1、血藍蛋白的結構和功能劉雪瑩 摘要：血藍蛋白是近年來發現的一種多功能蛋白，存在于軟體動物和節肢動物體內，主要功能是載氧。本文主要介紹血藍蛋白的結構和功能。關鍵詞：血藍蛋白；節肢動物血藍蛋白；軟體動物血藍蛋白；結構和功能The structure and function of hemocyaninLIU Xue-ying Abstract: Hemocyanin is a multifunctional protein and recently recognized with immune activities，it exists in arachnology, its main functio

2、n is to carry oxygen. This article mainly introduces the structure and function of hemocyanin.Keywords: hemocyanin; arthropod hemocyanin; mollusk hemocyanin; structure and function收稿日期：2012625作者：劉雪瑩除極低等的少數動物外, 絕大多數動物的氧運輸均需要血液中特殊蛋白質的參與, 這類參與呼吸作用的蛋白質家族統稱為呼吸蛋白。動物的呼吸蛋白劃3大類:血紅蛋白( hemoglobin, Hb)、 血藍蛋白( h

3、emocyanin, Hc)和蚯蚓血紅蛋白( hemerythreins, Hr)。本文介紹血藍蛋白。血藍蛋白又稱血藍素，是位于節肢動物(螯肢類、 甲殼類、 多足類和蜘蛛類)和軟體動物(腹足類和頭足類)血淋巴中的含銅呼吸蛋白，脫氧狀態為無色 ，氧結合狀態為藍色，此時在570nm處出現吸收峰。一般認為 ，血藍蛋白的主要生物學功能與機體內的運輸氧有關。1 但最新研究表明，血藍蛋白不僅是一種含銅呼吸蛋白，而且還是一種重要的免疫分子，2 該蛋白參還與了能量儲存、滲透壓維持、蛻皮過程調節,特別是酚氧化物酶活性和抗菌等生物功能的執行。血藍蛋白的相對分子質量一般為 50 ku75 ku ，由 7 或 8個功

4、能單位組成。組成血藍蛋白的亞單位數目較多 ，每個亞單位都含有 2 個 Cu ( )離子。不同蛋白質所含亞單位數目不同 ,有些血藍蛋白的分子質量可達 9 ×103ku。早在一個世紀前人們就認識了血藍蛋白，近幾十年來，由于分子生物學研究的進展，人們對它又發生了新的興趣。1血藍蛋白的結構1.1節肢動物的血藍蛋白結構節肢動物門的螯肢類、 甲殼類、 多足類和蜘蛛中都含有血藍蛋白。其血藍蛋白的三級結構如圖一。節肢動物血藍蛋白相對分子質量約為75 000 Da ，其中第二個域為螺旋區，螯合一對Cu （I），可結合一個O2，下方為第三個域，由折疊塊構成，并含有Ca 離子,功能尚不詳。3 節肢動物血藍

5、蛋白的三級結構經過進化，已分化成： 酚氧化酶原；昆蟲的六聚蛋白，不螯合Cu（I），為貯藏蛋白； 甲殼類的假血藍蛋白，也為貯藏蛋白；雙翅類的六聚蛋白受體。圖一 節肢動物血藍蛋白三級結構典型的節肢動物血藍蛋白是由六個高度螺旋的異源亞基構成的六聚體，六聚體中每個亞基折疊為三個結構域， 其中第一、 三結構域分別為亞基蛋白的N、 C 端,第二結構域含血藍蛋白的活性部位, 活性部位結合有兩個銅離子 CuA 和CuB,每個銅離子分別與蛋白質鏈上三個組氨酸的咪唑氮原子配位。傳統上將構成六聚體的單個亞基稱為血藍蛋白的最小功能單位,或稱為單體。4節肢動物血藍蛋白四級結構如圖二。圖二 節肢動物血藍蛋白四級結構1.2

6、 軟體動物血藍蛋白結構圖三 軟體動物血藍蛋白三級結構血藍蛋白三級結構第1 域為螺旋區，螯合一對 Cu（I），可結合一個 O2 ，第2 域為折疊塊,可能也含有Ca 離子。用 X光晶體衍射法已在頭足類的章魚Octopus dofleini 中獲得了軟體動物血藍蛋白的三維構象（圖三）。5圖三 軟體動物血藍蛋白三級結構軟體動物血藍蛋白的亞單位很大，相對分子質量可達350 000450 000 Da ，每個亞單位由78 個在大小上約為50 000 Da 的相似功能單位(FU)組成，命名為ah。2 個外壁(a、 b、 c 和d構成) 反向組成二聚體，5 個二聚體構成雙五聚體。中心由領(collar ,即功

7、能單位 h 組成雙五聚體，頭足類中無領) ，領外為拱(arc ,即功能單位g組成雙五聚體)，再向外為功能單位e 和f ,這三部分合成核心(core) 結構。核心結構外為外壁構成了中凹的血藍蛋白的半個分子（圖五）。6圖五由8 個功能單位(ah) 組成的軟體動物血藍蛋白的模型2血藍蛋白的功能血藍蛋白是一種呼吸蛋白，它最主要的功能就是載氧。另外，它還有抗病毒功能、凝血功能及抗菌等功能。血藍蛋白特別是軟體動物血藍蛋白廣泛應用在抗腫瘤、 增強免疫、 檢測曼氏血吸蟲及日本血吸蟲病和研制血吸蟲病疫苗等領域， 是當前呼吸蛋白研究的熱點之一。72.1載氧功能血藍蛋白以Cu（I）作為輔基， 8主要生理功能為載氧。

8、血藍蛋白的活性中心有兩個Cu離子，脫氧狀態（一價Cu離子）呈無色，氧合狀態（二價Cu）離子呈藍色。血藍蛋白載氧亞單位分3個結構區域：區域I存在大量螺旋；區域(第176400個氨基酸殘基)，含螺旋及雙銅離子（氧分子鍵合部位）；剩余258 個氨基酸殘基構成區域III,是類似于超氧化物歧化酶的折疊結構。在活性中心，每個銅離子與 3個組氨酸殘基的咪唑氮配位。未氧合時，銅離子與組氨酸殘基咪唑氮的配位基本上是三角形幾何構型，銅離子相距46 pm，相互作用很弱。氧合后，Cu （）為四或五配位，兩個銅離子與過氧陰離子和 6 個組氨酸殘基中最靠近銅離子的4 個組氨基酸殘基咪唑氮強配位。此時，每個銅離子呈平面正方

9、形幾何構型，這是 Cu ( )最有利的配位狀況。氧分子以過氧橋形式在連接兩個 Cu ( )，兩個 Cu ( )相距約36 pm。載氧過程可表示為圖六：9圖六 血藍蛋白載氧過程2.2酚氧化物酶活性 對血藍蛋白的進化地位進行了分析的結果提示，血藍蛋白可能是在大約 55 億年前由酚氧化物酶進化而來。酚氧化酶原激活系統在甲殼動物的免疫識別和防御中起著關鍵作用， 近年的研究表明甲殼動物血藍蛋白與酚氧化酶在物理化學性質、蛋白質一級結構和三級結構、基因序列等方面非常相似，并發現血藍蛋白還具有類似酚氧化酶的活性。10-112.3抗菌肽活性研究證實, 血藍蛋白除了具有酚氧化物酶活性外， 一定條件下還可降解產生抗

10、真菌或細菌的肽段，由此直接抑制微生物入侵。從龍蝦血漿中分離出種具有抗真菌活性的多肽，經 Edman 降解和質譜進一步分析，發現 3 種多肽與血藍蛋白的 C 末端存在 95% 100%的相似性，提示這些多肽可能是由蝦血藍蛋白剪切而來。同時，對這些血藍蛋白來源的多肽進行酶聯免疫吸附和免疫印跡檢測。結果發現，與對照組相比，微生物感染組的血漿抗真菌多肽的含量明顯升高。由此認為，在細菌入侵的早期通過血藍蛋白降解產生的抗菌肽可能是對蝦抑制細菌的一種重要方式。12參考文獻1 章躍陵, 邢立剛等. 5種凡納濱對蝦血藍蛋白的糖基化修飾及功能對比分析 J. 中國生物化學與分子生物學報，2009，25(7):656

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