蛋白质的三维结构课件

蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构章章 节节 目目 录录一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法二、稳定蛋白质三维结构的作用力二、稳定蛋白质三维结构的作用力三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制四、二级结构：多肽链折叠的规则方式四、二级结构：多肽链折叠的规则方式五、纤维状蛋白质五、纤维状蛋白质六、超二级结构和结构域六、超二级结构和结构域七、结构域七、结构域八、蛋白质折叠和结构预测八、蛋白质折叠和结构预测九、亚基缔合和四级结构九、亚基缔合和四级结构（一一）X射线衍射法射线衍射法（二二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法1 紫外差光谱2 荧光和荧光偏振3 圆二色性4 核磁共振一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法 HCCNCOp 轨轨道道电电子共振使子共振使 肽肽键键具具双键双键特性特性N-endC-endtranstrans相邻残基的相邻残基的C C 分分别处于肽键两侧别处于肽键两侧ciscis相邻残基的相邻残基的C C 处于肽键同侧处于肽键同侧ProPro肽键的顺肽键的顺/反构型对邻近反构型对邻近C C 上侧链基团的影响差别不大上侧链基团的影响差别不大 顺式中相邻顺式中相邻C C 的的侧链基团干扰大侧链基团干扰大 肽单位构型肽单位构型肽键肽键具有部分双键性具有部分双键性而而不能自由旋转不能自由旋转肽键连接重复单位肽键连接重复单位(-C(-C-C-NC-N-C-C-)-)N-CN-C 旋转角旋转角 C C-C-C旋转角旋转角 肽链处于充分伸展构象时肽链处于充分伸展构象时 和和 均规定为均规定为180180其取值都将受到肽平面的限制其取值都将受到肽平面的限制三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制（一一）酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角（碳原子的二面角（和和 ）酰胺平面酰胺平面C 是两个相邻酰是两个相邻酰胺平面的连接点胺平面的连接点(a)(b)肽平面处于稳定的伸展构象肽平面处于稳定的伸展构象肽平面处于一种不稳定的构象肽平面处于一种不稳定的构象(相邻肽单位羰基相邻肽单位羰基O的的van der Waals半径重叠半径重叠)多肽主链在构象上受到很大限制多肽主链在构象上受到很大限制理论上理论上C 原子的两个单键可以在原子的两个单键可以在-180o+180o范围内自由旋转，但因空间位阻的存在，实际范围内自由旋转，但因空间位阻的存在，实际上是不可能的，因为羰基上是不可能的，因为羰基O和酰胺和酰胺H将发生空将发生空间重叠。间重叠。并非所有的并非所有的 和和 角都允许角都允许二面角（二面角（和和）所规定）所规定的构象是否存在，主要的构象是否存在，主要取决于两个相邻肽单位取决于两个相邻肽单位中非共价键合原子之间中非共价键合原子之间有无阻碍。有无阻碍。即非键合的即非键合的原子之间的距离不应小原子之间的距离不应小于它相应的范德华距离。于它相应的范德华距离。拉氏构象图拉氏构象图完全允许的构象区完全允许的构象区稳定构象稳定构象不完全允许的构象区不完全允许的构象区稳定构象稳定构象极限允许的构象区极限允许的构象区极不稳定极不稳定不允许的构象区不允许的构象区可允许的值：拉氏构象图可允许的值：拉氏构象图只有当只有当大量大量的的连续连续残基都具有类似的残基都具有类似的和和值时才会形成相应的二级结构值时才会形成相应的二级结构3.63.61313-螺旋螺旋(N-C(N-C 旋转旋转)(C(C-C-C旋转旋转)（一一）螺旋螺旋螺旋的每个螺旋的每个-碳的碳的和和分分别在别在-57o和和-47o附近附近 每圈螺旋占每圈螺旋占3.6个氨基酸残个氨基酸残基基沿螺旋轴方向上升沿螺旋轴方向上升0.54nm每个残基绕轴旋转每个残基绕轴旋转100o沿轴上升沿轴上升0.15nm-螺旋的螺旋的旋光性旋光性是是碳原子的碳原子的构型不构型不对称性和称性和螺旋的构螺旋的构象不象不对称性的称性的总反映反映氨基端氨基端羧基端羧基端四、二级结构：多肽链折叠的规则方式四、二级结构：多肽链折叠的规则方式氢氢键键3.63.61313-螺旋：螺旋：氢键封闭的氢键封闭的1313元环元环相邻相邻螺圈之间形螺圈之间形成氢键，氢键的成氢键，氢键的取向几乎与螺旋取向几乎与螺旋轴平行。轴平行。氨基酸的前氨基酸的前3 3个肽键内个肽键内NHNH不能形成不能形成-螺旋氢键螺旋氢键-螺旋的氢键连接发生在螺旋的氢键连接发生在C=O和和NH之间之间羧基端的后羧基端的后3个肽键内个肽键内C=O不能形成不能形成-螺旋氢键螺旋氢键 第第n个残基个残基（第（第n个肽键）个肽键）第第n+4个残基个残基（第（第n+3个肽键个肽键）-螺旋螺旋（2 2）H-bondH-bond几乎几乎平行于长轴平行于长轴羧基端羧基端氨基端氨基端3.63.61313-螺旋：螺旋：氢键封闭的氢键封闭的1313元环元环-螺旋端视图螺旋端视图-螺旋螺旋（1 1）所有残基的所有残基的R-侧链侧链都指向螺旋外侧都指向螺旋外侧-螺旋侧视图螺旋侧视图残基测链伸残基测链伸向外侧，侧向外侧，侧链不计，螺链不计，螺旋的直径约旋的直径约为为0.5nm 螺旋的左旋和右旋两种形式螺旋的左旋和右旋两种形式右旋比左旋稳定右旋比左旋稳定左旋左旋右旋右旋-螺旋螺旋（3 3）影响影响螺旋形成的因素螺旋形成的因素l相邻侧链带同种电荷侧链之间的排斥作用相邻侧链带同种电荷侧链之间的排斥作用l R基的大小基的大小脯氨酸脯氨酸l 不不可能绕可能绕N-Ca旋转而引入结节旋转而引入结节l 酰胺酰胺N上也没有上也没有H可供形成可供形成氢氢键键甘氨酸甘氨酸l侧链仅为侧链仅为H，太容易绕太容易绕Ca旋转旋转使使螺旋更稳定因素螺旋更稳定因素l每每隔隔3个残基的个残基的2个侧链上正、负电荷形成离个侧链上正、负电荷形成离子键结合子键结合l每隔每隔3个残基的个残基的2个侧链的疏水作用个侧链的疏水作用-螺旋螺旋（4 4）反平行反平行折叠片折叠片折叠片折叠片(1)(1)与与-螺旋的链内螺旋的链内氢键不同，氢键不同，-折折叠叠主要依赖链间主要依赖链间氢键维系其稳定氢键维系其稳定反反 向向C NN CC NC C C 0.7nm反平行反平行折叠折叠片片-碳的碳的和和分别在分别在-139o和和+135o附近附近折叠股折叠股H键键平行平行折叠片折叠片折叠片折叠片(2)(2)平行平行折叠片折叠片-碳的碳的和和分分别在别在-119o和和+113o附近附近0.65nm氨基酸氨基酸2和和3肽键可自由的与水形成氢键肽键可自由的与水形成氢键Gly侧链侧链H转角转角4个氨基酸残基组个氨基酸残基组成的非重复性结构成的非重复性结构无规卷曲无规卷曲原纤维原纤维初原纤维初原纤维两条链左旋缠绕两条链左旋缠绕角蛋白角蛋白-螺旋螺旋（一一）-角蛋白角蛋白五、纤维状蛋白质五、纤维状蛋白质初原初原/中纤维之间的二硫键交联中纤维之间的二硫键交联(未显示未显示)可进一可进一步增加毛发、皮肤和指甲等整体结构的稳定性，步增加毛发、皮肤和指甲等整体结构的稳定性，而且二硫键愈多质地也愈坚硬而且二硫键愈多质地也愈坚硬将头发将头发盘卷盘卷涂还原剂涂还原剂（巯基物）（巯基物）打开链间的打开链间的二硫键二硫键除还原剂除还原剂涂氧化剂涂氧化剂建立新的建立新的二硫键二硫键永久性卷发永久性卷发（烫发烫发）堆积的堆积的折叠片的三维结构折叠片的三维结构丝心蛋白和其他丝心蛋白和其他-角蛋白：角蛋白：折叠片蛋白折叠片蛋白（1）丝心蛋白丝心蛋白丙氨酸丙氨酸甘氨酸甘氨酸丝心蛋白和其他丝心蛋白和其他-角蛋白：角蛋白：折叠片蛋白折叠片蛋白（2）（a）胶原纤维中原胶原分子的排列胶原纤维中原胶原分子的排列 （b）原胶原分子是一种右手三股螺旋原胶原分子是一种右手三股螺旋（c）三股螺旋中的每股链是左手螺旋三股螺旋中的每股链是左手螺旋 （d）三股螺旋的原子水平模型三股螺旋的原子水平模型胶原蛋白：一种三股螺旋胶原蛋白：一种三股螺旋(1)(1)横纹横纹（64nm）胶原蛋白分子片段胶原蛋白分子头部胶原蛋白分子头部相邻的各股胶原螺相邻的各股胶原螺旋均错位排列，旋均错位排列，每每5行重复一次行重复一次胶原蛋白：一种三股螺旋胶原蛋白：一种三股螺旋(2)(2)胶原蛋白：一种三股螺旋胶原蛋白：一种三股螺旋(3)(3)胶原蛋白中的共价交联胶原蛋白中的共价交联六、超二级结构和结构域六、超二级结构和结构域（1）超二级结构概念是由Rossman M.G于1973年首次提出两个平行两个平行-折叠由一个折叠由一个-螺旋连接螺旋连接一个环连接两个连续的反平行的一个环连接两个连续的反平行的 螺旋螺旋超二级结构超二级结构是基本二级结构元件的组合是基本二级结构元件的组合 通常由一级结构的相邻片段所组成通常由一级结构的相邻片段所组成超二级结构和结构域超二级结构和结构域（2）回形拓扑结构（只有一种形式存在）回形拓扑结构（只有一种形式存在）超二级结构和结构域超二级结构和结构域（4）（1）结构域概念结构域概念多肽链在二级结构或多肽链在二级结构或超二级结构的基础上超二级结构的基础上形成三级结构的局部形成三级结构的局部折叠区，它是相对独折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。立的紧密球状实体。七、结构域七、结构域核糖核酸酶核糖核酸酶细胞色素细胞色素c多结构域的多结构域的酶其活性中酶其活性中心多位于结心多位于结构域之间构域之间活性中心活性中心甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢磷酸脱氢酶酶的双结构域亚基的双结构域亚基底物结合结构域底物结合结构域肌钙蛋白肌钙蛋白C CCa-结合结构域结合结构域结构域的形成：结构域的形成：-动力学上更为合动力学上更为合理理 -功能上便于结合功能上便于结合底物底物辅基结合结构域辅基结合结构域 大蛋白一般含有多个结构域大蛋白一般含有多个结构域反平行反平行螺旋螺旋结构域（全构域（全-结构）构）结构域的类型结构域的类型(1)(1)反平行反平行螺旋螺旋结构域（全构域（全-结构）构）结构域的类型结构域的类型(2)(2)/型结构域型结构域结构域的类型结构域的类型(3)(3)+型结构域型结构域结构域的类型结构域的类型(4)二、稳定蛋白质空间结构的因素二、稳定蛋白质空间结构的因素一级结构上相距很远的残基一级结构上相距很远的残基可能在三级结构中靠得很近可能在三级结构中靠得很近而导致而导致其侧链基团相应互作其侧链基团相应互作非极性残基间的非极性残基间的疏水互作疏水互作(3)(3)是多肽链折叠的主要是多肽链折叠的主要驱动力驱动力(熵效应熵效应)van van derder WaalsWaals力力(4)(4)和和氢键氢键(2)(2)有助于稳定有助于稳定 球蛋球蛋白的高级结构白的高级结构共价交联共价交联(5)(5)和离子互作和离子互作 (1)(1)亦可协助维持天然构亦可协助维持天然构象的稳定象的稳定水分子围绕疏水溶质形成的水分子围绕疏水溶质形成的笼形结构笼形结构将导致其将导致其有序度明显增加而熵值则相应减小，结果将有序度明显增加而熵值则相应减小，结果将迫使迫使疏水溶质之间形成疏水溶质之间形成净吸引净吸引(=(=疏水互作疏水互作)疏水互作疏水互作(entropy effect)(entropy effect)26-8426-8440-9540-9558-11058-11065-72Christian Anfinsen1916-1995 牛胰牛胰RNase ARNase A变变-复性实验复性实验 (1957)(1957)natural RNase A -124 AA -4 pairs-S-S-99%配对不正确配对不正确酶活性仅有酶活性仅有1%2-2-巯基乙醇巯基乙醇in the airin the air1972 NP in Chemistry（一一）蛋白质的变性蛋白质的变性蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用天然蛋白质分子受到：物理因素天然蛋白质分子受到：物理因素(热、紫外线照射、高压、表面张力热、紫外线照射、高压、表面张力)、化学因素化学因素(有机溶剂，脲、胍、酸、碱等有机溶剂，脲、胍、酸、碱等)的影响时，生物活性丧失，溶解的影响时，生物活性丧失，溶解 度降低，不对称性增高，以度降低，不对称性增高，以 及其他的物理化学常数发生改变，这种过程称及其他的物理化学常数发生改变，这种过程称蛋白质的变性。蛋白质的变性。实质实质-蛋白质分子中的次级键被破坏，引起天然构象解体。蛋白质分子中的次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉及共价键变性不涉及共价键（肽键，二硫键等肽键，二硫键等）的断裂，一级结构保持完好。的断裂，一级结构保持完好。蛋白质变性过程中出现下列现象：蛋白质变性过程中出现下列现象：（1）生物活性的丧失生物活性的丧失（2）一些侧链基团的暴露一些侧链基团的暴露（3）一些物理化学性质的改变一些物理化学性质的改变（4）生物化学性质的改变生物化学性质的改变八、蛋白质折叠和结构预测八、蛋白质折叠和结构预测变性的实质是次级键被破坏变性的实质是次级键被破坏肽链伸展活性丧失恢复天然构象活性恢复天然构象有活性加尿素和巯基乙醇去除尿素和巯基乙醇变性与复性变性与复性核糖核酸酶A脱辅基红蛋白变变-复性研究的理论意义复性研究的理论意义：直接证实：直接证实蛋白质的天然构象是由其一级结构蛋白质的天然构象是由其一级结构所确定的所确定的 DnaJDnaJ和和DnaKDnaK依次依次 与松散与松散/部分折部分折叠叠 的肽链结合的肽链结合 DnaJDnaJ激活激活DnaKDnaK水解水解 ATPATP，DnaKDnaK-ADP-ADP与与 松散的肽链紧密结松散的肽链紧密结合合 GrpE(in germ)激活激活ADPADP的释放，的释放，使使DnaJDnaJ与与DnaKDnaK脱离脱离 ATPATP与与DnaKDnaK结合、结合、进入下一轮循环或进入下一轮循环或 释出已形成天然构释出已形成天然构 象的蛋白质象的蛋白质形成形成(部分部分)正确折叠正确折叠 分子伴侣分子伴侣 作用机制作用机制结合松散结合松散/部部分折叠的肽链，分折叠的肽链，避免裸露的疏避免裸露的疏水片段不恰当水片段不恰当地结合地结合Chaperonin在真核类在真核类尚未确定尚未确定其存在其存在相当于真核类的相当于真核类的Hsp40Hsp40和和Hsp70Hsp70（1）含多种二级结构元件含多种二级结构元件 （2）三维结构具有明显的折叠层次三维结构具有明显的折叠层次（3）紧密的球状或椭圆状实体紧密的球状或椭圆状实体 （4）疏水侧链埋藏在分子内部，疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。亲水侧链暴露在分子表面。（5）表面有一个空穴表面有一个空穴 球状蛋白质三维结构的特征球状蛋白质三维结构的特征模拟蛋白质折叠途径示意图模拟蛋白质折叠途径示意图蛋白质折叠蛋白质折叠 -起始结构单元的形成有助于后续结构起始结构单元的形成有助于后续结构 单元的正确排列单元的正确排列 -酶催化异构反应可以协助多肽链折叠酶催化异构反应可以协助多肽链折叠蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(PDI)(PDI)催化二硫键交换或改组以确催化二硫键交换或改组以确定天然配对方式定天然配对方式肽酰脯氨酰顺反异构酶肽酰脯氨酰顺反异构酶(PPI,)(PPI,)加速脯氨酰异构化加速脯氨酰异构化 -分子伴侣分子伴侣能提高多肽链的正确折叠率能提高多肽链的正确折叠率蛋白质的折叠是协同而有序的蛋白质的折叠是协同而有序的蛋白质结构的预测蛋白质结构的预测 很多蛋白质是以三级结构的球状蛋白质的聚集体形式存在的。这些球很多蛋白质是以三级结构的球状蛋白质的聚集体形式存在的。这些球状蛋白质通过非共价键彼此缔合在一起，这样的聚集体成为蛋白质的四状蛋白质通过非共价键彼此缔合在一起，这样的聚集体成为蛋白质的四级结构，每个球状蛋白质称为亚基或亚单位。级结构，每个球状蛋白质称为亚基或亚单位。二聚体蛋白质：由二个亚基组成的蛋白质。二聚体蛋白质：由二个亚基组成的蛋白质。四聚体蛋白质：由四个亚基组成的蛋白质。四聚体蛋白质：由四个亚基组成的蛋白质。寡聚蛋白质或多体蛋白质：由二个或多个亚基组成的蛋白质。寡聚蛋白质或多体蛋白质：由二个或多个亚基组成的蛋白质。单体蛋白质：无四级结构的蛋白质单体蛋白质：无四级结构的蛋白质 例如例如.溶菌酶溶菌酶,肌红蛋白肌红蛋白.原体：对称的寡聚蛋白质分子是由二个或多个不对称的等同结构成原体：对称的寡聚蛋白质分子是由二个或多个不对称的等同结构成分组成的，这种等同结构成分称原体。原体一般就是亚基，可以是二个分组成的，这种等同结构成分称原体。原体一般就是亚基，可以是二个或多个亚基的聚集体。血红蛋白分子或多个亚基的聚集体。血红蛋白分子-两个原体：两个原体：亚基亚基 亚基亚基（一一）有关四级结构的一些概念有关四级结构的一些概念九、亚基缔合和四级结构九、亚基缔合和四级结构血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构亚基缔合和四级结构亚基缔合和四级结构两种环状对称两种环状对称两种二面体对称两种二面体对称亚基相互作用的方式亚基相互作用的方式二十面体对称二十面体对称三重对称三重对称五重对称五重对称两重对称两重对称四级结构的对称性四级结构的对称性多聚蛋白：病毒外壳多聚蛋白：病毒外壳(1)(1)脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒蛋白质亚基烟草花叶病毒模型烟草花叶病毒模型多聚蛋白：病毒外壳多聚蛋白：病毒外壳(2)(2)小结小结（1 1）u每一种蛋白质至少都有一种构象在生理条件下是稳定的，并具有生物活性，这种构象称为蛋白质的天然构象。研究蛋白质构象的主要方法是X射线晶体结构分析。此外紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、核磁共振和重氢交换等被用于研究溶液中的蛋白质构象。u稳定蛋白质构象的作用力有氢键、范德华力、疏水作用和离子键。此外二硫键在稳定某些蛋白质的构象中也起重要作用。u多肽链折叠成特定的构象受到空间上的许多限制。u蛋白质主链的折叠形成由氢键维系的重复结构称为二级结构。最常见的二级结构元件有螺旋、折叠片和转角等。螺旋是蛋白质中最典型、含量最丰富的二级结构。螺旋结构中每个肽平面上的羧基氧和酰胺氢都参与氢键的形成，因此这种构象是相当稳定的。氢键大体上与螺旋轴平行，每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，每个残基绕轴旋转100o，螺距为0.54nm。折叠片中肽链主链处于较伸展的曲折形式，肽链之间或一条肽段之间借助氢键彼此连成片状结构，故称折叠片，每条肽链或肽段称为折叠股或股。肽链走向可以有平行和反平行两种形式。它们的重复周期分别为0.65nm和0.70nm。大多数折叠股或折叠片都有右手扭曲的倾向，以缓解侧链之间的 空间应力。小结小结（2 2）u蛋白质结构一般被分为4个组织层次，一级、二级、三级和四级结构。细分时可在二、三级之间增加超二级结构和结构域两个层次。超二级结构是指一级序列上相邻的二级结构在三维折叠中彼此靠近并相互作用形成的组合体。结构域是在二级结构和超二级结构的基础上形成相对独立的三级结构局部折叠区。结构域常常也就是功能域。u蛋白质受到某些物理或化学因素作用时，引起生物活性丢失，溶解度降低以及其他物理化学常数的改变，这种现象称为蛋白质的变性。变性的实质是非共价键破裂，天然构象解体，但共价键未遭破裂。有些变性是可逆的。蛋白质的变性和复性实验表明，一级结构规定它的三维结构蛋白质的生物学功能是蛋白质天然构象所具有的性质。天然构象是在生理条件下热力学上最稳定的即自由能最低的三维结构。u多肽链折叠过程中存在熔球态中间体，并有异构酶和伴侣蛋白质等参与。u寡聚蛋白是由两个或多个亚基通过非共价相互作用缔合而成的聚集体。缔合形成聚集体的方式构成蛋白质的四级结构，它涉及亚基在聚集体中的空间排列以及亚基之间的接触位点和作用力蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系章章 节节 目目 录录一、肌红蛋白的结构与功能一、肌红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病四、免疫系统和免疫球蛋白四、免疫系统和免疫球蛋白五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩六、肌节结构六、肌节结构一、肌红蛋白的结构与功能一、肌红蛋白的结构与功能抹香鲸肌红蛋白的三级结构抹香鲸肌红蛋白的三级结构u153个氨基酸残基形成8个-螺旋段A、B、C、D、E、F、G、Hu螺旋段之间的转折为不规则卷曲u在疏水性裂隙中插入1个血红素，F8和E7的两个His残基夹着血红素uF8的His残基连接在血红素中心的Fe原子Fe 血红素血红素肌红蛋白的结构与功能肌红蛋白的结构与功能 血红素的结构血红素的结构 辅基血红素辅基血红素卟啉环卟啉环卟啉的填充模型卟啉的填充模型Fe的的6个配位键，其中个配位键，其中4个与卟啉个与卟啉环的环的N连接，个与连接，个与F8His连接，连接，1个与个与O2连接连接F8的的His残基残基卟啉环平面卟啉环平面辅基血红素辅基血红素氧合肌红蛋白氧合肌红蛋白游离血红素游离血红素u游离在溶液中的铁卟啉结合一氧化碳比结合O2强25000倍u肌红蛋白中的血红素对CO的亲合力仅比O2约大250倍O2与肌红蛋白的结合与肌红蛋白的结合近侧组氨酸近侧组氨酸远侧组氨酸远侧组氨酸有有60的倾斜的倾斜直线排列直线排列O2的结合改变肌红蛋白的构象的结合改变肌红蛋白的构象铁原子的位置和卟啉环平面发生改变。铁原子的位置和卟啉环平面发生改变。p(O2)Y=p(O2)+K氧氧分分数数饱饱和和度度（Y）肌红蛋白结合氧的定量分析肌红蛋白结合氧的定量分析氧结合曲线氧结合曲线（一一）血红蛋白的结构血红蛋白的结构二、血红蛋白的结构与功能二、血红蛋白的结构与功能血红蛋白的结构血红素辅基血红素辅基肌红蛋白肌红蛋白Mb血红蛋白血红蛋白Hb链链 血红蛋白中各亚基的排列血红蛋白中各亚基的排列血红蛋白的三维结构 subunits(141 AA)subunits(146 AA)6-23Hb实际上是实际上是二聚体二聚体(互作要比互作要比/的强得的强得多多)Hemoglobin(2 2)血红蛋白血红蛋白是四聚体是四聚体 脱氧脱氧HbHb各亚基间各亚基间有八对盐键有八对盐键 -链内两对链内两对 -链间四对链间四对 -链间两链间两对对7-9All of these links are abolished in the deoxy to oxy transition.氧合时氧合时均断开均断开氧氧饱饱和和百百分分数数（Y）高亲合态高亲合态R态态低亲合态低亲合态T态态由低亲合态向由低亲合态向高亲合态转变：高亲合态转变：S型曲线型曲线pn(O2)Y=pn(O2)+K血红蛋白的协同性氧结合血红蛋白的协同性氧结合（1）Hb氧结合曲线氧结合曲线MbMbP50=2.8HbP50=26-高高p p(O(O2 2)时，时，Mb/Mb/HbHb 对对O O2 2的亲和性都很的亲和性都很 高，几乎均被饱和高，几乎均被饱和-低低p p(O(O2 2)时，时，MbMb对对 O O2 2的亲和性则明显的亲和性则明显 高于高于HbHb的，使的，使O O2 2 被转移到被转移到MbMb上上两者的生理作用与其两者的生理作用与其在低氧分压下对在低氧分压下对O O2 2的的相对亲和性直接相关相对亲和性直接相关 MbMb和和HbHb的的氧解离曲线氧解离曲线不同不同工作肌肉中工作肌肉中毛细血管毛细血管p(O2)y 70%肺泡肺泡p(O2)pn(O2)Y=pn(O2)+KupH的降低使的降低使S曲线右移，即氧合能力曲线右移，即氧合能力 降低，促使降低，促使O2解离解离u组织呼吸释放组织呼吸释放CO2 2，CO2进入红细胞进入红细胞 u H2O+CO2+H2CO3 H+HCO3-uH+促使促使HB-O2解离，因而有利于从肺解离，因而有利于从肺 向组织运送向组织运送O2uH+和和CO2结合于结合于Hb从组织运送到肺从组织运送到肺 部，部，HCO3-从血浆运送至肺从血浆运送至肺u肺部的高氧分压使肺部的高氧分压使O2与与Hb结合，促结合，促 使使H+和和CO2解离，解离，H+与与HCO3-结合为结合为 H2CO3，然后分解为，然后分解为H2O和和CO2经肺经肺 排出排出uH+是是Hb氧合的别构抑制剂氧合的别构抑制剂氧氧饱饱和和百百分分数数（Y）在不同在不同pH值下值下Hb的氧分数饱和度曲线的氧分数饱和度曲线H+、CO2、和、和BPG对血红蛋白结合氧的影响对血红蛋白结合氧的影响(1)亚基之间空穴缩小亚基之间空穴缩小BPG结合部位结合部位BPG对对Hb氧合曲线的影响氧合曲线的影响H+、CO2、和、和BPG对血红蛋白结合氧的影响对血红蛋白结合氧的影响(2)BPG结构式结构式BPGu去氧Hb的中央孔穴最大，与BPG结合力最强。Hb-（O2）4中央孔穴最小，不能与BPG结合。uO2与BPG与Hb的结合是互相排斥的u组织处BPG与Hb的结合有利于O2的释放uBPG是Hb氧合的别构抑制剂H+、CO2、和、和BPG对血红蛋白结合氧的影响对血红蛋白结合氧的影响(3)镰刀状细胞贫血病镰刀状细胞贫血病三、血红蛋白分子病三、血红蛋白分子病(1)正常的血红细胞正常的血红细胞血红蛋白血红蛋白A与血红蛋白与血红蛋白S之间微小的变化之间微小的变化血红蛋白分子病血红蛋白分子病(2)纤维形成两个异常的亚基的连锁绳索形成u纤维沉淀压迫细胞质膜，细胞呈镰刀形纤维沉淀压迫细胞质膜，细胞呈镰刀形u不易通过毛细血管，易破裂不易通过毛细血管，易破裂u血流减慢，组织氧减少血流减慢，组织氧减少血红蛋白分子病血红蛋白分子病(3)（1）突变发生在血红蛋白分子表面突变发生在血红蛋白分子表面（2）突变发生在血红素基的附近突变发生在血红素基的附近（3）突变发生在特异的部位突变发生在特异的部位（4）突变发生在亚基界面上突变发生在亚基界面上1 血红蛋白分子突变都可能造成严重的后果血红蛋白分子突变都可能造成严重的后果2 地中海贫血地中海贫血u-地中海贫血：地中海贫血：链缺失，链缺失，Hb为为2 22 2,纯合子早纯合子早年年 夭折，杂合子可至成年夭折，杂合子可至成年u-地中海贫血：正常地中海贫血：正常基因有基因有4个拷贝，只有一个拷个拷贝，只有一个拷 贝有轻微症状，贝有轻微症状，0个拷贝是致命性的。个拷贝是致命性的。u-和和-地中海贫血性状（杂合子）一般对疟疾有防地中海贫血性状（杂合子）一般对疟疾有防 护作用护作用其他血红蛋白病和地中海贫血其他血红蛋白病和地中海贫血