1、會計學1王鏡巖生物化學蛋白質結構王鏡巖生物化學蛋白質結構(jigu)與功與功能的關系能的關系第一頁，共99頁。一、肌紅蛋白的結構與功能一、肌紅蛋白的結構與功能(gngnng)二、血紅蛋白的結構與功能二、血紅蛋白的結構與功能(gngnng)三、血紅蛋白分子病三、血紅蛋白分子病四、免疫系統和免疫球蛋白四、免疫系統和免疫球蛋白五、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲與肌肉收縮五、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲與肌肉收縮六、蛋白質的結構與功能六、蛋白質的結構與功能(gngnng)進化進化(The relation between structure and function of proteins)第1頁/共98頁第二頁，

2、共99頁。第2頁/共98頁第三頁，共99頁。 肌紅蛋白（肌紅蛋白（myoglobinmyoglobin，MbMb）主要存在于肌肉）主要存在于肌肉中，是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧中，是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋白質。肌紅蛋白由一條多肽鏈和一個輔基血的蛋白質。肌紅蛋白由一條多肽鏈和一個輔基血紅素（紅素（hemeheme）構成，相對分子量）構成，相對分子量1670016700，含，含153153個個氨基酸殘基。除去血紅素后僅剩下氨基酸殘基。除去血紅素后僅剩下(shn xi)(shn xi)的的肽鏈部分稱為珠蛋白（肽鏈部分稱為珠蛋白（globinglobin），它和血紅蛋白），

3、它和血紅蛋白的的、亞基有明顯的同源性，它們的構象和功亞基有明顯的同源性，它們的構象和功能也極為相似。血紅素非共價地結合在珠蛋白的能也極為相似。血紅素非共價地結合在珠蛋白的疏水空穴中。疏水空穴中。 第3頁/共98頁第四頁，共99頁。myoglobin第4頁/共98頁第五頁，共99頁。 血紅素由原卟啉血紅素由原卟啉（protoporphyrin protoporphyrin ）中間）中間結合一個結合一個FeFe原子構成，原卟啉原子構成，原卟啉是由是由4 4個吡咯環通過個吡咯環通過甲叉橋連接而成的扁平環狀化合物。卟啉環中央結合甲叉橋連接而成的扁平環狀化合物。卟啉環中央結合FeFe原子，原子，FeFe

4、原子通常是八面體配位原子通常是八面體配位(pi wi)(pi wi)，應該，應該有有6 6個配位個配位(pi wi)(pi wi)鍵，其中鍵，其中4 4個配位個配位(pi wi)(pi wi)鍵與鍵與4 4個吡咯環的個吡咯環的N N原子相連，另兩個配位原子相連，另兩個配位(pi wi)(pi wi)鍵分鍵分布在卟啉環的上下。布在卟啉環的上下。FeFe原子可以是二價的或三價的，原子可以是二價的或三價的，相應的血紅素稱為相應的血紅素稱為 亞鐵亞鐵 血紅素（血紅素（ferrohemeferroheme，hemeheme）和高鐵血紅素（）和高鐵血紅素（ferrihemeferriheme，hemati

5、nhematin），相應的?。?，相應的肌紅蛋白稱為紅蛋白稱為 亞鐵亞鐵 肌紅蛋白（肌紅蛋白（ferromyoglobinferromyoglobin）和高）和高鐵肌紅蛋白（鐵肌紅蛋白（ferrimyoglobinferrimyoglobin，metmyoglobinmetmyoglobin）。）。 第5頁/共98頁第六頁，共99頁。hemeprotoporphyrin 第6頁/共98頁第七頁，共99頁。 血紅素中的鐵的第血紅素中的鐵的第5 5個配位鍵與珠蛋白的第個配位鍵與珠蛋白的第9393（或（或F8F8）位）位HisHis殘基的咪唑基殘基的咪唑基N N結合，這個結合，這個HisHis稱為近側

6、稱為近側HisHis，而，而O2O2與與FeFe的第的第6 6個配位鍵結合。在個配位鍵結合。在肌紅蛋白沒有結合肌紅蛋白沒有結合O2O2時，這個部位是空的。高鐵時，這個部位是空的。高鐵肌紅蛋白不能與肌紅蛋白不能與O2O2結合，結合，H2OH2O分子代替分子代替O2O2成為第成為第6 6個配體。個配體。 在血紅素結合在血紅素結合O2O2的一側，還有一個的一側，還有一個HisHis殘基殘基，即第，即第6464（或（或E7E7）位）位HisHis殘基，稱為遠側殘基，稱為遠側HisHis。由。由于這個遠側于這個遠側HisHis的存在，使得的存在，使得O2O2的結合受到空間的結合受到空間位阻。在氧合肌紅蛋

7、白中，位阻。在氧合肌紅蛋白中， O2 O2的兩個原子與的兩個原子與FeFe不成一條直線不成一條直線(zhxin)(zhxin)，而是傾斜了，而是傾斜了3030。第7頁/共98頁第八頁，共99頁。近側近側His遠側遠側His第8頁/共98頁第九頁，共99頁。 第第6 6個配位位置的空間位阻很重要。游離在溶液中個配位位置的空間位阻很重要。游離在溶液中的鐵卟啉結合的鐵卟啉結合COCO的能力比結合的能力比結合O2O2強強2500025000倍，但在肌紅倍，但在肌紅蛋白中，血紅素對蛋白中，血紅素對COCO的親和力僅比對的親和力僅比對O2O2的親和力大的親和力大250250倍。肌紅蛋白（還有血紅蛋白）降低

8、對倍。肌紅蛋白（還有血紅蛋白）降低對COCO的親和力，的親和力，可以有效地防止代謝過程中產生的少量可以有效地防止代謝過程中產生的少量COCO占據它們的占據它們的O2O2結合部位。盡管如此，當空氣中結合部位。盡管如此，當空氣中COCO的含量達到的含量達到(d (d do)0.06%do)0.06%0.08%0.08%即有中毒的危險，達到即有中毒的危險，達到(d (d do)0.1%do)0.1%則會導致死亡。則會導致死亡。 第9頁/共98頁第十頁，共99頁。Free hemewith imidazoleMb:CO Complex Oxymyoglobin第10頁/共98頁第十一頁，共99頁。 通

9、常情況下，通常情況下，O2O2分子與分子與FeFe（）緊密接觸會使）緊密接觸會使FeFe（）氧化成）氧化成FeFe（），溶液中游離的亞鐵血紅素很），溶液中游離的亞鐵血紅素很容易被氧化成高鐵血紅素，但在肌紅蛋白中，由于血容易被氧化成高鐵血紅素，但在肌紅蛋白中，由于血紅素處于疏水環境中，血紅素紅素處于疏水環境中，血紅素FeFe（）不容易被氧化）不容易被氧化。 同樣是血紅素，與不同的蛋白質結合后，具有不同樣是血紅素，與不同的蛋白質結合后，具有不同的功能，如在細胞色素同的功能，如在細胞色素C C中，血紅素起可逆電子載中，血紅素起可逆電子載體體(zit)(zit)的作用，過氧化氫酶中，血紅素催化的作用，

10、過氧化氫酶中，血紅素催化H2O2H2O2歧化成歧化成H2OH2O和和O2 O2 。第11頁/共98頁第十二頁，共99頁。 肌紅蛋白血紅素在沒有與肌紅蛋白血紅素在沒有與O2O2結合結合(jih)(jih)時，鐵原子是向第時，鐵原子是向第 5 5 配位體方向（配位體方向（His F8His F8）突出的。當與突出的。當與O2O2結合結合(jih)(jih)時，鐵原子被拉時，鐵原子被拉回到卟啉平面?；氐竭策矫?。 第12頁/共98頁第十三頁，共99頁。第13頁/共98頁第十四頁，共99頁。肌紅蛋白與肌紅蛋白與O2結合結合(jih)的反應式為的反應式為其解離其解離(ji l)常數常數為為K , 令令Y

11、 為肌紅蛋白的氧飽和分數，即為肌紅蛋白的氧飽和分數，即將改寫為將改寫為第14頁/共98頁第十五頁，共99頁。將代入得將代入得 ， 根據根據henryhenry定律，溶于液體的任一種氣體定律，溶于液體的任一種氣體(qt)(qt)的濃度的濃度與液體上面的該氣體與液體上面的該氣體(qt)(qt)的分壓成正比，即的分壓成正比，即 O2= = A p (O2) 式中式中A A 為比例系數為比例系數(xsh)(xsh)，p (O2)p (O2)為氧氣的為氧氣的分壓。分壓。 第15頁/共98頁第十六頁，共99頁。將代入得將代入得第16頁/共98頁第十七頁，共99頁。 實驗中實驗中 p (O2) p (O2)

12、 可以測得，氧分壓常用可以測得，氧分壓常用TorrTorr為為單位。單位。Y Y 值可用分光光度法測定，因為肌紅蛋白結值可用分光光度法測定，因為肌紅蛋白結合了合了O2 O2 時會引起吸收光譜的改變時會引起吸收光譜的改變(gibin)(gibin)。Y Y 對對 p (O2) p (O2) 作圖所得的曲線稱為氧結合曲線。作圖所得的曲線稱為氧結合曲線。 1 Torr = 133 Pa = 1 mmHg 第17頁/共98頁第十八頁，共99頁。雙曲線方程雙曲線方程(fngchng)(fngchng)第18頁/共98頁第十九頁，共99頁。 為氧結合肌紅蛋白的分數為氧結合肌紅蛋白的分數(fnsh)(fns

13、h)與沒有結與沒有結合氧的肌紅蛋白的分數合氧的肌紅蛋白的分數(fnsh)(fnsh)之比。之比。 兩邊兩邊(lingbin)(lingbin)取取對數得對數得 第19頁/共98頁第二十頁，共99頁。 以以 對對 作圖稱為作圖稱為(chn wi)Hill(chn wi)Hill作作圖，肌紅蛋白的圖，肌紅蛋白的HillHill圖是一條直線。當圖是一條直線。當 時時（50%50%的肌紅蛋白結合了氧），的肌紅蛋白結合了氧）， ，這，這時時 ，這一點的斜率稱為，這一點的斜率稱為(chn wi)Hill(chn wi)Hill系數，肌紅蛋白的系數，肌紅蛋白的HillHill系數等于系數等于1 1，說明，說

14、明O2O2分子彼此獨立地與肌紅蛋白結合。分子彼此獨立地與肌紅蛋白結合。 第20頁/共98頁第二十一頁，共99頁。第21頁/共98頁第二十二頁，共99頁。 線粒體中氧濃度為線粒體中氧濃度為0 010 torr10 torr，靜脈血氧濃度為，靜脈血氧濃度為15 15 torrtorr或更高些。肌紅蛋白的或更高些。肌紅蛋白的P 50P 50為為2 torr2 torr，所以在大多數，所以在大多數情況情況(qngkung)(qngkung)下，肌紅蛋白是高度氧合的，是氧的貯存下，肌紅蛋白是高度氧合的，是氧的貯存庫。如果由于肌肉收縮使線粒體中氧含量下降，它就可以庫。如果由于肌肉收縮使線粒體中氧含量下降，

15、它就可以立即供應氧。立即供應氧。第22頁/共98頁第二十三頁，共99頁。 肌紅蛋白也有利于細胞內氧從細胞的內表面向線肌紅蛋白也有利于細胞內氧從細胞的內表面向線粒體轉運粒體轉運(zhun yn)(zhun yn)，因為這種運轉是順濃度梯度，因為這種運轉是順濃度梯度的，細胞內表面的氧濃度約為的，細胞內表面的氧濃度約為10 torr10 torr（肌紅蛋白的（肌紅蛋白的氧飽和度約為氧飽和度約為80%80%），而線粒體內的氧濃度約為），而線粒體內的氧濃度約為1 1 torrtorr（肌紅蛋白的氧飽和度約為（肌紅蛋白的氧飽和度約為25%25%），肌紅蛋白可），肌紅蛋白可以從細胞內表面結合氧，而運到線粒體

16、中釋放氧。以從細胞內表面結合氧，而運到線粒體中釋放氧。 第23頁/共98頁第二十四頁，共99頁。第24頁/共98頁第二十五頁，共99頁。 血紅蛋白（血紅蛋白（hemoglobinhemoglobin，HbHb）存在于紅細胞中）存在于紅細胞中，它的主要功能是在血液中結合并轉運氧氣，它在，它的主要功能是在血液中結合并轉運氧氣，它在肺中與氧氣結合，運輸肺中與氧氣結合，運輸(ynsh)(ynsh)到全身各處組織中到全身各處組織中，再釋放出氧氣。，再釋放出氧氣。 第25頁/共98頁第二十六頁，共99頁。發育階段血紅蛋白名稱鏈或樣鏈鏈或樣鏈亞基組成胚胎2 22 2胎兒HbF2 22 2出生到死亡HbA2

17、22 2出生到死亡HbA22 22 2第26頁/共98頁第二十七頁，共99頁。 鏈或鏈或樣鏈由樣鏈由141141個氨基酸殘基組成，個氨基酸殘基組成，鏈或鏈或樣鏈由樣鏈由146146個氨基酸殘基組成，而肌紅蛋個氨基酸殘基組成，而肌紅蛋白的肽鏈由白的肽鏈由153153個氨基酸殘基組成，它們都叫珠個氨基酸殘基組成，它們都叫珠蛋白。同一類型不同希臘字母代表蛋白。同一類型不同希臘字母代表(dibio)(dibio)的的鏈有個別氨基酸殘基不同。鏈有個別氨基酸殘基不同。 第27頁/共98頁第二十八頁，共99頁。1212第28頁/共98頁第二十九頁，共99頁。 血紅蛋白血紅蛋白鏈、鏈、鏈及肌紅蛋白鏈的三級結構

18、非鏈及肌紅蛋白鏈的三級結構非常相似，但這三種肽鏈的氨基酸序列有很大不同，常相似，但這三種肽鏈的氨基酸序列有很大不同，141141個氨基酸殘基位置個氨基酸殘基位置(wi zhi)(wi zhi)中只有中只有2727個位置個位置(wi (wi zhi)zhi)的殘基在這三種肽鏈中是相同的。的殘基在這三種肽鏈中是相同的。 Mb Hb Hb第29頁/共98頁第三十頁，共99頁。 比較了多種（從七腮鰻到人）不同的血紅蛋白比較了多種（從七腮鰻到人）不同的血紅蛋白的氨基酸序列，證明序列中有的氨基酸序列，證明序列中有9 9個位置的殘基是所個位置的殘基是所有研究過的血紅蛋白所共有的，這些稱為高度保守有研究過的血

19、紅蛋白所共有的，這些稱為高度保守(boshu)(boshu)的殘基。的殘基。 血紅蛋白內部的非極性殘基可以換成另一種非血紅蛋白內部的非極性殘基可以換成另一種非極性殘基而功能不變。極性殘基而功能不變。 第30頁/共98頁第三十一頁，共99頁。 血紅蛋白分子中，血紅蛋白分子中，亞基的接觸有兩類，亞基的接觸有兩類，一類是一類是1111接觸和接觸和2222接觸，這類接觸稱為接觸，這類接觸稱為裝配接觸；另一類是裝配接觸；另一類是1212接觸和接觸和2121接觸，接觸，這類接觸稱為滑動接觸。氧合時，每個這類接觸稱為滑動接觸。氧合時，每個二聚二聚體半分子作為一個體半分子作為一個(y )(y )剛體移動，這兩

20、個二聚剛體移動，這兩個二聚體彼此滑動。我們將其中一個體彼此滑動。我們將其中一個(y )(y )二聚體看作二聚體看作不動，另一個不動，另一個(y )(y )二聚體將繞一個二聚體將繞一個(y )(y )設設想的偏心軸旋轉想的偏心軸旋轉1515，并平移，并平移0.08nm0.08nm。 第31頁/共98頁第三十二頁，共99頁。 去氧血紅蛋白去氧血紅蛋白(xuhng dnbi) 11(xuhng dnbi) 11的移動過程的移動過程 氧合血紅蛋白氧合血紅蛋白(xuhng dnbi)(xuhng dnbi)第32頁/共98頁第三十三頁，共99頁。 在去氧血紅蛋白中，鐵原子向近側在去氧血紅蛋白中，鐵原子向

21、近側HisHis方向凸方向凸起約起約0.06nm0.06nm。氧合時，鐵原子的體積縮小，向卟。氧合時，鐵原子的體積縮小，向卟啉環平面靠近啉環平面靠近(kojn)(kojn)約約0.039nm0.039nm，并牽拉近側，并牽拉近側HisHis往血紅素平面移動，這些移動，傳遞到亞基的往血紅素平面移動，這些移動，傳遞到亞基的界面，使得亞基間的相互位置發生變化。界面，使得亞基間的相互位置發生變化。 第33頁/共98頁第三十四頁，共99頁。第34頁/共98頁第三十五頁，共99頁。 血紅蛋白有兩種主要構象態，一種是血紅蛋白有兩種主要構象態，一種是T T態即緊張態態即緊張態（tense statetense

22、 state），另一種是），另一種是R R態即松弛態（態即松弛態（relaxed relaxed statestate）。）。O2O2對對R R態的親和力明顯地高于對態的親和力明顯地高于對T T態的親和力態的親和力，并且，并且O2O2的結合更穩定了的結合更穩定了R R態。缺氧時態。缺氧時T T態更加穩定，態更加穩定，因此因此T T態是去氧血紅蛋白的主要構象，態是去氧血紅蛋白的主要構象，R R態是氧合血紅態是氧合血紅蛋白的主要構象。蛋白的主要構象。T T態血紅蛋白結合態血紅蛋白結合O2O2后轉變成后轉變成R R態，態，并使得分子內一些并使得分子內一些(yxi)(yxi)鹽橋斷裂。鹽橋斷裂。 第3

23、5頁/共98頁第三十六頁，共99頁。第36頁/共98頁第三十七頁，共99頁。 血紅蛋白是一個四聚體蛋白，它與肌紅蛋白相比血紅蛋白是一個四聚體蛋白，它與肌紅蛋白相比(xin b)(xin b)，出現了一些新的性質。血紅蛋白的氧合，出現了一些新的性質。血紅蛋白的氧合具有正協同同促效應，即一個具有正協同同促效應，即一個O2O2的結合促進同一分子的結合促進同一分子其它亞基與其它亞基與O2O2的結合。具有這種性質的蛋白質稱為別的結合。具有這種性質的蛋白質稱為別構蛋白（其它蛋白質也有負協同效應的）。構蛋白（其它蛋白質也有負協同效應的）。 第37頁/共98頁第三十八頁，共99頁。 假設假設O2O2與與HbH

24、b的結合是一種的結合是一種(y zhn)“(y zhn)“全或無全或無”的方式，其結合反應式為的方式，其結合反應式為則解離則解離(ji l)常數常數K 為為 按照前面肌紅蛋白結合按照前面肌紅蛋白結合O2的定量分析的推導方的定量分析的推導方法，法，Hb的氧飽和分數的氧飽和分數Y 的表達式為的表達式為第38頁/共98頁第三十九頁，共99頁。第39頁/共98頁第四十頁，共99頁。推導推導(tudo)(tudo)氧氧合曲線合曲線實際實際(shj)(shj)氧氧合曲線合曲線圖中的圖中的n為為Hill系數系數第40頁/共98頁第四十一頁，共99頁。 血紅蛋白結合血紅蛋白結合O2O2并不是并不是“全或無全或

25、無”的，各個亞的，各個亞基結合基結合O2O2是依次進行的，并且前面亞基結合了是依次進行的，并且前面亞基結合了O2O2對對后面亞基與后面亞基與O2O2的結合有促進作用。實際測定的的結合有促進作用。實際測定的n=2.8n=2.8，若，若n=1n=1，則無協同作用，若，則無協同作用，若n 1n 1則有正協同則有正協同作用。對于血紅蛋白來說，當作用。對于血紅蛋白來說，當 n=4 n=4 時正協同作用時正協同作用最大，即當最大，即當1 1個個O2O2與與1 1個亞基結合后，另外個亞基結合后，另外3 3個亞基個亞基也同時與也同時與O2O2結合。實際情況結合。實際情況(qngkung)(qngkung)是是

26、n=2.8n=2.8。這樣，這樣，HbHb對第對第4 4個個O2O2的親和力約為與第的親和力約為與第1 1個個O2O2親和力親和力的的300300倍。倍。 第41頁/共98頁第四十二頁，共99頁。 在肺泡中，氧分壓為在肺泡中，氧分壓為100 torr100 torr，工作肌肉的毛細，工作肌肉的毛細血管血管(mo x xu un)(mo x xu un)中約為中約為20 torr20 torr，血紅蛋白在，血紅蛋白在肺泡中肺泡中Y Y是是0.970.97，在肌肉毛細血管，在肌肉毛細血管(mo x xu un)(mo x xu un)中中Y Y是是0.250.25，釋放的，釋放的O2O2是兩個是兩

27、個Y Y值之差，即值之差，即Y=0.72Y=0.72。這個差值越大，運輸這個差值越大，運輸O2O2的效率就越高。肌紅蛋白不能的效率就越高。肌紅蛋白不能擔當此項工作。擔當此項工作。 第42頁/共98頁第四十三頁，共99頁。 血紅蛋白與血紅蛋白與O2O2的結合受其它分子的調節，如的結合受其它分子的調節，如H+H+、CO2CO2和和2,3-2,3-二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（2,3-bisphosphate 2,3-bisphosphate glycerateglycerate，BPGBPG）等。雖然它們在蛋白質分子上的）等。雖然它們在蛋白質分子上的結合部位離血紅素很遠，但這些結合部位離血紅素很遠，

28、但這些(zhxi)(zhxi)分子極大分子極大地影響地影響HbHb的氧合性質，這是別構效應中的異種效應的氧合性質，這是別構效應中的異種效應。 第43頁/共98頁第四十四頁，共99頁。2,3-bisphosphate glycerate，BPG第44頁/共98頁第四十五頁，共99頁。 組織組織(zzh)(zzh)中代謝作用產生中代謝作用產生H+H+和和CO2CO2，代謝越旺盛的組織代謝越旺盛的組織(zzh)(zzh)，需要的，需要的O2O2越多，越多，產生的產生的H+H+和和CO2CO2也越多。也越多。CO2CO2在體內被水合成在體內被水合成碳酸。碳酸。 CO2 CO2水合的結果，使組織中水合的

29、結果，使組織中pHpH下降，即下降，即H+H+上升。上升。 O2 O2與血紅蛋白的結合受與血紅蛋白的結合受pHpH和和CO2CO2濃度的影濃度的影響。去氧血紅蛋白對響。去氧血紅蛋白對H+H+的親和力比氧合血紅蛋白的親和力比氧合血紅蛋白大。因此，增加大。因此，增加(zngji)H+(zngji)H+濃度將促進濃度將促進O2O2的釋的釋放 。放 。 H b O 2 H b O 2 H + H + HbH+HbH+O2O2第45頁/共98頁第四十六頁，共99頁。 氧合血紅蛋白在組織中釋放的氧合血紅蛋白在組織中釋放的O2O2量除了受到組織量除了受到組織中低中低O2O2濃度的作用外，還受組織中低濃度的作

30、用外，還受組織中低pHpH的影響。后者的影響。后者叫做叫做BohrBohr效應效應(xioyng)(xioyng)，因，因19041904年發現此現象的丹年發現此現象的丹麥生理學家麥生理學家C. BohrC. Bohr而得名。而得名。 產生產生BohrBohr效應效應(xioyng)(xioyng)的原因是血紅蛋白中一的原因是血紅蛋白中一些些pKpK值處于值處于7 7附近的可解離基團的作用，主要是附近的可解離基團的作用，主要是HisHis，它們解離與否會影響到血紅蛋白的構象，從而影響血它們解離與否會影響到血紅蛋白的構象，從而影響血紅蛋白對紅蛋白對O2O2的親和力。的親和力。第46頁/共98頁第

31、四十七頁，共99頁。第47頁/共98頁第四十八頁，共99頁。 血紅蛋白還能結合血紅蛋白還能結合CO2 CO2 ，結合部位是亞基，結合部位是亞基N N末端游離末端游離(yul)(yul)的的NH2NH2。CO2CO2的結合也能的結合也能促進促進O2O2的釋放。的釋放。 第48頁/共98頁第四十九頁，共99頁。 2,3- 2,3-二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPGBPG）是血紅蛋白一個重要）是血紅蛋白一個重要的別構效應劑（別構抑制劑）。正常人紅細胞中約含的別構效應劑（別構抑制劑）。正常人紅細胞中約含有有4.5mmol/L4.5mmol/L的的BPGBPG，約與血紅蛋白等摩爾數。每個，約與血紅蛋白等

32、摩爾數。每個HbHb分子（四聚體）只有一個分子（四聚體）只有一個BPGBPG結合位點，位于由結合位點，位于由4 4個亞個亞基締合形成的中央孔穴內。高負電荷的基締合形成的中央孔穴內。高負電荷的BPGBPG分子與每分子與每個個鏈的若干個殘基的帶正電荷基團通過靜電結合于鏈的若干個殘基的帶正電荷基團通過靜電結合于HbHb分子上，分子上，BPGBPG把兩個把兩個(lin )(lin )鏈交聯在一起。鏈交聯在一起。O2O2的結合使中央孔穴變小，使的結合使中央孔穴變小，使BPGBPG結合變得困難。在結合變得困難。在沒有沒有BPGBPG存在時，存在時，O2O2的結合容易，而在有的結合容易，而在有BPGBPG存

33、在時，存在時，O2O2的結合變得困難。的結合變得困難。 第49頁/共98頁第五十頁，共99頁。第50頁/共98頁第五十一頁，共99頁。 BPG BPG對對R R態態HbHb的親和力至少比對的親和力至少比對T T態態HbHb低一個數量級低一個數量級，BPGBPG對對R R態態HbHb的親和力大小順序為：的親和力大小順序為：HbO2 Hb(O2)2 HbO2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 Hb(O2)3 ，而對，而對Hb(O2)4Hb(O2)4則完全不結合。則完全不結合。 BPG BPG濃度越大，濃度越大，HbHb的氧合曲線的氧合曲線(qxin)(qxin)就越往右偏就越往右偏移，說明移，說明B

34、PGBPG抑制抑制O2O2的結合，并增加了正協同效應。的結合，并增加了正協同效應。BPGBPG的存在可以增加的存在可以增加HbHb在組織中的卸氧量。正常情況下在組織中的卸氧量。正常情況下供給組織的氧量約為血液所能攜帶的最大氧量的供給組織的氧量約為血液所能攜帶的最大氧量的40%40%（即即Y = 40%Y = 40%）。）。第51頁/共98頁第五十二頁，共99頁。第52頁/共98頁第五十三頁，共99頁。 人的某些生理性或病理性缺氧可以通過紅細人的某些生理性或病理性缺氧可以通過紅細胞中胞中BPGBPG濃度的升高而代償。當正常人在短時間內濃度的升高而代償。當正常人在短時間內由海平面上升到由海平面上升

35、到4500m4500m高的高山上時，紅細胞中的高的高山上時，紅細胞中的BPGBPG濃度幾個小時濃度幾個小時(xiosh)(xiosh)后就開始上升，兩天后就開始上升，兩天內可由內可由4.5mmol/L4.5mmol/L增加到增加到7.5mmol/L7.5mmol/L，使氧的釋放，使氧的釋放量增大。值得注意的是，量增大。值得注意的是，BPGBPG濃度增加對肺中濃度增加對肺中HbHb與與O2O2的結合影響不大。的結合影響不大。第53頁/共98頁第五十四頁，共99頁。第54頁/共98頁第五十五頁，共99頁。 鐮刀狀細胞貧血病（鐮刀狀細胞貧血?。╯ickle-cell anemiasickle-cel

36、l anemia）是最）是最早被認識的一種分子病。這種病在非洲某些地區十分早被認識的一種分子病。這種病在非洲某些地區十分流行（高達流行（高達40%40%），它是由于遺傳基因的突變導致血紅），它是由于遺傳基因的突變導致血紅蛋白分子中氨基酸殘基被改變造成的。鐮刀狀細胞貧蛋白分子中氨基酸殘基被改變造成的。鐮刀狀細胞貧血病人血紅蛋白含量僅為正常人（血病人血紅蛋白含量僅為正常人（151516g/100ml16g/100ml）的）的一半，紅細胞數目一半，紅細胞數目(shm)(shm)也是正常人（也是正常人（4.64.66.26.2106106個個/ml/ml）的一半左右，而且紅細胞的形態也不）的一半左右，

37、而且紅細胞的形態也不正常，除了有非常大量的未成熟紅細胞外，還有很多正常，除了有非常大量的未成熟紅細胞外，還有很多成鐮刀狀的紅細胞。當紅細胞脫氧時，鐮刀狀紅細胞成鐮刀狀的紅細胞。當紅細胞脫氧時，鐮刀狀紅細胞的數量明顯增加。這種病人的血紅蛋白稱為的數量明顯增加。這種病人的血紅蛋白稱為HbSHbS。 第55頁/共98頁第五十六頁，共99頁。第56頁/共98頁第五十七頁，共99頁。 鐮刀狀細胞貧血病是一種致死性疾病，它的鐮刀狀細胞貧血病是一種致死性疾病，它的純合子患者有的在童年就死亡。雜合子患者的壽純合子患者有的在童年就死亡。雜合子患者的壽命也不長，但它能抵抗一種流行于非洲的瘧疾。命也不長，但它能抵抗

38、一種流行于非洲的瘧疾。這種瘧疾也是一種致死性疾病，甚至具有正常血這種瘧疾也是一種致死性疾病，甚至具有正常血紅蛋白紅蛋白(xuhng dnbi)(xuhng dnbi)的人死于這種瘧疾的比的人死于這種瘧疾的比例也很高，常常在還沒有繁殖后代就已死去。例也很高，常常在還沒有繁殖后代就已死去。HbsHbs雜合子患者對這種瘧疾有一定的抵抗能力，尚能雜合子患者對這種瘧疾有一定的抵抗能力，尚能繁殖后代，這是因為雜合子患者加速被感染紅細繁殖后代，這是因為雜合子患者加速被感染紅細胞的破壞而中斷瘧原蟲的生活周期的緣故。胞的破壞而中斷瘧原蟲的生活周期的緣故。第57頁/共98頁第五十八頁，共99頁。（先垂直（先垂直(

39、chuzh)方向濾紙層析，后水平方向電泳方向濾紙層析，后水平方向電泳）HbAHbS第58頁/共98頁第五十九頁，共99頁。HbA H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys C端端HbS H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val -Glu-Lys C端端 （鏈）鏈） 1 2 3 4 5 6 7 8（示差異（示差異(chy)(chy)處處）第59頁/共98頁第六十頁，共99頁。 6 6殘基位于分子表面，當殘基位于分子表面，當ValVal取代了取代了GluGlu后，在分子的后，在分子的表面多了一個疏水基團。血紅蛋白的氧合性質和別構性質表面多了一個疏水基團。

40、血紅蛋白的氧合性質和別構性質不受此變化的影響，但這一變化顯著影響了血紅蛋白的溶不受此變化的影響，但這一變化顯著影響了血紅蛋白的溶解度。在去氧血紅蛋白分子表面的另一處有一個疏水性口解度。在去氧血紅蛋白分子表面的另一處有一個疏水性口袋，正好能與這個袋，正好能與這個ValVal側鏈結合，它們可以側鏈結合，它們可以(ky)(ky)互相聚集互相聚集成纖維狀沉淀。氧合血紅蛋白表面沒有這個疏水性口袋，成纖維狀沉淀。氧合血紅蛋白表面沒有這個疏水性口袋，所以只有在缺氧時，紅細胞才會成為鐮刀狀。所以只有在缺氧時，紅細胞才會成為鐮刀狀。 第60頁/共98頁第六十一頁，共99頁。 兩股兩股HbSHbS鏈連鎖在一起鏈連

41、鎖在一起(yq) 14(yq) 14股鏈纖維股鏈纖維第61頁/共98頁第六十二頁，共99頁。 地中海貧血可以由幾條途徑產生地中海貧血可以由幾條途徑產生(chnshng)(chnshng)：缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因；所有基缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因；所有基因都存在，但一個或多個基因發生無義突變（因都存在，但一個或多個基因發生無義突變（nonsense mutationnonsense mutation），結果產生），結果產生(chnshng)(chnshng)縮短了縮短了的肽鏈，或發生移碼突變，產生的肽鏈，或發生移碼突變，產生(chnshng)(chnshng)無功能無功能的肽

42、鏈。所有基因都可能存在，但突變發生在編碼的肽鏈。所有基因都可能存在，但突變發生在編碼區之外，導致不能轉錄，或轉錄后的加工不正確。區之外，導致不能轉錄，或轉錄后的加工不正確。 廣東省是我國地中海貧血癥發病率最高的地區廣東省是我國地中海貧血癥發病率最高的地區(dq)，約有，約有11.07%的的人（人（800萬人）攜帶地中海貧血癥的基因（萬人）攜帶地中海貧血癥的基因（2005年年5月月11日中央電視臺日中央電視臺報道）。報道）。 第62頁/共98頁第六十三頁，共99頁。（免疫（免疫(miny)(miny)球蛋白部分）球蛋白部分）免疫免疫(miny)球蛋白，球蛋白，Immunoglobulin, Ig

43、第63頁/共98頁第六十四頁，共99頁。第64頁/共98頁第六十五頁，共99頁。第65頁/共98頁第六十六頁，共99頁?？贵w抗體(kngt)(kngt)上的抗原上的抗原結合結構結合結構域域雞卵清溶菌雞卵清溶菌酶（抗原酶（抗原(kngyun)(kngyun)）雞卵清溶菌雞卵清溶菌酶上突出的酶上突出的Gln121第66頁/共98頁第六十七頁，共99頁?？贵w抗體(kngt)(kngt)上的抗原上的抗原結合結構結合結構域域雞卵清溶菌雞卵清溶菌酶上突出酶上突出(t ch)(t ch)的的Gln121Gln121第67頁/共98頁第六十八頁，共99頁。交聯晶格交聯晶格(jn (jn )抗原抗原(kngyu

44、n)(kngyun)決定簇決定簇抗原抗原（含（含4 4個決定簇）個決定簇）抗體抗體第68頁/共98頁第六十九頁，共99頁。 人的免疫球蛋白除了人的免疫球蛋白除了IgGIgG外，還有外，還有IgAIgA、IgMIgM、IgD IgD 和和 IgE IgE，共有，共有5 5種類型，它們各自存在于人體的種類型，它們各自存在于人體的不同部位，起著不同的作用。不同部位，起著不同的作用。Ig Ig 分子輕鏈恒定區（分子輕鏈恒定區（CLCL）的氨基酸序列可分為兩種基本類型：）的氨基酸序列可分為兩種基本類型：和和，一個一個 Ig Ig 分子只能分子只能(zh nn)(zh nn)含有其中的一種。重含有其中的一

45、種。重鏈恒定區（包括鏈恒定區（包括CH1CH1、CH2CH2和和CH3CH3）的序列分為）的序列分為5 5種基種基本類型：本類型：（IgGIgG）、）、（IgAIgA）、）、（IgMIgM）、）、（IgDIgD）和）和（IgEIgE）。）。 第69頁/共98頁第七十頁，共99頁。IgD的結構的結構(jigu)與與IgG類類似似IgGIgEIgAIgM第70頁/共98頁第七十一頁，共99頁。二硫鍵二硫鍵第71頁/共98頁第七十二頁，共99頁。enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA第72頁/共98頁第七十三頁，共99頁。 An ELISA to test

46、for the presence of herpes simplex virus (HSV) antibodies in blood samples. Wells were coated with an HSV antigen, to which antibodies against HSV will bind. The second antibody is antihuman IgG linked to horseradish peroxidase. Blood samples with greater amounts of HSV antibody turn brighter yellow

47、.第73頁/共98頁第七十四頁，共99頁。酶標板或微孔酶標板或微孔(wi (wi kn)kn)板板第74頁/共98頁第七十五頁，共99頁。(1,4),(2,5),(3,6)-(1,4),(2,5),(3,6)-純化程度逐步純化程度逐步(zhb)(zhb)增高的尿激酶樣增高的尿激酶樣品品免疫免疫(miny)(miny)印印跡跡這種檢測某這種檢測某種蛋白的方種蛋白的方法稱為法稱為Western blotting尿激酶單抗尿激酶單抗檢測檢測 第75頁/共98頁第七十六頁，共99頁。用目的用目的(md)抗原免疫小鼠，取小鼠脾臟制成抗原免疫小鼠，取小鼠脾臟制成B淋巴細胞淋巴細胞懸液；懸液；繁殖小鼠骨髓瘤

48、細胞；繁殖小鼠骨髓瘤細胞；將制得的將制得的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，產生雜交瘤細胞淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，產生雜交瘤細胞；轉移到只有雜交瘤細胞才能生長的培養基中進行選擇性培轉移到只有雜交瘤細胞才能生長的培養基中進行選擇性培養；養； 用用ELISA法篩選出能分泌目的法篩選出能分泌目的(md)抗體的單克隆雜交瘤抗體的單克隆雜交瘤細胞株；細胞株；擴大培養，從培養液中提取純化單克隆抗體。擴大培養，從培養液中提取純化單克隆抗體。第76頁/共98頁第七十七頁，共99頁。(肌纖維的結構肌纖維的結構(jigu) 脊椎動物的骨骼肌又稱橫紋肌或隨意肌。肌肉由許脊椎動物的骨骼肌又稱橫紋肌或隨意肌。肌肉由許多多(

49、xdu)(xdu)平行的肌纖維束或稱肌束組成。肌束中的每平行的肌纖維束或稱肌束組成。肌束中的每個肌纖維就是一個骨骼肌細胞，它是長柱形的多核細胞個肌纖維就是一個骨骼肌細胞，它是長柱形的多核細胞，直徑約在，直徑約在2020100m100m之間，長可達之間，長可達5cm5cm以上，人體的以上，人體的一些肌纖維甚至可達一些肌纖維甚至可達50cm50cm。肌細胞間有少量結締組織，。肌細胞間有少量結締組織，并有毛細血管和神經纖維等。并有毛細血管和神經纖維等。 第77頁/共98頁第七十八頁，共99頁。第78頁/共98頁第七十九頁，共99頁。 肌纖維（肌細胞）是由多個肌纖維（肌細胞）是由多個(du )(du

50、)稱為成肌細胞稱為成肌細胞的肌肉前體細胞融合而成的。每個肌纖維含有約的肌肉前體細胞融合而成的。每個肌纖維含有約10001000個個肌原纖維，肌原纖維直徑肌原纖維，肌原纖維直徑2m2m。這些肌原纖維處于肌漿。這些肌原纖維處于肌漿中。核一般處在細胞的周邊，質膜的內表面。肌纖維中中。核一般處在細胞的周邊，質膜的內表面。肌纖維中含有許多線粒體，在肌肉收縮時提供能源物質含有許多線粒體，在肌肉收縮時提供能源物質ATPATP，肌，肌纖維中的內質網稱為肌質網，分布在各肌原纖維的周圍纖維中的內質網稱為肌質網，分布在各肌原纖維的周圍，肌肉收縮時由它提供所需的，肌肉收縮時由它提供所需的Ca2+Ca2+。 第79頁/

51、共98頁第八十頁，共99頁。 肌原纖維呈現肌原纖維呈現(chngxin)(chngxin)一個很有規則的周一個很有規則的周期性結構，暗帶和明帶交替排列。明帶折射率是各期性結構，暗帶和明帶交替排列。明帶折射率是各向同性的，因此又稱各向同性帶（向同性的，因此又稱各向同性帶（isotropic bandisotropic band），簡稱），簡稱 I I 帶；暗帶是各向異性的，所以又稱各帶；暗帶是各向異性的，所以又稱各向異性帶（向異性帶（anisotropic bandanisotropic band），簡稱），簡稱A A帶。帶。I I 帶帶被一條稱為被一條稱為Z Z線或線或Z Z盤的細線分成相等的

52、兩半。在盤的細線分成相等的兩半。在A A帶中央有一個較明亮的區域稱為帶中央有一個較明亮的區域稱為H H區，區，H H區正中間有區正中間有一個致密的橫線，稱為一個致密的橫線，稱為M M線或線或M M盤，它將盤，它將H H區分成相區分成相等的兩半。等的兩半。 第80頁/共98頁第八十一頁，共99頁。第81頁/共98頁第八十二頁，共99頁。 一個肌原纖維可以看成是由許多稱為肌節（一個肌原纖維可以看成是由許多稱為肌節（sarcomeresarcomere）的重復單位構成的，重復單位是一）的重復單位構成的，重復單位是一個個A A帶加上前后各半個帶加上前后各半個I I帶，即從帶，即從Z Z線到下一個線到下

53、一個Z Z線線。一個肌節在松馳狀態下長度為。一個肌節在松馳狀態下長度為2.5m2.5m。上述。上述(shngsh)(shngsh)肌纖維結構在光學顯微鏡下就能觀察肌纖維結構在光學顯微鏡下就能觀察到。到。 第82頁/共98頁第八十三頁，共99頁。 在一個在一個(y )(y )完全的收縮中，每個肌節縮完全的收縮中，每個肌節縮短約短約1.0m1.0m（原長（原長2.5 m2.5 m）。收縮時）。收縮時I I帶和帶和H H區區幾乎消失，幾乎消失，Z Z盤向盤向A A帶靠攏，也即縮短是由帶靠攏，也即縮短是由I I帶和帶和H H區兩者的寬度減少造成的，但區兩者的寬度減少造成的，但A A帶寬度（即粗帶寬度（

54、即粗絲長度）和絲長度）和Z Z盤到盤到H H區邊緣的距離（即細絲長度區邊緣的距離（即細絲長度）并不改變。）并不改變。 第83頁/共98頁第八十四頁，共99頁。 粗絲是由粗絲是由250360250360個肌球蛋白分子通過它們的個肌球蛋白分子通過它們的尾部締合而成的分子束，直徑約為尾部締合而成的分子束，直徑約為16nm16nm；它們的；它們的尾都朝向尾都朝向(cho xin)A(cho xin)A帶的中央（帶的中央（H H區），長度區），長度約為約為1.5m1.5m。結構中肌球蛋白的頭部有規則地每。結構中肌球蛋白的頭部有規則地每間隔約間隔約14nm14nm在兩端伸出。粗絲上伸出的頭部與相在兩端伸出

55、。粗絲上伸出的頭部與相鄰的細絲接觸。鄰的細絲接觸。 （粗絲的結構（粗絲的結構(jigu)）第84頁/共98頁第八十五頁，共99頁。第85頁/共98頁第八十六頁，共99頁。第86頁/共98頁第八十七頁，共99頁。（細絲（細絲(x s)的結構）的結構） 細絲由肌動蛋白（細絲由肌動蛋白（actinactin）、原肌球蛋白和肌鈣蛋白復）、原肌球蛋白和肌鈣蛋白復合體組成，在低離子強度下，肌動蛋白以單體的形式存在合體組成，在低離子強度下，肌動蛋白以單體的形式存在，稱為，稱為G G肌動蛋白。在生理條件（高離子強度）下，肌動蛋白。在生理條件（高離子強度）下，G G肌動蛋白聚合成纖維狀的肌動蛋白聚合成纖維狀的F

56、 F肌動蛋白。肌動蛋白。F F肌動蛋白外觀肌動蛋白外觀上像是右手雙螺旋結構，螺距約上像是右手雙螺旋結構，螺距約72nm72nm。每。每7 7個肌動蛋白分子個肌動蛋白分子表面有一條原肌球蛋白分子索，它遮蓋著肌動蛋白上能與表面有一條原肌球蛋白分子索，它遮蓋著肌動蛋白上能與肌球蛋白結合肌球蛋白結合(jih)(jih)的位點。肌鈣蛋白復合體由的位點。肌鈣蛋白復合體由3 3個蛋白個蛋白組成，肌鈣蛋白組成，肌鈣蛋白T T、I I、C C。其中。其中T T能與原肌球蛋白結合能與原肌球蛋白結合(jih)(jih)，C C能與鈣離子結合能與鈣離子結合(jih)(jih)，I I 阻抑肌動蛋白與肌阻抑肌動蛋白與肌

57、球蛋白結合球蛋白結合(jih)(jih)。 第87頁/共98頁第八十八頁，共99頁。 除骨骼肌的主要蛋白質外，還有多種蛋白質在維持除骨骼肌的主要蛋白質外，還有多種蛋白質在維持肌肉結構和調節肌肉收縮方面起著重要的作用肌肉結構和調節肌肉收縮方面起著重要的作用(zuyng)(zuyng)。肌球蛋白和肌動蛋白共占總肌絲蛋白質的。肌球蛋白和肌動蛋白共占總肌絲蛋白質的65%65%，原肌球，原肌球蛋白和肌鈣蛋白各占蛋白和肌鈣蛋白各占5%5%，其它的調節和結構蛋白約占肌，其它的調節和結構蛋白約占肌絲蛋白質的絲蛋白質的25%25%。 兩個細胞骨架蛋白，肌連蛋白和伴肌動蛋白，它們兩個細胞骨架蛋白，肌連蛋白和伴肌動蛋白，它們共同形成肌原纖維周圍的柔性絲狀網。共同形成肌原纖維周圍的柔性絲狀網。 第88頁/共98頁第八十九頁，共99頁。第89頁/共98頁第九十頁，共99頁。 當信號通過神經傳至肌細胞時，肌細胞膜去極化，興奮當信號通過神經傳至肌細胞時，肌細胞膜去極化，興奮傳至橫小管系（橫小管系是肌膜向內凹入形成的細管，它圍傳至橫小管系（橫小管系是肌膜向內凹入形成的細管，它圍繞在每條肌原纖維的明帶與暗帶交界處的表面，直徑約繞在每條肌原纖維的明帶與暗帶交界處的表面，直徑約202