高中生物競賽

《生物化學(xué)簡明教程》

2/16，蛋白質(zhì)（1）一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)包括了一種蛋白質(zhì)折疊成最終構(gòu)象的全部信息①某些蛋白質(zhì)的折疊信息是自我識別的，因而它們不需要分子伴侶的幫助②有些蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，這些信息可能也存在，但需要其他蛋白質(zhì)的幫助(分子伴侶的幫助)以防止錯誤的折疊③有些蛋白質(zhì)是以前體的形式被合成，在后加工的過程中被切除的肽段充當(dāng)肽鏈?zhǔn)Ｓ嗖糠终郫B的模板，這種蛋白質(zhì)如變性后就不可能再復(fù)性（2）蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低，但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過隨機(jī)嘗試找到總能量最低的構(gòu)象的（4）驅(qū)動蛋白質(zhì)(特別是球狀蛋白質(zhì))折疊的主要作用是疏水鍵，其他次級鍵也有作用。就氫鍵而言，要盡可能讓主鏈肽基之間形成最大數(shù)目的分子內(nèi)氫鍵(如α-螺旋、β-折疊等)，同時保持大部分能參與形成氫鍵的R基團(tuán)處于蛋白質(zhì)分子表面與水相互作用。（3）蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過程2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.1

蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律（5）不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑③有些蛋白質(zhì)需要其他蛋白質(zhì)(分子伴侶)的幫助才能折疊出正確的構(gòu)象。①有些蛋白質(zhì)在合成好以后，并不折疊或僅部分折疊，它們?nèi)狈μ囟ǖ亩壗Y(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，處于完全無折疊或部分無折疊狀態(tài)，但仍然具有功能②有些蛋白質(zhì)能夠完全獨立地進(jìn)行折疊。2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.1

蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律分子伴侶的作用具有如下特征：①有許多蛋白質(zhì)在正確折疊的過程中，需要經(jīng)過幾個高能的構(gòu)象狀態(tài)，分子伴侶在消化ATP的情況下可以幫助蛋白質(zhì)折疊過程中克服這種動力學(xué)障礙②分子伴侶所起的作用主要是在正確的時間和正確的地點促進(jìn)新生肽鏈的正確折疊，同時防止它們發(fā)生降解和沉淀，有時還能幫助錯誤折疊的蛋白質(zhì)有機(jī)會重新折疊成正確的構(gòu)象③分子伴侶與待折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合以后，先穩(wěn)定它們非天然的構(gòu)象，然后再促進(jìn)正確的折疊④分子伴侶與新生肽鏈的疏水區(qū)結(jié)合后，一方面可以防止新生肽鏈的提前折疊，同時也可以防止這些肽鏈在未折疊發(fā)生降解和沉淀。2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.1

蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律伴侶素家族：則形成大的桶狀結(jié)構(gòu)容納部分折疊的蛋白質(zhì)完成折疊。一旦蛋白質(zhì)折疊好，分子伴侶即被釋放，然后再參與另一個新生蛋白質(zhì)的折疊。分子伴侶的作用具有如下特征：⑥多數(shù)分子伴侶是非特異性的，這意味著它們能夠作用于系列不同種類的肽鏈，而少數(shù)分子伴侶只能作用于特定的目標(biāo)肽鏈⑦分子伴侶也不是“終身伴侶”，一旦蛋白質(zhì)折疊好，它就被釋放，然后再參與另一個新生肽鏈的折疊。⑧常見的分子伴侶有兩大類：熱激蛋白70類家族(HSP70)和伴侶蛋白(亦稱伴侶素)家族。HSP70類家族：通過與部分折疊蛋白質(zhì)疏水區(qū)域的臨時結(jié)合而促進(jìn)蛋白質(zhì)的正確折疊2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.1

蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律⑤分子伴侶不會與已折疊好的處于天然構(gòu)象狀態(tài)下的蛋白質(zhì)結(jié)合，也不會與細(xì)胞中天然的無結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)合。（6）某些蛋白質(zhì)的折疊需要蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)和肽基脯氨酸異構(gòu)酶(PPI)的幫助（7）最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的，而是具有一定的柔性。二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)的功能：③PPI通過扭曲這個位置的肽鍵來促進(jìn)它的順反異構(gòu)，從而加速蛋白質(zhì)的折疊是促進(jìn)含有Cys的蛋白質(zhì)形成正確二硫鍵，其作用機(jī)理是通過重排二硫鍵，使蛋白質(zhì)能快速找到熱力學(xué)最穩(wěn)定的二硫鍵配對方式肽基脯氨酸異構(gòu)酶(PPI)的功能：是促進(jìn)X-Pro(X表示另外一種氨基酸殘基)之間的肽鍵采取正確的形式。①蛋白質(zhì)分子中在X-Pro之間的肽鍵大概有6%是以順式構(gòu)型存在②X-Pro之間肽鍵的順反異構(gòu)構(gòu)成許多蛋白質(zhì)折疊的限速步驟2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.1

蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律（1）一級結(jié)構(gòu)的預(yù)測根據(jù)結(jié)構(gòu)基因的堿基對序列和遺傳密碼來預(yù)測蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)不是很困難的，而且預(yù)測的正確性很高。詳見分子生物學(xué)部分。（2）二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測①各種氨基酸在主要二級結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率：在α-螺旋的出現(xiàn)頻率較高的氨基酸：Ala、Cys、Leu、Met、Glu、Gln、His、Lys在β-折疊的出現(xiàn)頻率較高的氨基酸：Val、Ile、Phe、Tyr、Trp在β-轉(zhuǎn)角的出現(xiàn)頻率較高的氨基酸：Thr、Gly、Ser、Asp、Asn、Pro2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.2

蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的預(yù)測二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測不可能絕對可靠，但總的趨勢是存在的。預(yù)測的成功率達(dá)到80%左右③Gly-Pro和Pro-Gly序列一般意味著形成β-折疊，常是規(guī)則二級結(jié)構(gòu)的邊界，將相鄰二個二級結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來②氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)對二級結(jié)構(gòu)的影響

Gly：側(cè)鏈為H太小，又無手性原子，不能保護(hù)主干氫鍵，使α螺旋不穩(wěn)定

Pro：側(cè)鏈與α-氨基氮原子相連，無N－H形成氫鍵，還有它僵硬的環(huán)結(jié)構(gòu)，是α-螺旋的終結(jié)者

Asn、Asp和Ser：側(cè)鏈基團(tuán)直接與主干氫鍵競爭

Tyr、Trp、Phe和Met：側(cè)鏈龐大，不利于α-螺旋，對β-折疊影響不大

Ile、Val和Thr：側(cè)鏈即龐大又不規(guī)則(β-碳原子上有分支，不利于α-螺旋，對β-折疊影響不大2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.2

蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的預(yù)測（2）二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測（3）三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測到目前為，蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測還很不成功，要想獲得蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)只有通過實驗測定。其原因是：目前所知的是：如果兩種蛋白質(zhì)氨基酸是相似的，那么兩者的三級結(jié)構(gòu)也可能是相似的。①各氨基酸殘基有許多自由度②三維結(jié)構(gòu)的形成很多是一級結(jié)構(gòu)相隔甚遠(yuǎn)的非極性R基團(tuán)之間的相互作用③自然折疊時候不一定經(jīng)歷所有的構(gòu)象狀態(tài)④一些酶和分子伴侶幫助折疊2/16.蛋白質(zhì)2.6蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測2.6.2

蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的預(yù)測2.7.1

蛋白質(zhì)的功能(1)充當(dāng)生物催化劑，即酶，催化細(xì)胞內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)。(2)調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)行使特定的生理功能或者調(diào)節(jié)基因的如：細(xì)胞周期蛋白(cyclin)調(diào)節(jié)依賴于周期蛋白的蛋白質(zhì)激酶(CDK)的活性；阻遏蛋白和激活蛋白分別抑制和激活特定基因的表達(dá)。(3)運輸功能如：血紅蛋白運動氧氣，轉(zhuǎn)鐵蛋白運輸Fe3+，白蛋白運動脂肪酸，載脂蛋白運輸脂肪和膽固醇等。(4)貯存如：鐵蛋白為細(xì)胞貯存鐵，肌紅蛋白為肌肉細(xì)胞貯存氧氣。(5)為細(xì)胞和機(jī)體提供結(jié)構(gòu)支持如：膠原蛋白在動物的結(jié)締組織中就起結(jié)構(gòu)支持的作用。2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系2.7.1

蛋白質(zhì)的功能(10)具有一些奇異的功能(6)運動如：肌動蛋白和肌球蛋白的相互滑動導(dǎo)致肌肉細(xì)胞收縮或松馳。(7)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)如：胰島素及其受體的相互作用導(dǎo)致血糖濃度的下降。(8)免疫如抗體參與體液免疫等。(9)產(chǎn)生特定的毒性如蓖麻毒素抑制真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成等如：熒光蛋白、樂果蛋白(甜味劑)、抗冷東蛋白等2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系(1)

大多數(shù)蛋白質(zhì)具有特定的三維結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。一旦三維結(jié)構(gòu)破壞，蛋白質(zhì)的功能隨之喪失。少數(shù)蛋白質(zhì)處于天然無折疊狀態(tài)，但仍然具有功能。(2)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其三維結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)直接決定蛋白質(zhì)的功能A.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般規(guī)則(3)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的功能，反過來，功能相似的蛋白質(zhì)具有相似的結(jié)構(gòu)，特別是三維結(jié)構(gòu)。(4)一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)往往具有共同的起源。一般來說，如果兩種生物的親緣關(guān)系越緊密，那么它們的基因和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就越相似。①類似物

專指具有相同的功能，但起源不同的神經(jīng)基因的蛋白質(zhì)，它們是基因趨同進(jìn)化的產(chǎn)物②同源物

專指存在于不同生物或者同種生物，來源于某一共同祖先基因的蛋白質(zhì)③種間同源物

專指來自于不同物種的由垂直家系(物種形成)進(jìn)化而來的蛋白質(zhì)，與原始蛋白有基本相同的功能同源物、直向物和種內(nèi)同源物之間的關(guān)系2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系(5)在不同生物體內(nèi)功能相同的蛋白質(zhì)具有相同和基本相同的三維結(jié)構(gòu)。但一級結(jié)構(gòu)是否有差異以及差異的程度往往于物種之間在進(jìn)化上的親緣關(guān)系。①對40種不同生物CytC的一級結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)：

約110個氨基酸殘基中，高度保守的有28個3個Gly絕對保守1個Lys參與CytC與膜的結(jié)構(gòu)2個Cys(14、17位)與血紅素輔基共價結(jié)合His(18)t和Met(80)與血紅素配位結(jié)合CytC的三維結(jié)構(gòu)模型18171480與血紅素輔基形成共價結(jié)合和配位結(jié)合的幾個保守氨基酸的位置A.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般規(guī)則2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系②根據(jù)兩種生物在細(xì)胞色素C之間一級結(jié)構(gòu)上的差異程度可以判斷它們之間的親緣關(guān)系緣關(guān)系越近，氨基酸的差異就越小。根據(jù)不同種屬之間氨基酸殘基差異的多少和替換速度可基本反映生物的進(jìn)化規(guī)律，并描繪出系統(tǒng)分子進(jìn)化樹。A.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般規(guī)則2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（1）一級結(jié)構(gòu)不同，功能不同；一級結(jié)構(gòu)相似，功能相似如催產(chǎn)素與抗利尿激素（2）種屬差異①在A鏈小環(huán)的第8位、第9位、第10位和B鏈的第30位變化很大，這4個氨基酸殘基的改變并不影響胰島素的生物活性以胰島素為例②有22個氨基酸是始終不變的，為不同種屬來源的胰島素所共有。如：6個Cys位置始終不變，形成三對二硫鍵，對胰島素空間結(jié)構(gòu)特別重要B.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（3）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，每一種蛋白質(zhì)都有其特定的一級結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)則包含了指導(dǎo)其形成天然構(gòu)象所需要的全部信息以核糖核酸酶的變性和復(fù)性為例，說明一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系天然狀態(tài)有催化活性非折疊狀態(tài)，無活性，－S－S－被還原成半胱氨酸殘基天然狀態(tài)，－S－S－恢復(fù)，而且正確配對尿素β-巰基乙醇除去尿素除去β-巰基乙醇B.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（4）一級結(jié)構(gòu)與疾病由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病稱為分子病基因突變→蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)改變→蛋白質(zhì)功能改變→導(dǎo)致某種疾病實例：鐮刀型細(xì)胞貧血癥HbA：H2N-Val-His-Leu-Pro-Glu-Glu-Lys……COOHHbS

：

H2N-Val-His-Leu-Pro-Glu-Val-Lys……COOH正常人HbA的兩條β-鏈N端第6個氨基酸為谷氨酸，而病人HbS對應(yīng)的位置為纈氨酸。①差別：谷氨酸在生理pH下，Glu為R基帶負(fù)電共，而ValR基是非極性不帶電荷②影響：HbS的β-亞基表面產(chǎn)生不合適的疏水界面，具有被包埋到分子內(nèi)部的傾向，很容易導(dǎo)致Hb四個亞基為包埋疏水界面而聚合在一起形成長的纖維，結(jié)果使細(xì)胞呈鐮刀狀，導(dǎo)致攜氧能力減弱，脆性增加，易發(fā)生溶血B.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系纖維狀蛋白質(zhì)的特點：因一級結(jié)構(gòu)的特殊性，傾向于形成有規(guī)則的纖維狀結(jié)構(gòu)毛發(fā)中的角蛋白、彈性蛋白、膠原蛋白、絲蛋白等氨基酸種類有限，排列具有規(guī)律性通常由幾條肽鏈組成物理性質(zhì)：難溶于水化學(xué)性質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，反應(yīng)性較差常見的幾種纖維蛋白：C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（1）α-角蛋白②毛發(fā)的基本結(jié)構(gòu)①是高等脊椎動物外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，機(jī)械上耐用、化學(xué)性質(zhì)不活潑的蛋白質(zhì)典型的毛發(fā)直徑約為20μm，是由死細(xì)胞構(gòu)筑而成的，細(xì)胞中α-角蛋白的結(jié)構(gòu)層次α-螺旋→原絲→初原纖維→微原纖維→大原纖維C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系③α-角蛋白的結(jié)構(gòu)特征一級結(jié)構(gòu)是由311～314個氨基酸殘基組成，富含Cys，但來源不同的角蛋白差異較大高級結(jié)構(gòu)，每個角蛋白分子在其中央形成典型的α-螺旋，而兩端為非螺旋區(qū)螺旋區(qū)由[a－b－c－d－e－f－g]n重復(fù)序列組成重復(fù)序列中a、d位置為非極性疏水氨基酸，形成的疏水區(qū)有利于相互纏繞以股卷曲的左手螺旋鏈間形成很多二硫鍵這種共價交聯(lián)方式可進(jìn)一步提高α-角蛋白的強度，且強度與二硫鍵的數(shù)量成正比。干燥頭發(fā)正常頭發(fā)正常頭皮（1）α-角蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系④永久性卷發(fā)還原劑：巰基乙酸或半胱氨酸，作用是破壞二硫鍵氧化劑：溴酸鈉、過氧化氫等，作用是重新形成二硫鍵干燥頭發(fā)正常頭發(fā)正常頭皮（1）α-角蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（2）β-角蛋白典型代表是絲心蛋白①β-角蛋白的一級結(jié)構(gòu)

絲膠蛋白：無定型、粘性，能將絲心蛋白纖維膠合在一起。用煮沸的肥皂水能除去是反向平行的β-折疊片，肽鏈沿纖維束平行伸展β-折疊區(qū)由重復(fù)序列構(gòu)成[－Gly－Ser－Gly－Ala－Gly－Ala－]n②蠶絲的組成絲心蛋白和絲膠蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系①膠原蛋白的一級結(jié)構(gòu)具有特殊的氨基酸組成Gly約占1/3Pro和Hyp(羥脯氨酸)約15～30%還有一定比例的Lys和Hyl(5-羥賴氨酸)都具有Gly－X－Y三聯(lián)體系列

賴氨酸也被羥基化成5-羥賴氨酸，并與相鄰纖維上的正常Lys殘基形成不尋常的共價交聯(lián)。三聯(lián)體重復(fù)約200次左右。X和Y位通常是Pro，也可能是Lys。Y位上的Pro經(jīng)常在翻譯后被羥基化為4-羥脯氨酸。膠原蛋白分子三股α螺旋模型（3）膠原蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系②膠原蛋白的高級結(jié)構(gòu)主鏈部分是類似于多聚脯氨酸的左手螺旋，不可能形成α-螺旋和β折疊片構(gòu)象這是由大量的Gly、Lys、Hyp、Hyl造成的三股左手螺旋繞在一起形成右手旋轉(zhuǎn)的三股螺旋結(jié)構(gòu)甘氨酸殘基總是朝向三股螺旋結(jié)構(gòu)的中心膠原蛋白分子三股α螺旋模型（3）膠原蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系彈性蛋白不同于膠原蛋白的特征：①彈性蛋白只有一個基因，膠原蛋白每種亞基，都有自己的基因②彈性蛋白富含Gly、Ala、Val和Pro，但不含羥賴氨酸，羥脯氨酸也很少③彈性蛋白不被糖基化，而膠原蛋白是一種糖蛋白④彈性蛋白不含Gly－X－Y的重復(fù)序列，因而不能形成膠原蛋白那樣的超螺旋。⑤一般主伙彈性蛋白缺乏規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，含含有各種各樣的無規(guī)則卷曲構(gòu)象，當(dāng)施加張力時，卷曲可以拉伸，張力消失后卷曲又可復(fù)原（4）彈性蛋白C.纖維蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系Mb中的各殘基定位方法有兩種：從N端開始計算的序列號碼，如N端93位His表示為His93；按在各螺旋段中的位置給出編碼，如，HisF8，即His在F螺旋的第8個殘基位置上。都含有血紅素輔基，都能可逆結(jié)合氧氣，常見的有：肌紅蛋白、血紅蛋白①肌紅蛋白(Mb)肌紅蛋白(Mb)的一級結(jié)構(gòu)Mb是由一條肽鏈組成，含有153個氨基酸殘基緊密結(jié)合1分子血紅素輔基。血紅素由原卟啉和Fe2+組成。肌紅蛋白(Mb)的二級結(jié)構(gòu)Mb是由8段長短不等的直α-螺旋組成，最長的23個氨基酸殘基，最短的7個殘基。α-螺旋中的殘基數(shù)目約占全部氨基酸殘基的80%左右

段α-螺旋從N端到C端非依次編號為A、B、C、D、E、F、G、H。螺旋之間是小的β-轉(zhuǎn)角或小環(huán)，分別以AB、BC……表示相鄰螺旋之間的轉(zhuǎn)角或環(huán)（1）珠蛋白家族D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系His64血紅素His93COO－NH3＋肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)(三種不同的表示方法)肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系①肌紅蛋白(Mb)

二是為CO與血紅素的結(jié)合制造障礙肌紅蛋白(Mb)的活性中心

Mb的水溶性極好。其分子表面有一條深的疏水口袋，口袋的側(cè)面由E螺旋和F螺旋組成，底部由G螺旋和H螺旋組成血紅素分子是片狀分子，其中間有Fe2+，能形成6個配位鍵，其中與卟啉環(huán)上的4個N形成4個配位鍵血紅素分子深藏于口袋中，在片狀分子的一側(cè)與His(F8)咪唑基之間形成一個配位鍵，故稱為近端His血紅素分子與周圍氨基酸殘基之間還形成許多次級鍵在血紅素分子的另一側(cè)有一個遠(yuǎn)端His，在與Fe2+之間有一狹小的空間，是空的，是為O2預(yù)留的His64(E7)的作用：一是阻止氧化劑進(jìn)入，使Fe2+免遭氧化，但不影響O2的進(jìn)入肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)2/16.蛋白質(zhì)①肌紅蛋白(Mb)血紅素輔基與CO或O2的結(jié)合肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)2/16.蛋白質(zhì)①肌紅蛋白(Mb)肌紅蛋白的氧合曲線MbO2

Mb+O2解離常數(shù)：用Y表示Mb的氧合飽和度，則：在Y=1時，所有Mb上的氧氣結(jié)合位點都被O2占據(jù)。如果Y=0.5時，則：Mb的氧合曲線肌紅蛋白的生理作用：

非常低，正常情況下傾向于結(jié)合氧氣而不是釋放氧氣，但在p(O2)極低的情況下也可釋放氧氣。此特性更適于貯存氧氣而不是運輸氧氣。肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)2/16.蛋白質(zhì)①肌紅蛋白(Mb)①紅蛋白(Hb)的四級結(jié)構(gòu)α-亞基，141個氨基酸，2個β-亞基，146個氨基酸，2個

亞基之間通過多種次級鍵聯(lián)系，最重要的是在每對亞基間8對鹽鍵

每個亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb基本一致（2）血紅蛋白(Hb)D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系②血紅蛋白(Hb)的氧合曲線（2）血紅蛋白(Hb)D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系③血紅蛋白(Hb)的別構(gòu)效應(yīng)血紅蛋白(Hb)的兩種構(gòu)象緊張態(tài)(T態(tài))：在沒有結(jié)合O2時，Hb的四條肽鏈之間結(jié)合緊密松馳態(tài)(R態(tài))：在結(jié)合O2時，Hb由T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài)形成機(jī)制在脫氧狀態(tài)下，Hb上的Fe2+由于鄰近His殘基和吡咯環(huán)N原子之間的空間位阻，而略偏離血紅素平面氧合時，F(xiàn)e2+就移向卟啉環(huán)，以便O2能更緊密地結(jié)合

Fe2+的移位將近端His拉向血紅素。近端His的移動又帶動F螺旋也隨之移動，而F螺旋的移動勢必影響到它與相鄰亞基的C螺旋之間的相互作用，最終導(dǎo)致相鄰亞基的構(gòu)象發(fā)生改變于是相鄰肽鏈之間的鹽鍵遭到破壞，Hb的四級結(jié)構(gòu)也隨之改變。這時兩個二聚體(αβ)之間發(fā)生滑移，移動15°，將BPG擠出，隨后四級結(jié)構(gòu)發(fā)生進(jìn)一步變化，每條鏈表面疏水的空穴都暴露在外，這種構(gòu)象稱為R態(tài)，此時Hb與O2的結(jié)合能力變強了。（2）血紅蛋白(Hb)D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系血紅蛋白與氧結(jié)合前后的T態(tài)和R態(tài)變化脫氧血紅蛋白(Hb)氧合血紅蛋白(HbO2)T態(tài)過渡態(tài)R態(tài)ValFG3LeuFG3HisF8HelixFLeuF4HemeO2T態(tài)R態(tài)HisHC3α2α1β1β2HisHC3β1α2β2α1T態(tài)R態(tài)His

HC3（2）血紅蛋白(Hb)2/16.蛋白質(zhì)④血紅蛋白(Hb)的波爾效應(yīng)如果溶液中的pH降低，將有利于這三個基團(tuán)處于質(zhì)子化狀態(tài)，從而穩(wěn)定T態(tài)，抑制Hb與O2的結(jié)合；反之，則轉(zhuǎn)變成R態(tài)，有利于促進(jìn)Hb與O2的結(jié)合

β-亞基的143His和82位的Lys在波爾效應(yīng)中也起作用。波爾效應(yīng)是指H+和CO2促進(jìn)Hb釋放O2的現(xiàn)象波爾效應(yīng)的形成機(jī)制

H+和CO2能夠與Hb特定位點結(jié)合，而促進(jìn)Hb從R態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)門態(tài)與H+引發(fā)的波爾效應(yīng)相關(guān)的基團(tuán)有：α-亞基的N端氨基α-亞基的His122咪唑基兩個β-亞基的His146咪唑基三個基團(tuán)在Hb處于T態(tài)的時候都是高度質(zhì)子化，當(dāng)O2與Hb結(jié)合以后，質(zhì)子發(fā)生解離，Hb由T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài)Hb-+O2

Hb(O2)4+nH+

（2）血紅蛋白(Hb)2/16.蛋白質(zhì)波爾效應(yīng)的形成機(jī)制p(CO2)與波爾效應(yīng)CO2+H2O

H2CO3

H++HCO2－反應(yīng)是碳酸酐酶催化下進(jìn)行CO2+Hb-NH2

H++Hb-NH-COO

－

此反應(yīng)釋放出質(zhì)子而產(chǎn)生波爾效應(yīng)，同時產(chǎn)生的HCO3－進(jìn)入血漿，隨循環(huán)到達(dá)肺部。CO2和H2O反應(yīng)

是CO2與珠蛋白的N端氨基可逆地反應(yīng)：④血紅蛋白(Hb)的波爾效應(yīng)（2）血紅蛋白(Hb)2/16.蛋白質(zhì)⑤別構(gòu)效應(yīng)物——BPG的作用BPG的作用是增強Hb在組織中釋放氧氣的能力一個四聚體血紅蛋白分子只有一個BPG接合部位，位于Hb分子中間的帶正電荷的空洞中高負(fù)電荷的BPG分子在空洞中與每個β鏈上的Lysβ82(EF6)、Hisβ2(NA2)、Hisβ142(H21)和N-末端Valβ1(NA1)等殘基的帶正電荷基團(tuán)的靜電相互作用而結(jié)合于Hb分子中間(，穩(wěn)定T態(tài)，顯著降低Hb與O2的親和力，促進(jìn)Hb在組織中釋放O2。（2）血紅蛋白(Hb)2/16.蛋白質(zhì)⑤別構(gòu)效應(yīng)物——BPG的作用BPG對Hb氧合曲線的影響（2）血紅蛋白(Hb)D.球蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.7.2

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系2/16.蛋白質(zhì)2.7蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系脫BPG的血紅蛋白對O2的親和力很高，與肌紅蛋白氧結(jié)合曲線很相似肺部p(O2)大于10kPa，血紅蛋白幾乎全被O2飽和，BPG是否存在與氧合關(guān)系不大在組織p(O2)低3kPa時，如果沒有BPG的存在就會減少Hb對組織的氧供應(yīng)在BPG濃度不低于4.5mmol/L的條件下，血紅蛋白對O2的親和力低，氧結(jié)合曲線呈正常的S形曲線。正常情況下供給組織的氧量(卸氧量)約為血液所能攜帶的最大氧量的40%在貯存血液中加入肌苷，即可防止BPG水平的下降，因為肌苷能通過紅細(xì)胞膜并在胞內(nèi)經(jīng)一系列反應(yīng)可以轉(zhuǎn)變?yōu)锽PG，故肌苷被廣泛用于血液的保存。人的某些生理和病理性的缺氧可以通過紅細(xì)胞中BPG濃度的改變來調(diào)節(jié)對組織的供氧量，例如高空適應(yīng)的代償性變化人的從低海拔→4500mm高原，BPG從4.5mmoL/L→7.5mmoL/L，Hb對O2的親和力明顯下降，增加對組織的供氧量血流貯存過程中BPG的變化缺少BPG的細(xì)胞不能靠添加BPG解決，只因BPG帶負(fù)電荷，不能透過紅細(xì)胞膜當(dāng)用酸性檸檬酸葡萄糖溶液貯存血液時，紅細(xì)胞的BPG濃度在10天內(nèi)從4.5mmol/L下降到0.5mmol/L，血紅蛋白對氧的親和力增加，氧合曲線明顯向左移動。⑤別構(gòu)效應(yīng)物——BPG的作用BPG對Hb氧合曲線的影響（2）血紅蛋白(Hb)2/16.蛋白質(zhì)⑥胎兒HbF與O2的親和力明顯高于正常人的HbA胎兒HbF的組成是α2γ2γ亞基不能結(jié)構(gòu)BPG，是胎兒HbF與O2親和力高于成人的最主要原因⑦CO對Hb的影響HbA對CO的親和力明顯高于O2CO與Hb結(jié)合后，使Hb“陷入”R態(tài)，與O2的親和力提高，氧合曲線右左移，導(dǎo)致在組織中O2不易釋放，這是CO中毒的主要原因CO中毒后的最佳治療方法是用高壓氧取代