結(jié)構(gòu)生物學(xué) 論文

1、血藍(lán)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能劉雪瑩 摘要：血藍(lán)蛋白是近年來發(fā)現(xiàn)的一種多功能蛋白，存在于軟體動物和節(jié)肢動物體內(nèi)，主要功能是載氧。本文主要介紹血藍(lán)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能。關(guān)鍵詞：血藍(lán)蛋白；節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白；軟體動物血藍(lán)蛋白；結(jié)構(gòu)和功能The structure and function of hemocyaninLIU Xue-ying Abstract: Hemocyanin is a multifunctional protein and recently recognized with immune activities，it exists in arachnology, its main functio

2、n is to carry oxygen. This article mainly introduces the structure and function of hemocyanin.Keywords: hemocyanin; arthropod hemocyanin; mollusk hemocyanin; structure and function收稿日期：2012625作者：劉雪瑩除極低等的少數(shù)動物外, 絕大多數(shù)動物的氧運輸均需要血液中特殊蛋白質(zhì)的參與, 這類參與呼吸作用的蛋白質(zhì)家族統(tǒng)稱為呼吸蛋白。動物的呼吸蛋白劃3大類:血紅蛋白( hemoglobin, Hb)、 血藍(lán)蛋白( h

3、emocyanin, Hc)和蚯蚓血紅蛋白( hemerythreins, Hr)。本文介紹血藍(lán)蛋白。血藍(lán)蛋白又稱血藍(lán)素，是位于節(jié)肢動物(螯肢類、 甲殼類、 多足類和蜘蛛類)和軟體動物(腹足類和頭足類)血淋巴中的含銅呼吸蛋白，脫氧狀態(tài)為無色 ，氧結(jié)合狀態(tài)為藍(lán)色，此時在570nm處出現(xiàn)吸收峰。一般認(rèn)為 ，血藍(lán)蛋白的主要生物學(xué)功能與機體內(nèi)的運輸氧有關(guān)。1 但最新研究表明，血藍(lán)蛋白不僅是一種含銅呼吸蛋白，而且還是一種重要的免疫分子，2 該蛋白參還與了能量儲存、滲透壓維持、蛻皮過程調(diào)節(jié),特別是酚氧化物酶活性和抗菌等生物功能的執(zhí)行。血藍(lán)蛋白的相對分子質(zhì)量一般為 50 ku75 ku ，由 7 或 8個功

4、能單位組成。組成血藍(lán)蛋白的亞單位數(shù)目較多 ，每個亞單位都含有 2 個 Cu ( )離子。不同蛋白質(zhì)所含亞單位數(shù)目不同 ,有些血藍(lán)蛋白的分子質(zhì)量可達(dá) 9 ×103ku。早在一個世紀(jì)前人們就認(rèn)識了血藍(lán)蛋白，近幾十年來，由于分子生物學(xué)研究的進(jìn)展，人們對它又發(fā)生了新的興趣。1血藍(lán)蛋白的結(jié)構(gòu)1.1節(jié)肢動物的血藍(lán)蛋白結(jié)構(gòu)節(jié)肢動物門的螯肢類、 甲殼類、 多足類和蜘蛛中都含有血藍(lán)蛋白。其血藍(lán)蛋白的三級結(jié)構(gòu)如圖一。節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白相對分子質(zhì)量約為75 000 Da ，其中第二個域為螺旋區(qū)，螯合一對Cu （I），可結(jié)合一個O2，下方為第三個域，由折疊塊構(gòu)成，并含有Ca 離子,功能尚不詳。3 節(jié)肢動物血藍(lán)

5、蛋白的三級結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)化，已分化成： 酚氧化酶原；昆蟲的六聚蛋白，不螯合Cu（I），為貯藏蛋白； 甲殼類的假血藍(lán)蛋白，也為貯藏蛋白；雙翅類的六聚蛋白受體。圖一 節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白三級結(jié)構(gòu)典型的節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白是由六個高度螺旋的異源亞基構(gòu)成的六聚體，六聚體中每個亞基折疊為三個結(jié)構(gòu)域， 其中第一、 三結(jié)構(gòu)域分別為亞基蛋白的N、 C 端,第二結(jié)構(gòu)域含血藍(lán)蛋白的活性部位, 活性部位結(jié)合有兩個銅離子 CuA 和CuB,每個銅離子分別與蛋白質(zhì)鏈上三個組氨酸的咪唑氮原子配位。傳統(tǒng)上將構(gòu)成六聚體的單個亞基稱為血藍(lán)蛋白的最小功能單位,或稱為單體。4節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白四級結(jié)構(gòu)如圖二。圖二 節(jié)肢動物血藍(lán)蛋白四級結(jié)構(gòu)1.2

6、 軟體動物血藍(lán)蛋白結(jié)構(gòu)圖三 軟體動物血藍(lán)蛋白三級結(jié)構(gòu)血藍(lán)蛋白三級結(jié)構(gòu)第1 域為螺旋區(qū)，螯合一對 Cu（I），可結(jié)合一個 O2 ，第2 域為折疊塊,可能也含有Ca 離子。用 X光晶體衍射法已在頭足類的章魚Octopus dofleini 中獲得了軟體動物血藍(lán)蛋白的三維構(gòu)象（圖三）。5圖三 軟體動物血藍(lán)蛋白三級結(jié)構(gòu)軟體動物血藍(lán)蛋白的亞單位很大，相對分子質(zhì)量可達(dá)350 000450 000 Da ，每個亞單位由78 個在大小上約為50 000 Da 的相似功能單位(FU)組成，命名為ah。2 個外壁(a、 b、 c 和d構(gòu)成) 反向組成二聚體，5 個二聚體構(gòu)成雙五聚體。中心由領(lǐng)(collar ,即功

7、能單位 h 組成雙五聚體，頭足類中無領(lǐng)) ，領(lǐng)外為拱(arc ,即功能單位g組成雙五聚體)，再向外為功能單位e 和f ,這三部分合成核心(core) 結(jié)構(gòu)。核心結(jié)構(gòu)外為外壁構(gòu)成了中凹的血藍(lán)蛋白的半個分子（圖五）。6圖五由8 個功能單位(ah) 組成的軟體動物血藍(lán)蛋白的模型2血藍(lán)蛋白的功能血藍(lán)蛋白是一種呼吸蛋白，它最主要的功能就是載氧。另外，它還有抗病毒功能、凝血功能及抗菌等功能。血藍(lán)蛋白特別是軟體動物血藍(lán)蛋白廣泛應(yīng)用在抗腫瘤、 增強免疫、 檢測曼氏血吸蟲及日本血吸蟲病和研制血吸蟲病疫苗等領(lǐng)域， 是當(dāng)前呼吸蛋白研究的熱點之一。72.1載氧功能血藍(lán)蛋白以Cu（I）作為輔基， 8主要生理功能為載氧。

8、血藍(lán)蛋白的活性中心有兩個Cu離子，脫氧狀態(tài)（一價Cu離子）呈無色，氧合狀態(tài)（二價Cu）離子呈藍(lán)色。血藍(lán)蛋白載氧亞單位分3個結(jié)構(gòu)區(qū)域：區(qū)域I存在大量螺旋；區(qū)域(第176400個氨基酸殘基)，含螺旋及雙銅離子（氧分子鍵合部位）；剩余258 個氨基酸殘基構(gòu)成區(qū)域III,是類似于超氧化物歧化酶的折疊結(jié)構(gòu)。在活性中心，每個銅離子與 3個組氨酸殘基的咪唑氮配位。未氧合時，銅離子與組氨酸殘基咪唑氮的配位基本上是三角形幾何構(gòu)型，銅離子相距46 pm，相互作用很弱。氧合后，Cu （）為四或五配位，兩個銅離子與過氧陰離子和 6 個組氨酸殘基中最靠近銅離子的4 個組氨基酸殘基咪唑氮強配位。此時，每個銅離子呈平面正方

9、形幾何構(gòu)型，這是 Cu ( )最有利的配位狀況。氧分子以過氧橋形式在連接兩個 Cu ( )，兩個 Cu ( )相距約36 pm。載氧過程可表示為圖六：9圖六 血藍(lán)蛋白載氧過程2.2酚氧化物酶活性 對血藍(lán)蛋白的進(jìn)化地位進(jìn)行了分析的結(jié)果提示，血藍(lán)蛋白可能是在大約 55 億年前由酚氧化物酶進(jìn)化而來。酚氧化酶原激活系統(tǒng)在甲殼動物的免疫識別和防御中起著關(guān)鍵作用， 近年的研究表明甲殼動物血藍(lán)蛋白與酚氧化酶在物理化學(xué)性質(zhì)、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)、基因序列等方面非常相似，并發(fā)現(xiàn)血藍(lán)蛋白還具有類似酚氧化酶的活性。10-112.3抗菌肽活性研究證實, 血藍(lán)蛋白除了具有酚氧化物酶活性外， 一定條件下還可降解產(chǎn)生抗

10、真菌或細(xì)菌的肽段，由此直接抑制微生物入侵。從龍蝦血漿中分離出種具有抗真菌活性的多肽，經(jīng) Edman 降解和質(zhì)譜進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn) 3 種多肽與血藍(lán)蛋白的 C 末端存在 95% 100%的相似性，提示這些多肽可能是由蝦血藍(lán)蛋白剪切而來。同時，對這些血藍(lán)蛋白來源的多肽進(jìn)行酶聯(lián)免疫吸附和免疫印跡檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，微生物感染組的血漿抗真菌多肽的含量明顯升高。由此認(rèn)為，在細(xì)菌入侵的早期通過血藍(lán)蛋白降解產(chǎn)生的抗菌肽可能是對蝦抑制細(xì)菌的一種重要方式。12參考文獻(xiàn)1 章躍陵, 邢立剛等. 5種凡納濱對蝦血藍(lán)蛋白的糖基化修飾及功能對比分析 J. 中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報，2009，25(7):656

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