第6章蛋白质的功能与进化

第6章蛋白质的功能与进化1.催化：酶2.调节：胰岛素3.转运：血红蛋白、血清蛋白、葡萄糖运转蛋白等4.贮存：卵清蛋白、酪蛋白、种子中的贮存蛋白5.运动：肌肉收缩的肌球蛋白和肌动蛋白、微管蛋白等6.结构成分：结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白7.支架作用：锚定蛋白8.防御和进攻：抗体、血凝蛋白、凝血酶原、抗冻蛋白、皮肤角蛋白等一、蛋白质功能的多样性二、肌红蛋白的结构与功能（一）肌红蛋白（Mb）的结构哺乳动物肌肉中储存氧气的蛋白质。结构：由一条多肽链（珠蛋白）和一个血红素辅基组成；球状分子，单结构域。多肽链中约75%是α-螺旋，由8段直的α-螺旋组成，分别命名为A、B、C…H；拐弯处是由1~8个氨基酸组成的松散肽段（无规卷曲）；4个Pro残基各自处在一个拐弯处，还有Ser、Thr、Asn、Ile。血红素辅基，处于肌红蛋白分子表面的一个空穴内。

肌红蛋白是单体蛋白，其氧结合曲线呈双曲线特征。（二）肌红蛋白的氧结合曲线三、血红蛋白的结构与功能主要功能：在血液中运输O2（一）血红蛋白的结构：由四个多肽亚基组成（α2β2）

接近于球形，4个亚基分别在四面体的四个角上，每个亚基上有一个血红素辅基；α、β链的三级结构与肌红蛋白的很相似。别构蛋白质：由多个亚基构成的蛋白质因一个亚基构象变化引起其它亚基构象变化并进而改变蛋白活性的现象，称为别构现象（或别构效应，变构效应），具有这种效应的蛋白质叫别构蛋白。（二）血红蛋白的氧结合曲线

血红蛋白的氧结合曲线是S型曲线。随着氧浓度的增加，一分子氧气首先与一个亚基的血红素辅基结合后，该亚基的构象发生变化，又会引起另外三个亚基的构象变化，亚基间的次级键被破坏，整个分子的空间构象改变，使得所有亚基的血红素辅基更容易与氧结合，因而血红蛋白与氧的结合速度大大加快。协同结合使血红蛋白对组织与肺中氧气浓度的细小差别更敏感，在肺或鳃中血红蛋白几乎全部被氧饱和；在组织毛细血管中氧几乎全部释放。这样血红蛋白在氧浓度高的肺中结合氧气，在氧浓度低的组织中释放氧气，从而有效地去运输氧气。血红蛋白上除了结合O2部位外，还有CO2和二磷酸甘油酸（BPG）结合部位，因此，血红蛋白还能运输CO2。波耳效应：增加CO2的浓度或降低pH能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应，降低血红蛋白对O2的亲和力，促进O2的释放，反之，高浓度的O2也能促使血红蛋白释放H+和CO2。

波耳效应主要是描述CO2分压及其pH值的变化对血红蛋白结合氧的影响，具有重要的生理意义（在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧；H+

和CO2促进氧释放）。（三）波耳效应及其生理意义BPG（2,3-二磷酸甘油酸）是血红蛋白的负效应物。BPG是个带负电荷的小分子，通过与脱氧血红蛋白的两个β亚基的带正电荷基团间形成盐键结合于血红蛋白分子上，有助于稳定脱氧形式的血红蛋白的构象，促进氧的释放。而在氧合形式的血红蛋白中，BPG和O2与血红蛋白的结合互相排斥，BPG不能与氧合血红蛋白结合。

BPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部，PO2超过100torr，血红蛋白几乎全被O2饱和,因此，BPG是否存在与氧合关系不大。而在组织中，PO2低，BPG降低血红蛋白的氧亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。（四）BPG的别构效应氧的S形曲线结合、Bohr效应以及BPG效应物的调节使血红蛋白的输氧能力达到最高效率，同时使体内氧压、pH维持在一个稳定水平。四、血红蛋白分子病蛋白质一级结构的突变—分子病分子病：由基因突变引起的某个功能蛋白的某一个或几个氨基酸残基发生了遗传性替代从而导致整个分子的三维结构发生改变，功能部分或全部丧失。镰刀状红细胞贫血现象是由于血红蛋白发生了遗传突变，引起的链第6位的aa残基由正常的Glu变成了疏水性的Val。正常人血红蛋白：β.N......Glu6镰刀状贫血：β.N......Val6生理条件下电荷：

Glu

－：亲水、极性；Va10：疏水、非极性。使血红蛋白细胞收缩弯曲成镰刀形，输氧能力下降，易发生溶血。镰刀状红细胞贫血是典型的氨基酸序列决定二、三、四级结构及生物学功能的例子，也说明了蛋白质分子结构与功能关系的高度统一性。五、蛋白质的氨基酸序列与生物学功能（一）同源蛋白质的物种差异与生物进化同源蛋白质：在不同的生物体内行使相同或相似功能的蛋白质。如：血红蛋白在不同的脊椎动物中都具有输送氧气的功能；细胞色素在所有的生物中都是电子传递链的组分。同源蛋白质的特点：1）序列同源性；2）不变残基，不变残基高度保守，是必需的；可变残基，可变残基中，个别氨基酸的变化不影响蛋白质的功能；3）多肽链长度相同或相近。通过比较同源蛋白质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化。亲源关系越远，同源蛋白的氨基酸顺序差异就越大。细胞色素C

分子量：12500左右；氨基酸残基：100个左右，单链。25种生物中，细胞色素C的不变残基35个；40种生物中，细胞色素C的不变残基28个。亲源关系越近的，其细胞色素C的差异越小。亲源关系越远的，其细胞色素C的差异越大。人与黑猩猩0人与猴1人与狗10人与酵母44狗人猴马骡鲸兔猪袋鼠企鹅鸡鸭响尾蛇龟苍蝇蛾脉孢菌属念珠菌属面包酵母菌小麦牛蛙金枪鱼动物爬行动物两栖动物鱼哺乳动物鸟昆虫植物脊椎动物从细胞色素C的一级结构看生物进化

不同生物和人的细胞色素c中氨基酸组成的差异生物名称不同氨基酸数生物名称不同氨基酸数黑猩猩0恒河猴1猪、牛、羊10马12鸡13海龟15金枪鱼21小蝇25小麦35酵母44（二）同源蛋白质具有共同的进化起源复习1.别构蛋白→别构效应增加CO2的浓度或降低pH能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应