的结合部位 4.血红蛋白的四级结构 脊椎动物的血红蛋白由四个多肽亚基组成，两个是一种亚基? ，两个是另一种亚基β 。每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位。血红素同肽链的连接是血红素的Fe原子以配位键与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。 血红蛋白的亚基缔合时出现一个中央空穴，它是另一配体BPG的结合部位。可调节血红蛋白与氧的亲合力。 亚基缔合时出现亚基之间的相互作用区域，特别是?链与β链之间的接触界面。是协同效应的结构基础。这两点对血红蛋白的功能十分重要。 血红蛋白 三、血红蛋白的功能：转运氧 肌红蛋白是氧的贮库 血红蛋白氧合的协同性和别构效应 血红蛋白协同性氧结合的定量分析 H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响 1.肌红蛋白是氧的贮库 MbO2 Mb + O2 MbO2：氧合肌红蛋白 Mb：去氧肌红蛋白 k：解离平衡常数 p(O2) Y= K+ p(O2) K= P50 = 2.8 torr 为双曲线 引入参数Y：给定氧压下Mb的氧饱和分数，即MbO2分子数占肌红蛋白分子总数的百分数。 Y对p(O2)作图所得的曲线称为氧结合曲线或解离曲线。 当Y = 1，所有肌红蛋白分子的氧结合部位均被O2占据，即肌红蛋白被氧完全饱和。 当Y = 0.5，p(O2) = k = p50 p50：肌红蛋白被氧半饱和时的氧分压。 lg(Y/1-Y)对lgp(O2)作图称为Hill图。肌红蛋白的Hill图是一条直线。 在lg(Y/1-Y)=0这一点的斜率称为Hill系数，以nH 表示。肌红蛋白的nH 为1.0，表示O2分子