第第 66 章章蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系

一、肌红蛋白的结构和功能（一）三级结构

myoglobinmyoglobin ，， MbMb

（二）辅基

丙酸基

乙烯基

乙烯基

甲基

甲基

甲基

甲基

丙酸基

血红素

（三） O2 与 Mb 的结合

空间位阻

（四） Mb 的氧结合曲线

MbO2 Mb+O2

氧合 Mb 去氧 Mb

氧合 Mb 与去氧 Mb 的浓度比与氧浓度成正比

• 氧分数饱和度（ fractional satuation ）

肌红蛋白分子总数

氧合肌红蛋白分子数

• Y=1 Mb 被氧完全饱和• Y=0.5 p(O2)=K=P50

P50 ： Mb 被氧半饱和时的氧分压

Y

Mb 氧结合 /解离曲线

Hill 图

二、血红蛋白的结构和功能( hemoglobin ， Hb )

1 、结构： α1 、 α2 、 β1 、 β2 亚基

卟啉铁

• 肌红蛋白 血红蛋白 α 血红蛋白 β

肌红蛋白 / 血红蛋白 α / 血红蛋白β

AA 序列大不相同，结构相似结构决定功能（载氧）

2 、血红蛋白的分类

hemoglobin adult HbA (α2β2 / α2 δ2) hemoglobin fetal HbF (α 2γ2 ) hemoglobin sickle HbS (α2β*2 )

hemoglobin 胚胎 (ε2 ζ 2 )

HbA1HbA1 HbA2HbA2

（二）氧结合引起的 Hb 的构象变化

变构脱氧血红蛋白 氧合血红蛋白对氧的亲和力低 对氧的亲和力高

1 、氧合作用改变 Hb 四级结构

装配接触

滑动接触

α2β2

α1β1

α2β1

α1β2 可变

2 、 Hb 的两种不同构象态

tense state relaxed state

T 型血红蛋白肽链之间的 8个盐桥αβ链 C末端有 Tyr-OH 可与 C=O 形成氢键

（三） Hb 氧结合曲线

对于具有 n个结合位点的蛋白 P：

Hill 方程

nH = 1非协同

nH ＞ 1正协同

nH =n完全协同

Hill

系数与配体的结合

(R)relaxed state

(T) tense state

血中氧分子的运送：

Lung

氧氧分分子子

HemoglobinHemoglobin MyoglobinMyoglobin

Muscle静脉

动脉环境氧高时Hb 快速吸收氧分子

环境氧低时Hb 迅速释放氧分子

释放氧分子后Hb 变回 T state

任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力

（四） Hb 结合氧的调节

1 、 H+、 CO2促进 O2的释放

碳酸酐酶

H+—Hb 氧合的拮抗物pH 降低时：促进氧的释放 缓冲血液 pH

在氧分压不变时，低 pH 能促进更多的氧释放

Bohr 效应

CO2 与 Hb 的结合

释放的 H+ 有助于 Bohr 效应氨甲酸可形成额外的盐桥：稳定 T 态 促进氧的释放

2 、 BPG 降低 Hb 对氧的亲和力

2 ， 3 - 二磷酸甘油酸—— Hb 异促别构调节的效应物

Hb 四聚体只有一个BPG 结合部位

—4 个亚基缔合形成的中央空穴内

BPG

离子键稳定 T 态

hemoglobin fetal HbF (α 2γ2 ) 对氧的亲和力比成人高—— Ser 取代 His 与 BPG 结合能力减弱

氧合 Hb 中央空穴太小，容纳不了 BPG,

BPG 对 R 态 Hb 亲和力的大小顺序为 :

HbO2>Hb(O2)2>Hb(O2)3

BPG 与 Hb(O2)4 不结合

分子病：由于基因突变，导致蛋白质中氨基酸种类发生变化，并引起功能降低或丧失。

镰刀型贫血症（ sickle-cell anemia ）

三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病

• 镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息

• 正常细胞 镰刀形细胞

它是最早认识的一种分子病

死亡率极高 由于遗传基因突

变导致血红蛋白分子结构突变

正常型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys ---

β 链 谷氨酸镰刀型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys ---

β 链 缬氨酸

（极性） （非极性）

N

四、与免疫有关的蛋白质

白血病是一种造血组织的恶性疾病，俗称“血癌”，特点是某一类型的白血病细胞在骨髓或其他造血组织中的肿瘤性增生，可浸润体内各器官、组织、使各个脏器的功能受损，产生相应的症状和体征。

获得性免疫缺陷综合征 (AIDS)

（一）体内参与免疫反应的淋巴细胞（一）体内参与免疫反应的淋巴细胞

骨髓骨髓

胸腺胸腺TT 淋巴细胞淋巴细胞

巨噬细胞巨噬细胞

BB 淋巴细胞淋巴细胞

细胞免疫细胞免疫

抗体抗体体液免疫体液免疫

（二）与免疫有关的蛋白

11 、主要组织相容性复合体、主要组织相容性复合体

（（ major histocompatibility complexmajor histocompatibility complex ， ， MHCMHC ))

—— —— 膜蛋白、呈递抗原给膜蛋白、呈递抗原给 TT 细胞细胞

结合抗原肽的裂隙

人： MHCⅠ

二硫键

辅受体 辅受体

存在于：几乎所有的脊椎动物细胞表面结合并展示：细胞内随机发生的蛋白降解 及更新衍生来的肽

展示被细胞摄入的外部蛋白

巨噬细胞和 B 细胞

2 、免疫球蛋白（ immunoglobulin ）

——可溶性血清糖蛋白

（（ 11 ）分类）分类

A、 IgA：存在于身体的分泌物中

BB 、、 IgDIgD ：存在于：存在于 BB 细胞表面细胞表面

CC 、、 IgEIgE ：与过敏反应有关：与过敏反应有关

DD 、、 IgMIgM ：初次免疫反应初期产：初次免疫反应初期产生生EE 、、 IgGIgG ：体内最多的一：体内最多的一类类

（ 2）结构特点 两条轻链（ L ）、两条重链（ H ） 每条链都有可变区（ V ）、恒定区（ C ） 可变区都在 N 端

Fab ： Fragment antigen binding

Fc ： Fragment crystallizable

（ Fab ） 2 和Fc

反平行 β折叠片

Fab 与抗原的结合

IgGIgG 是血液中参与免疫反应的最主要的抗体是血液中参与免疫反应的最主要的抗体 IgG + IgG + 抗原 抗原 巨噬细胞结合、吞噬巨噬细胞结合、吞噬

IgIgMM 五聚体，只存在于血液中五聚体，只存在于血液中

（（ 33）基于抗原）基于抗原 -- 抗体反应的生化分析方法抗体反应的生化分析方法

ELISA

免疫印迹

样品纯化 前 后

五、肌球蛋白和肌动蛋白参与需能的收缩活动

肌肉组成肌肉组成

肌肉肌肉 肌纤维束肌纤维束

肌肌纤纤维维

肌原纤维肌原纤维

肌原纤维：明带和暗带

肌节

肌原纤维由纵向排列的肌丝组成：• 粗丝（ thick filament ） ——只分布于暗 /A带• 细丝（ thick filament ） ——I带只有细丝

H区只有粗丝

肌球蛋白

肌动蛋白

肌动蛋白的两种形式：球状 ∽ ( G — actin)

纤维状 ∽ ( F — actin)

单体形式聚合形式

K+ 、 Mg2+ 、 ATP 存在时

原肌球蛋白肌钙蛋白 复合体

六、 蛋白质结构和功能的进化六、 蛋白质结构和功能的进化

1. 蛋白质的功能是由空间构象决定的

2. 蛋白质空间构象由关键部位 AA 顺序决定

3. 关键部位 AA 的变化会引起功能改变

肌动蛋白变构引起肌肉收缩受 Ca2+ 、 ATP 调节

目前对具体结构与功能的对应规律研究尚刚刚起步