王镜岩生物化学第6章蛋白质结构与功能的关系学习教案

会计学1王镜岩生物化学王镜岩生物化学(shn w hu xu)第第6章蛋白质结构与功能的关系章蛋白质结构与功能的关系第一页，共97页。第1页/共97页第二页，共97页。 肌红蛋白（肌红蛋白（myoglobinmyoglobin，MbMb）主要存在于肌）主要存在于肌肉中，是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分肉中，是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白由一条多肽链和一个配氧的蛋白质。肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素（辅基血红素（hemeheme）构成，相对分子量）构成，相对分子量1670016700，含含153153个氨基酸残基。除去血红素后仅剩下的肽个氨基酸残基。除去血红素后仅剩下的肽链部分称为珠蛋白（链部分称为珠蛋白（globinglobin），它和血红蛋白），它和血红蛋白的的、亚基有明显的同源性，它们的构象和亚基有明显的同源性，它们的构象和功能也极为相似功能也极为相似(xin s)(xin s)。血红素非共价地。血红素非共价地结合在珠蛋白的疏水空穴中。结合在珠蛋白的疏水空穴中。 第2页/共97页第三页，共97页。myoglobin第3页/共97页第四页，共97页。 血红素由原卟啉血红素由原卟啉（protoporphyrin protoporphyrin ）中）中间间(zhngjin)(zhngjin)结合一个结合一个FeFe原子构成，原卟啉原子构成，原卟啉是是由由4 4个吡咯环通过甲叉桥连接而成的扁平环状化合个吡咯环通过甲叉桥连接而成的扁平环状化合物。卟啉环中央结合物。卟啉环中央结合FeFe原子，原子，FeFe原子通常是八面体原子通常是八面体配位，应该有配位，应该有6 6个配位键，其中个配位键，其中4 4个配位键与个配位键与4 4个吡个吡咯环的咯环的N N原子相连，另两个配位键分布在卟啉环的原子相连，另两个配位键分布在卟啉环的上下。上下。FeFe原子可以是二价的或三价的，相应的血红原子可以是二价的或三价的，相应的血红素称为素称为 亚铁亚铁 血红素（血红素（ferrohemeferroheme，hemeheme）和高铁）和高铁血红素（血红素（ferrihemeferriheme，hematinhematin），相应的肌红蛋白），相应的肌红蛋白称为称为 亚铁亚铁 肌红蛋白（肌红蛋白（ferromyoglobinferromyoglobin）和高铁肌）和高铁肌红蛋白（红蛋白（ferrimyoglobinferrimyoglobin，metmyoglobinmetmyoglobin）。）。 第4页/共97页第五页，共97页。hemeprotoporphyrin 第5页/共97页第六页，共97页。 血红素中的铁的第血红素中的铁的第5 5个配位键与珠蛋白的第个配位键与珠蛋白的第9393（或（或F8F8）位）位HisHis残基的咪唑基残基的咪唑基N N结合，这个结合，这个(zh ge)His(zh ge)His称为近侧称为近侧HisHis，而，而O2O2与与FeFe的第的第6 6个配位键结合。在肌红蛋白没有结个配位键结合。在肌红蛋白没有结合合O2O2时，这个时，这个(zh ge)(zh ge)部位是空的。高铁肌红蛋白不能部位是空的。高铁肌红蛋白不能与与O2O2结合，结合，H2OH2O分子代替分子代替O2O2成为第成为第6 6个配体。个配体。 在血红素结合在血红素结合O2O2的一侧，还有一个的一侧，还有一个HisHis残基，即第残基，即第6464（或（或E7E7）位）位HisHis残基，称为远侧残基，称为远侧HisHis。由于这个。由于这个(zh ge)(zh ge)远侧远侧HisHis的存在，使得的存在，使得O2O2的结合受到空间位阻。在氧合肌的结合受到空间位阻。在氧合肌红蛋白中，红蛋白中， O2 O2的两个原子与的两个原子与FeFe不成一条直线，而是倾斜不成一条直线，而是倾斜了了3030。第6页/共97页第七页，共97页。近侧近侧His远侧远侧His第7页/共97页第八页，共97页。 第第6 6个配位位置的空间位阻很重要。游离在溶液中个配位位置的空间位阻很重要。游离在溶液中的铁卟啉结合的铁卟啉结合COCO的能力比结合的能力比结合O2O2强强2500025000倍，但在肌红倍，但在肌红蛋白中，血红素对蛋白中，血红素对COCO的亲和力仅比对的亲和力仅比对O2O2的亲和力大的亲和力大250250倍。肌红蛋白（还有血红蛋白）降低对倍。肌红蛋白（还有血红蛋白）降低对COCO的亲和力，的亲和力，可以有效地防止代谢过程中产生的少量可以有效地防止代谢过程中产生的少量COCO占据它们占据它们(t (t men)men)的的O2O2结合部位。尽管如此，当空气中结合部位。尽管如此，当空气中COCO的含量达的含量达到到0.06%0.06%0.08%0.08%即有中毒的危险，达到即有中毒的危险，达到0.1%0.1%则会导致则会导致死亡。死亡。 第8页/共97页第九页，共97页。Free hemewith imidazoleMb:CO Complex Oxymyoglobin第9页/共97页第十页，共97页。 通常情况下，通常情况下，O2O2分子与分子与FeFe（）紧密接触会使）紧密接触会使FeFe（）氧化成）氧化成FeFe（），溶液中游离的亚铁血红），溶液中游离的亚铁血红素很容易被氧化成高铁血红素，但在肌红蛋白中，素很容易被氧化成高铁血红素，但在肌红蛋白中，由于血红素处于由于血红素处于(chy)(chy)疏水环境中，血红素疏水环境中，血红素FeFe（）不容易被氧化。）不容易被氧化。 同样是血红素，与不同的蛋白质结合后，具有同样是血红素，与不同的蛋白质结合后，具有不同的功能，如在细胞色素不同的功能，如在细胞色素C C中，血红素起可逆电中，血红素起可逆电子载体的作用，过氧化氢酶中，血红素催化子载体的作用，过氧化氢酶中，血红素催化H2O2H2O2歧歧化成化成H2OH2O和和O2 O2 。第10页/共97页第十一页，共97页。 肌红蛋白血红素在没有与肌红蛋白血红素在没有与O2O2结合时，铁原结合时，铁原子是向第子是向第 5 5 配位体方向配位体方向(fngxing)(fngxing)（His F8His F8）突出的。当与）突出的。当与O2O2结合时，铁原子被拉回到卟结合时，铁原子被拉回到卟啉平面。啉平面。 第11页/共97页第十二页，共97页。第12页/共97页第十三页，共97页。肌红蛋白与肌红蛋白与O2结合结合(jih)的反应式为的反应式为其解离其解离(ji l)常数为常数为K , 令令Y 为肌红蛋白的氧饱和分数，即为肌红蛋白的氧饱和分数，即将改写为将改写为第13页/共97页第十四页，共97页。将代入得将代入得 ， 根据根据(gnj)henry(gnj)henry定律，溶于液体的任一种气体的浓定律，溶于液体的任一种气体的浓度与液体上面的该气体的分压成正比，即度与液体上面的该气体的分压成正比，即 O2= = A p (O2) 式中式中A A 为比例系数为比例系数(xsh)(xsh)，p (O2)p (O2)为氧气的分为氧气的分压。压。 第14页/共97页第十五页，共97页。将代入得将代入得第15页/共97页第十六页，共97页。 实验中实验中 p (O2) p (O2) 可以测得，氧分压常用可以测得，氧分压常用TorrTorr为为单位。单位。Y Y 值可用分光光度法测定值可用分光光度法测定(cdng)(cdng)，因为肌，因为肌红蛋白结合了红蛋白结合了O2 O2 时会引起吸收光谱的改变。时会引起吸收光谱的改变。Y Y 对对 p p (O2) (O2) 作图所得的曲线称为氧结合曲线。作图所得的曲线称为氧结合曲线。 1 Torr = 133 Pa = 1 mmHg 第16页/共97页第十七页，共97页。KOpOpY)()(22双曲线方程双曲线方程(fngchng)(fngchng)第17页/共97页第十八页，共97页。 为氧结合为氧结合(jih)(jih)肌红蛋白的分数与没有结肌红蛋白的分数与没有结合合(jih)(jih)氧的肌红蛋白的分数之比。氧的肌红蛋白的分数之比。 两边两边(lingbin)(lingbin)取取对数得对数得 第18页/共97页第十九页，共97页。 以以 对对 作图称为作图称为HillHill作图，肌红蛋作图，肌红蛋白的白的HillHill图是一条直线。当图是一条直线。当 时（时（50%50%的的肌红蛋白结合了氧），肌红蛋白结合了氧）， ，这时，这时 ，这一点的斜率，这一点的斜率(xil)(xil)称为称为HillHill系数，肌红蛋白的系数，肌红蛋白的HillHill系数等于系数等于1 1，说明，说明O2O2分子彼此独立地与肌红蛋白结分子彼此独立地与肌红蛋白结合。合。 第19页/共97页第二十页，共97页。第20页/共97页第二十一页，共97页。 线粒体中氧浓度为线粒体中氧浓度为0 010 torr10 torr，静脉血氧浓度为，静脉血氧浓度为15 torr15 torr或更高些。肌红蛋白的或更高些。肌红蛋白的P 50P 50为为2 torr2 torr，所以，所以在大多数情况下，肌红蛋白是高度在大多数情况下，肌红蛋白是高度(god)(god)氧合的，氧合的，是氧的贮存库。如果由于肌肉收缩使线粒体中氧含量是氧的贮存库。如果由于肌肉收缩使线粒体中氧含量下降，它就可以立即供应氧。下降，它就可以立即供应氧。第21页/共97页第二十二页，共97页。 肌红蛋白也有利于细胞内氧从细胞的内表面向肌红蛋白也有利于细胞内氧从细胞的内表面向线粒体转运，因为这种运转是顺浓度梯度的，细胞线粒体转运，因为这种运转是顺浓度梯度的，细胞内表面的氧浓度约为内表面的氧浓度约为10 torr10 torr（肌红蛋白的氧饱和（肌红蛋白的氧饱和度约为度约为80%80%），而线粒体内的氧浓度约为），而线粒体内的氧浓度约为1 torr1 torr（肌红蛋白的氧饱和度约为肌红蛋白的氧饱和度约为25%25%），肌红蛋白可以），肌红蛋白可以(ky)(ky)从细胞内表面结合氧，而运到线粒体中释放从细胞内表面结合氧，而运到线粒体中释放氧。氧。 第22页/共97页第二十三页，共97页。第23页/共97页第二十四页，共97页。 血红蛋白（血红蛋白（hemoglobinhemoglobin，HbHb）存在于红）存在于红细胞中，它的主要细胞中，它的主要(zhyo)(zhyo)功能是在血液中功能是在血液中结合并转运氧气，它在肺中与氧气结合，运结合并转运氧气，它在肺中与氧气结合，运输到全身各处组织中，再释放出氧气。输到全身各处组织中，再释放出氧气。 第24页/共97页第二十五页，共97页。发育阶段血红蛋白名称链或样链链或样链亚基组成胚胎胚胎2 22 2胎儿胎儿HbF2 22 2出生到死亡出生到死亡HbA2 22 2出生到死亡出生到死亡HbA22 22 2第25页/共97页第二十六页，共97页。 链或链或样链由样链由141141个氨基酸残基组成，个氨基酸残基组成，链或链或样链由样链由146146个氨基酸残基组成，而肌红蛋白的肽链由个氨基酸残基组成，而肌红蛋白的肽链由153153个氨基酸残基组成，它们都叫珠蛋白。同一类型个氨基酸残基组成，它们都叫珠蛋白。同一类型(lixng)(lixng)不同希腊字母代表的链有个别氨基酸残基不不同希腊字母代表的链有个别氨基酸残基不同。同。 第26页/共97页第二十七页，共97页。1212第27页/共97页第二十八页，共97页。 血红蛋白血红蛋白链、链、链及肌红蛋白链的三级结链及肌红蛋白链的三级结构非常相似，但这三种肽链的氨基酸序列有很大构非常相似，但这三种肽链的氨基酸序列有很大不同不同(b tn)(b tn)，141141个氨基酸残基位置中只有个氨基酸残基位置中只有2727个位置的残基在这三种肽链中是相同的。个位置的残基在这三种肽链中是相同的。 Mb Hb Hb第28页/共97页第二十九页，共97页。 比较了多种（从七腮鳗到人）不同比较了多种（从七腮鳗到人）不同(b (b tn)tn)的血红蛋白的氨基酸序列，证明序列中有的血红蛋白的氨基酸序列，证明序列中有9 9个位置的残基是所有研究过的血红蛋白所共有的个位置的残基是所有研究过的血红蛋白所共有的，这些称为高度保守的残基。，这些称为高度保守的残基。 血红蛋白内部的非极性残基可以换成另一种血红蛋白内部的非极性残基可以换成另一种非极性残基而功能不变。非极性残基而功能不变。 第29页/共97页第三十页，共97页。 血红蛋白分子中，血红蛋白分子中，亚基的接触有两类，亚基的接触有两类，一类是一类是1111接触和接触和2222接触，这类接触称为接触，这类接触称为装配接触；另一类是装配接触；另一类是1212接触和接触和2121接触，接触，这类接触称为滑动接触。氧合时，每个这类接触称为滑动接触。氧合时，每个二聚二聚体半分子作为一个刚体移动，这两个二聚体彼此体半分子作为一个刚体移动，这两个二聚体彼此滑动。我们滑动。我们(w men)(w men)将其中一个二聚体看作不动将其中一个二聚体看作不动，另一个二聚体将绕一个设想的偏心轴旋转，另一个二聚体将绕一个设想的偏心轴旋转1515，并平移，并平移0.08nm0.08nm。 第30页/共97页第三十一页，共97页。 去氧血红蛋白去氧血红蛋白(xuhng dnbi) 11(xuhng dnbi) 11的移动过程的移动过程 氧合血红蛋白氧合血红蛋白(xuhng dnbi)(xuhng dnbi)第31页/共97页第三十二页，共97页。 在去氧血红蛋白中，铁原子向近侧在去氧血红蛋白中，铁原子向近侧HisHis方向凸起约方向凸起约0.06nm0.06nm。氧合时，铁原子的体积缩小，向卟啉环平面。氧合时，铁原子的体积缩小，向卟啉环平面靠近约靠近约0.039nm0.039nm，并牵拉近侧，并牵拉近侧HisHis往血红素平面移动，往血红素平面移动，这些移动，传递这些移动，传递(chund)(chund)到亚基的界面，使得亚基间到亚基的界面，使得亚基间的相互位置发生变化。的相互位置发生变化。 第32页/共97页第三十三页，共97页。第33页/共97页第三十四页，共97页。 血红蛋白有两种主要构象态，一种是血红蛋白有两种主要构象态，一种是T T态即紧张态态即紧张态（tense statetense state），另一种是），另一种是R R态即松弛态（态即松弛态（relaxed relaxed statestate）。）。O2O2对对R R态的亲和力明显地高于对态的亲和力明显地高于对T T态的亲和力态的亲和力，并且，并且O2O2的结合更稳定了的结合更稳定了R R态。缺氧时态。缺氧时T T态更加稳定，态更加稳定，因此因此T T态是去氧血红蛋白的主要构象，态是去氧血红蛋白的主要构象，R R态是氧合血红态是氧合血红蛋白的主要构象。蛋白的主要构象。T T态血红蛋白结合态血红蛋白结合O2O2后转变成后转变成R R态，态，并使得分子内一些并使得分子内一些(yxi)(yxi)盐桥断裂。盐桥断裂。 第34页/共97页第三十五页，共97页。第35页/共97页第三十六页，共97页。 血红蛋白是一个血红蛋白是一个(y )(y )四聚体蛋白，它与肌红四聚体蛋白，它与肌红蛋白相比，出现了一些新的性质。血红蛋白的氧合具蛋白相比，出现了一些新的性质。血红蛋白的氧合具有正协同同促效应，即一个有正协同同促效应，即一个(y )O2(y )O2的结合促进同的结合促进同一分子其它亚基与一分子其它亚基与O2O2的结合。具有这种性质的蛋白质的结合。具有这种性质的蛋白质称为别构蛋白（其它蛋白质也有负协同效应的）。称为别构蛋白（其它蛋白质也有负协同效应的）。 第36页/共97页第三十七页，共97页。 假设假设(jish)O2(jish)O2与与HbHb的结合是一种的结合是一种“全或无全或无”的方式，其结合反应式为的方式，其结合反应式为则解离则解离(ji l)常数常数K 为为 按照前面肌红蛋白结合按照前面肌红蛋白结合O2的定量分析的推导方的定量分析的推导方法，法，Hb的氧饱和分数的氧饱和分数Y 的表达式为的表达式为第37页/共97页第三十八页，共97页。第38页/共97页第三十九页，共97页。推导推导(tudo)(tudo)氧合曲线氧合曲线实际实际(shj)(shj)氧氧合曲线合曲线图中的图中的n为为Hill系数系数第39页/共97页第四十页，共97页。 血红蛋白结合血红蛋白结合O2O2并不是并不是“全或无全或无”的，各个亚基的，各个亚基结合结合O2O2是依次进行是依次进行(jnxng)(jnxng)的，并且前面亚基结合的，并且前面亚基结合了了O2O2对后面亚基与对后面亚基与O2O2的结合有促进作用。实际测定的的结合有促进作用。实际测定的n=2.8n=2.8，若，若n=1n=1，则无协同作用，若，则无协同作用，若n 1n 1则有正协同作则有正协同作用。对于血红蛋白来说，当用。对于血红蛋白来说，当 n=4 n=4 时正协同作用最大时正协同作用最大，即当，即当1 1个个O2O2与与1 1个亚基结合后，另外个亚基结合后，另外3 3个亚基也同时个亚基也同时与与O2O2结合。实际情况是结合。实际情况是n=2.8n=2.8。这样，。这样，HbHb对第对第4 4个个O2O2的的亲和力约为与第亲和力约为与第1 1个个O2O2亲和力的亲和力的300300倍。倍。 第40页/共97页第四十一页，共97页。 在肺泡中，氧分压为在肺泡中，氧分压为100 torr100 torr，工作肌肉的毛，工作肌肉的毛细血管中约为细血管中约为20 torr20 torr，血红蛋白在肺泡中，血红蛋白在肺泡中Y Y是是0.970.97，在肌肉毛细血管中，在肌肉毛细血管中Y Y是是0.250.25，释放的，释放的O2O2是两个是两个Y Y值值之差，即之差，即Y=0.72Y=0.72。这个。这个(zh ge)(zh ge)差值越大，运输差值越大，运输O2O2的效率就越高。肌红蛋白不能担当此项工作。的效率就越高。肌红蛋白不能担当此项工作。 第41页/共97页第四十二页，共97页。 血红蛋白与血红蛋白与O2O2的结合受其它分子的调节，如的结合受其它分子的调节，如H +H + 、 C O 2C O 2 和和 2 , 3 -2 , 3 - 二 磷 酸 甘 油 酸 （二 磷 酸 甘 油 酸 （ 2 , 3 -2 , 3 -bisphosphate glyceratebisphosphate glycerate，BPGBPG）等。虽然它们）等。虽然它们(t men)(t men)在蛋白质分子上的结合部位离血红素很在蛋白质分子上的结合部位离血红素很远，但这些分子极大地影响远，但这些分子极大地影响HbHb的氧合性质，这是的氧合性质，这是别构效应中的异种效应。别构效应中的异种效应。 第42页/共97页第四十三页，共97页。2,3-bisphosphate glycerate，BPG第43页/共97页第四十四页，共97页。 组织中代谢作用产生组织中代谢作用产生H+H+和和CO2CO2，代谢越旺，代谢越旺盛盛(wngshng)(wngshng)的组织，需要的的组织，需要的O2O2越多，产生越多，产生的的H+H+和和CO2CO2也越多。也越多。CO2CO2在体内被水合成碳酸。在体内被水合成碳酸。 CO2 CO2水合的结果，使组织中水合的结果，使组织中pHpH下降，即下降，即H+H+上上升。升。 O2 O2与血红蛋白的结合受与血红蛋白的结合受pHpH和和CO2CO2浓度的影响浓度的影响(yngxing)(yngxing)。去氧血红蛋白对。去氧血红蛋白对H+H+的亲和力比氧合的亲和力比氧合血红蛋白大。因此，增加血红蛋白大。因此，增加H+H+浓度将促进浓度将促进O2O2的释放。的释放。 HbO2 HbO2 H+ HbH+H+ HbH+O2O2第44页/共97页第四十五页，共97页。 氧合血红蛋白在组织中释放的氧合血红蛋白在组织中释放的O2O2量除了受到组量除了受到组织中低织中低O2O2浓度的作用外，还受组织中低浓度的作用外，还受组织中低pHpH的影响。的影响。后者叫做后者叫做BohrBohr效应，因效应，因19041904年发现此现象的丹麦生年发现此现象的丹麦生理学家理学家C. BohrC. Bohr而得名。而得名。 产生产生BohrBohr效应的原因是血红蛋白中一些效应的原因是血红蛋白中一些(yxi)pK(yxi)pK值处于值处于7 7附近的可解离基团的作用，主要附近的可解离基团的作用，主要是是HisHis，它们解离与否会影响到血红蛋白的构象，它们解离与否会影响到血红蛋白的构象，从而影响血红蛋白对从而影响血红蛋白对O2O2的亲和力。的亲和力。第45页/共97页第四十六页，共97页。第46页/共97页第四十七页，共97页。 血红蛋白还能结合血红蛋白还能结合CO2 CO2 ，结合部位是亚基，结合部位是亚基N N末端末端(m dun)(m dun)游离的游离的NH2NH2。CO2CO2的结合也能的结合也能促进促进O2O2的释放。的释放。 第47页/共97页第四十八页，共97页。 2,3- 2,3-二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPGBPG）是血红蛋白一个重）是血红蛋白一个重要的别构效应剂（别构抑制剂）。正常人红细胞中要的别构效应剂（别构抑制剂）。正常人红细胞中约含有约含有4.5mmol/L4.5mmol/L的的BPGBPG，约与血红蛋白等摩尔数。，约与血红蛋白等摩尔数。每个每个HbHb分子（四聚体）只有一个分子（四聚体）只有一个BPGBPG结合位点，位结合位点，位于由于由4 4个亚基缔合形成的中央孔穴内。高负电荷的个亚基缔合形成的中央孔穴内。高负电荷的BPGBPG分子与每个分子与每个链的若干个残基的带正电荷基团链的若干个残基的带正电荷基团通过静电结合于通过静电结合于HbHb分子上，分子上，BPGBPG把两个把两个链交联在链交联在一起。一起。O2O2的结合使中央孔穴变小的结合使中央孔穴变小(bin xio)(bin xio)，使，使BPGBPG结合变得困难。在没有结合变得困难。在没有BPGBPG存在时，存在时，O2O2的结合容的结合容易，而在有易，而在有BPGBPG存在时，存在时，O2O2的结合变得困难。的结合变得困难。 第48页/共97页第四十九页，共97页。第49页/共97页第五十页，共97页。 BPG BPG对对R R态态HbHb的亲和力至少比对的亲和力至少比对T T态态HbHb低一个数量级低一个数量级，BPGBPG对对R R态态HbHb的亲和力大小顺序为：的亲和力大小顺序为：HbO2 Hb(O2)2 HbO2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 Hb(O2)3 ，而对，而对Hb(O2)4Hb(O2)4则完全不结合。则完全不结合。 BPG BPG浓度越大，浓度越大，HbHb的氧合曲线就越往右偏移，说明的氧合曲线就越往右偏移，说明BPGBPG抑制抑制O2O2的结合，并增加了正协同效应。的结合，并增加了正协同效应。BPGBPG的存在的存在可以可以(ky)(ky)增加增加HbHb在组织中的卸氧量。正常情况下供在组织中的卸氧量。正常情况下供给组织的氧量约为血液所能携带的最大氧量的给组织的氧量约为血液所能携带的最大氧量的40%40%（即（即Y = 40%Y = 40%）。）。第50页/共97页第五十一页，共97页。第51页/共97页第五十二页，共97页。 人的某些生理性或病理性缺氧可以通过人的某些生理性或病理性缺氧可以通过(tnggu)(tnggu)红细胞中红细胞中BPGBPG浓度的升高而代偿。当正浓度的升高而代偿。当正常人在短时间内由海平面上升到常人在短时间内由海平面上升到4500m4500m高的高山上高的高山上时，红细胞中的时，红细胞中的BPGBPG浓度几个小时后就开始上升，浓度几个小时后就开始上升，两天内可由两天内可由4.5mmol/L4.5mmol/L增加到增加到7.5mmol/L7.5mmol/L，使氧的，使氧的释放量增大。值得注意的是，释放量增大。值得注意的是，BPGBPG浓度增加对肺中浓度增加对肺中HbHb与与O2O2的结合影响不大。的结合影响不大。第52页/共97页第五十三页，共97页。第53页/共97页第五十四页，共97页。 镰刀状细胞贫血病（镰刀状细胞贫血病（sickle-cell anemiasickle-cell anemia）是）是最早被认识的一种分子病。这种病在非洲最早被认识的一种分子病。这种病在非洲(fi (fi zhu)zhu)某些地区十分流行（高达某些地区十分流行（高达40%40%），它是由于遗），它是由于遗传基因的突变导致血红蛋白分子中氨基酸残基被改传基因的突变导致血红蛋白分子中氨基酸残基被改变造成的。镰刀状细胞贫血病人血红蛋白含量仅为变造成的。镰刀状细胞贫血病人血红蛋白含量仅为正常人（正常人（151516g/100ml16g/100ml）的一半，红细胞数目也是）的一半，红细胞数目也是正常人（正常人（4.64.66.26.2106106个个/ml/ml）的一半左右，而且）的一半左右，而且红细胞的形态也不正常，除了有非常大量的未成熟红细胞的形态也不正常，除了有非常大量的未成熟红细胞外，还有很多成镰刀状的红细胞。当红细胞红细胞外，还有很多成镰刀状的红细胞。当红细胞脱氧时，镰刀状红细胞的数量明显增加。这种病人脱氧时，镰刀状红细胞的数量明显增加。这种病人的血红蛋白称为的血红蛋白称为HbSHbS。 第54页/共97页第五十五页，共97页。第55页/共97页第五十六页，共97页。 镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯合子合子(hz)(hz)患者有的在童年就死亡。杂合子患者有的在童年就死亡。杂合子(hz)(hz)患者的寿命也不长，但它能抵抗一种流行于非洲的患者的寿命也不长，但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾。这种疟疾也是一种致死性疾病，甚至具有正疟疾。这种疟疾也是一种致死性疾病，甚至具有正常血红蛋白的人死于这种疟疾的比例也很高，常常常血红蛋白的人死于这种疟疾的比例也很高，常常在还没有繁殖后代就已死去。在还没有繁殖后代就已死去。HbsHbs杂合子杂合子(hz)(hz)患者患者对这种疟疾有一定的抵抗能力，尚能繁殖后代，这对这种疟疾有一定的抵抗能力，尚能繁殖后代，这是因为杂合子是因为杂合子(hz)(hz)患者加速被感染红细胞的破坏患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫的生活周期的缘故。而中断疟原虫的生活周期的缘故。第56页/共97页第五十七页，共97页。（先垂直方向（先垂直方向(fngxing)滤纸层析，后水平方向滤纸层析，后水平方向(fngxing)电泳）电泳）HbAHbS第57页/共97页第五十八页，共97页。HbA H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys C端端HbS H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val -Glu-Lys C端端 （链）链） 1 2 3 4 5 6 7 8（示差异（示差异(chy)(chy)处）处）第58页/共97页第五十九页，共97页。 6 6残基位于分子表面，当残基位于分子表面，当ValVal取代了取代了GluGlu后，在分子的后，在分子的表面多了一个疏水基团。血红蛋白的氧合性质和别构性质表面多了一个疏水基团。血红蛋白的氧合性质和别构性质不受此变化不受此变化(binhu)(binhu)的影响，但这一变化的影响，但这一变化(binhu)(binhu)显著显著影响了血红蛋白的溶解度。在去氧血红蛋白分子表面的另影响了血红蛋白的溶解度。在去氧血红蛋白分子表面的另一处有一个疏水性口袋，正好能与这个一处有一个疏水性口袋，正好能与这个ValVal侧链结合，它们侧链结合，它们可以互相聚集成纤维状沉淀。氧合血红蛋白表面没有这个可以互相聚集成纤维状沉淀。氧合血红蛋白表面没有这个疏水性口袋，所以只有在缺氧时，红细胞才会成为镰刀状疏水性口袋，所以只有在缺氧时，红细胞才会成为镰刀状。 第59页/共97页第六十页，共97页。 两股两股HbSHbS链连锁在一起链连锁在一起(yq) 14(yq) 14股链纤维股链纤维第60页/共97页第六十一页，共97页。 地中海贫血可以由几条途径产生：缺失一个或多地中海贫血可以由几条途径产生：缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因；所有基因都存在，但一个个编码血红蛋白链的基因；所有基因都存在，但一个或多个基因发生无义突变（或多个基因发生无义突变（nonsense mutationnonsense mutation），结果），结果产生缩短了的肽链，或发生移码突变，产生无功能的肽产生缩短了的肽链，或发生移码突变，产生无功能的肽链。所有基因都可能存在，但突变发生在编码区之外链。所有基因都可能存在，但突变发生在编码区之外，导致不能转录，或转录后的加工，导致不能转录，或转录后的加工(ji gng)(ji gng)不正确。不正确。 广东省是我国地中海贫血症发病率最高的地区广东省是我国地中海贫血症发病率最高的地区(dq)，约有，约有11.07%的人（的人（800万人）携带地中海贫血症的基因（万人）携带地中海贫血症的基因（2005年年5月月11日中央电视台报道）。日中央电视台报道）。 第61页/共97页第六十二页，共97页。（免疫（免疫(miny)(miny)球蛋白部分）球蛋白部分）免疫免疫(miny)球蛋白，球蛋白，Immunoglobulin, Ig第62页/共97页第六十三页，共97页。第63页/共97页第六十四页，共97页。第64页/共97页第六十五页，共97页。抗体上的抗体上的抗原抗原(kngyun(kngyun) )结合结构结合结构域域鸡卵清溶菌鸡卵清溶菌酶（抗原酶（抗原(kngyun)(kngyun)）鸡卵清溶菌鸡卵清溶菌酶上突出的酶上突出的Gln121第65页/共97页第六十六页，共97页。抗体上的抗体上的抗原抗原(kngyu(kngyun)n)结合结结合结构域构域鸡卵清溶菌鸡卵清溶菌酶上突出酶上突出(t ch)(t ch)的的Gln121Gln121第66页/共97页第六十七页，共97页。交联晶格交联晶格(jn )(jn )抗原抗原(kngyun)(kngyun)决决定簇定簇抗原抗原（含（含4 4个决定簇）个决定簇）抗体抗体第67页/共97页第六十八页，共97页。 人的免疫球蛋白除了人的免疫球蛋白除了IgGIgG外，还有外，还有IgAIgA、IgMIgM、IgD IgD 和和 IgE IgE，共有，共有5 5种类型，它们各自存在于人体的不同部种类型，它们各自存在于人体的不同部位，起着不同的作用。位，起着不同的作用。Ig Ig 分子轻链恒定区（分子轻链恒定区（CLCL）的氨）的氨基酸序列可分为基酸序列可分为(fn wi)(fn wi)两种基本类型：两种基本类型：和和，一，一个个 Ig Ig 分子只能含有其中的一种。重链恒定区（包括分子只能含有其中的一种。重链恒定区（包括CH1CH1、CH2CH2和和CH3CH3）的序列分为）的序列分为(fn wi)5(fn wi)5种基本类型：种基本类型：（IgGIgG）、）、（IgAIgA）、）、（IgMIgM）、）、（IgDIgD）和）和（IgEIgE）。）。 第68页/共97页第六十九页，共97页。IgD的结构的结构(jigu)与与IgG类类似似IgGIgEIgAIgM第69页/共97页第七十页，共97页。二硫键二硫键第70页/共97页第七十一页，共97页。enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA第71页/共97页第七十二页，共97页。 An ELISA to test for the presence of herpes simplex virus (HSV) antibodies in blood samples. Wells were coated with an HSV antigen, to which antibodies against HSV will bind. The second antibody is antihuman IgG linked to horseradish peroxidase. Blood samples with greater amounts of HSV antibody turn brighter yellow.第72页/共97页第七十三页，共97页。酶标板或微孔酶标板或微孔(wi (wi kn)kn)板板第73页/共97页第七十四页，共97页。(1,4),(2,5),(3,6)-(1,4),(2,5),(3,6)-纯化程度纯化程度(chngd)(chngd)逐步增高的尿激酶样品逐步增高的尿激酶样品免疫免疫(miny)(miny)印迹印迹这种检测某这种检测某种蛋白的方种蛋白的方法称为法称为Western blotting尿激酶单尿激酶单抗检测抗检测 第74页/共97页第七十五页，共97页。用目的抗原免疫用目的抗原免疫(miny)小鼠，取小鼠脾脏制成小鼠，取小鼠脾脏制成B淋巴淋巴细胞悬液；细胞悬液；繁殖小鼠骨髓瘤细胞；繁殖小鼠骨髓瘤细胞；将制得的将制得的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，产生杂交瘤细淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，产生杂交瘤细胞；胞；转移到只有杂交瘤细胞才能生长的培养基中进行选择转移到只有杂交瘤细胞才能生长的培养基中进行选择性培养；性培养； 用用ELISA法筛选出能分泌目的抗体的单克隆杂交瘤细法筛选出能分泌目的抗体的单克隆杂交瘤细胞株；胞株；扩大培养，从培养液中提取纯化单克隆抗体。扩大培养，从培养液中提取纯化单克隆抗体。第75页/共97页第七十六页，共97页。(肌纤维的结构肌纤维的结构(jigu) 脊椎动物的骨骼肌又称横纹肌或随意肌。肌肉由许多脊椎动物的骨骼肌又称横纹肌或随意肌。肌肉由许多平行的肌纤维束或称肌束组成。肌束中的每个肌纤维就是平行的肌纤维束或称肌束组成。肌束中的每个肌纤维就是一个骨骼肌细胞一个骨骼肌细胞(xbo)(xbo)，它是长柱形的多核细胞，它是长柱形的多核细胞(xbo)(xbo)，直径约在，直径约在2020100m100m之间，长可达之间，长可达5cm5cm以上，人体的一些以上，人体的一些肌纤维甚至可达肌纤维甚至可达50cm50cm。肌细胞。肌细胞(xbo)(xbo)间有少量结缔组织，间有少量结缔组织，并有毛细血管和神经纤维等。并有毛细血管和神经纤维等。 第76页/共97页第七十七页，共97页。第77页/共97页第七十八页，共97页。 肌纤维（肌细胞）是由多个称为成肌细胞的肌肉肌纤维（肌细胞）是由多个称为成肌细胞的肌肉前体细胞融合而成的。每个肌纤维含有约前体细胞融合而成的。每个肌纤维含有约10001000个肌原个肌原纤维，肌原纤维直径纤维，肌原纤维直径2m2m。这些肌原纤维处于肌浆中。这些肌原纤维处于肌浆中。核一般处在细胞的周边，质膜的内表面。肌纤维中。核一般处在细胞的周边，质膜的内表面。肌纤维中含有许多线粒体，在肌肉收缩时提供能源物质含有许多线粒体，在肌肉收缩时提供能源物质(wzh)ATP(wzh)ATP，肌纤维中的内质网称为肌质网，分布在，肌纤维中的内质网称为肌质网，分布在各肌原纤维的周围，肌肉收缩时由它提供所需的各肌原纤维的周围，肌肉收缩时由它提供所需的Ca2+Ca2+。 第78页/共97页第七十九页，共97页。 肌原纤维呈现一个很有规则的周期性结构，暗带和明肌原纤维呈现一个很有规则的周期性结构，暗带和明带交替排列。明带折射率是各向同性带交替排列。明带折射率是各向同性( xin tn ( xin tn xn)xn)的，因此又称各向同性的，因此又称各向同性( xin tn xn)( xin tn xn)带（带（isotropic bandisotropic band），简称），简称 I I 带；暗带是各向异性的，所以带；暗带是各向异性的，所以又称各向异性带（又称各向异性带（anisotropic bandanisotropic band），简称），简称A A带。带。I I 带被带被一条称为一条称为Z Z线或线或Z Z盘的细线分成相等的两半。在盘的细线分成相等的两半。在A A带中央有一带中央有一个较明亮的区域称为个较明亮的区域称为H H区，区，H H区正中间有一个致密的横线，区正中间有一个致密的横线，称为称为M M线或线或M M盘，它将盘，它将H H区分成相等的两半。区分成相等的两半。 第79页/共97页第八十页，共97页。第80页/共97页第八十一页，共97页。 一 个 肌 原 纤 维 可 以 看 成 是 由 许 多 称 为 肌 节 （一 个 肌 原 纤 维 可 以 看 成 是 由 许 多 称 为 肌 节 （sarcomeresarcomere）的重复）的重复(chngf)(chngf)单位构成的，重复单位构成的，重复(chngf)(chngf)单位是一个单位是一个A A带加上前后各半个带加上前后各半个I I带，即从带，即从Z Z线线到下一个到下一个Z Z线。一个肌节在松驰状态下长度为线。一个肌节在松驰状态下长度为2.5m2.5m。上。上述肌纤维结构在光学显微镜下就能观察到。述肌纤维结构在光学显微镜下就能观察到。 第81页/共97页第八十二页，共97页。 在一个完全的收缩在一个完全的收缩(shu su)(shu su)中，每个肌中，每个肌节缩短约节缩短约1.0m1.0m（原长（原长2.5 m2.5 m）。收缩）。收缩(shu (shu su)su)时时I I带和带和H H区几乎消失，区几乎消失，Z Z盘向盘向A A带靠拢，也带靠拢，也即缩短是由即缩短是由I I带和带和H H区两者的宽度减少造成的，区两者的宽度减少造成的，但但A A带宽度（即粗丝长度）和带宽度（即粗丝长度）和Z Z盘到盘到H H区边缘的距区边缘的距离（即细丝长度）并不改变。离（即细丝长度）并不改变。 第82页/共97页第八十三页，共97页。 粗丝是由粗丝是由250360250360个肌球蛋白分子通过它们个肌球蛋白分子通过它们(t men)(t men)的尾部缔合而成的分子束，直径约为的尾部缔合而成的分子束，直径约为16nm16nm；它们；它们(t men)(t men)的尾都朝向的尾都朝向A A带的中央（带的中央（H H区区），长度约为），长度约为1.5m1.5m。结构中肌球蛋白的头部有。结构中肌球蛋白的头部有规则地每间隔约规则地每间隔约14nm14nm在两端伸出。粗丝上伸出的在两端伸出。粗丝上伸出的头部与相邻的细丝接触。头部与相邻的细丝接触。 （粗丝的结构（粗丝的结构(jigu)）第83页/共97页第八十四页，共97页。第84页/共97页第八十五页，共97页。第85页/共97页第八十六页，共97页。（细丝（细丝(x s)的结构）的结构） 细丝由肌动蛋白（细丝由肌动蛋白（actinactin）、原肌球蛋白和肌）、原肌球蛋白和肌钙蛋白复合体组成钙蛋白复合体组成(z chn)(z chn)，在低离子强度下，在低离子强度下，肌动蛋白以单体的形式存在，称为肌动蛋白以单体的形式存在，称为G G肌动蛋白。肌动蛋白。在生理条件（高离子强度）下，在生理条件（高离子强度）下，G G肌动蛋白聚合肌动蛋白聚合成纤维状的成纤维状的F F肌动蛋白。肌动蛋白。F F肌动蛋白外观上像是肌动蛋白外观上像是右手双螺旋结构，螺距约右手双螺旋结构，螺距约72nm72nm。每。每7 7个肌动蛋白分个肌动蛋白分子表面有一条原肌球蛋白分子索，它遮盖着肌动蛋子表面有一条原肌球蛋白分子索，它遮盖着肌动蛋白上能与肌球蛋白结合的位点。肌钙蛋白复合体由白上能与肌球蛋白结合的位点。肌钙蛋白复合体由3 3个蛋白组成个蛋白组成(z chn)(z chn)，肌钙蛋白，肌钙蛋白T T、I I、C C。其中。其中T T能与原肌球蛋白结合，能与原肌球蛋白结合，C C能与钙离子结合，能与钙离子结合，I I 阻抑阻抑肌动蛋白与肌球蛋白结合。肌动蛋白与肌球蛋白结合。 第86页/共97页第八十七页，共97页。 除骨骼肌的主要蛋白质外，还有多种蛋白质在维持除骨骼肌的主要蛋白质外，还有多种蛋白质在维持肌肉结构和调节肌肉收缩方面肌肉结构和调节肌肉收缩方面(fngmin)(fngmin)起着重要的作起着重要的作用。肌球蛋白和肌动蛋白共占总肌丝蛋白质的用。肌球蛋白和肌动蛋白共占总肌丝蛋白质的65%65%，原肌，原肌球蛋白和肌钙蛋白各占球蛋白和肌钙蛋白各占5%5%，其它的调节和结构蛋白约占，其它的调节和结构蛋白约占肌丝蛋白质的肌丝蛋白质的25%25%。 两个细胞骨架蛋白，肌连蛋白和伴肌动蛋白，它们两个细胞骨架蛋白，肌连蛋白和伴肌动蛋白，它们共同形成肌原纤维周围的柔性丝状网。共同形成肌原纤维周围的柔性丝状网。 第87页/共97页第八十八页，共97页。第88页/共97页第八十九页，共97页。 当信号通过神经当信号通过神经(shnjng)(shnjng)传至肌细胞时，肌细胞膜去传至肌细胞时，肌细胞膜去极化，兴奋传至横小管系（横小管系是肌膜向内凹入形成的极化，兴奋传至横小管系（横小管系是肌膜向内凹入形成的细管，它围绕在每条肌原纤维的明带与暗带交界处的表面，细管，它围绕在每条肌原纤维的明带与暗带交界处的表面，直径约直径约202040nm40nm），引起肌质网释放钙离子至肌浆，钙离子），引起肌质网释放钙离子至肌浆，钙离子与细丝上的肌钙蛋白与细丝上的肌钙蛋白C C结合，肌钙蛋白复合体发生构象变化结合，肌钙蛋白复合体发生构象变化，通过肌钙蛋白，通过肌钙蛋白I I使原肌球蛋白发生位移，阻抑作用解除，使原肌球蛋白发生位移，阻抑作用解除，暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白的结合位点，肌肉收缩得以进暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白的结合位点，肌肉收缩得以进行。行。 第89页/共97页第九十页，共97页。第90页/共97页第九十一页，共97页。第91页/共97页第九十二页，共97页。 肌肉收缩肌肉收缩(shu su)(shu su)完成后，钙离子被钙泵从肌完成后，钙离子被钙泵从肌浆中回收到肌质网，另一浆中回收到肌质网，另一ATPATP与肌球蛋白的头部结合时与肌球蛋白的头部结合时，肌球蛋白头部与肌动蛋白脱离，肌球蛋白头部又回，肌球蛋白头部与肌动蛋白脱离，肌球蛋白头部又回至原位，肌纤维松弛。至原位，肌纤维松弛。ATPATP由线粒体供给，当机体死亡由线粒体供给，当机体死亡后，线粒体停止产生后，线粒体停止产生ATPATP，无新的，无新的ATPATP与肌球蛋白结合与肌球蛋白结合，因而肌球蛋白头部不能脱离肌动蛋白，使肌肉长期，因而肌球蛋白头部不能脱离肌动蛋白，使肌肉长期处于收缩处于收缩(shu su)(shu su)状态，称为尸僵。状态，称为尸僵。 第92页/共97页第九十三页，共97页。 肌连蛋白是一种弹性蛋白质。它是现在已知最大的肌连蛋白是一种弹性蛋白质。它是现在已知最大的单链蛋白质，人的心肌肌连蛋白由单链蛋白质，人的心肌肌连蛋白由2692626926个氨基酸残基组个氨基酸残基组成，分子量为成，分子量为29932993103103。在肌连蛋白分子中央是一个新。在肌连蛋白分子中央是一个新的结构花式，由的结构花式，由PEVKPEVK的重复单位组成。的重复单位组成。PEVKPEVK花式可能起花式可能起弹簧装置的作用，在肌肉伸展之后可拉动肌肉恢复原状弹簧装置的作用，在肌肉伸展之后可拉动肌肉恢复原状，并且也可能在调节肌纤维的强度和弹性方面起作用。，并且也可能在调节肌纤维的强度和弹性方面起作用。在强度特殊的肌肉中，如心肌，在强度特殊的肌肉中，如心肌，PEVKPEVK区的长度区的长度(chngd)(chngd)只有只有163163个残基，而在弹性大的骨骼肌中个残基，而在弹性大的骨骼肌中PEVKPEVK区超过区超过20002000个残基。个残基。 第93页/共97页第九十四页，共97页。 在肌纤维中肌连蛋白形成长而柔软的细丝，一个在肌纤维中肌连蛋白形成长而柔软的细丝，一个这样的细丝，在松弛状态下长这样的细丝，在松弛状态下长1000nm1000nm，在张力下它能，在张力下它能伸长到伸长到3000nm3000nm以上。在肌肉中肌连蛋白从以上。在肌肉中肌连蛋白从M M线的边缘开线的边缘开始，沿肌球蛋白丝全长伸展至始，沿肌球蛋白丝全长伸展至Z Z盘。在这里肌连蛋白的盘。在这里肌连蛋白的作用可能是把肌球蛋白连接作用可能是把肌球蛋白连接(linji)(linji)到到Z Z盘上，以及盘上，以及作为作为“分子尺分子尺”调节肌节的长度，防止肌肉过分伸张调节肌节的长度，防止肌肉过分伸张。当肌原纤维伸张超过粗、细丝的重叠部分，肌连蛋。当肌原纤维伸张超过粗、细丝的重叠部分，肌连蛋白则被动产生张力，使肌原纤维复原。白则被动产生张力，使肌原纤维复原。 第94页/共97页第九十五页，共97页。Kinesin驱动驱动(q dn)蛋蛋白白Dynein动力蛋白动力蛋白第95页/共97页第九十六页，共97页。 蛋白质的结构和功能的进化是基因突变造成蛋白质的结构和功能的进化是基因突变造成的。有利的突变和中性的突变被保留下来，不利的。有利的突变和中性的突变被保留下来，不利的突变造成疾病的突变造成疾病(jbng)(jbng)或残疾，致死突变被淘或残疾，致死突变被淘汰。汰。 第96页/共97页第九十七页，共97页。