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第 6 章 蛋白质结构与功能的关系

第 6 章 蛋白质结构与功能的关系. 本章主要研究内容. （ 1 ）球状蛋白质如何形成其内部的巧妙结构以行使其特定的生物学功能。 （ 2 ）球状蛋白质如何在与其它分子的相互作用中行使它们的生物学功能 * 1 、氧的转运：肌红蛋白，血红蛋白 2 、免疫应答：免疫系统和免疫球蛋白 —— 了解 3、肌肉收缩 ：肌球蛋白，肌动蛋白 —— 了解. 主要学习. * 氧的运转：肌红蛋白，血红蛋白 氧 ( 肺） 血红蛋白 （血液循环） 肌红蛋白 （组织） 耗氧的细胞器.

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第 6 章 蛋白质结构与功能的关系

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  1. 第6章 蛋白质结构与功能的关系

  2. 本章主要研究内容 • （1）球状蛋白质如何形成其内部的巧妙结构以行使其特定的生物学功能。 • （2）球状蛋白质如何在与其它分子的相互作用中行使它们的生物学功能 *1、氧的转运：肌红蛋白，血红蛋白 2、免疫应答：免疫系统和免疫球蛋白——了解 3、肌肉收缩：肌球蛋白，肌动蛋白——了解

  3. 主要学习 *氧的运转：肌红蛋白，血红蛋白 氧 (肺） 血红蛋白 （血液循环） 肌红蛋白（组织） 耗氧的细胞器

  4. 一、肌红蛋白的结构与功能（一）肌红蛋白的三级结构一、肌红蛋白的结构与功能（一）肌红蛋白的三级结构 1、肌红蛋白是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质 2、肌红蛋白由一条多肽链（称为珠蛋白）和一个辅基血红素分子组成，多肽链主链由8段螺旋组成：A、B、C、D、E、F、G、H；共153个AA

  5. 肌红蛋白三级结构图示

  6. （二）辅基血红素原卟啉结构示意图和血红素结构及其与Fe2+的结合（二）辅基血红素原卟啉结构示意图和血红素结构及其与Fe2+的结合

  7. 肌红蛋白中血红素亚铁离子的6个配体分别是谁？肌红蛋白中血红素亚铁离子的6个配体分别是谁？

  8. （三）氧与肌红蛋白的结合 亚铁离子 与氧结合 不被氧化 这由肌红蛋 白内部疏水 环境决定 F8 His的咪唑基

  9. 氧与肌红蛋白结合的整体结构 氢键

  10. 整体肌红蛋白氧合图示

  11. 血红素与CO结合肌红蛋白中血红素与CO亲和力比O2大250倍血红素与CO结合肌红蛋白中血红素与CO亲和力比O2大250倍

  12. 二、血红蛋白结构与功能的关系 • 血红蛋白的主要功能：在血液中结合并转运氧气。 • 研究血红蛋白结构与功能的关系：主要是研究血红蛋白如何与氧分子的结合作用。

  13. （一）血红蛋白的结构（1） • 血红蛋白组成：1、4个多肽亚基，两个是亚基（141AA），两个是亚基（146AA） ；2、4个血红素基，每个亚基共价结合一个。 • 每个亚基和亚基 在三级结构上与肌红蛋白（153AA）极为相似。

  14. 血红蛋白的结构（2）

  15. 血红蛋白完整的三维结构图

  16. （二）氧结合改变血红蛋白的构象 *去氧血红蛋白每个亚基中Fe(‖)离子只有5个配体，并位于卟啉环上方，因此铁卟啉环呈圆顶状。HisF8与Fe(‖)配位，空间位阻迫使Fe-N键略倾斜于血红素卟啉环。 *当与氧结合后， Fe(‖)将被拉回卟啉环平面，卟啉环变成平面，同时牵动HisF8，并进而引起F螺旋和拐弯EF和FG的位移。这些移动传到亚基界面，引发构象重调，从面使其它亚基易于和氧结合。

  17. 氧合和去氧血红蛋白不同构象态

  18. 血红蛋白的T态和R态

  19. 亚基T态 R态引起的结果 *氧与一个处于T态的血红蛋白亚基结合将引发构象由T态转变为R态，此时稳定T态的那些相互作用被断裂，亚基C-末端处于完全自由旋转状态。链和链的倒数第二位都是TyrHC2。在去氧血红蛋白中这些Tyr残基的酚-OH与ValFG5提供的肽C=O形成氢键。氧合时由于F螺旋移动导致上述氢键断裂，进而连接亚基的8个盐键断裂。

  20. 去氧血红蛋白中各亚基间盐键：8个

  21. 去氧血红蛋白中亚基间盐键 *8个盐键有6个处于不同亚基间。 *6个中4个涉及C-末端或N-末端残基：链：两个和链：两个。另两个连接两链的Asp126和Arg141残基。 *此外，每条链的AspFG1和HisHC3间有盐键。

  22. （三）血红蛋白的协同性氧结合 *血红蛋白与氧的结合具有正协同效应：即其一个亚基与氧结合后能使得其它亚基很容易与氧结合。从而其氧结合曲线呈现S形。 而肌红蛋白与氧的结合则呈双曲线。Why? 肌红蛋白 血红蛋白

  23. 别构效应与协同性 • 1、别构效应：多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋白分子的特定部位上的配体（效应物）对该分子的其他部位所产生的影响（对同种配体或其它种类配体的结合）称为别构效应。具有别构效应的蛋白质称为别构蛋白质（别构酶）。 • 2、别构效应具有协同性：同促效应，异促效应 • 3、同促效应：一种配体的结合对其他部位同种配体的亲和力影响，一般表现为加强，即正协同性；反之为负协同性。 • 4、异促效应：一种配体的结合对其他部位不同配体亲和力的影响。

  24. 血红蛋白氧合协同性的优势 • 增加了血红蛋白在肌肉中的卸氧效率，使得其有效地起着运输氧气的作用。 • 图6-14

  25. （四）H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响 1、Bohr效应：氢离子和二氧 化碳促进血红蛋白中氧气的释放 以供应机体组织需要 具有重要的生理意义

  26. H+、CO2降低血红蛋白对氧结合的机制 • 肌肉中，高浓度的H+和CO2促使氧合血红蛋白分子释放氧；在肺中，高浓度的氧促使脱氧血红蛋白分子释放H+和CO2。 • 1、H+促进相关盐键(8个)的生成，有助于脱氧血红蛋白构象构定结实，不易与氧结合。 • 2、 CO2结合于4个亚基的N末端氨基，形成负电荷的氨基甲酸基团，与脱氧血红蛋白中带正电荷的基团形成盐键，使脱氧血红蛋白构象构定结实，不易与氧结合。

  27. Bohr效应的生理意义及其机理 • 生理意义：血液流经肌肉时利于氧的释放和二氧化碳的结合；流经肺部时利于二氧化碳的释放和氧的结合。 • 机理：氢离子与血红蛋白结合利于构成T态的盐桥形成，从而使氧释放；在肺部由于氧分压较高，促进氧和血红蛋白的结合，打断盐桥，使得氢离子和二氧化碳释放。

  28. 2、BPG（2，3-二磷酸甘油酸） 降低血红蛋白对氧气的亲和力从而 促进氧从血红蛋白释放，以供应机 体组织需要 BPG是血红蛋白的别构效应物

  29. BPG是血红蛋白的异促别构效应物，具有负协同性BPG是血红蛋白的异促别构效应物，具有负协同性 BPG

  30. 三、血红蛋白分子病 镰刀状红细胞 正常红细胞

  31. 1、引起镰刀状红细胞贫血病的原因： Hb A H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys COOH Hb S H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys COOH 链 1 2 3 4 5 6 7 8 2、分子病：指某种蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常的有所不同引起的的遗传病。

  32. 免疫球蛋白（immunoglobulin) • 免疫球蛋白：是一类具有抗体活性的动物糖蛋白。 • 分IgG,IgM,IgA,IgD,IgE 5种 • 当一类外来的被称为抗原的物质，如多糖、核酸和蛋白质等侵入机体时即引起抗体的产生，这就是所谓免疫反应。抗体就是免疫球蛋白。

  33. 免疫球蛋白的结构示意图

  34. 分子结 构图解 Mr：150000

  35. 立体结构模型

  36. 常利用蛋白质数据库 //www.espasy.ch/swissmod/ //www.ncbi.nlm.nih.gov/ //www.rcsb.org/pdb/

  37. 习题 • 免疫球蛋白 分子病 别构现象 Bohr效应 • 跨膜蛋白与膜脂在膜内结合部分的氨基酸残基 • A 大部分是酸性 B 大部分是碱性 • C 大部分疏水性 D 大部分是糖基化 • 具有四级结构的蛋白质是 • 　Ａ、α‐角蛋白　Ｂ、β‐角蛋白　Ｃ、肌红蛋白 • 　Ｄ、细胞色素Ｃ　Ｅ、血红蛋白 • 血红蛋白与肌红蛋白均为氧的载体, 前者是一个典型的变构蛋白, 而后者却不是。 • 肌红蛋白或血红蛋白结合氧前后引起Fe价态的变化。

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