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第6章 蛋白质结构与功能的关系structure －function relationship蛋白质结构与功能的关系生蛋白质结构配体功能配体物蛋白质结构与功能的关系生蛋白质A蛋白质B功能物蛋白质一级结构与功能的关系 蛋白质的一级结构决定高级结构，从而最终决定了蛋白质的功能。氨基酸一级结构的改变可以导致蛋白功能的改变和丧失蛋白质N－末端的信号序列可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位。蛋白质结构与功能的关系（一）肌红蛋白的结构与功能 肌红蛋白的功能为储存氧气，原因为它能结合和释放氧气（与氧气的可逆结合）。100806040200氧饱和度(%)线粒体20 40 60 80 100P50静脉血 动脉血 氧分压 (mmHg)蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的氧结合曲线生理功能：大多数情况下，肌红蛋白是高度氧合的，是氧的贮库；如果由于肌肉收缩使线粒体中氧含量下降，肌红蛋白可以立即供应氧；肌红蛋白也有利于细胞内的氧从细胞内表面（10 torr）向线粒体（0-10 torr）转运。蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的结构特点： 由珠蛋白和血红素（辅基）组成；血红素辅基位于一个疏水洞穴中，由亚铁离子与原卟啉IX构成。 亚铁离子可与氧可逆结合。原卟啉IX和珠蛋白（固定、保护、空间位阻）的作用。蛋白质结构与功能的关系肌红蛋白的氧结合曲线方程：[O2] =C? p(O2)蛋白质结构与功能的关系（二）血红蛋白的结构与功能血红蛋白的功能为运输氧气，原因为它能结合和释放氧气（与氧气的可逆结合）。 血红蛋白还能运输H+和CO2。MbHb氧饱和度正协同效应(positive cooperativity)(%)P5020 40 60 80 100静脉血 动脉血 氧分压 (mmHg)蛋白质结构与功能的关系血红蛋白的氧结合曲线生理意义：血红蛋白比肌红蛋白更有效地运输氧气，血红蛋白卸载氧气的效率更高。（血红蛋白?Y=0.97-0.25=0.72；肌红蛋白?Y ? 0.1） 肺中的氧分压只需比组织中稍微高一些，血红蛋白就可以完成运氧工作。100806040200蛋白质结构与功能的关系原因：寡聚蛋白的结构和亚基之间的协同效应蛋白质结构与功能的关系 血红蛋白由4个亚基组成，每个亚基含有一个血红素，都能结合一分子O2 四个亚基之间具有协同效应， 当第一个亚基与氧结合后，会引起四级结构的变化，提高其它亚基对氧的亲和力。蛋白质结构与功能的关系O2的结合改变了血红蛋白的构象，构象的改变影响肌红蛋白的生物功能O2与亚铁离子的结合 ? O2的结合使亚铁离子的位置与卟啉环平面的关系发生改变? 这一改变通过His F8进一步影响蛋白质的亚基构象和亚基之间的相互作用（血红蛋白的两个半分子彼此滑移） ? 血红蛋白的构象态由T态（与O2的亲和力低）变为R态（与O2的亲和力高）。蛋白质结构与功能的关系Hb(O2)4 ? Hb + 4O2 解离平衡常数：Hb氧饱和度(%)20 P50 40 60 80 100静脉血 动脉血 氧分压 (mmHg)蛋白质结构与功能的关系100806040200曲线a, n=4n≈2.8曲线b, n=1蛋白质结构与功能的关系 协同效应（cooperativity）： 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity) 别构效应（allosteric effect）：结合在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子的其它部位所产生的影响称为别构效应。蛋白质结构与功能的关系H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响（别构效应）（1）H+、CO2促进O2的释放原因： 血红蛋白能与CO2和H+结合。 与H+的结合使血红蛋白的构象倾向于不与O2结合的T态。 Hb的N-末端?-氨基与CO2的结合有助于稳定T态。蛋白质结构与功能的关系（2）BPG（二磷酸甘油酸）降低Hb对O2的亲和力原因： BPG可与Hb结合。 BPG与Hb的两个β亚基之间形成的离子键有助于稳定Hb的T态构象，因而降低Hb的氧亲和力。蛋白质结构与功能的关系血红蛋白别构效应的生理意义： 协同效应、波耳效应、BPG的别构效应使血红蛋白的输氧能力达到最高效率，血红蛋白的别构效应充分反映了它的生物学适应性、结构与功能的高度统一性。 蛋白质结构与功能的关系（三）免疫球蛋白的结构与功能 免疫球蛋白的功能是识别并结合抗原，引起体内一系列的免疫反应，消灭入侵的抗