同济无机生物化学第五章.ppt

第五章 氧载体 血红蛋白(Hemoglobin)的结构 肌红蛋白(Myoglobin)的结构 血红素非共价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中 可能这看起来是一个很糟糕的事情，但是再某些情况下反到成了优势。引起 热带疾病疟疾的寄生虫它的一部分生活周期是在红细胞中，却不能生活在充满纤维的镰刀状红细胞中，所以那 些患镰刀状红细胞贫血症的人对疟疾有一定的抵抗能力。 另一些情况下异常血红蛋白是由 α链和 β链产生过程中不匹配引起的，此结构要求两条链等量产生。如 果一条链缺失了将导致地中海贫血症。 3． 血红素的铁与氧键合的几种理论模型 血红蛋白的结构复杂，现还不能准确测定出血红蛋白中的Fe(Ⅱ)与氧如何结合。很多科学家提出了多个理论模型，其中有L.Pauling,　J.J.Weiss和J.S.Griffith提出的三种理论模型最重要。 ⑴ Pauling模型：O2提供端基电子对与Fe2+配位 Fe(Ⅱ)（O2）或 Fe(Ⅱ)电子为3d6，偶数，反磁性，O2也为偶数电子，呈反磁性，O2提供端基电子与Fe(Ⅱ)成配位键后，Fe(Ⅱ)的d电子对反馈给氧的空的π*轨道，使Fe— O键具有双键性质，故称为超氧化物构型。 ⑵ Weiss模型：O2在配位时接受Fe(Ⅱ)一个电子，双氧以O－2与Fe(Ⅲ)配位，形成Fe(Ⅲ)的超氧化物 Fe(Ⅲ) （O－2） 或 双氧和铁都有一个成单电子，形成配合物不具磁性。 ⑶ Griffith模型：O2采取侧基配位， 过氧化物类型。 由电子光谱数据显示，HbO２和HbCO相似，HbCO的结构已经确定，为低自旋Fe(Ⅱ)和线型结构FeⅡ－C-O。因此Pauling端基配位模型获得支持。 4． 影响血红蛋白和肌红蛋白与O2键合的因素 ⑴　 O2分压的影响 血红蛋白和肌红蛋白与氧结合的程度，常用氧饱和度θ表示 θ=氧合血红蛋白HbO2/血红蛋白HbO2+Hb PO2升高，θ增加 人体肺部氧分压PO2约为13Kpa，较高，有利于血红蛋白与氧结合。当静脉血（PO2＜6.5Kpa)流经肺部时，血红蛋白大量氧合，氧的饱和度显著增加。 当血液离开肺部，流经氧分压较低的肌肉（PO2~4.7 Kpa）组织时，血红蛋白便释出氧（供给肌红蛋白）。 当静脉的氧分压低到550~650pa时，肌红蛋白供氧。 　　 Hb与O2结合后,Hb的构象处于松驰态,有利于与 O2的结合 　O2与铁原子以配位键结合后，铁的配位数由5变为6，铁原子直径减少（因没有不成对电子），能移动0.075nm进到卟啉环当中的孔穴中，这一移动通过F8位组氨酸牵动了它所在的肽段，进而影响Hb亚基间的相互作用，破坏了盐键和其它次级键，挤出了β-亚基间的2,3-DPG，使亚基间的聚合变得疏松，整个分子处于松弛态(relaxed state,R态)，有利于与O2的结合。 肺PH=7.6 HHb+ + O2 HbO2 + H+ 肌肉PH=7.2 CO2 + H2O HCO3 - + H+ ⑶　某些小分子配体的作用 血红蛋白（血红素-Fe(Ⅱ)卟啉）除与O2结合外，还能与CO，NO等结合。其结合能力NO＞CO＞O2，这些小分子同样可与血红素中的Fe(Ⅱ)配位。CO与 Fe(Ⅱ)配位能力为O2的200倍，NO更高。如人吸收CO，CO便与血红蛋白结合，失去输氧功能。吸收NO也有同样结果，即使空气中CO和NO甚微，由于积累，也会使人出现贫血症状。 肌红蛋白的血红素辅基的Fe(Ⅱ)也能与CO和NO配位。 三 、 蚯蚓血红蛋白 存在于无脊椎动物中。蚯蚓血红蛋白是一种非血红素铁蛋白。含铁，但不含铁卟啉（血红素辅基）。含8个亚基（血红蛋白4个，肌红蛋白1个），每个亚基含113个氨基酸残基和两个铁离子，相对分子量是108000。 功能：主要生理功能是在低等动物体内输送氧。 结构特点 （1）每两个铁离子结合一个氧分子，氧合过程中，两个Fe(Ⅱ)被氧化为二个Fe(Ⅲ)，O2还原为O22-，载氧方式与血红蛋白及肌红蛋白均不同。 （2）实验测试表明：脱氧蚯蚓血红蛋白的Fe(Ⅱ)和氧合蚯蚓血红蛋白Fe(Ⅲ)均属于高自旋态(t42ge2g，和　t３2ge2g)。脱氧蚯蚓血红蛋白在室温下磁化率表明有4个未成对电子，也说