第五章 蛋白质二

第五章蛋白质蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。Protein讲授提纲蛋白质的结构(重点与难点）蛋白质结构与功能的关系（重点与难点）

第五节蛋白质的结构

一、蛋白质的一级结构（一）一级结构的含义蛋白质的一级结构包括组成蛋白质的多肽链数目；多肽链的氨基酸顺序；以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。牛胰岛素的一级结构（二）蛋白质一级结构的测定蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从1953年Sanger测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。

1、蛋白质一级结构测定方法直接进行氨基酸定序（桑格）由cDNA序列反推氨基酸序列。FSFVNQHLCGHLVEALYLVCGERGFYTPKT样品必需纯（>97%以上）；知道蛋白质的分子量；知道蛋白质由几个亚基组成；测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。2、测定蛋白质一级结构的要求

3、蛋白质测序的策略

P168（1）测定蛋白质分子中多肽链的数目；（2）拆分蛋白质分子中的多肽链；（3）断裂链内二硫键；（4）分析多肽链的N末端和C末端；（5）测定多肽链的氨基酸组成；（6）多肽链部分裂解成肽段；（7）测定各个肽段的氨基酸顺序；（8）确定肽段在多肽链中的顺序；（9）确定多肽链中二硫键的位置。4、测定步骤(1)多肽链的拆分由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。蛋白质一级结构的测定4、测定步骤(1)多肽链的拆分几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基);如果多肽链是通过二硫键共价交联的,如胰岛素(两条多肽链),可通过?蛋白质一级结构的测定4、测定步骤(2)测定蛋白质分子中多肽链的数目通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。蛋白质一级结构的测定4、测定步骤(3)二硫键的断裂几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。蛋白质一级结构的测定4、测定步骤可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。蛋白质一级结构的测定1应用烷基化试剂保护巯基巯基（-SH）的保护(4)分析每条多肽链的氨基酸组成蛋白质一级结构的测定4、测定步骤(5)分析多肽链的N-末端和C-末端。蛋白质一级结构的测定多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端基氨基酸测定Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。末端基氨基酸测定二硝基氟苯（DNFB）法在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。末端基氨基酸测定丹磺酰氯法此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。末端基氨基酸测定肼解法氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最快。末端基氨基酸测定

氨肽酶法羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y；A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸残基；B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的肽键。末端基氨基酸测定羧肽酶法4、测定步骤(6)多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。蛋白质一级结构的测定酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶。多肽链的选择性降解Trypsin：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。肽链水解位点胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）R1=Phe,Trp,Tyr肽链水解位点糜蛋白酶Pepsin：R1和R2或R1=Phe,Trp,Tyr,Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快;专一性差,切点多,最适pH值为2,二硫键稳定,常用于确定二硫键的位置肽链水解位点胃蛋白酶(Thermolysin)：R2=Phe,Trp,Tyr;Leu，Ile,Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。肽链水解位点嗜热菌蛋白酶分别从肽链羧基端和氨基端水解肽链水解位点羧肽酶和氨肽酶化学法：(Cyanogenbromide)溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。多肽链的选择性降解4、测定步骤(7)测定每个肽段的氨基酸顺序蛋白质一级结构的测定Edman

（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。Edman氨基酸顺序分析法4、测定步骤(8)确定肽段在多肽链中的次序

利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。蛋白质一级结构的测定4、测定步骤(9)确定原多肽链中二硫键的位置蛋白质一级结构的测定胃蛋白酶处理多肽链（肽段的混合物）。对角线电泳：把混合肽段点到滤纸中央，pH值6.5下，电泳，分离开；用过甲酸蒸气处理后，断开二硫键（磺基丙氨酸的肽），滤纸旋转90度，再电泳，大多数肽段位于滤纸的一条对角线上，含磺基丙氨酸的肽偏离对角线，将这样的肽段取下，进行组成及顺序分析。然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。二硫键位置的确定二硫键位置的确定对角线电泳练习题有一小肽A，Ⅰ用酸水解后分析氨基酸组成为Lys，His，Asp，2Glu，Ala，Val，Tyr；ⅡA肽与DNFB试剂反应后得到DNP-Asp；Ⅲ

当用羧肽酶处理后得游离Val；Ⅳ

将A肽用胰蛋白酶降解得2种肽，其一氨基酸组成为（Lys，Asp，Glu，Ala，Tyr），另一种氨基酸组成为（His，Glu，Val）可给出

DNP-His；Ⅴ糜蛋白酶降解得2种肽（Asp，Ala，Tyr），（Lys，His，2Glu，Val），问该A肽的氨基酸顺序如何？解：由Ⅱ

Ⅲ得：

Asp-（…..)-Val由ⅠⅣ得:

Asp-(

Glu,Ala,Tyr)-Lys-His-Glu-Val由Ⅴ得:Asp-

Ala-Tyr所以,该A肽的顺序为:Asp-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Glu-Val练习题2有一小肽A，Ⅰ用酸水解后分析氨基酸组成为Lys，His，Asp，2Glu，Ala，Val，Tyr,

2(NH3)；ⅡA肽与DNFB试剂反应后得到DNP-Asp；Ⅲ

当用羧肽酶处理后得游离Val；Ⅳ

将A肽用胰蛋白酶降解得2种肽，其一氨基酸组成为（Lys，Asp，Glu，Ala，Tyr）pH为6.4时净电荷为零，另一种氨基酸组成为（His，Glu，Val）可给出DNP-His,pH为6.4时带正电荷；Ⅴ糜蛋白酶降解得2种肽（Asp，Ala，Tyr）pH为6.4时净电荷为零，（Lys，His，2Glu，Val）pH为6.4时带正电荷，问该A肽的氨基酸顺序如何？

Asn-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val二、蛋白质的三维结构（一）多肽的结构一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序。通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln

肽键肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。肽键肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。四肽的结构（二）蛋白质的三维结构示例1、蛋白质的二级结构蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。鲍林—探索真理坚持正义的人在化学多个领域做出了重大贡献。中学时，开了一所化学实验室，名片上表明自己是化学家，大学时勤工俭学维持学习和生活。他花费了大量精力研究生物大分子，特别是蛋白质分子空间构象，成为分子生物学的奠基人。1955年，与世界知名的大科学家爱因斯坦等，签署了《科学家反对核试验宣言》。对和平事业的贡献，荣获1962年诺贝尔和平奖。（1）-螺旋

-helix在-螺旋中肽平面的键长和键角一定；肽键的原子排列呈反式构型；相邻的肽平面构成两面角；多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。蛋白质分子为右手-螺旋。-螺旋多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，右手螺旋比左手螺旋稳定。-螺旋典型α螺旋的特征①二面角：Φ=-57,Ψ=-48，是右手螺旋；②每圈螺旋：3.6个a.a残基，高度：0.54nm；③每个残基绕轴旋转100，沿轴上升0.15nm；④氨基酸残基侧链向外；⑤相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行；⑥肽键上C=O氧与它后面（C端）第四个残基上的N-H氢间形成氢键。典型的α螺旋用3.613表示：3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基；13表示氢键封闭的环包括13个原子(P207)。

R侧链对α—螺旋的影响

①多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基,(如Lys，或Asp,或Glu)，不能形成稳定的α-螺旋,如多聚Lys、多聚Glu；②Gly由于侧链只是一个氢原子，绕a-碳的旋转自由度更大,反而不易形成α-螺旋,开始或终止；R侧链对α—螺旋的影响③R基大（如Ile）不易形成α-螺旋；④脯氨酸中止α-螺旋(刚性的环状的侧链,酰氨氮上缺少氢原子)；⑤R基较小，且不带电荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α—螺旋。pH对α—螺旋的影响角蛋白（Keratin）角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白几乎都是由-螺旋组成的纤维蛋白。-角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度-拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折叠结构，称为-角蛋白。毛发的结构带有许多二硫键的角蛋白,例如指甲的角蛋白很硬,而含有少量二硫键的角蛋白就很容易弯曲,例如毛发。角蛋白分子中的二硫键卷发(烫发)的生物化学基础永久性卷发(烫发)是一项生物化学工程(Biochemicalengineering)。打开二硫键,-角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为-构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。形成新的错接的二硫键。

（2）-折叠(-pleatedsheet)

-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。-折叠折叠

动画-角蛋白丝心蛋白(Fibroin)是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白很柔软,因为堆积的折叠片只是靠侧链之间的范德华力结合在一起的。丝蛋白的结构丝蛋白是伸展的反向-折叠结构。分子中不含-螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：

-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-（3）-转角(-turn)在-转角部分，由四个氨基酸残基组成。弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。β转角的特征

(非重复性结构)①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成;②Gly

侧链小，经常出现在-turn中;③第一个AA残基的C=O与第四个AA残基的N-H形成氢键;④Pro

环状侧链，能迫使-turn

形成;⑤多数由亲水氨基酸残基组成。超二级结构

有规则的二级结构聚集体。由若干个相邻的二级结构单元（α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。3种基本的组合形式:aa

型,ßaß

型,ßß一般以一个整体参与三维折叠,作为三维结构的构件。结构域（Domain）在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立的、近似球形的三维实体，这种相对独立的结构就称为结构域。结构域的特点结构域是球状蛋白的折叠单位。较小的蛋白质分子或亚基往往是单结构域的。结构域一般有１００－２００氨基酸残基。结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。结构域的特点例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。结构域间的裂缝，常是酶的活性部位，也是反应物的出入口。模序（Motif)二级结构形成具有特殊功能的空间结构。EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix结构。锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn。亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸残基之间的疏水相互作用形成的拉链式结构。2、蛋白质的三级结构

(TertiaryStructure)（1）三级结构研究方法X射线衍射法。三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。（2）三级结构的特点具备三级结构的蛋白质一般是球蛋白，许多在一级结构上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。疏水核，活性中心或功能部位，对稳定蛋白质的构象十分重要。亲水集团分布在表面，可溶。大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域。（3）稳定蛋白质三维结构的作用力

P201离子键

生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键。这种键可以解离。氢键

氢键的形成：氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。氢键的大小：氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，键长比共价键短。氢键具有方向性与饱和性：X与Y排斥，位于H的两侧

X—H…Y（180）；H小，只能容纳一个Y与其形成氢键。范德华力

这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。范德华力包括引力和排斥定向力：永久偶极间的静电相互作用诱导力：永久偶极与诱导偶极色散力：瞬间偶极与瞬间诱导偶极（主要形式）疏水作用

疏水作用，水介质中蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大分子的高级结构。

3、蛋白质的四级结构(QuaternaryStructure)四级结构的结构模型

P244两个亚基的结构p245球状蛋白

球状蛋白是结构最复杂，功能最多的一类蛋白质。这类蛋白结构紧密，分子的外层多为亲水性残基，能够发生水化；内部主要为疏水性氨基酸残基。因此，许多球蛋白分子的表面是亲水性的，而内部则是疏水性的。典型的球蛋白是血红蛋白。血红蛋白是一种结合蛋白。血红蛋白含有四条肽链，每一条肽链各与一个血红素相连接。血红素同肽链的连接是血红素的Fe原子以配价键与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。血红蛋白血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它的主要功能是运输氧和二氧化碳。血红蛋白中，血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合：无氧存在时，与水结合，生成去氧血红蛋白(Hb)；有氧存在时，能够与氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。血红蛋白与氧的结合不牢固，容易离解。HbO2

的形成和离解受氧的分压和pH等因素的影响，氧的分压和pH较高时，有利于血红蛋白与氧的结合，反之，则有利于离解。

血红素血红素在蛋白中的位置血红蛋白的功能血红蛋白除了运输氧和CO2外，还能够对血液的pH起缓冲作用。因为HbO2在释放出一分子氧的同时，结合一个氢质子。这样就可以消除由于呼吸作用产生的CO2引起pH的降低。煤气中毒的机制一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结合。由于CO与血红蛋白结合的能力是O2的200倍，因此，人体吸入少量的CO即可完全抑制血红蛋白与O2的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯氧气或高压氧气），使与血红素结合的CO被O2置换出来。

蛋白质分子中的共价键与次级键

一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键

a盐键（离子键）b氢键c疏水相互作用力

d范德华力e二硫键f酯键氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键；氢键、范德华力虽然键能小，但数量大；疏水相互作用力对维持三级结构特别重要；盐键数量小；二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越稳定。离子键氢键范德华力疏水相互作用分子伴侣概念（p239）：帮助新生多肽链正确折叠的一类蛋白质（蛋白质形成后需要它来形成正确的结构，就象生活中需要伴侣来完善自己一样）。作用：可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合，防止错误折叠；与错误折叠的肽段结合，诱导其正确折叠；对蛋白质分子中二硫键的正确形成起重要作用。

4、低级结构决定高级结构（1）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构核糖核酸酶的变性与复性实验(P234）；

血红蛋白的分子病。（2）

同源蛋白质一级结构的种属差异与生物进化

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①同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性（序列同源性）。②有许多位置的氨基酸对所有种属来说都是相同的，称不变残基，不变残基高度保守，是必需的。除不变残基以外，其它位置的氨基酸对不同的种属有很大变化，称可变残基。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。

（3）细胞色素CP182

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。60种生物中，细胞色素C的不变残基27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（4）胰岛素①有24个氨基酸残基位置始终不变：A．B链上6个Cys

不变，其余18个氨基酸多数为非极性侧链，对稳定蛋白质的空间结构起重要作用。②其它可变氨基酸对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用。③猪与人接近，而狗则与人不同，因此可用猪的胰岛素治疗人的糖尿病。

第六节蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构的

突变(分子病)

1、分子病：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。

2、镰刀形红细胞贫血：链第6位的AA残基由正常的Glu变成了疏水性的Val-6月，镰刀本应该是割谷子(谷氨酸)的，却歇了(Val)，因此得了镰刀形红细胞贫血。?3、镰刀形贫血病的发病机理

正常人血红蛋白，β.N......Glu6

镰刀型贫血

β.N......Val6

生理条件下电荷

Glu-Va10

亲水疏水

导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。

二、蛋白质空间结构与功能的关系（一）肌红蛋白的结构与功能1、肌红蛋白的三级结构

由一条多肽链（珠蛋白）和一个血红素辅基组成的球状分子，单结构域。8段直的α-螺旋（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）。血红素辅基，扁平状，结合在肌红蛋白疏水洞穴内。2、功能

哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。4个Pro残基各自处在一个拐弯处，另外4个是Ser、Thr、Asn、Ile。p2553、肌红蛋白的氧合曲线

（解离平衡常数）氧饱和度,即氧合肌红蛋白分子数占肌红蛋白分子总数的百分数。

Y=0.5时，肌红蛋白的一半被饱和，PO2=K=P50=2torr解离常数K也称为P50，即半饱和氧分压。4、Hill曲线和Hill系数P257图6-7Hill曲线Log[Y/(1-Y)]对Logp(O2)

作图称为Hill曲线。Log[Y/(1-Y)]=0时的斜率称Hill系数（nH)是协同性程度的一种量度。肌红蛋白的nH=1（二）血红蛋白的结构与功能1、血红蛋白的亚基组成

成人：HbA：α2β298%HbA2：

α2δ22%胎儿：

HbFα2γ2早期胚胎：

α2ε22、血红蛋白的三维结构▲接近于球体，4个亚基分别位于四面体的四个角上，每个亚基有一个血红素辅基。▲α、β链的三级结构与肌红蛋白的相似。

4个血红素都位于EF螺旋间，暴露在分子表面3、氧结合引起Hb构象变化Hb紧张态：未结合氧时，a1与ß1、a2与ß2呈对角排列，结构紧密，称紧张态（Tensestate，T态），Hb与氧的亲和力小。Hb松弛态：随着与氧气的结合，4个亚基间的盐键断裂，二、三、四级结构发生剧烈的变化，Hb变得松弛，称为松弛态（Relaxedstate，R态），最后4个亚基全处于R态。去氧血红蛋白中各亚基之间的盐桥(离子对)

3、氧结合引起Hb构象变化协同效应：指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力，如果是促进作用，则称为正协同效应；反之，则为负协同效应。别构效应：一个蛋白质与它的配体（或其它蛋白质）结合后，蛋白质的构象发生变化，使它更适于功能需要，这一类变化称为变构效应。别构是指含有2个以上配体结合部位。

4、血红蛋白的氧合曲线四个亚基之间具有正协同效应。因此，它的氧合曲线是S型曲线。血红蛋白P50=26torr肺泡氧压：Po2=100torr

，Y=0.97肌肉毛细血管：Po2=20torr，Y=0.25释放氧：△Y=0.97—0.25=0.72肌红蛋白（无协同效应）：△Y不足0.1协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气。nH=1,无协同性nH＞1,正协同性nH＜1,负协同性p2625、波耳效应及其生理意义

血红蛋白上有CO2和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、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

。

原因：H+

和CO2

稳定T构象。

P264图6-17pH对血红蛋白氧合的影响6、BPG的别构效应

BPG是血红蛋白的负效应物。

BPG（2,3-二磷酸甘油酸