王鏡巖-生物化學(xué)I-第5章 蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)—第6章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1、第五章蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu) 1952年丹麥人年丹麥人Linderstrom-Lang最早提出蛋白質(zhì)最早提出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以分成四個層次的結(jié)構(gòu)可以分成四個層次: 一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)： 二二級結(jié)構(gòu)：級結(jié)構(gòu)： 三三級結(jié)構(gòu)：級結(jié)構(gòu)： 四四級結(jié)構(gòu)：級結(jié)構(gòu)： 1969年正式將一級結(jié)構(gòu)定義為氨基酸序列和雙硫鍵的位置。年正式將一級結(jié)構(gòu)定義為氨基酸序列和雙硫鍵的位置。 介于二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間還存在超二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)介于二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間還存在超二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)的組合）和結(jié)構(gòu)域（在空間上相對獨立）這兩個層次。構(gòu)的組合）和結(jié)構(gòu)域（在空間上相對獨立）這兩個層次。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次肽基

2、的肽基的C、O和和N原子間的共振相互作用原子間的共振相互作用共振產(chǎn)生的重要結(jié)果：共振產(chǎn)生的重要結(jié)果： 限制繞肽鍵的自由旋轉(zhuǎn)限制繞肽鍵的自由旋轉(zhuǎn) 形成酰胺平面形成酰胺平面 產(chǎn)生鍵的平均化產(chǎn)生鍵的平均化 肽鍵呈反式構(gòu)型肽鍵呈反式構(gòu)型sp2sp2sp2sp3共振雜化體共振雜化體 最小的蛋白質(zhì)，由最小的蛋白質(zhì)，由A鏈鏈(21 AA)和和B (30 AA)組成；動物胰腺組成；動物胰腺細(xì)胞分泌的一種激細(xì)胞分泌的一種激素素,告訴細(xì)胞往里面運輸糖、氨基酸、告訴細(xì)胞往里面運輸糖、氨基酸、K+； 1921年年Banting & Best 從胰腺中抽提從胰腺中抽提出了有活性的胰島素，出了有活性的胰島素，1923年年

3、Banting & Macleod獲獲Nobel醫(yī)學(xué)獎；醫(yī)學(xué)獎； 194353年，年，Sanger確定了牛胰島素確定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)，的一級結(jié)構(gòu)，1958年獲得年獲得Nobel化學(xué)獎；化學(xué)獎； 1981年，年，Berg（因因DNA重組技術(shù)得獎）重組技術(shù)得獎）在大腸桿菌中表達了人胰島素在大腸桿菌中表達了人胰島素.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的步驟蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的步驟1、蛋白質(zhì)的分離純化、蛋白質(zhì)的分離純化、測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目3、亞基分離亞基分離4、二硫鍵的拆分與保護二硫鍵的拆分與保護5、分析每一多肽鏈的氨基酸組成分析每一多肽鏈的氨基酸組成6、鑒定鑒定多肽鏈的多肽

4、鏈的N-末端和末端和C-末端殘基末端殘基7 、多種方法的部分水解多種方法的部分水解8、測序測序 9、重疊重疊10 、二硫鍵位置的確定二硫鍵位置的確定一級結(jié)構(gòu)測定策略蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定步驟氨基酸與氨基酸與2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯( (DNFB)DNFB)的反應(yīng)的反應(yīng)（sangersanger反應(yīng)）反應(yīng)）DNFB（dinitrofiuorobenzene）DNP-AA(黃色黃色)+ HF弱堿中弱堿中氨基酸氨基酸SangerSanger試劑試劑( (FDNB)FDNB)標(biāo)記標(biāo)記N N末端末端Sanger試劑標(biāo)記反應(yīng)ABCDE*ABCDE*A，*AB，*ABC，*ABCD，*ABCDE*A

5、,*A+B, *A+B+C+D+E*A,*A+*B, *A+*B+*C+*D+*E 結(jié)論結(jié)論：A B C D ESanger試劑標(biāo)記測序H2NCHCOOH + RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.7 40NCH3CH3O=S=OHNCHCOOH RDNS-氨基酸取代DNFB測定蛋白質(zhì)N端氨基酸，靈敏度高?；磻?yīng)氨基酸與苯異硫氰酯（氨基酸與苯異硫氰酯（PITCPITC）的反應(yīng)的反應(yīng)（EdmanEdman反應(yīng)）反應(yīng)）PITC（phenylisothiocyanate）+苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物(PTH-AA) （phenylisothiohydan

6、tion-AA）弱鹼中弱鹼中(400 C)(硝基甲烷硝基甲烷 400 C)H+Edman 降解法降解法(I)DABITC DABITC ：有色有色EdmanEdman試劑試劑在在EdmanEdman試劑上加發(fā)色基團試劑上加發(fā)色基團Edman降解法1Edman 降解法降解法(II)Edman降解法2 瑞典人瑞典人, 1916.4.14-1977.3.19 1946-47年在美國留學(xué)時想到改進年在美國留學(xué)時想到改進1930 年年Abderhalden & Brockmann發(fā)明的發(fā)明的 PITC試劑的反應(yīng)試劑的反應(yīng), 50年發(fā)明年發(fā)明Edman degradation反應(yīng)反應(yīng). 1957年移居墨爾

7、本年移居墨爾本, 遠(yuǎn)離國際學(xué)術(shù)中心開始遠(yuǎn)離國際學(xué)術(shù)中心開始 過隱居生活過隱居生活,1967年研制的自動化儀器可以達到每小時一個年研制的自動化儀器可以達到每小時一個氨基酸的速度氨基酸的速度; 他堅持不申請專利他堅持不申請專利, 給了美國公司得以隨便開給了美國公司得以隨便開發(fā)儀器的方便發(fā)儀器的方便. 1972年到德國年到德國,77年因腦瘤過世年因腦瘤過世. 由于由于Edman降解產(chǎn)物需要在紫外域進行檢測降解產(chǎn)物需要在紫外域進行檢測, 只有只有HPLC和和相應(yīng)的紫外檢測手段進步后才得到普及相應(yīng)的紫外檢測手段進步后才得到普及;60年代后期年代后期Moore & Stein利用該反應(yīng)測定了利用該反應(yīng)測定

8、了RNase的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu), 遺憾的是遺憾的是Edman沒有和他們分享沒有和他們分享Nobel化學(xué)獎化學(xué)獎. + + + 肼肼法測定法測定肼法C端測定 利用外切蛋白水解酶利用外切蛋白水解酶 () 將肽鏈的氨基酸從將肽鏈的氨基酸從N端端 ()或或C端端 () 一個接一個游一個接一個游離出來，離出來， 在不同時間取樣進行分析，根在不同時間取樣進行分析，根據(jù)所游離的氨基酸的摩爾數(shù)的多少來判據(jù)所游離的氨基酸的摩爾數(shù)的多少來判斷氨基酸的排列順序斷氨基酸的排列順序。酶解法末端測序酶解法末端測序酶解法末端測序肽鍵的專一性水解肽鍵的專一性水解( (化學(xué)法化學(xué)法) )化學(xué)法化學(xué)法: CNBr, H+, N

9、H2OH, etc化學(xué)法專一性水解消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe. Trp）胰蛋白酶（胰蛋白酶（trypsin）；）；胰糜乳蛋白酶（胰糜乳蛋白酶（chymotrypsin）；）；嗜熱菌蛋白酶（嗜熱菌蛋白酶（thermolysin）；）；木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（papain）；）；胃蛋白酶（胃蛋白酶（pepsin）；）；枯草桿菌堿性蛋白酶（枯草桿菌堿性蛋白酶（subtilisin）肽鍵的專一性

10、水解肽鍵的專一性水解( (酶法酶法) )酶法專一性水解太短在多肽鏈中次序的決定 資料：N-末端殘基H,C-末端殘基S; 第一套肽段 第二套肽段 OUS SEO PS WTOU EOVE VERL RLA APS HOWT HO 借助重疊肽確定肽段次序： 末端殘基 H S 末端肽段HOWT APS 或 OUS 第一套肽段：HOWT OUS EOVE RLA PS 第二套肽段：HO WTOU SEO VERL APS 推斷全序列: HOWTOUSEOVERLAPS二硫鍵的斷裂：二硫鍵的斷裂：幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起?？稍诳捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理，

11、使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護生成的巰基，以防止它重新被氧化。 可以通過加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間的非共價力；應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間的二硫鍵。胰島素胰島素 -巰基乙醇巰基乙醇碘乙酸碘乙酸二二硫硫鍵鍵的的斷斷裂裂確定原多肽鏈重二硫鍵的位置：確定原多肽鏈重二硫鍵的位置： 一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵的多肽鏈，再利用雙向電泳技術(shù)分離出各個肽段，用過甲酸處理后，將每個肽段進行組成及順序分析，然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。二硫鍵的切割與保護二硫鍵的切割與保護二硫鍵的保護1、為防止、為防止跟跟發(fā)生交換反發(fā)生交換反應(yīng)，先將自由應(yīng)，先將自由SH基封閉基

12、封閉;2、進行專一性部分水解、進行專一性部分水解;3、紙層析分離水解產(chǎn)物、紙層析分離水解產(chǎn)物;4、氣相過甲酸法切斷、氣相過甲酸法切斷鍵，作第二鍵，作第二相紙層析相紙層析;5、將遷移率發(fā)生變化的多肽進行測序、將遷移率發(fā)生變化的多肽進行測序經(jīng)典的二硫鍵位置的確定法經(jīng)典的二硫鍵位置的確定法二硫鍵位置確定對角線電泳示意圖對角線電泳示意圖末端測序的用途常利用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫常利用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)氨基酸順序與生物功能蛋白質(zhì)氨基酸順序與生物功能研究蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系主要是：研究多肽鏈中不同部位的殘基與生物功能的關(guān)系。 進行這方面的研究常用的方法有：同源蛋白質(zhì)氨基酸順序相似性分析、氨基酸殘基的化學(xué)修飾及

13、切割實驗等。 例例1 鐮刀形貧血病鐮刀形貧血病l患者血紅細(xì)胞合成了一種不正常的血紅蛋白（Hb-S）l它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅僅在于鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化l（Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基l使血紅蛋白細(xì)胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血l這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的個體差異蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的個體差異例例2 一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活激活 體內(nèi)的某些蛋白質(zhì)分子初合成時，常帶有抑制肽，呈無活性狀態(tài)，稱為蛋白質(zhì)原.蛋白質(zhì)原的部分肽鏈以特定的方式斷裂后，才變?yōu)榛钚?/p>

14、分子.例：胰島素，在剛合成時，是一個比成熟的胰島素分子大一倍多的單鏈多肽，稱為前胰島素原前胰島素原的N-末端有一段肽鏈，稱為信號肽.信號肽被切去，剩下的是胰島素原。胰島素原比胰島素分子多一段C肽，只有當(dāng)C肽被切除后才成為有51個殘基，分A、B兩條鏈的胰島素分子單體.例例3 同源蛋白同源蛋白 同源蛋白：是指在不同有機體中實現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì).同源蛋白中的一級結(jié)構(gòu)中有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱為不變殘基；其他位置的氨基酸稱可變殘基.不同種屬的可變殘基有很大變化.可用于判斷生物體間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近.例：細(xì)胞色素Cl60 個物種中，有 28個位置上的氨基酸殘基完全不變，是維持其構(gòu)象中發(fā)

15、揮特有功能所必要的部位，屬于不變殘基.l可變殘基可能隨著進化而變異，而且不同種屬的細(xì)胞色素 C氨基酸差異數(shù)與種屬之間的親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進化樹）.黃色： 不變殘基（invariable residues）藍色 ： 保守氨基酸（conservative residues）未標(biāo)記：可變殘基（variable residues）不不同同生生物物來來源源的的細(xì)細(xì)胞胞色色素素c c中中不不變變的的AAAA殘殘基基細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)不變不變的的AAAA殘基殘基 28個不變的個不變的AA殘基，是殘基，是Cyt C 的生物功能所不的生物功能所

16、不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別識別”并結(jié)合并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。1410610013432302918176759525148454138848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgGlyCysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素血紅素不同生物與人的不同生物與人的CytcCytc的的AAAA差

17、異數(shù)目差異數(shù)目生物生物 與人不同的與人不同的AAAA數(shù)目數(shù)目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、豬、羊、狗牛、豬、羊、狗 11馬馬 12雞、火雞雞、火雞 13響尾蛇響尾蛇 14海龜海龜 15金槍魚金槍魚 21角餃角餃 23小蠅小蠅 25蛾蛾 31小麥小麥 35粗早鏈孢霉粗早鏈孢霉 43酵母酵母 44 第第6章章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與 功能的關(guān)系功能的關(guān)系一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能三、血紅蛋白分子病三、血紅蛋白分子病四、四、免疫系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白免疫球蛋白五、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲與肌肉收縮五

18、、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲與肌肉收縮六、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能進化六、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能進化(The relation between structure and function of proteins)一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能肌紅蛋白肌紅蛋白 肌紅蛋白（肌紅蛋白（myoglobin，Mb）主要存在于）主要存在于肌肉中，是哺乳動物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和肌肉中，是哺乳動物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。肌紅蛋白由一條多肽鏈和一分配氧的蛋白質(zhì)。肌紅蛋白由一條多肽鏈和一個輔基血紅素（個輔基血紅素（heme）構(gòu)成，相對分子量）構(gòu)成，相對分子量16700，含含153個氨基酸殘基

19、。除去血紅素后僅剩下的肽個氨基酸殘基。除去血紅素后僅剩下的肽鏈部分稱為珠蛋白（鏈部分稱為珠蛋白（globin），它和血紅蛋白的），它和血紅蛋白的、亞基有明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功亞基有明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功能也極為相似。血紅素非共價地結(jié)合在珠蛋白能也極為相似。血紅素非共價地結(jié)合在珠蛋白的疏水空穴中。的疏水空穴中。 肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)myoglobin輔基血紅素輔基血紅素 血紅素由原卟啉血紅素由原卟啉（protoporphyrin ）中）中間結(jié)合一個間結(jié)合一個Fe原子構(gòu)成，原卟啉原子構(gòu)成，原卟啉是由是由4個吡咯個吡咯環(huán)通過甲叉橋連接而成的扁平環(huán)狀化合物。卟啉環(huán)通過甲叉橋連接而成

20、的扁平環(huán)狀化合物。卟啉環(huán)中央結(jié)合環(huán)中央結(jié)合Fe原子，原子，F(xiàn)e原子通常是八面體配位，原子通常是八面體配位，應(yīng)該有應(yīng)該有6個配位鍵，其中個配位鍵，其中4個配位鍵與個配位鍵與4個吡咯環(huán)個吡咯環(huán)的的N原子相連，另兩個配位鍵分布在卟啉環(huán)的上原子相連，另兩個配位鍵分布在卟啉環(huán)的上下。下。Fe原子可以是二價的或三價的，相應(yīng)的血紅原子可以是二價的或三價的，相應(yīng)的血紅素稱為素稱為亞鐵亞鐵血紅素（血紅素（ferroheme，heme）和高鐵）和高鐵血紅素（血紅素（ferriheme，hematin），相應(yīng)的肌紅蛋），相應(yīng)的肌紅蛋白稱為白稱為亞鐵亞鐵肌紅蛋白（肌紅蛋白（ferromyoglobin）和高鐵）和高鐵

21、肌紅蛋白（肌紅蛋白（ferrimyoglobin，metmyoglobin）。）。 肌紅蛋白的輔基血紅素肌紅蛋白的輔基血紅素hemeprotoporphyrin O2與肌紅蛋白的結(jié)合與肌紅蛋白的結(jié)合 血紅素中的鐵的第血紅素中的鐵的第5個配位鍵與珠蛋白的第個配位鍵與珠蛋白的第93（或（或F8）位）位His殘基的咪唑基殘基的咪唑基N結(jié)合，這個結(jié)合，這個His稱稱為近側(cè)為近側(cè)His，而，而O2與與Fe的第的第6個配位鍵結(jié)合。在肌個配位鍵結(jié)合。在肌紅蛋白沒有結(jié)合紅蛋白沒有結(jié)合O2時，這個部位是空的。高鐵肌時，這個部位是空的。高鐵肌紅蛋白不能與紅蛋白不能與O2結(jié)合，結(jié)合，H2O分子代替分子代替O2成為第

22、成為第6個個配體。配體。 在血紅素結(jié)合在血紅素結(jié)合O2的一側(cè)，還有一個的一側(cè)，還有一個His殘基，殘基，即第即第64（或（或E7）位）位His殘基，稱為遠(yuǎn)側(cè)殘基，稱為遠(yuǎn)側(cè)His。由于。由于這個遠(yuǎn)側(cè)這個遠(yuǎn)側(cè)His的存在，使得的存在，使得O2的結(jié)合受到空間位阻。的結(jié)合受到空間位阻。在氧合肌紅蛋白中，在氧合肌紅蛋白中， O2的兩個原子與的兩個原子與Fe不成一條不成一條直線，而是傾斜了直線，而是傾斜了30。氧合肌紅蛋白中血紅素鐵離子的6個配體近側(cè)近側(cè)His遠(yuǎn)側(cè)遠(yuǎn)側(cè)HisCO的毒性作用 第第6個配位位置的空間位阻很重要。游離在溶個配位位置的空間位阻很重要。游離在溶液中的鐵卟啉結(jié)合液中的鐵卟啉結(jié)合CO的能

23、力比結(jié)合的能力比結(jié)合O2強強25000倍，倍，但在肌紅蛋白中，血紅素對但在肌紅蛋白中，血紅素對CO的親和力僅比對的親和力僅比對O2的親和力大的親和力大250倍。肌紅蛋白（還有血紅蛋白）降倍。肌紅蛋白（還有血紅蛋白）降低對低對CO的親和力，可以有效地防止代謝過程中產(chǎn)的親和力，可以有效地防止代謝過程中產(chǎn)生的少量生的少量CO占據(jù)它們的占據(jù)它們的O2結(jié)合部位。盡管如此，結(jié)合部位。盡管如此，當(dāng)空氣中當(dāng)空氣中CO的含量達到的含量達到0.06%0.08%即有中毒即有中毒的危險，達到的危險，達到0.1%則會導(dǎo)致死亡。則會導(dǎo)致死亡。 O2和和CO與肌紅蛋白血紅素與肌紅蛋白血紅素Fe（）的結(jié)合的結(jié)合Free he

24、mewith imidazoleMb:CO Complex Oxymyoglobin肌紅蛋白的蛋白質(zhì)部分的作用 通常情況下，通常情況下，O2分子與分子與Fe（）緊密接觸）緊密接觸會使會使Fe（）氧化成）氧化成Fe（），溶液中游離的），溶液中游離的亞鐵血紅素很容易被氧化成高鐵血紅素，但在亞鐵血紅素很容易被氧化成高鐵血紅素，但在肌紅蛋白中，由于血紅素處于疏水環(huán)境中，血肌紅蛋白中，由于血紅素處于疏水環(huán)境中，血紅素紅素Fe（）不容易被氧化。）不容易被氧化。 同樣是血紅素，與不同的蛋白質(zhì)結(jié)合后，具同樣是血紅素，與不同的蛋白質(zhì)結(jié)合后，具有不同的功能，如在細(xì)胞色素有不同的功能，如在細(xì)胞色素C中，血紅素起中，

25、血紅素起可逆電子載體的作用，過氧化氫酶中，血紅素可逆電子載體的作用，過氧化氫酶中，血紅素催化催化H2O2歧化成歧化成H2O和和O2 。肌紅蛋白血紅素肌紅蛋白血紅素Fe原子的位移原子的位移 肌紅蛋白血紅素在沒有與肌紅蛋白血紅素在沒有與O2結(jié)合時，鐵原結(jié)合時，鐵原子是向第子是向第 5 配位體方向（配位體方向（His F8）突出的。當(dāng)）突出的。當(dāng)與與O2結(jié)合時，鐵原子被拉回到卟啉平面。結(jié)合時，鐵原子被拉回到卟啉平面。 肌紅蛋白血紅素Fe原子的位移肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析2MbO2OMb 22MbOOMbK 22MbMbOMbOY肌紅蛋白與肌紅蛋白與O2結(jié)合的反應(yīng)式為結(jié)合的反應(yīng)

26、式為其解離常數(shù)為其解離常數(shù)為K , 令令Y 為肌紅蛋白的氧飽和分?jǐn)?shù)，即為肌紅蛋白的氧飽和分?jǐn)?shù)，即將將改寫為改寫為KOMbMbO22肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析將將代入代入得得 ， 22MbKOMbKOMbY122KOKOYKOOY22 根據(jù)根據(jù)henry定律，溶于液體的任一種氣體的濃度定律，溶于液體的任一種氣體的濃度與液體上面的該氣體的分壓成正比，即與液體上面的該氣體的分壓成正比，即 O2= = A p (O2) 式中式中A 為比例系數(shù)，為比例系數(shù)，p (O2)為氧氣的分壓。為氧氣的分壓。 肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析將將代入代入得得KOpAOpAY)(

27、)(22AKOpOpY)()(22KOpOpY)()(22肌紅蛋白的氧結(jié)合曲線肌紅蛋白的氧結(jié)合曲線 實驗中實驗中 p (O2) 可以測得，氧分壓可以測得，氧分壓常用常用Torr為為單位。單位。Y 值可用分光光度法測定，因為肌紅蛋白值可用分光光度法測定，因為肌紅蛋白結(jié)合了結(jié)合了O2 時會引起吸收光譜的改變。時會引起吸收光譜的改變。Y 對對 p (O2) 作圖所得的曲線稱為氧結(jié)合曲線。作圖所得的曲線稱為氧結(jié)合曲線。 1 Torr = 133 Pa = 1 mmHg 肌紅蛋白的氧結(jié)合曲線肌紅蛋白的氧結(jié)合曲線KOpOpY)()(22雙曲線方程雙曲線方程Hill作圖 為氧結(jié)合肌紅蛋白的分?jǐn)?shù)與沒有結(jié)合為氧

28、結(jié)合肌紅蛋白的分?jǐn)?shù)與沒有結(jié)合氧的肌紅蛋白的分?jǐn)?shù)之比。氧的肌紅蛋白的分?jǐn)?shù)之比。 YY1KOpOpKOpOpKOpOpKOpOpYY)()()()()()(1)()(122222222兩邊取對數(shù)得兩邊取對數(shù)得 KOpYY)(lg)1lg(2KOpYYlg)(lg)1lg(2Hill作圖 以以 對對 作圖作圖稱為稱為Hill作圖，肌紅作圖，肌紅蛋白的蛋白的Hill圖是一條直線。當(dāng)圖是一條直線。當(dāng) 時（時（50%的肌紅的肌紅蛋白結(jié)合了氧），蛋白結(jié)合了氧）， ，這時，這時 ，這一點的斜率稱為這一點的斜率稱為Hill系數(shù)，肌紅蛋白的系數(shù)，肌紅蛋白的Hill系數(shù)等系數(shù)等于于1，說明，說明O2分子彼此獨立地與

29、肌紅蛋白結(jié)合分子彼此獨立地與肌紅蛋白結(jié)合。 )1lg(YY)(lg2Op11YY0)1lg(YY502)(PKOp氧與肌紅蛋白結(jié)合的氧與肌紅蛋白結(jié)合的Hill圖圖肌紅蛋白的貯氧和輸氧作用 線粒體中氧濃度線粒體中氧濃度為為010 torr，靜脈血氧濃度為，靜脈血氧濃度為15 torr或更高些。肌紅蛋白的或更高些。肌紅蛋白的P 50為為2 torr，所以在，所以在大多數(shù)情況下，肌紅蛋白是高度氧合的，是氧的貯大多數(shù)情況下，肌紅蛋白是高度氧合的，是氧的貯存庫。如果由于肌肉收縮使線粒體中氧含量下降，存庫。如果由于肌肉收縮使線粒體中氧含量下降，它就可以立即供應(yīng)氧。它就可以立即供應(yīng)氧。肌紅蛋白的貯氧和輸氧作

30、用 肌紅蛋白也有利于細(xì)胞內(nèi)氧從細(xì)胞的內(nèi)表面向肌紅蛋白也有利于細(xì)胞內(nèi)氧從細(xì)胞的內(nèi)表面向線粒體轉(zhuǎn)運，因為這種運轉(zhuǎn)是順濃度梯度的，細(xì)胞線粒體轉(zhuǎn)運，因為這種運轉(zhuǎn)是順濃度梯度的，細(xì)胞內(nèi)表面的氧濃度約為內(nèi)表面的氧濃度約為10 torr（肌紅蛋白的氧飽和度（肌紅蛋白的氧飽和度約為約為80%），而線粒體內(nèi)的氧濃度約為），而線粒體內(nèi)的氧濃度約為1 torr（肌紅（肌紅蛋白的氧飽和度約為蛋白的氧飽和度約為25%），肌紅蛋白可以從細(xì)胞），肌紅蛋白可以從細(xì)胞內(nèi)表面結(jié)合氧，而運到線粒體內(nèi)表面結(jié)合氧，而運到線粒體中釋放氧。中釋放氧。 二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能血紅蛋白血紅蛋白 血紅蛋白（血紅蛋白（h

31、emoglobin，Hb）存在于紅）存在于紅細(xì)胞中，它的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)細(xì)胞中，它的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運氧氣，它在肺中與氧氣結(jié)合，運輸?shù)饺磉\氧氣，它在肺中與氧氣結(jié)合，運輸?shù)饺砀魈幗M織中，再釋放出氧氣。各處組織中，再釋放出氧氣。 人體內(nèi)有正常功能的血紅蛋白人體內(nèi)有正常功能的血紅蛋白 血紅蛋白的氨基酸組成血紅蛋白的氨基酸組成 鏈或鏈或樣鏈樣鏈由由141個氨基酸殘基組成，個氨基酸殘基組成，鏈或鏈或樣鏈由樣鏈由146個氨基酸殘基組成，而肌紅蛋個氨基酸殘基組成，而肌紅蛋白的肽鏈由白的肽鏈由153個個氨基酸殘基組成，它們都叫珠氨基酸殘基組成，它們都叫珠蛋白。同一類型不同希臘字母代表的

32、鏈有個別蛋白。同一類型不同希臘字母代表的鏈有個別氨基酸殘基不同。氨基酸殘基不同。 血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)11221122Hb的的鏈、鏈、鏈和鏈和Mb鏈構(gòu)鏈構(gòu)象的相似性象的相似性 血紅蛋白血紅蛋白鏈、鏈、鏈及肌紅蛋白鏈的三級結(jié)鏈及肌紅蛋白鏈的三級結(jié)構(gòu)非常相似，但這三種肽鏈的氨基酸序列有很大構(gòu)非常相似，但這三種肽鏈的氨基酸序列有很大不同，不同，141個氨基酸殘基位置中只有個氨基酸殘基位置中只有27個位置的殘個位置的殘基在這三種肽鏈中是相同的?；谶@三種肽鏈中是相同的。 Mb Hb Hb不同物種血紅蛋白氨基酸不同物種血紅蛋白氨基酸序列的比較序列的比較 比較了多種（從七腮鰻到人）不同的血

33、紅蛋比較了多種（從七腮鰻到人）不同的血紅蛋白的氨基酸序列，證明序列中有白的氨基酸序列，證明序列中有9個位置的殘基個位置的殘基是所有研究過的血紅蛋白所共有的，這些稱為高是所有研究過的血紅蛋白所共有的，這些稱為高度保守的殘基。度保守的殘基。 血紅蛋白內(nèi)部的非極性殘基可以換成另一種血紅蛋白內(nèi)部的非極性殘基可以換成另一種非極性殘基而功能不變。非極性殘基而功能不變。 血紅蛋白氧合時亞基的移動血紅蛋白氧合時亞基的移動 血紅蛋白分子中，血紅蛋白分子中，亞基的接觸有兩類，一亞基的接觸有兩類，一類是類是1 11 1接觸和接觸和2 22 2接觸，這類接觸稱為裝配接觸，這類接觸稱為裝配接觸；另一類是接觸；另一類是1

34、 12 2接觸和接觸和2 21 1接觸，這類接接觸，這類接觸稱為滑動接觸。氧合時，每個觸稱為滑動接觸。氧合時，每個二聚體半分子二聚體半分子作為一個剛體移動，這兩個二聚體彼此滑動。我們作為一個剛體移動，這兩個二聚體彼此滑動。我們將其中一個二聚體看作不動，另一個二聚體將繞一將其中一個二聚體看作不動，另一個二聚體將繞一個設(shè)想的偏心軸個設(shè)想的偏心軸旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)15，并平移，并平移0.08nm。 血紅蛋白氧合時亞基的移動血紅蛋白氧合時亞基的移動 去氧血紅蛋白去氧血紅蛋白 1111的移動過程的移動過程 氧合血紅蛋白氧合血紅蛋白血紅蛋白氧合時鐵原子的移動 在去氧血紅蛋白中，鐵在去氧血紅蛋白中，鐵原子向近側(cè)原子向

35、近側(cè)His方向凸方向凸起約起約0.06nm。氧合時，鐵原子的體積縮小，向卟。氧合時，鐵原子的體積縮小，向卟啉環(huán)平面靠近約啉環(huán)平面靠近約0.039nm，并牽拉近側(cè)，并牽拉近側(cè)His往血紅往血紅素平面移動，這些移動，傳遞到亞基的界面，使素平面移動，這些移動，傳遞到亞基的界面，使得亞基間的相互得亞基間的相互位置發(fā)生變化。位置發(fā)生變化。 血紅蛋白氧合時鐵原子的移動 血紅蛋白的兩種構(gòu)象態(tài)血紅蛋白的兩種構(gòu)象態(tài) 血紅蛋白有兩種主要構(gòu)象態(tài)，血紅蛋白有兩種主要構(gòu)象態(tài)，一種是一種是T態(tài)即緊張態(tài)即緊張態(tài)（態(tài)（tense state），另一種是），另一種是R態(tài)即松弛態(tài)（態(tài)即松弛態(tài)（relaxed state）。）。O

36、2對對R態(tài)的親和力明顯地高于對態(tài)的親和力明顯地高于對T態(tài)的親和態(tài)的親和力，并且力，并且O2的結(jié)合更穩(wěn)定了的結(jié)合更穩(wěn)定了R態(tài)。缺氧時態(tài)。缺氧時T態(tài)更加穩(wěn)態(tài)更加穩(wěn)定，因此定，因此T態(tài)是去氧血紅蛋白的主要構(gòu)象，態(tài)是去氧血紅蛋白的主要構(gòu)象，R態(tài)是氧態(tài)是氧合血紅蛋白的主要構(gòu)象。合血紅蛋白的主要構(gòu)象。T態(tài)血紅蛋白結(jié)合態(tài)血紅蛋白結(jié)合O2后轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)變成變成R態(tài)態(tài)，并使得分子內(nèi)一些鹽橋斷裂。，并使得分子內(nèi)一些鹽橋斷裂。 去氧血紅蛋白中去氧血紅蛋白中各亞基間的鹽橋各亞基間的鹽橋血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng) 血紅蛋白是一個四聚體蛋白，它與肌紅蛋白血紅蛋白是一個四聚體蛋白，它與肌紅蛋白相比，出現(xiàn)了一些新的性質(zhì)。

37、血紅蛋白的氧合具相比，出現(xiàn)了一些新的性質(zhì)。血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同同促效應(yīng)，即一個有正協(xié)同同促效應(yīng)，即一個O2的結(jié)合促進同一分的結(jié)合促進同一分子其它亞基與子其它亞基與O2的結(jié)合。具有這種性質(zhì)的蛋白質(zhì)的結(jié)合。具有這種性質(zhì)的蛋白質(zhì)稱為別構(gòu)蛋白（其它蛋白質(zhì)也有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的）。稱為別構(gòu)蛋白（其它蛋白質(zhì)也有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的）。 血紅蛋白的協(xié)同性氧結(jié)合血紅蛋白的協(xié)同性氧結(jié)合24OHb 42)(OHb)(4242OHbOHbK KOpOpY)()(2424 假設(shè)假設(shè)O2與與Hb的結(jié)合是一種的結(jié)合是一種“全或無全或無”的方式，的方式，其結(jié)合反應(yīng)式為其結(jié)合反應(yīng)式為則解離常數(shù)則解離常數(shù)K 為為 按照前面肌紅蛋白結(jié)合按

38、照前面肌紅蛋白結(jié)合O2的定量分析的推導(dǎo)的定量分析的推導(dǎo)方法，方法，Hb的氧飽和分?jǐn)?shù)的氧飽和分?jǐn)?shù)Y 的表達式為的表達式為血紅蛋白與肌紅蛋白血紅蛋白與肌紅蛋白氧合曲線的比較氧合曲線的比較血紅蛋白的實際氧合曲線血紅蛋白的實際氧合曲線推導(dǎo)氧合曲線推導(dǎo)氧合曲線實際氧合曲線實際氧合曲線圖中的圖中的n為為Hill系數(shù)系數(shù)血紅蛋白推導(dǎo)氧合曲線血紅蛋白推導(dǎo)氧合曲線誤差的原因誤差的原因 血紅蛋白結(jié)合血紅蛋白結(jié)合O2并不是并不是“全或無全或無”的，各個亞的，各個亞基結(jié)合基結(jié)合O2是依次進行的，并且前面亞基結(jié)合了是依次進行的，并且前面亞基結(jié)合了O2對對后面亞基與后面亞基與O2的結(jié)合有促進作用。實際測定的的結(jié)合有促進作

39、用。實際測定的n=2.8，若若n=1，則無協(xié)同作用，若，則無協(xié)同作用，若n 1則有正協(xié)同作用。對則有正協(xié)同作用。對于血紅蛋白來說，當(dāng)于血紅蛋白來說，當(dāng) n=4 時正協(xié)同作用最大，即當(dāng)時正協(xié)同作用最大，即當(dāng)1個個O2與與1個亞基結(jié)合后，另外個亞基結(jié)合后，另外3個亞基也同時與個亞基也同時與O2結(jié)合。實際情況是結(jié)合。實際情況是n=2.8。這樣，。這樣，Hb對第對第4個個O2的親的親和力約為與第和力約為與第1個個O2親和力的親和力的300倍。倍。 血紅蛋白運輸氧的效率血紅蛋白運輸氧的效率 在肺泡中，氧分壓為在肺泡中，氧分壓為100 torr，工作肌肉的毛，工作肌肉的毛細(xì)血管中約為細(xì)血管中約為20 to

40、rr，血紅蛋白在肺泡中，血紅蛋白在肺泡中Y是是0.97，在肌肉毛細(xì)血管中在肌肉毛細(xì)血管中Y是是0.25，釋放的，釋放的O2是兩個是兩個Y值值之差，即之差，即Y=0.72。這個差值越大，運輸這個差值越大，運輸O2的效率的效率就越高。肌紅蛋白不能擔(dān)當(dāng)此項工作。就越高。肌紅蛋白不能擔(dān)當(dāng)此項工作。 血紅蛋白別構(gòu)的異種效應(yīng)血紅蛋白別構(gòu)的異種效應(yīng) 血紅蛋白與血紅蛋白與O2的結(jié)合受其它分子的調(diào)節(jié)，的結(jié)合受其它分子的調(diào)節(jié)，如如 H+、 C O2和和 2 , 3 - 二 磷 酸 甘 油 酸 （二 磷 酸 甘 油 酸 （ 2 , 3 -bisphosphate glycerate，BPG）等。雖然它們）等。雖然它

41、們在蛋白質(zhì)分子上的結(jié)合部位離血紅素很遠(yuǎn)，但在蛋白質(zhì)分子上的結(jié)合部位離血紅素很遠(yuǎn)，但這些分子極大地影響這些分子極大地影響Hb的氧合性質(zhì)，這是別構(gòu)的氧合性質(zhì)，這是別構(gòu)效應(yīng)中的異種效應(yīng)。效應(yīng)中的異種效應(yīng)。 2,3-二磷酸甘油酸2,3-bisphosphate glycerate，BPGBohr效應(yīng)效應(yīng) 組織中代謝作用產(chǎn)生組織中代謝作用產(chǎn)生H+和和CO2，代謝越旺，代謝越旺盛的組織，需要的盛的組織，需要的O2越多，產(chǎn)生的越多，產(chǎn)生的H+和和CO2也也越多。越多。CO2在體內(nèi)被水合成碳酸。在體內(nèi)被水合成碳酸。 CO2水合的結(jié)果，使組織中水合的結(jié)果，使組織中pH下降，即下降，即H+上升。上升。 O2與血紅

42、蛋白的結(jié)合受與血紅蛋白的結(jié)合受pH和和CO2濃濃度的影響。去氧血紅蛋白對度的影響。去氧血紅蛋白對H+的親和力比氧合的親和力比氧合血紅蛋白大。因此，增加血紅蛋白大。因此，增加H+濃度將促進濃度將促進O2的釋的釋放。放。 HbO2 H+ HbH+O2Bohr效應(yīng) 氧合血紅蛋白在組織中釋放的氧合血紅蛋白在組織中釋放的O2量除了受到量除了受到組織中低組織中低O2濃度的作用外，還受組織中低濃度的作用外，還受組織中低pH的的影響。后者叫做影響。后者叫做Bohr效應(yīng)，因效應(yīng)，因1904年發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象年發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象的丹麥生理學(xué)家的丹麥生理學(xué)家C. Bohr而得名。而得名。 產(chǎn)生產(chǎn)生Bohr效應(yīng)的原因是血紅蛋白中一

43、些效應(yīng)的原因是血紅蛋白中一些pK值處于值處于7附近的可解離基團的作用，主要是附近的可解離基團的作用，主要是His，它們解離與否會影響到血紅蛋白的構(gòu)象，從而影它們解離與否會影響到血紅蛋白的構(gòu)象，從而影響血紅蛋白對響血紅蛋白對O2的親和力。的親和力。Mb和在不同pH下Hb的氧合曲線CO2與Hb的結(jié)合 血紅蛋白還能結(jié)合血紅蛋白還能結(jié)合CO2 ，結(jié)合部位是亞基，結(jié)合部位是亞基N末端游離的末端游離的NH2。CO2的結(jié)合也能促進的結(jié)合也能促進O2的釋放。的釋放。 BPG與Hb的結(jié)合 2,3-二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（BPG）是血紅蛋白一個重）是血紅蛋白一個重要的別構(gòu)效應(yīng)劑（別構(gòu)抑制劑）。正常人紅細(xì)胞中要

44、的別構(gòu)效應(yīng)劑（別構(gòu)抑制劑）。正常人紅細(xì)胞中約含有約含有4.5mmol/L的的BPG，約與血紅蛋白等摩爾數(shù)。，約與血紅蛋白等摩爾數(shù)。每個每個Hb分子（四聚體）只有一個分子（四聚體）只有一個BPG結(jié)合位點，結(jié)合位點，位于由位于由4個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi)。高負(fù)電荷個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi)。高負(fù)電荷的的BPG分子與每個分子與每個鏈的若干個殘基的帶正電荷基鏈的若干個殘基的帶正電荷基團通過靜電結(jié)合于團通過靜電結(jié)合于Hb分子上，分子上，BPG把兩個把兩個鏈交聯(lián)鏈交聯(lián)在一起。在一起。O2的結(jié)合使中央孔穴變小，使的結(jié)合使中央孔穴變小，使BPG結(jié)合變結(jié)合變得困難。在沒有得困難。在沒有BPG存在時，存在時，O

45、2的結(jié)合容易，而在的結(jié)合容易，而在有有BPG存在時，存在時，O2的結(jié)合變得困難。的結(jié)合變得困難。 BPG分子結(jié)構(gòu)及其與Hb兩個鏈的離子結(jié)合BPG對Hb氧合曲線的影響 BPG對對R態(tài)態(tài)Hb的親和力至少比對的親和力至少比對T態(tài)態(tài)Hb低一個低一個數(shù)量級，數(shù)量級，BPG對對R態(tài)態(tài)Hb的親和力大小順序為：的親和力大小順序為：HbO2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 ，而對，而對Hb(O2)4則完全不結(jié)合。則完全不結(jié)合。 BPG濃度越大，濃度越大，Hb的氧合曲線就越往右偏移，的氧合曲線就越往右偏移，說明說明BPG抑制抑制O2的結(jié)合，并增加了正協(xié)同效應(yīng)。的結(jié)合，并增加了正協(xié)同效應(yīng)。BPG的存在可以增加的存在

46、可以增加Hb在組織中的卸氧量。正常情在組織中的卸氧量。正常情況下供給組織的氧量約為血液所能攜帶的最大氧量況下供給組織的氧量約為血液所能攜帶的最大氧量的的40%（即（即Y = 40%）。）。BPG對Hb氧合曲線的影響B(tài)PG的生理作用 人的某些生理性或病理性缺氧可以通過紅細(xì)胞人的某些生理性或病理性缺氧可以通過紅細(xì)胞中中BPG濃度的升高而代償。當(dāng)正常人在短時間內(nèi)由濃度的升高而代償。當(dāng)正常人在短時間內(nèi)由海平面上升到海平面上升到4500m高的高山上時，紅細(xì)胞中的高的高山上時，紅細(xì)胞中的BPG濃度幾個小時后就開始上升，兩天內(nèi)可由濃度幾個小時后就開始上升，兩天內(nèi)可由4.5mmol/L增加到增加到7.5mmo

47、l/L，使氧的釋放量增大。，使氧的釋放量增大。值得注意的是，值得注意的是，BPG濃度增加對肺中濃度增加對肺中Hb與與O2的結(jié)的結(jié)合影響不大。合影響不大。三、血紅蛋白分子病鐮刀狀細(xì)胞貧血病 鐮刀狀細(xì)胞貧血?。ㄧ牭稜罴?xì)胞貧血?。╯ickle-cell anemia）是最早）是最早被認(rèn)識的一種分子病。這種病在非洲某些地區(qū)十分被認(rèn)識的一種分子病。這種病在非洲某些地區(qū)十分流行（高達流行（高達40%），它是由于遺傳基因的突變導(dǎo)致），它是由于遺傳基因的突變導(dǎo)致血紅蛋白分子中氨基酸殘基被改變造成的。鐮刀狀血紅蛋白分子中氨基酸殘基被改變造成的。鐮刀狀細(xì)胞貧血病人血紅蛋白含量僅為正常人（細(xì)胞貧血病人血紅蛋白含量僅

48、為正常人（1516g/100ml）的一半，紅細(xì)胞數(shù)目也是正常人（）的一半，紅細(xì)胞數(shù)目也是正常人（4.66.2106個個/ml）的一半左右，而且紅細(xì)胞的形態(tài)也）的一半左右，而且紅細(xì)胞的形態(tài)也不正常，除了有非常大量的未成熟紅細(xì)胞外，還有不正常，除了有非常大量的未成熟紅細(xì)胞外，還有很多成鐮刀狀的紅細(xì)胞。當(dāng)紅細(xì)胞脫氧時，鐮刀狀很多成鐮刀狀的紅細(xì)胞。當(dāng)紅細(xì)胞脫氧時，鐮刀狀紅細(xì)胞的數(shù)量明顯增加。這種病人的血紅蛋白稱為紅細(xì)胞的數(shù)量明顯增加。這種病人的血紅蛋白稱為HbS。 正常紅細(xì)胞與鐮刀狀紅細(xì)胞貧血病人的紅細(xì)胞比較鐮刀狀細(xì)胞貧血病 鐮刀狀細(xì)胞貧血病是一種致死性疾病，它的純鐮刀狀細(xì)胞貧血病是一種致死性疾病，它

49、的純合子患者有的在童年就死亡。雜合子患者的壽命也合子患者有的在童年就死亡。雜合子患者的壽命也不長，但它能抵抗一種流行于非洲的瘧疾。這種瘧不長，但它能抵抗一種流行于非洲的瘧疾。這種瘧疾也是一種致死性疾病，甚至具有正常血紅蛋白的疾也是一種致死性疾病，甚至具有正常血紅蛋白的人死于這種瘧疾的比例也很高，常常在還沒有繁殖人死于這種瘧疾的比例也很高，常常在還沒有繁殖后代就已死去后代就已死去。Hbs雜雜合子患者對這種瘧疾有一定合子患者對這種瘧疾有一定的抵抗能力，尚能繁殖后代，這是因為雜合子患者的抵抗能力，尚能繁殖后代，這是因為雜合子患者加速被感染紅細(xì)胞的破壞而中斷瘧原蟲的生活周期加速被感染紅細(xì)胞的破壞而中斷

50、瘧原蟲的生活周期的緣故。的緣故。HbA和HbS的胰蛋白酶消化液的指紋圖譜（先垂直方向濾紙層析，后水平方向電泳）（先垂直方向濾紙層析，后水平方向電泳）HbAHbSHbA和HbS氨基酸序列的比較HbA H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys C端端HbS H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val -Glu-Lys C端端 （鏈）鏈） 1 2 3 4 5 6 7 8（示差異處）（示差異處）HbS聚集成纖維狀沉淀 6殘基位于分子表面，當(dāng)殘基位于分子表面，當(dāng)Val取代了取代了Glu后，在后，在分子的表面多了一個疏水基團。血紅蛋白的氧合性分子的表面多了一個疏水

51、基團。血紅蛋白的氧合性質(zhì)和別構(gòu)性質(zhì)不受此變化的影響，但這一變化顯著質(zhì)和別構(gòu)性質(zhì)不受此變化的影響，但這一變化顯著影響了血紅蛋白的溶解度。在去氧血紅蛋白分子表影響了血紅蛋白的溶解度。在去氧血紅蛋白分子表面的另一處有一個疏水性口袋，正好能與這個面的另一處有一個疏水性口袋，正好能與這個Val側(cè)側(cè)鏈結(jié)合，它們可以互相聚集成纖維狀沉淀。氧合血鏈結(jié)合，它們可以互相聚集成纖維狀沉淀。氧合血紅蛋白表面沒有這個疏水性口袋，所以只有在缺氧紅蛋白表面沒有這個疏水性口袋，所以只有在缺氧時，紅細(xì)胞才會成為鐮刀狀。時，紅細(xì)胞才會成為鐮刀狀。 HbS聚集成纖維狀 兩股兩股HbS鏈連鎖在一起鏈連鎖在一起 1414股鏈纖維股鏈纖

52、維地中海貧血 地中海貧血可以由幾條途徑產(chǎn)生：地中海貧血可以由幾條途徑產(chǎn)生：缺失一個缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因；或多個編碼血紅蛋白鏈的基因；所有基因都存在，所有基因都存在，但一個或多個基因發(fā)生無義突變（但一個或多個基因發(fā)生無義突變（nonsense mutation），結(jié)果產(chǎn)生縮短了的肽鏈，或發(fā)生移碼），結(jié)果產(chǎn)生縮短了的肽鏈，或發(fā)生移碼突變，產(chǎn)生無功能的肽鏈。突變，產(chǎn)生無功能的肽鏈。所有基因都可能存在，所有基因都可能存在，但突變發(fā)生在編碼區(qū)之外，導(dǎo)致不能轉(zhuǎn)錄，或轉(zhuǎn)錄但突變發(fā)生在編碼區(qū)之外，導(dǎo)致不能轉(zhuǎn)錄，或轉(zhuǎn)錄后的加工不正確。后的加工不正確。 廣東省是我國地中海貧血癥發(fā)病率最高的地區(qū)，約有

53、廣東省是我國地中海貧血癥發(fā)病率最高的地區(qū)，約有11.07%11.07%的人的人（800800萬人）攜帶地中海貧血癥的基因（萬人）攜帶地中海貧血癥的基因（20052005年年5 5月月1111日中央電視臺日中央電視臺報道）。報道）。 四、免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白（免疫球蛋白部分）（免疫球蛋白部分）免疫球蛋白，免疫球蛋白，Immunoglobulin, Ig免疫球蛋白G（Ig G）的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白G的空間填充模型雞卵清溶菌酶與其抗體的結(jié)合抗體上的抗體上的抗原結(jié)合抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域雞卵清溶菌雞卵清溶菌酶（抗原）酶（抗原）雞卵清溶菌雞卵清溶菌酶上突出的酶上突出的Gln121雞卵清溶菌酶與其抗體的結(jié)合抗體

54、上的抗體上的抗原結(jié)合抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域雞卵清溶雞卵清溶菌酶上突菌酶上突出的出的Gln121免疫沉淀的交聯(lián)晶格免疫沉淀的交聯(lián)晶格交聯(lián)晶格交聯(lián)晶格抗原決定簇抗原決定簇抗原抗原（含（含4 4個決定簇）個決定簇）抗體抗體人免疫球蛋白的各種類型 人的免疫球蛋白除了人的免疫球蛋白除了IgG外，還有外，還有IgA、IgM、IgD 和和 IgE，共有，共有5種類型，它們各自存在于人體的種類型，它們各自存在于人體的不同部位，起著不同的作用。不同部位，起著不同的作用。Ig 分子輕鏈恒定區(qū)分子輕鏈恒定區(qū)（CL）的氨基酸序列可分為兩種基本類型：）的氨基酸序列可分為兩種基本類型：和和，一個一個 Ig 分子只能含有其中

55、的一種。重鏈恒定區(qū)分子只能含有其中的一種。重鏈恒定區(qū)（包括（包括CH1、CH2和和CH3）的序列分為）的序列分為5種基本類種基本類型：型：（IgG）、）、（IgA）、）、（IgM）、）、（IgD）和和（IgE）。）。 各種各種Ig的結(jié)構(gòu)IgD的結(jié)構(gòu)與的結(jié)構(gòu)與IgG類似類似IgGIgEIgAIgMIgM的結(jié)構(gòu)二硫鍵二硫鍵酶聯(lián)免疫吸附測定enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA血樣中單純皰疹病毒抗體的ELISA檢測 An ELISA to test for the presence of herpes simplex virus (HSV) antibodi

56、es in blood samples. Wells were coated with an HSV antigen, to which antibodies against HSV will bind. The second antibody is antihuman IgG linked to horseradish peroxidase. Blood samples with greater amounts of HSV antibody turn brighter yellow.血清樣品中單純皰疹病毒抗體的ELISA檢測酶標(biāo)板或微孔板酶標(biāo)板或微孔板尿激酶的免疫印跡測定(1,4),(2,

57、5),(3,6)-(1,4),(2,5),(3,6)-純化程度逐步增高的尿激酶樣品純化程度逐步增高的尿激酶樣品免疫印跡免疫印跡這種檢測這種檢測某種蛋白某種蛋白的方法稱的方法稱為為Western blotting尿激酶單尿激酶單抗檢測抗檢測 單克隆抗體的制備方法用目的抗原免疫小鼠，取小鼠脾臟制成用目的抗原免疫小鼠，取小鼠脾臟制成B淋巴淋巴細(xì)胞細(xì)胞懸液；懸液；繁殖小鼠骨髓瘤細(xì)胞；繁殖小鼠骨髓瘤細(xì)胞；將制得的將制得的B淋巴淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合，產(chǎn)生雜交細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合，產(chǎn)生雜交瘤細(xì)胞；瘤細(xì)胞；轉(zhuǎn)移到只有雜交瘤細(xì)胞才能生長的培養(yǎng)基中進行轉(zhuǎn)移到只有雜交瘤細(xì)胞才能生長的培養(yǎng)基中進行選擇性培養(yǎng)；選擇

58、性培養(yǎng)； 用用ELISA法篩選出能分泌目的抗體的單克隆雜交法篩選出能分泌目的抗體的單克隆雜交瘤細(xì)胞株；瘤細(xì)胞株；擴大培養(yǎng)，從培養(yǎng)液中提取純化單克隆抗體。擴大培養(yǎng)，從培養(yǎng)液中提取純化單克隆抗體。五、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲與肌肉收縮 ( (肌纖維的結(jié)構(gòu)肌纖維的結(jié)構(gòu)) ) 脊椎動物的骨骼肌又稱橫紋肌或隨意肌。肌肉脊椎動物的骨骼肌又稱橫紋肌或隨意肌。肌肉由許多平行的肌纖維束或稱肌束組成。肌束中的每由許多平行的肌纖維束或稱肌束組成。肌束中的每個肌纖維就是一個骨骼肌細(xì)胞，它是長柱形的多核個肌纖維就是一個骨骼肌細(xì)胞，它是長柱形的多核細(xì)胞，直徑約細(xì)胞，直徑約在在20100m之間，長可達之間，長可達5cm以上，

59、以上，人體的一些肌纖維甚至可達人體的一些肌纖維甚至可達50cm。肌細(xì)胞間有少量肌細(xì)胞間有少量結(jié)締組織，并有毛細(xì)血管和神經(jīng)纖維等。結(jié)締組織，并有毛細(xì)血管和神經(jīng)纖維等。 骨骼肌的組織水平肌纖維的細(xì)胞水平 肌纖維（肌細(xì)胞）是由多個稱為成肌細(xì)胞的肌肌纖維（肌細(xì)胞）是由多個稱為成肌細(xì)胞的肌肉前體細(xì)胞融合而成的。每個肌纖維肉前體細(xì)胞融合而成的。每個肌纖維含有約含有約1000個個肌原纖維，肌原纖維直徑肌原纖維，肌原纖維直徑2m。這些肌原纖維處于。這些肌原纖維處于肌漿中。核一般處在細(xì)胞的周邊，質(zhì)膜的內(nèi)表面。肌漿中。核一般處在細(xì)胞的周邊，質(zhì)膜的內(nèi)表面。肌纖維中含有許多線粒體，在肌肉收縮時提供能源肌纖維中含有許多

60、線粒體，在肌肉收縮時提供能源物質(zhì)物質(zhì)ATP，肌纖維中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為肌質(zhì)網(wǎng)，分布在，肌纖維中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為肌質(zhì)網(wǎng)，分布在各肌原纖維的周圍，肌肉收縮時由它提供所需的各肌原纖維的周圍，肌肉收縮時由它提供所需的Ca2+。 肌原纖維的結(jié)構(gòu) 肌原纖維呈現(xiàn)一個很有規(guī)則的周期性結(jié)構(gòu)，暗肌原纖維呈現(xiàn)一個很有規(guī)則的周期性結(jié)構(gòu)，暗帶和明帶交替排列。明帶折射率是各向同性的，因帶和明帶交替排列。明帶折射率是各向同性的，因此又稱各向同性此又稱各向同性帶（帶（isotropic band），簡稱），簡稱 I 帶；帶；暗 帶 是 各 向 異 性 的 ， 所 以 又 稱 各 向 異 性 帶暗 帶 是 各 向 異 性 的 ， 所 以