Protein

蛋白質(zhì)的功能與進(jìn)化一、蛋白質(zhì)功能的多樣性（1）催化作為生物新陳代謝的催化劑---酶，生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都需要酶的參與。酶的催化效率遠(yuǎn)高于合成的催化劑。（2）調(diào)節(jié)許多蛋白質(zhì)具有調(diào)節(jié)其它蛋白質(zhì)行使相應(yīng)的生理功能的能力，這些蛋白質(zhì)稱為調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)，如很多激素類蛋白：胰島素、生長激素等。還有一類調(diào)節(jié)蛋白參與基因的表達(dá)調(diào)控，它們能夠激活或抑制遺傳信息轉(zhuǎn)錄為RNA。（3）轉(zhuǎn)運(yùn)其功能是從一地到另一地轉(zhuǎn)運(yùn)專一物質(zhì)。如血紅蛋白運(yùn)輸氧氣，血清清蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)游離的脂肪酸。還有一些膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。（4）貯存作為養(yǎng)分貯庫的蛋白質(zhì)稱為貯存蛋白。其利用氨基酸中的N素來進(jìn)行生長調(diào)節(jié)控制。氮素是生長的限制性養(yǎng)分，生物必要時(shí)就利用蛋白質(zhì)作為提供充足氮素的一種方式，如卵清蛋白作為鳥類胚胎發(fā)育提供氮源，乳中的酪蛋白是哺乳動(dòng)物幼仔的主要氮源。（5）運(yùn)動(dòng)某些蛋白賦予細(xì)胞以運(yùn)動(dòng)的能力。如作為肌肉收縮和細(xì)胞游動(dòng)基礎(chǔ)的收縮和游動(dòng)蛋白。（6）結(jié)構(gòu)成份可以建造和維持生物體的結(jié)構(gòu)，這類蛋白質(zhì)稱為結(jié)構(gòu)蛋白。它給細(xì)胞提供強(qiáng)度和保護(hù)作用。如很多纖維狀蛋白質(zhì)。（7）支架作用某些蛋白質(zhì)在細(xì)胞應(yīng)答激素和生長因子的復(fù)雜途徑中起作用，這類蛋白質(zhì)稱為支架蛋白。支架蛋白均有一套組件（蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的特定部分，有時(shí)是結(jié)構(gòu)域，有時(shí)是結(jié)構(gòu)域中的次級結(jié)構(gòu)）。每個(gè)組件通過蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用識別并結(jié)合其他蛋白質(zhì)中的某些結(jié)構(gòu)元件。（8）防御和進(jìn)攻最為重要的是免疫球蛋白。還有一些血液凝固蛋白，如凝血酶和血纖蛋白原等。極地海洋魚中的抗凍蛋白，防止在深海、低于0度水溫下的血液冷凍等。二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)

進(jìn)化過程中出現(xiàn)兩個(gè)重要的氧結(jié)合蛋白質(zhì)：肌紅蛋白和血紅蛋白。肌紅蛋白（myoglobin，Mb）：是存在于哺乳動(dòng)物肌肉中貯存和運(yùn)送氧的蛋白質(zhì)，存在于需要貯存氧的肌肉細(xì)胞，如潛水哺乳動(dòng)物鯨、海豹和海豚中。血紅蛋白（hemoglobin，Hb）：存在于哺乳動(dòng)物血液里貯存和運(yùn)送氧的蛋白質(zhì)，存在于血液的紅細(xì)胞中。（一）血紅素血紅素（heme），是（血紅蛋白）分子上的主要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為血紅蛋白、肌紅蛋白等的輔基。去輔基的蛋白質(zhì)稱為脫輔基蛋白質(zhì)（apoprotein），脫輔基蛋白質(zhì)加上輔基稱為全蛋白質(zhì)（holoprotein）。是一種含鐵的輔因子，鐵原子位于被稱為卟啉（porphyrin）的大雜環(huán)化合物中心。卟啉化合物具有很強(qiáng)的著色力，血紅蛋白中的鐵卟啉（血紅素）使血液呈紅色，葉綠蛋白中的鎂卟啉（葉綠素）是植物呈綠色的原因。(二)珠蛋白的三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白是單體蛋白質(zhì)，僅由一條多肽鏈和一個(gè)血紅素輔基構(gòu)成，分子量17000，含153個(gè)氨基酸殘基。肌紅蛋白的脫輔基蛋白質(zhì)稱為珠蛋白(globin)。

myoglobin，Mb

非螺旋區(qū)非螺旋區(qū)非螺旋區(qū)Mb的分子中的多肽主鏈由長短不同的8個(gè)α螺旋區(qū)段組成，最長的含23個(gè)殘基，最短的含7個(gè)殘基。約80%的殘基處于α螺旋區(qū)段內(nèi)。血紅素的結(jié)合部位整個(gè)肌紅蛋白分子十分緊密，呈扁平的棱形，但有一個(gè)空穴，血紅素非共價(jià)結(jié)合于此空穴內(nèi)，空穴內(nèi)襯一層疏水殘基，為血紅素提供一個(gè)疏水環(huán)境，血紅素卟啉環(huán)上的兩個(gè)丙氨酸基伸出空穴外。近端組氨酸殘基：HisF8。遠(yuǎn)端組氨酸殘基：HisE7。（三）O2與Mb的結(jié)合煤氣中毒的機(jī)制一氧化碳（CO）也能與血紅素Fe原子結(jié)合。由于CO與血紅蛋白結(jié)合的能力是O2的200倍，因此，人體吸入少量的CO即可完全抑制血紅蛋白與O2的結(jié)合，從而造成缺氧死亡。急救方法是盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含O2的環(huán)境中（如新鮮空氣、純氧氣或高壓氧氣），使與血紅素結(jié)合的CO被O2置換出來。

（四）Mb的氧結(jié)合曲線

MbO2Mb+O2氧合Mb去氧Mb氧合Mb與去氧Mb的濃度比與氧濃度成正比解離平衡常數(shù)氧分?jǐn)?shù)飽和度（fractionalsatuation

）

肌紅蛋白分子總數(shù)氧合肌紅蛋白分子數(shù)即給定的氧壓下肌紅蛋白的氧分?jǐn)?shù)飽合度，即MbO2分子數(shù)占肌紅蛋白分子總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。Y=1Mb被氧完全飽和Y=0.5p(O2)=K=P50P50

：Mb被氧半飽和時(shí)的氧分壓YMb氧結(jié)合/解離曲線（五）、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

(hemoglobin，

Hb)血紅蛋白的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)：α1、α2、β1、β2亞基主要功能：在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣。血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。卟啉鐵肌紅蛋白血紅蛋白α

血紅蛋白β

肌紅蛋白/血紅蛋白α/血紅蛋白βAA序列大不相同，結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)決定功能（載氧）

2、血紅蛋白的分類

hemoglobinadultHbA(α2β2/α2δ2)

hemoglobinfetalHbF(α2γ2)

hemoglobinsickleHbS(α2β*2)

hemoglobin胚胎

(ε2ζ2)

HbA1HbA2根據(jù)人在不同的發(fā)育階段：（六）氧結(jié)合引起的Hb的構(gòu)象變化變構(gòu)脫氧血紅蛋白氧合血紅蛋白對氧的親和力低對氧的親和力高1、氧合作用改變Hb四級結(jié)構(gòu)X射線晶體學(xué)分析揭示，氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白在四級結(jié)構(gòu)上有顯著不同，特別是αβ亞基間的相互作用。裝配接觸滑動(dòng)接觸α2β2α1β1α2β1α1β2可變涉及螺旋B、G、H和拐彎GH的30多個(gè)殘基。接觸面積大。涉及螺旋C、G和拐彎FG的19個(gè)殘基。從去氧形式變?yōu)檠鹾闲问綍r(shí)它們結(jié)構(gòu)保持不變。從去氧形式變?yōu)檠鹾闲问綍r(shí)它們結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。2、Hb的兩種不同構(gòu)象態(tài)tensestaterelaxedstateT態(tài)是去氧血紅蛋白的優(yōu)勢構(gòu)象。R態(tài)是氧合血紅蛋白的優(yōu)勢構(gòu)象。T型去氧血紅蛋白肽鏈之間的8個(gè)鹽橋αβ鏈C末端有Tyr-OH可與C=O形成氫鍵當(dāng)O2與一個(gè)處于T態(tài)的血紅蛋白亞基結(jié)合將引發(fā)構(gòu)象由T態(tài)（去氧血紅蛋白）變?yōu)镽態(tài)（氧合血紅蛋白），這時(shí)穩(wěn)定T態(tài)的那些作用被斷裂，亞基的C-末端處于幾乎完全自由的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。（七）Hb氧結(jié)合曲線對于具有n個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的蛋白P：Hill方程斜率n實(shí)際上反映的不是氧結(jié)合部位的數(shù)目，而是部位之間的相互作用的程度。因此Hill圖的斜率用nh表示，稱為Hill系數(shù)，是協(xié)同程度的量度。nH=1非協(xié)同nH

＞1正協(xié)同nH=n完全協(xié)同Hill系數(shù)與配體的結(jié)合Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度,pO2

）隨O2濃度變化而改變。血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力

肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的結(jié)合曲線Hb與Mb的氧飽和曲線氧合Hb(Mb)與pO2的關(guān)系

Hb

：S狀曲線

Mb：直角雙曲線

S狀曲線提供了一個(gè)靈敏可調(diào)的范圍(低pO2)和一個(gè)平坦不可調(diào)的范圍(高pO2)。意義：肺部pO2較高，在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，不至于太大地影響氧飽和度。(80-100)組織pO2較低，略有變化，即可獲得飽和度的變化，充分地獲氧。(20-40mmHg)協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)分子?。河捎诨蛲蛔?，導(dǎo)致蛋白質(zhì)中氨基酸種類發(fā)生變化，并引起功能降低或喪失。

鐮刀型貧血癥（sickle-cellanemia）三、血紅蛋白分子病鐮刀狀貧血病—血液中大量出現(xiàn)鐮刀紅細(xì)胞，患者因此缺氧窒息正常細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞它是最早認(rèn)識的一種分子病死亡率極高由于遺傳基因突變導(dǎo)致血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)突變正常型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys---β鏈

谷氨酸鐮刀型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys---β鏈

纈氨酸

（極性）（非極性）N四、免疫球蛋白1、體內(nèi)參與免疫反應(yīng)的淋巴細(xì)胞骨髓胸腺T

淋巴細(xì)胞巨噬細(xì)胞

B

淋巴細(xì)胞細(xì)胞免疫抗體體液免疫2、免疫球蛋白（immunoglobulin）

——可溶性血清糖蛋白（1）分類根據(jù)重鏈恒定區(qū)氨基酸的不同，分為5類：A、IgA：存在于身體的分泌物中B、IgD：存在于B細(xì)胞表面C、IgE：與過敏反應(yīng)有關(guān)D、IgM：初次免疫反應(yīng)初期產(chǎn)生E、IgG：體內(nèi)最多的一類（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

兩條輕鏈（L）、兩條重鏈（H）

每條鏈都有可變區(qū)（V）、恒定區(qū)（C）

可變區(qū)都在N端Fab：FragmentantigenbindingFc：Fragmentcrystallizable（Fab）2和Fc免疫球蛋白的最為重要的結(jié)構(gòu)域?yàn)椋悍雌叫笑抡郫B片F(xiàn)ab與抗原的結(jié)合（3）

抗原與抗體★抗原是指進(jìn)入異體機(jī)體后，能致敏淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異抗體，并能與抗體發(fā)生特異結(jié)合的物質(zhì)（主要有蛋白質(zhì)、核酸及其它高分子化合物）。★抗原性包括免疫原性和抗原特異性。★免疫原性是指誘導(dǎo)特異免疫反應(yīng)的能力?！锟乖禺愋允侵概c抗體特異結(jié)合的能力?！锟乖瓫Q定簇：抗原性由抗原分子表面特殊的化學(xué)基團(tuán)決定（一級結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)），這種決定或控制抗原性的化學(xué)基團(tuán)稱抗原決定簇。★抗原決定簇的作用：①被免疫活性細(xì)胞識別，從而激活免疫活性細(xì)胞產(chǎn)生抗體。②與相應(yīng)抗體的Fab結(jié)合。★抗體是在對抗原刺激的免疫應(yīng)答中，B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的一類糖蛋白，它是能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合、產(chǎn)生免疫反應(yīng)的球蛋白，稱免疫球蛋白。★抗體具有兩個(gè)特點(diǎn)：①高度特異性②多樣性幾乎所有的外源蛋白都能誘導(dǎo)相應(yīng)的特異性抗體，人體內(nèi)任一時(shí)刻約有10000種抗體存在。（3）基于抗原-抗體反應(yīng)的生化分析方法ELISA免疫印跡樣品純化前后

同源蛋白質(zhì)：來自不同生物體、

執(zhí)行同一/相似功能的蛋白

質(zhì)，如不同脊椎動(dòng)物中的血紅蛋白。

同種蛋白質(zhì)：來自相同生物體、

執(zhí)行同一功能的蛋白質(zhì)

1、同源蛋白質(zhì)五、蛋白質(zhì)的AA序列與生物功能（一）同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化具有明顯序列同源的蛋白質(zhì)也稱為同源蛋白質(zhì)。不變殘基：同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列中有些位置的氨基酸殘基對所有的物種都是相同的。可變殘基：除了相同的氨基酸殘基外，其他位置的氨基酸殘基對不同物種有相當(dāng)大的變化。2、同源蛋白質(zhì)性質(zhì)一般具有幾乎相同長度的多肽鏈。氨基酸序列差異的大小與其所在物種的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近具有同一性。

一百多個(gè)AA殘基

MW約12.5×103