第六章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系

第六章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系第一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Knowingthethree-dimensionalstructureofaproteinisanimportantpartofunderstandinghowtheproteinfunctions.However,thestructureshownintwodimensionsonapageisdeceptivelystatic.Proteinsaredynamicmoleculeswhosefunctionsalmostinvariablydependoninteractionswithothermolecules,andtheseinteractionsareaffectedinphysiologicallyimportantwaysbysometimessubtle,sometimesstrikingchangesinproteinconformation.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，決定蛋白質(zhì)的功能。第二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Thefunctionsofmanyproteinsinvolvethereversiblebindingofothermolecules.Amoleculeboundreversiblybyaproteiniscalledaligand.p253Aligandbindsatasiteontheproteincalledthebindingsite,whichiscomplementarytotheligandinsize,shape,charge,andhydrophobicorhydrophiliccharacter.Furthermore,theinteractionisspecific:theproteincandiscriminateamongthethousandsofdifferentmoleculesinitsenvironmentandselectivelybindonlyoneorafew.第三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)：肌紅蛋白結(jié)構(gòu)與功能Myoglobin是重要的氧結(jié)合蛋白一、三級(jí)結(jié)構(gòu)Myoglobin-1peptideplus1輔基構(gòu)成，153AA，MW16,700。脫去血紅素謂之珠蛋白。Kendew等1963年完成鯨肌紅蛋白空間結(jié)構(gòu)測(cè)定，利用不同分辨率X射線衍射，可以識(shí)別出AA殘基。0.6nm，多肽鏈走向；0.2nm，側(cè)鏈基團(tuán)；0.14nm，所有AA殘基。結(jié)構(gòu)：p253由8段a螺旋構(gòu)成，疏水基團(tuán)幾乎全部位于分子內(nèi)部。第四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、血紅素：由原卟啉IX與Fe結(jié)合形成血紅素，2價(jià)，則為亞鐵血紅素，3+為高鐵血紅素p254，它以非共價(jià)的形式結(jié)合于肌紅蛋白分子疏水空穴中。第七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、O2與肌紅蛋白的結(jié)合在氧和肌紅蛋白結(jié)合時(shí)，血紅素之Fe在第五配位鍵與His93(proximal)進(jìn)行結(jié)合，而第六配位鍵與氧結(jié)合，另一個(gè)氧原子則與His64(distal)作用。p255第八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、O2與肌紅蛋白的結(jié)合改變了肌紅蛋白的構(gòu)象，氧的結(jié)合，將Fe拉回到卟啉環(huán)平面，從而導(dǎo)致His93的空間位置改變，進(jìn)而使整個(gè)蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變。第九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五五、肌紅蛋白氧合曲線肌紅蛋白與氧結(jié)合是在組織中，可逆的接受來(lái)自Hb的O2，有：MbO2=Mb+O2,該式的解離常數(shù)可以描述為：K=[Mb][O2]/[MbO2],(1)轉(zhuǎn)換后有：[MbO2][Mb]=O2/K(2),引入Y，定義為給定氧壓下肌紅蛋白氧飽和度，即MbO2占總Mb的比例Y=[MbO2]/[Mb]+[MbO2]，(3)以（2）式MbO2替換,得：Y=O2/O2+K,按Henry定律，改寫為O2分壓，則第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)踐中，Y值可以通過(guò)光譜法測(cè)量，再以Y對(duì)p(O2)作圖，得到的曲線為氧合曲線或氧解離曲線。意義：當(dāng)y=1,所有Mb均與O2結(jié)合當(dāng)y=0.5時(shí)，Y=K=P50為方便起見(jiàn)，對(duì)前面方程進(jìn)行改寫：再兩邊取對(duì)數(shù)，得到：以log[Y/(1-Y)]對(duì)logPO2作圖得到一條直線：即Hill圖第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)Hb脊椎動(dòng)物，4個(gè)亞基構(gòu)成，成人主要為HbA，含a2b2。分別為141和146個(gè)aa殘基。Hb的近側(cè)F8His位于a鏈His87或b鏈His92，遠(yuǎn)側(cè)His為E7，分別為His58和His63.當(dāng)O2與Hb的一個(gè)亞單位之血紅素結(jié)合時(shí)，可導(dǎo)致Fe被拉回血紅素平面（只是非常微小的變化），后者又會(huì)拖動(dòng)F8His殘基，從而引起Hb構(gòu)象變化，使Hb的b亞基之間空穴減小，導(dǎo)致BPG被擠出，促使Hb與O2的親和力增加。第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Hb的構(gòu)象有兩種狀態(tài)，即R態(tài)和T態(tài)，R態(tài)與O2親和力更高，在去氧狀態(tài)時(shí)，T態(tài)更加穩(wěn)定并由廣泛的鹽鍵維持構(gòu)象穩(wěn)定，但一旦其中一個(gè)亞基與氧結(jié)合，將使Hb由T轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、Hb氧合曲線Hb的氧合曲線是S型曲線，而非Mb的雙曲線，其生理意義是在低氧分壓下，有利于釋放氧。這一現(xiàn)象早在1910年就由Hill發(fā)現(xiàn)，并試圖對(duì)其進(jìn)行了解釋。第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Hb與O2結(jié)合的解離常數(shù)為：變形后得：以n代替4得到一般性方程：該方程是一個(gè)S型曲線，但在n=1和n=4時(shí)，具有顯著差別：在n=4時(shí)，Hb與氧的結(jié)合顯示出高度協(xié)同性。P262把上述方程進(jìn)行變形，得到：該方程謂之Hill方程，第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五以第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五TR第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五H+，CO2和BPG對(duì)Hb結(jié)合氧的影響：1.Bohr效應(yīng)：當(dāng)H+濃度增加時(shí)，Hb的氧分?jǐn)?shù)飽和曲線向右移動(dòng)的現(xiàn)象，即pH的降低可導(dǎo)致血紅蛋白氧結(jié)合力下降的現(xiàn)象。丹麥生理學(xué)家C.Bohr發(fā)現(xiàn)。從機(jī)制上說(shuō)，H+升高促進(jìn)鏈間鹽橋的形成，促進(jìn)由R轉(zhuǎn)變?yōu)門態(tài)。P264Figure生理意義CO2同樣可以降低Hb與O2的親和力，原因是CO2與Hb的C端aa殘基的NH2反應(yīng)生成氨甲酸-AA，產(chǎn)生的H+通過(guò)Bohr效應(yīng)起作用。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.BPG降低Hb與O2親和力BPG帶負(fù)電荷，每個(gè)Hb四聚體可結(jié)合一個(gè)BPG，BPG與Hb的結(jié)合，阻礙了O2的結(jié)合，促進(jìn)O2的釋放。在氧合曲線上，BPG濃度增加導(dǎo)致曲線右移。第二十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)：血紅蛋白與分子病迄今發(fā)現(xiàn)的與Hb缺陷有關(guān)的遺傳性疾病有500種以上。多數(shù)系單個(gè)aa殘基的突變?cè)斐?。一、鐮刀狀?xì)胞貧血病：最早被認(rèn)識(shí)，非洲惡性瘧疾流行區(qū)很高，達(dá)40%。病人Hb和RBC只有正常人(15-16g/100ml)(約500萬(wàn)）一半左右。血液中存在大量未成熟紅細(xì)胞和異常的鐮刀狀RBC。Ho