典型蛋白质结构分子的功能和代谢血红蛋白

典型蛋白质结构分子的功能和代谢血红蛋白第一页，共三十七页，2022年，8月28日MaxPerutz经过二十多年的努力通过X-射线晶体图确定了马血红蛋白的结构。成年人的血红蛋白是一个由两个亚基和两个亚基两种类型亚基组成的四聚体。和都很类似于肌红蛋白，只是肽链稍微短一点。和隔着一个空腔彼此相向。每个亚基是由141个氨基酸残基组成，而每个亚基有146个氨基酸残基。无论是还是亚基，它们的三级结构几乎与肌红蛋白相同。血红蛋白是的二聚体，因为和相互作用比与，和之间的相互作用强得多。血红蛋白是个四聚体蛋白第二页，共三十七页，2022年，8月28日第三页，共三十七页，2022年，8月28日血红蛋白的功能可与氧可逆结合；血红素－血红素相互作用；血红蛋白与H+、CO2.DPG相互作用。第四页，共三十七页，2022年，8月28日胆色素代谢与黄疸MetabolismofBilePigmentandJaundice胆色素(bilepigment)是体内铁卟啉化合物的主要分解代谢产物，包括胆红素、胆绿素、胆素原和胆素等。胆色素的概念第五页，共三十七页，2022年，8月28日＊胆红素(bilirubin)来源体内的铁卟啉化合物——血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶及过氧化物酶。※约80％来自衰老红细胞中血红蛋白的分解。一、胆红素的生成与转运第六页，共三十七页，2022年，8月28日＊胆红素生成过程

部位肝、脾、骨髓单核－巨噬细胞系统细胞微粒体与胞液中

过程血红蛋白血红素＋珠蛋白氨基酸胆红素

胆红素的性质亲脂疏水，对大脑具有毒性作用第七页，共三十七页，2022年，8月28日胆红素的生成过程第八页，共三十七页，2022年，8月28日胆红素空间结构示意图第九页，共三十七页，2022年，8月28日＊胆红素的转运

意义增加胆红素在血浆中的溶解度，限制胆红素自由通过生物膜产生毒性作用。

竞争结合剂如磺胺药，水杨酸等

运输形式胆红素－清蛋白复合体第十页，共三十七页，2022年，8月28日二、胆红素在肝中的转变＊摄取胆红素可以自由双向通透肝血窦肝细胞膜表面进入肝细胞＊转运内质网在胞浆胆红素与配体蛋白结合第十一页，共三十七页，2022年，8月28日＊转化部位：滑面内网质反应：结合反应（主要的结合物为UDP葡萄糖醛酸，UDPGA）酶：UDP-葡萄糖醛酸基转移酶产物：主要为双葡萄糖醛酸胆红素，另有少量单葡萄糖醛酸胆红素、硫酸胆红素，统称为结合胆红素第十二页，共三十七页，2022年，8月28日胆红素葡糖醛酸一酯

+UDP-葡糖醛酸UDP-葡糖醛酸基转移酶胆红素葡糖醛酸二酯

+UDP

胆红素

+UDP-葡糖醛酸胆红素葡糖醛酸一酯

+UDPUDP-葡糖醛酸基转移酶

葡糖醛酸胆红素的生成第十三页，共三十七页，2022年，8月28日

胆红素葡糖醛酸二酯的结构第十四页，共三十七页，2022年，8月28日＊排泄结合胆红素从肝细胞毛细胆管排泄入胆汁中，再随胆汁排入肠道。第十五页，共三十七页，2022年，8月28日三、胆红素在肠道中的变化和胆色素的肠肝循环

结合胆红素胆素原肠菌葡萄糖醛酸还原胆素氧化＊过程﹡胆素原：中胆素原，粪胆素原，d-尿胆素原﹡胆素：i-尿胆素，粪胆素，d-尿胆素游离胆红素第十六页，共三十七页，2022年，8月28日胆素原与胆素的生成反应第十七页，共三十七页，2022年，8月28日＊胆素原的肠肝循环肠道中有少量的胆素原可被肠粘膜细胞重吸收，经门静脉入肝，其中大部分再随胆汁排入肠道，形成胆素原的肠肝循环(bilinogenenterohepaticcirculation)。第十八页，共三十七页，2022年，8月28日胆红素的形成与胆素原的肠肝循环第十九页，共三十七页，2022年，8月28日四、血清胆红素与黄疸结合胆红素：与葡萄糖醛酸结合的胆红素称为结合胆红素，又称直接胆红素。游离胆红素：未与葡萄糖醛酸结合的胆红素称为游离胆红素，又称间接胆红素。＊两种胆红素＊正常血清胆红素浓度1～16mol/l(0.1～1mg/dl)4/5为游离胆红素，其余为结合胆红素第二十页，共三十七页，2022年，8月28日

项目

游离胆红素

结合胆红素别名间接胆红素血胆红素直接胆红素肝胆红素与葡萄糖醛酸结合未结合

结合与重氮试剂反应慢或间接反应迅速直接反应水中溶解度小大经肾随尿排出不能能通透细胞膜对脑的毒性作用大无

两种胆红素的区别第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日黄疸(jaundice)概念高胆红素血症黄疸隐形黄疸种类(按血清胆红素的来源)溶血性黄疸(hemolyticjaundice)肝细胞性黄疸(hepatocellularjaundice)阻塞性黄疸(obstructivejaundice)第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日由于肝细胞破坏，其摄取转化和排泄胆红素能力降低所致。（二）肝细胞性黄疸(肝原性黄疸)

是由于红细胞在单核-吞噬细胞系统破坏过多，超过肝细胞的摄取转化和排泄能力，造成血清游离胆红素浓度过高所致。（一）溶血性黄疸

(肝前性黄疸)

第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日各种原因引起的胆汁排泄通道受阻，使胆小管和毛细血管内压力增大破裂，致使结合胆红素逆流入血,造成血清胆红素升高所致。（三）阻塞性黄疸(肝后性黄疸)

第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日各种黄疸时血、尿、粪中某些指标的改变第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日植物血红蛋白植物Hbs发现较晚,1939年,Kubo首次描述了豆科植物根瘤中的Hbs,经过多年研究,植物Hbs协助氧扩散、感受氧气、充当末端氧化酶等功能都逐步得到证实,其中植物Hbs对氧气的高亲和力及作为豆科植物共生固氮体系的重要参与者等特性尤其受到关注。第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日植物Hbs的发现Kubo首次描述豆科植物根瘤中的Hbs；Virtanen等也在植物中发现了类似蛋白,并把它定名为豆血红蛋白leghaemoglobin,Lb在豆科植物根瘤固氮中发挥吸收并转运O2的作用；Appleby等从一种与根瘤菌共生的非豆科的榆科植物Parasponiaandersonii中分离出植物Hbs,并证实P.andersonii拥有一个编码共生、非共生Hbs的双重功能基因；后来,利用P.andersoniiHb的cDNA克隆，Landsmann等在非豆科植物山麻黄中发现了相关序列,并证实了植物Hbs在山麻黄中也有表达。第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日单子叶植物大麦及其他禾本科植物如玉米、小麦、黑麦、水稻中也存在植物Hbs。此外,在海藻衣滴虫中也发现植物Hbs。最近研究发现,拟南芥中存在一种Hb,与在细菌、原生动物和海藻中发现的整切Hbs相似。已在二十几种植物中发现了30多种植物Hbs。这些发现表明植物Hbs在植物中广泛存在,而并非仅限于豆科植物,并可能具有共生固氮以外的功能。第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日植物Hbs的种类共生Hbs(symbiotichaemoglobins,sHbs)非共生Hbs(nonsymbiotichaemoglobins,nsHbs)整切Hbs(truncatedhaemoglobins,trHbs)。第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日共生HbssHbs是最广为人知的一类植物Hbs,它主要存在于共生固氮的豆科植物根瘤中,是一种由脱辅基蛋白和血红素辅基组成的复合蛋白,其性质与动物Hbs类似,具高度的氧亲和性和快速的氧周转率,该蛋白质在根瘤菌入侵根部形成根瘤时表达。第三十页，共三十七页，2022年，8月28日非共生HbsnsHbs不涉及共生固氮,可以在具共生能力的植物、单子叶及双子叶植物的种子、根、茎中表达。nsHbs又分为两类,nsHbsI和nsHbsII。nsHbsI在低氧胁迫或某些营养抑制条件下诱导产生,也称胁迫诱导Hbs(stressinducedhaemoglobins)。nsHbsI在单子叶及双子叶植物的愈伤组织、细胞悬浮液、种子、根、茎等部位均可表达,一般含量很低(1~20mmol/g·FW)。低氧、呼吸链抑制剂(氰化物、二硝基苯、寡霉素等)等多种情况均可影响nsHbsI的表达。nsHbsII不存在于双子叶植物中,它主要在成熟的开花植物的根、叶、花中表达,可以被冷胁迫诱导产生。第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日整切HbstrHbs是最近才发现的一种Hbs,在细菌、真菌及植物界普遍存在,研究表明,trHbs的蛋白质结构比其他Hbs少20~40个氨基酸残基,具有一疏水的通道系统以利于一些配基分子(如O2、NO、CO和氰化物)与血红素稳定结合,可能与NO代谢有关。第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日植物Hbs的基本功能sHbs的功能主要是能与O2可逆结合形成氧合血红蛋白,起到“捕获”或“释放”O2的作用。sHbs作为氧的“缓冲泵”,既降低了游离氧的分压,保持了固氮活性,又源源不断的供应氧化磷酸化所需要的氧,保证了固氮中能量的需求。第三十三页，共三十七页，2022年，8月28日nsHbs的功能与sHbs的功能有类似之处,可能作为氧的载体；nsHbs还可能作为氧的感受器,参与生物体内低氧信号转导；nsHbs还可能作为末端氧化酶来参与细胞代谢；第三十四页，共三十七页，2022年，8月28日植物Hbs与NO存在着某种关系在动物中已发现Hbs可通过脱氧或S-亚硝基化反应来调节NO的活性。在植物中通过分析电子顺磁共振(EPR)光谱得知,在缺氧胁迫下玉米细胞和紫花苜蓿根的培养系中,存在NO/Hb复合体,该复合物的信号在有氧体系中不明显。利用EPR技术,通过对野生型和nsHbsI基因过量表达型细胞的比较研究发现,在开始24h的缺氧处理中,nsHbsI基因被抑制表达细胞中NO的产生量最高。第三十五页，共三十七页，2022年，8月28日植物中的NO及其生物功能NO是一种快速扩散并可透过细胞膜的自由基性质的气体,NO及其氧化形式是细胞内及胞间的信号分子,在植物生长发育、抵抗病害及胁迫响应等生理过程中发挥着重要作用。在根中,NO在植物生长素的信号转导过程中发挥作用,影响根的器官建成,还可能影响植物根中通气组织的结构;在叶中,NO调节ABA诱导的气孔关闭,并调节叶片的伸展速率;NO还可作为控制开花时间的重要信号,并可以为花粉管的伸长方向定位；当植物受到盐害、干旱、高温、寒冷、紫外光胁迫、缺氧等非生物胁迫时,体内会产生大量的活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),低浓度的NO通过各种方式与ROS作用,发挥抗氧化作用,减轻ROS对植物的毒害。在病理及非病理的植物-微生物相互作用的生物胁迫下,NO的产生与系统获得性抗性(systemicacquiredresistance,SAR)或过敏反应hypersensitiveresponse,HR)有关。最近发现,除互利的植物-微生物(相互作用如豆科植物百脉根与其共生根瘤菌Mesorhizobiumloti)外