蛋白質(zhì)section優(yōu)秀公開(kāi)課

第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能三、免疫系統(tǒng)與免疫球蛋白四、肌球蛋白絲、肌動(dòng)蛋白絲與肌肉收縮一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（一）肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白（myoglobin，Mb）是哺育動(dòng)物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。Mb由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素組成。除去血紅素輔基的肌紅蛋白稱(chēng)為珠蛋白，與血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性。

Mb分子中多肽主鏈由長(zhǎng)短不一的8段直的α螺旋組成，8段螺旋分別命名為A、B、C、…、H，相應(yīng)的非螺旋肽段稱(chēng)為NA、AB、…、HC。8個(gè)螺旋段大體上組裝成兩層，構(gòu)成肌紅蛋白的單結(jié)構(gòu)域。拐彎處α螺旋受到破壞。Mb的整個(gè)分子致密結(jié)實(shí)，分子內(nèi)部只有能容納4個(gè)水分子的空間。含親水側(cè)鏈基團(tuán)的氨基酸殘基幾乎全部分布在分子表面，疏水側(cè)鏈的氨基酸殘基幾乎全部埋在分子內(nèi)部。ChlorophyllHemoglobin原卟啉Ⅸ屬于卟啉類(lèi)，有很強(qiáng)的著色力。血紅蛋白中的鐵卟啉使血液呈紅色，葉綠蛋白中的鎂卟啉使植物呈綠色。原卟啉Ⅸ與鐵的絡(luò)合物鐵原卟啉Ⅸ稱(chēng)血紅素（heme）。Fe有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與四吡咯環(huán)的N原子相連，另兩個(gè)分布于卟啉環(huán)面的上下。Fe原子可以是亞鐵或高鐵氧化態(tài)，其中只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合氧。（三）O2與Mb的結(jié)合Mb中血紅素鐵在第5配位鍵與珠蛋白第93位His的咪唑N結(jié)合，當(dāng)Mb成為MbO2時(shí)，第6配位被O2占據(jù)，但去氧后第6配位位置空著。在高鐵Mb中氧結(jié)合部位失效，H2O代替O2填充該部位。游離在溶液中的鐵卟啉結(jié)合CO比結(jié)合O2強(qiáng)25000倍，但在肌紅蛋白中血紅素對(duì)CO的親和力僅比O2約大250倍。這里CO的直線結(jié)合受到阻礙主要是遠(yuǎn)側(cè)His的空間位阻造成的。在血紅素基的氧結(jié)合部位一側(cè)，還有另一個(gè)His殘基（第64位），與氧分子能緊密接觸。被結(jié)合的氧分子夾在His咪唑環(huán)N和Fe原子之間。氧結(jié)合部位是一個(gè)空間位阻區(qū)域。（五）Mb的氧合曲線Mb+O2MbO2

令:氧飽和度（1）將（2）帶入（1）式，得：可推得：則（2）Y對(duì)Po2作圖得氧合曲線肌紅蛋白的Hill曲線斜率=1-logKlogPO2logLog[Y/(1-Y)]=0時(shí)的斜率稱(chēng)Hill系數(shù)（nH)二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能血紅蛋白（hemoglobin，Hb）的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣。紅細(xì)胞成熟期間產(chǎn)生大量的Hb（含3億個(gè)Hb），Hb以高濃度（約34％）溶于紅細(xì)胞溶膠中。動(dòng)脈血中Hb約為96%氧飽和度，靜脈血中則為64%。向組織釋放6.5mlO2/100ml血液。成人：HbA：α2β298%，

HbA2：α2δ22%胎兒：HbFα2γ2早期胚胎：α2ε22.Hb的三維結(jié)構(gòu)分子近似球形，整個(gè)分子形成C2點(diǎn)群對(duì)稱(chēng)。4個(gè)血紅素輔基分別位于每個(gè)多肽鏈的E和F螺旋之間的裂隙處，并暴露在分子表面。（二）氧結(jié)合引起的Hb構(gòu)象變化1.氧結(jié)合顯著改變Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)HbO2與Hb在四級(jí)結(jié)構(gòu)上有顯著不同，特別是αβ亞基的相互作用發(fā)生變化。αβ接觸

裝配接觸(α1β1

和α2β2)

滑動(dòng)接觸(α1β2和α2β1)2.血紅素鐵的微小移動(dòng)導(dǎo)致Hb構(gòu)象的轉(zhuǎn)換氧合過(guò)程中鐵原子位移引發(fā)的構(gòu)象改變O2F8Histidine空間排斥Feme

Fe2+移動(dòng)時(shí)，拖動(dòng)HisF8殘基,并進(jìn)而引起螺旋F和拐彎EF和FG的位移。這些移動(dòng)傳遞到亞基的界面，引發(fā)構(gòu)象的重調(diào)，導(dǎo)致四級(jí)結(jié)構(gòu)的改變。（TR）FHelixFemeFeF8HistidineO2EFFG

脫氧血紅蛋白亞基間的交聯(lián)鍵（三）Hb的協(xié)同性氧結(jié)合Hb的氧合具有正協(xié)同性同促效應(yīng)，一個(gè)O2的結(jié)合增加同一Hb分子中其余空的氧結(jié)合部位對(duì)O2的親和力。Mb和Hb的氧合曲線比較Hb氧合曲線為S形。Hb+O2

Hb(O2)4

令:氧飽和度（1）將（2）帶入（1）式，得：可推得：則（2）nH=1,無(wú)協(xié)同性nH＞1,正協(xié)同性nH＜1,負(fù)協(xié)同性Hb的輸氧功能Mb的儲(chǔ)氧功能Hb氧合協(xié)同性使得它更有效地起著輸送氧氣的作用。（四）H+、CO2和BPG對(duì)Hb結(jié)合氧的影響1.H+、CO2促進(jìn)O2的釋放Bohr效應(yīng)：pH下降使得Hb的氧分?jǐn)?shù)降低。Bohr效應(yīng)具有重要的生理意義。BPG對(duì)Hb的變構(gòu)效應(yīng)物功能BPG濃度的調(diào)節(jié)（濃度升高）對(duì)肺中O2的結(jié)合影響不大，但對(duì)組織中O2的釋放影響不小。BPG的別構(gòu)效應(yīng)BPG是血紅蛋白的負(fù)效應(yīng)物。BPG（2,3-二磷酸甘油酸）通過(guò)與它的兩個(gè)β亞基形成鹽鍵穩(wěn)定了血紅蛋白的脫氧態(tài)的構(gòu)象，因而降低脫氧血紅蛋白的氧親和力。

無(wú)BPG時(shí)，P50=2torr，BPG=4.5mM時(shí)，P50=26torrBPG進(jìn)一步提高了血紅蛋白的輸氧效率。在肺部，PO2超過(guò)100torr，因此，即使沒(méi)有BPG，血紅蛋白也能被飽和，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。（1）高山適應(yīng)和肺氣腫的生理補(bǔ)償變化：BPG升高。（2）血庫(kù)儲(chǔ)血時(shí)加入肌苷可防止BPG水平的下降。

氧的S形曲線結(jié)合，Bohr效應(yīng)以及BPG效應(yīng)物的調(diào)節(jié)使得血紅蛋白的輸氧能力達(dá)到最高效應(yīng)。同時(shí)由于能在較窄的氧分壓范圍內(nèi)完成輸氧功能，因此使肌體的氧水平不致有很大的起伏。此外血紅蛋白使肌體內(nèi)的pH也維持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平。血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)充分地反映了它的生物學(xué)適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)與功能的高度統(tǒng)一性。三、免疫系統(tǒng)與免疫球蛋白免疫(immunity)是人類(lèi)和脊椎動(dòng)物最重要的防御機(jī)制，免疫系統(tǒng)能在分子水平上識(shí)別“自我”和“非我”，然后破壞那些被鑒定為非我的實(shí)體。在生理水平上免疫系統(tǒng)對(duì)入侵的反應(yīng)或應(yīng)答（respone）是多種類(lèi)型的蛋白質(zhì)、分子和細(xì)胞之間的一套復(fù)雜而協(xié)同的相互作用，然而在個(gè)別蛋白質(zhì)水平上免疫反應(yīng)是配體與蛋白質(zhì)可逆結(jié)合的一個(gè)生化系統(tǒng)。免疫系統(tǒng)體液免疫系統(tǒng)：針對(duì)細(xì)菌感染、胞外病毒以及進(jìn)入生物體的外來(lái)蛋白質(zhì)。細(xì)胞免疫系統(tǒng)：破壞被病毒感染的細(xì)胞、某些寄生物和外來(lái)的移殖組織。（一）抗原、抗體和免疫球蛋白的概念免疫反應(yīng)主要涉及淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。淋巴細(xì)胞B細(xì)胞T細(xì)胞TH細(xì)胞TC細(xì)胞能引起免疫反應(yīng)的任何分子或病原體稱(chēng)為抗原（antigen）。一個(gè)復(fù)雜的抗原可以被若干個(gè)不同的抗體結(jié)合。當(dāng)外源物性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、毒素、糖蛋白、脂蛋白、核酸、多糖、顆粒（細(xì)菌、細(xì)胞、病毒）進(jìn)入人或動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，機(jī)體的免疫系統(tǒng)便產(chǎn)生相應(yīng)的免疫球蛋白（immuneglobin），并以之結(jié)合，以消除異物的毒害。此反應(yīng)稱(chēng)為免疫反應(yīng)，此異物便是抗原(antigen)

，此球蛋白便是抗體(antibody)

?？贵w的特點(diǎn)：高度特異性；多樣性

IgGIgAIgMIgDIgE重鏈類(lèi)別輕鏈類(lèi)別或或或或或鏈的組成

（二）人免疫球蛋白的分類(lèi)（三）免疫球蛋白結(jié)構(gòu)和免疫系統(tǒng)

IgM的一級(jí)結(jié)構(gòu)IgG的空間結(jié)構(gòu)

IgG與抗原形成

的交聯(lián)晶格H鏈蘭色，L鏈黃色，E綠色（分子中一個(gè)Glu為紅色）溶菌酶與抗體Fab片段結(jié)合模型

B細(xì)胞和T細(xì)胞上抗原的膜受體B細(xì)胞TH細(xì)胞TC細(xì)胞CD4CD8T細(xì)胞受體T細(xì)胞受體受體（膜結(jié)合抗體）細(xì)胞膜細(xì)胞膜MHC蛋白質(zhì)分子圖解MHC-I蛋白內(nèi)側(cè)1結(jié)合抗原肽的裂隙結(jié)合抗原肽的裂隙2-微球蛋白232112內(nèi)側(cè)外側(cè)外側(cè)質(zhì)膜質(zhì)膜MHC-II蛋白抗原呈遞細(xì)胞上的MHC蛋白-抗原肽復(fù)合物與T細(xì)胞上的T-細(xì)胞受體的相互作用MHC-II蛋白MHC-I蛋白抗原呈遞細(xì)胞CD8或CD4抗原肽T細(xì)胞受體（巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞或靶細(xì)胞）CD3蛋白復(fù)合體T細(xì)胞（四）多克隆抗體和單克隆抗體如果給動(dòng)物注射抗原,雖然抗原與各種抗體產(chǎn)生細(xì)胞的親和性有所不同,但是還是有大量抗體產(chǎn)生細(xì)胞將與之結(jié)合,結(jié)果血液中出現(xiàn)的抗體源于數(shù)種不同的細(xì)胞克隆，這些抗體就是多克隆抗體（polyclonalantibodies）。如果可以分離到抗體產(chǎn)生細(xì)胞的單克隆，然后使所有的抗體均來(lái)自同樣的克隆，這樣制備的抗體稱(chēng)為單克隆抗體（monoclonalantibodies）。由于單抗細(xì)胞的壽命有限，嚴(yán)重限制了單抗的常規(guī)制備。1975年，Milsetein和Kohler創(chuàng)建了不受限制地大量制備針對(duì)特異抗原的單抗技術(shù)，將可產(chǎn)生專(zhuān)一性抗體的B淋巴細(xì)胞與具有無(wú)限繁殖能力的惡性淋巴瘤細(xì)胞（骨髓瘤細(xì)胞）融合，融合體稱(chēng)為雜交瘤，它既可以永久地培養(yǎng)，又可分泌大量的均一的抗體。由于用這個(gè)技術(shù)產(chǎn)生的抗體具有很高的專(zhuān)一性，現(xiàn)已成為研究的常用工具。四、肌球蛋白絲、肌動(dòng)蛋白絲與肌肉收縮肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。（一）肌纖維的結(jié)構(gòu)（二）肌原纖維的構(gòu)成（三）骨骼肌的相關(guān)蛋白1.肌球蛋白(myosin)—所有actin-dependentmotorproteins都屬于該家族，其頭部具ATP酶活力,沿微絲從負(fù)極到正極進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。MyosinⅡ：主要分布于肌細(xì)胞，有兩個(gè)球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部鏈,多個(gè)Myosin尾