第6章蛋白質的功能與進化1.催化：酶2.調節：胰島素3.轉運：血紅蛋白、血清蛋白、葡萄糖運轉蛋白等4.貯存：卵清蛋白、酪蛋白、種子中的貯存蛋白5.運動：肌肉收縮的肌球蛋白和肌動蛋白、微管蛋白等6.結構成分：結締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白7.支架作用：錨定蛋白8.防御和進攻：抗體、血凝蛋白、凝血酶原、抗凍蛋白、皮膚角蛋白等一、蛋白質功能的多樣性二、肌紅蛋白的結構與功能（一）肌紅蛋白（Mb）的結構哺乳動物肌肉中儲存氧氣的蛋白質。結構：由一條多肽鏈（珠蛋白）和一個血紅素輔基組成；球狀分子，單結構域。多肽鏈中約75%是α-螺旋，由8段直的α-螺旋組成，分別命名為A、B、C…H；拐彎處是由1~8個氨基酸組成的松散肽段（無規卷曲）；4個Pro殘基各自處在一個拐彎處，還有Ser、Thr、Asn、Ile。血紅素輔基，處于肌紅蛋白分子表面的一個空穴內。

肌紅蛋白是單體蛋白，其氧結合曲線呈雙曲線特征。（二）肌紅蛋白的氧結合曲線三、血紅蛋白的結構與功能主要功能：在血液中運輸O2（一）血紅蛋白的結構：由四個多肽亞基組成（α2β2）

接近于球形，4個亞基分別在四面體的四個角上，每個亞基上有一個血紅素輔基；α、β鏈的三級結構與肌紅蛋白的很相似。別構蛋白質：由多個亞基構成的蛋白質因一個亞基構象變化引起其它亞基構象變化并進而改變蛋白活性的現象，稱為別構現象（或別構效應，變構效應），具有這種效應的蛋白質叫別構蛋白。（二）血紅蛋白的氧結合曲線

血紅蛋白的氧結合曲線是S型曲線。隨著氧濃度的增加，一分子氧氣首先與一個亞基的血紅素輔基結合后，該亞基的構象發生變化，又會引起另外三個亞基的構象變化，亞基間的次級鍵被破壞，整個分子的空間構象改變，使得所有亞基的血紅素輔基更容易與氧結合，因而血紅蛋白與氧的結合速度大大加快。協同結合使血紅蛋白對組織與肺中氧氣濃度的細小差別更敏感，在肺或鰓中血紅蛋白幾乎全部被氧飽和；在組織毛細血管中氧幾乎全部釋放。這樣血紅蛋白在氧濃度高的肺中結合氧氣，在氧濃度低的組織中釋放氧氣，從而有效地去運輸氧氣。血紅蛋白上除了結合O2部位外，還有CO2和二磷酸甘油酸（BPG）結合部位，因此，血紅蛋白還能運輸CO2。波耳效應：增加CO2的濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協同效應，降低血紅蛋白對O2的親和力，促進O2的釋放，反之，高濃度的O2也能促使血紅蛋白釋放H+和CO2。

波耳效應主要是描述CO2分壓及其pH值的變化對血紅蛋白結合氧的影響，具有重要的生理意義（在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧；H+

和CO2促進氧釋放）。（三）波耳效應及其生理意義BPG（2,3-二磷酸甘油酸）是血紅蛋白的負效應物。BPG是個帶負電荷的小分子，通過與脫氧血紅蛋白的兩個β亞基的帶正電荷基團間形成鹽鍵結合于血紅蛋白分子上，有助于穩定脫氧形式的血紅蛋白的構象，促進氧的釋放。而在氧合形式的血紅蛋白中，BPG和O2與血紅蛋白的結合互相排斥，BPG不能與氧合血紅蛋白結合。

BPG進一步提高了血紅蛋白的輸氧效率。在肺部，PO2超過100torr，血紅蛋白幾乎全被O2飽和,因此，BPG是否存在與氧合關系不大。而在組織中，PO2低，BPG降低血紅蛋白的氧親和力，加大血紅蛋白的卸氧量。（四）BPG的別構效應氧的S形曲線結合、Bohr效應以及BPG效應物的調節使血紅蛋白的輸氧能力達到最高效率，同時使體內氧壓、pH維持在一個穩定水平。四、血紅蛋白分子病蛋白質一級結構的突變—分子病分子病：由基因突變引起的某個功能蛋白的某一個或幾個氨基酸殘基發生了遺傳性替代從而導致整個分子的三維結構發生改變，功能部分或全部喪失。鐮刀狀紅細胞貧血現象是由于血紅蛋白發生了遺傳突變，引起的鏈第6位的aa殘基由正常的Glu變成了疏水性的Val。正常人血紅蛋白：β.N......Glu6鐮刀狀貧血：β.N......Val6生理條件下電荷：

Glu

－：親水、極性；Va10：疏水、非極性。使血紅蛋白細胞收縮彎曲成鐮刀形，輸氧能力下降，易發生溶血。鐮刀狀紅細胞貧血是典型的氨基酸序列決定二、三、四級結構及生物學功能的例子，也說明了蛋白質分子結構與功能關系的高度統一性。五、蛋白質的氨基酸序列與生物學功能（一）同源蛋白質的物種差異與生物進化同源蛋白質：在不同的生物體內行使相同或相似功能的蛋白質。如：血紅蛋白在不同的脊椎動物中都具有輸送氧氣的功能；細胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。同源蛋白質的特點：1）序列同源性；2）不變殘基，不變殘基高度保守，是必需的；可變殘基，可變殘基中，個別氨基酸的變化不影響蛋白質的功能；3）多肽鏈長度相同或相近。通過比較同源蛋白質的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關系和進化。親源關系越遠，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。細胞色素C

分子量：12500左右；氨基酸殘基：100個左右，單鏈。25種生物中，細胞色素C的不變殘基35個；40種生物中，細胞色素C的不變殘基28個。親源關系越近的，其細胞色素C的差異越小。親源關系越遠的，其細胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44狗人猴馬騾鯨兔豬袋鼠企鵝雞鴨響尾蛇龜蒼蠅蛾脈孢菌屬念珠菌屬面包酵母菌小麥牛蛙金槍魚動物爬行動物兩棲動物魚哺乳動物鳥昆蟲植物脊椎動物從細胞色素C的一級結構看生物進化

不同生物和人的細胞色素c中氨基酸組成的差異生物名稱不同氨基酸數生物名稱不同氨基酸數黑猩猩0恒河猴1豬、牛、羊10馬12雞13海龜15金槍魚21小蠅25小麥35酵母44（二）同源蛋白質具有共同的進化起源復習1.別構蛋白→別構效應增加CO2的濃度或降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協同效應