第5章蛋白质结构与功能的关系(StructureandFunctionofProtein)生物大分子结构与功能的关系：功能=运动着的结构•Somesay:Functionisstructure!•Otherssay:Structureisfunction!!•Isay:Functionsarestructuresinmotion!!!海洋生命学院314:19蛋白质结构与功能关系概述蛋白质一级结构决定蛋白质的高级结构，蛋白质一级结构的变异直接影响高级结构，进而影响正常功能的发挥。蛋白质高级结构与蛋白质功能相适应：结构蛋白呈纤维状；酶多呈球形；具运输功能的膜蛋白形成孔道结构利于发挥其功能。同种蛋白质当处于不同结构状态时发挥不同功能，结构的转换可通过去除、修饰或其他方式。结构相似蛋白质其功能也具有相似性，肌红蛋白和血红蛋白。一、肌红蛋白结构与功能1、存在：肌红蛋白（myoglobin，Mb）是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质2、一级结构：一条多肽链（+辅基）：M=16700，153AA除血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白(globin)（一）肌红蛋白的结构海洋生命学院514:19153个氨基酸残基的多肽主链由长短不等的8段α-螺旋组成（A,B,C,D,E,F,G,H)螺旋段间为自由卷曲，其中脯氨酸导致了4个转折；Ser,Thr,Asn,Ile的连续出现也导致了转折；整个分子分成两层，构成其单结构域。组氨酸血红素铁F8,E7的2个His残基夹着血红素F8的His残基连接到血红素分子的Fe原子上亲水残基几乎在外侧疏水残基在内侧半疏水残基部分暴露3、肌红蛋白的三级结构海洋生命学院614:19㈡辅基血红素某些过渡金属的低氧态（特别是Fe2+和Cu+）具很强的结合氧倾向。蛋白质不能与氧发生可逆结合，而是通过与原卟啉Ⅸ固定的铁原子来进行的某些节肢动物的血蓝蛋白(hemocyanin)中结合氧的是Cu+。原卟啉Ⅸ属于卟啉类(porphyrins)，这类化合物在叶绿素、细胞色素以及其他一些天然色素中还将遇到。原卟啉Ⅸ与Fe的络合物铁原卟啉Ⅸ称血红素，血红素位于肌红蛋白分子的一个沟缝中。血红素极性很强的丙酸侧链位于分子的表面。卟啉环的中心亚铁原子只有六个配位键，四个与平面的卟啉分子结合;另外两个与卟啉平面垂直Fe原子第六个配价键处于开放状态，用作为O2的结合部位。—Fe2+与珠蛋白的93位（F8）His的咪唑基N相连；—当形成氧合肌红蛋白时，第6个配位键与氧结合；—当成高铁肌红蛋白时，第6配位键被H2O分子占据；—在氧结合一侧有一E7His对氧结合部位形成空间位阻区（三）肌红蛋白与氧气的结合海洋生命学院914:19一氧化碳中毒的原理CO同氧气竞争结合部位游离血红素与CO的结合力比氧高25000倍肌红蛋白中血红素与CO的结合力比氧高250倍，为什么？空间位阻这样可以防止代谢过程中产生的CO占据O2的结合部位。微环境：1）固定血红素辅基2）保护Fe（Ⅱ）免遭氧化3）为O2提供一个合适的结合部位去氧状态铁卟啉呈圆顶状或凸形，铁位于卟啉环靠HisF8一侧。氧合状态铁卟啉由圆顶状或凸形变成平面状，铁被拉回到卟啉环平面。HisF8牵拉F螺旋，微小位移将影响多肽链的构象。这对Mb生物功能并没有影响，但会影响Hb的性质。海洋生命学院1114:19㈣氧的结合改变肌红蛋白的构象去氧状态氧合状态海洋生命学院1214:19Mbo2Mb+O2[][][]22MbOOMbk×=或[][][]kOMbMbO22=[][][]MbMbOMbOY+=22[][]kOOY+=22()()kOpOpOOY+==2222结合位点总结合位点被解离平衡方程为：Y在特定的氧分压条件下肌红蛋白的氧分数饱和度Henry定律：溶于液体中任一气体的浓度与液体上面的该气体分压成正比，因此可用氧分压代替氧浓度：即氧分数饱和度氧分压50%氧饱和度的氧分压从图中可以看出，Mb倾向于结合氧而不是释放氧，只有在p(O2)很低时才释放氧。Y=1时Mb上所有氧气结合位点被占据。Y=0.5时，P50=K线粒体氧浓度0～10torr，静脉血15torr，肌红蛋白P50为2torr，多数情况下肌红蛋白为高度氧合，这种差异利于氧自细胞表面到线粒体的运输。如果由于代谢或运动需要氧含量下降，则Mb可立即供氧㈤肌红蛋白氧结合曲线在血液中结合并转运氧二、血红蛋白的结构与功能1.亚基组成：4个亚基（一）血红蛋白的结构Mb，Hbα，Hbβ比较Mb链：153AAHbα链：141AA，缩短的H螺旋和缺失D螺旋Hbβ链：146AA，缩短的H螺旋...
