典型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分子的功能和代謝血紅蛋白

典型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分子的功能與代謝MaxPerutz經(jīng)過二十多年的努力通過X-射線晶體圖確定了馬血紅蛋白的結(jié)構(gòu)。成年人的血紅蛋白是一個由兩個亞基和兩個亞基兩種類型亞基組成的四聚體。和都很類似于肌紅蛋白，只是肽鏈稍微短一點。和隔著一個空腔彼此相向。每個亞基是由141個氨基酸殘基組成，而每個亞基有146個氨基酸殘基。無論是還是亞基，它們的三級結(jié)構(gòu)幾乎與肌紅蛋白相同。血紅蛋白是的二聚體，因為和相互作用比與，和之間的相互作用強得多。血紅蛋白是個四聚體蛋白血紅蛋白的功能可與氧可逆結(jié)合；血紅素－血紅素相互作用；血紅蛋白與H+、CO2.DPG相互作用。膽色素代謝與黃疸MetabolismofBilePigmentandJaundice膽色素(bilepigment)是體內(nèi)鐵卟啉化合物的主要分解代謝產(chǎn)物，包括膽紅素、膽綠素、膽素原和膽素等。膽色素的概念＊膽紅素(bilirubin)來源體內(nèi)的鐵卟啉化合物——血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素、過氧化氫酶及過氧化物酶?！s80％來自衰老紅細(xì)胞中血紅蛋白的分解。一、膽紅素的生成與轉(zhuǎn)運＊膽紅素生成過程

部位肝、脾、骨髓單核－巨噬細(xì)胞系統(tǒng)細(xì)胞微粒體與胞液中

過程血紅蛋白血紅素＋珠蛋白氨基酸膽紅素

膽紅素的性質(zhì)親脂疏水，對大腦具有毒性作用膽紅素的生成過程膽紅素空間結(jié)構(gòu)示意圖＊膽紅素的轉(zhuǎn)運

意義增加膽紅素在血漿中的溶解度，限制膽紅素自由通過生物膜產(chǎn)生毒性作用。

競爭結(jié)合劑如磺胺藥，水楊酸等

運輸形式膽紅素－清蛋白復(fù)合體二、膽紅素在肝中的轉(zhuǎn)變＊攝取膽紅素可以自由雙向通透肝血竇肝細(xì)胞膜表面進入肝細(xì)胞＊轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在胞漿膽紅素與配體蛋白結(jié)合＊轉(zhuǎn)化部位：滑面內(nèi)網(wǎng)質(zhì)反應(yīng)：結(jié)合反應(yīng)（主要的結(jié)合物為UDP葡萄糖醛酸，UDPGA）酶：UDP-葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶產(chǎn)物：主要為雙葡萄糖醛酸膽紅素，另有少量單葡萄糖醛酸膽紅素、硫酸膽紅素，統(tǒng)稱為結(jié)合膽紅素膽紅素葡糖醛酸一酯

+UDP-葡糖醛酸UDP-葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶膽紅素葡糖醛酸二酯

+UDP

膽紅素

+UDP-葡糖醛酸膽紅素葡糖醛酸一酯

+UDPUDP-葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶

葡糖醛酸膽紅素的生成

膽紅素葡糖醛酸二酯的結(jié)構(gòu)＊排泄結(jié)合膽紅素從肝細(xì)胞毛細(xì)膽管排泄入膽汁中，再隨膽汁排入腸道。三、膽紅素在腸道中的變化和膽色素的腸肝循環(huán)

結(jié)合膽紅素膽素原腸菌葡萄糖醛酸還原膽素氧化＊過程﹡膽素原：中膽素原，糞膽素原，d-尿膽素原﹡膽素：i-尿膽素，糞膽素，d-尿膽素游離膽紅素膽素原與膽素的生成反應(yīng)＊膽素原的腸肝循環(huán)腸道中有少量的膽素原可被腸粘膜細(xì)胞重吸收，經(jīng)門靜脈入肝，其中大部分再隨膽汁排入腸道，形成膽素原的腸肝循環(huán)(bilinogenenterohepaticcirculation)。膽紅素的形成與膽素原的腸肝循環(huán)四、血清膽紅素與黃疸結(jié)合膽紅素：與葡萄糖醛酸結(jié)合的膽紅素稱為結(jié)合膽紅素，又稱直接膽紅素。游離膽紅素：未與葡萄糖醛酸結(jié)合的膽紅素稱為游離膽紅素，又稱間接膽紅素。＊兩種膽紅素＊正常血清膽紅素濃度1～16mol/l(0.1～1mg/dl)4/5為游離膽紅素，其余為結(jié)合膽紅素

項目

游離膽紅素

結(jié)合膽紅素別名間接膽紅素血膽紅素直接膽紅素肝膽紅素與葡萄糖醛酸結(jié)合未結(jié)合

結(jié)合與重氮試劑反應(yīng)慢或間接反應(yīng)迅速直接反應(yīng)水中溶解度小大經(jīng)腎隨尿排出不能能通透細(xì)胞膜對腦的毒性作用大無

兩種膽紅素的區(qū)別黃疸(jaundice)概念高膽紅素血癥黃疸隱形黃疸種類(按血清膽紅素的來源)溶血性黃疸(hemolyticjaundice)肝細(xì)胞性黃疸(hepatocellularjaundice)阻塞性黃疸(obstructivejaundice)由于肝細(xì)胞破壞，其攝取轉(zhuǎn)化和排泄膽紅素能力降低所致。（二）肝細(xì)胞性黃疸(肝原性黃疸)

是由于紅細(xì)胞在單核-吞噬細(xì)胞系統(tǒng)破壞過多，超過肝細(xì)胞的攝取轉(zhuǎn)化和排泄能力，造成血清游離膽紅素濃度過高所致。（一）溶血性黃疸

(肝前性黃疸)

各種原因引起的膽汁排泄通道受阻，使膽小管和毛細(xì)血管內(nèi)壓力增大破裂，致使結(jié)合膽紅素逆流入血,造成血清膽紅素升高所致。（三）阻塞性黃疸(肝后性黃疸)

各種黃疸時血、尿、糞中某些指標(biāo)的改變植物血紅蛋白植物Hbs發(fā)現(xiàn)較晚,1939年,Kubo首次描述了豆科植物根瘤中的Hbs,經(jīng)過多年研究,植物Hbs協(xié)助氧擴散、感受氧氣、充當(dāng)末端氧化酶等功能都逐步得到證實,其中植物Hbs對氧氣的高親和力及作為豆科植物共生固氮體系的重要參與者等特性尤其受到關(guān)注。植物Hbs的發(fā)現(xiàn)Kubo首次描述豆科植物根瘤中的Hbs；Virtanen等也在植物中發(fā)現(xiàn)了類似蛋白,并把它定名為豆血紅蛋白leghaemoglobin,Lb在豆科植物根瘤固氮中發(fā)揮吸收并轉(zhuǎn)運O2的作用；Appleby等從一種與根瘤菌共生的非豆科的榆科植物Parasponiaandersonii中分離出植物Hbs,并證實P.andersonii擁有一個編碼共生、非共生Hbs的雙重功能基因；后來,利用P.andersoniiHb的cDNA克隆，Landsmann等在非豆科植物山麻黃中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)序列,并證實了植物Hbs在山麻黃中也有表達。單子葉植物大麥及其他禾本科植物如玉米、小麥、黑麥、水稻中也存在植物Hbs。此外,在海藻衣滴蟲中也發(fā)現(xiàn)植物Hbs。最近研究發(fā)現(xiàn),擬南芥中存在一種Hb,與在細(xì)菌、原生動物和海藻中發(fā)現(xiàn)的整切Hbs相似。已在二十幾種植物中發(fā)現(xiàn)了30多種植物Hbs。這些發(fā)現(xiàn)表明植物Hbs在植物中廣泛存在,而并非僅限于豆科植物,并可能具有共生固氮以外的功能。植物Hbs的種類共生Hbs(symbiotichaemoglobins,sHbs)非共生Hbs(nonsymbiotichaemoglobins,nsHbs)整切Hbs(truncatedhaemoglobins,trHbs)。共生HbssHbs是最廣為人知的一類植物Hbs,它主要存在于共生固氮的豆科植物根瘤中,是一種由脫輔基蛋白和血紅素輔基組成的復(fù)合蛋白,其性質(zhì)與動物Hbs類似,具高度的氧親和性和快速的氧周轉(zhuǎn)率,該蛋白質(zhì)在根瘤菌入侵根部形成根瘤時表達。非共生HbsnsHbs不涉及共生固氮,可以在具共生能力的植物、單子葉及雙子葉植物的種子、根、莖中表達。nsHbs又分為兩類,nsHbsI和nsHbsII。nsHbsI在低氧脅迫或某些營養(yǎng)抑制條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生,也稱脅迫誘導(dǎo)Hbs(stressinducedhaemoglobins)。nsHbsI在單子葉及雙子葉植物的愈傷組織、細(xì)胞懸浮液、種子、根、莖等部位均可表達,一般含量很低(1~20mmol/g·FW)。低氧、呼吸鏈抑制劑(氰化物、二硝基苯、寡霉素等)等多種情況均可影響nsHbsI的表達。nsHbsII不存在于雙子葉植物中,它主要在成熟的開花植物的根、葉、花中表達,可以被冷脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生。整切HbstrHbs是最近才發(fā)現(xiàn)的一種Hbs,在細(xì)菌、真菌及植物界普遍存在,研究表明,trHbs的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比其他Hbs少20~40個氨基酸殘基,具有一疏水的通道系統(tǒng)以利于一些配基分子(如O2、NO、CO和氰化物)與血紅素穩(wěn)定結(jié)合,可能與NO代謝有關(guān)。植物Hbs的基本功能sHbs的功能主要是能與O2可逆結(jié)合形成氧合血紅蛋白,起到“捕獲”或“釋放”O(jiān)2的作用。sHbs作為氧的“緩沖泵”,既降低了游離氧的分壓,保持了固氮活性,又源源不斷的供應(yīng)氧化磷酸化所需要的氧,保證了固氮中能量的需求。nsHbs的功能與sHbs的功能有類似之處,可能作為氧的載體；nsHbs還可能作為氧的感受器,參與生物體內(nèi)低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；nsHbs還可能作為末端氧化酶來參與細(xì)胞代謝；植物Hbs與NO存在著某種關(guān)系在動物中已發(fā)現(xiàn)Hbs可通過脫氧或S-亞硝基化反應(yīng)來調(diào)節(jié)NO的活性。在植物中通過分析電子順磁共振(EPR)光譜得知,在缺氧脅迫下玉米細(xì)胞和紫花苜蓿根的培養(yǎng)系中,存在NO/Hb復(fù)合體,該復(fù)合物的信號在有氧體系中不明顯。利用EPR技術(shù),通過對野生型和nsHbsI基因過量表達型細(xì)胞的比較研究發(fā)現(xiàn),在開始24h的缺氧處理中,nsHbsI基因被抑制表達細(xì)胞中NO的產(chǎn)生量最高。植物中的NO及其生物功能NO是一種快速擴散并可透過細(xì)胞膜的自由基性質(zhì)的氣體,NO及其氧化形式是細(xì)胞內(nèi)及胞間的信號分子,在植物生長發(fā)育、抵抗病害及脅迫響應(yīng)等生理過程中發(fā)揮著重要作用。在根中,NO在植物生長素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮作用,影響根的器官建成,還可能影響植物根中通氣組織的結(jié)構(gòu);在葉中,NO調(diào)節(jié)ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉,并調(diào)節(jié)葉片的伸展速率;NO還可作為控制開花時間的重要信號,并可以為花粉管的伸長方向定位；當(dāng)植物受到鹽害、干旱、高溫、寒冷、紫外光脅迫、缺氧等非生物脅迫時,體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),低濃度的NO通過各種方式與ROS作用,發(fā)揮抗氧化作用,減輕ROS對植物的毒害。在病理及非病理的植物-微生物相互作用的生物脅迫下,NO的產(chǎn)生與系統(tǒng)獲得性抗性(systemicacquiredresistance,SAR)或過敏反應(yīng)hypersensitiveresponse,HR)有關(guān)。最近發(fā)現(xiàn),除互利的植物-微生物(相互作用如豆科植物百脈根與其共生根瘤菌Mesorhizobiumloti)外,在植物對食草類昆蟲的反應(yīng)中也會有NO的產(chǎn)生。植物Hbs對NO的調(diào)節(jié)nsHbsI對持續(xù)控制NO的積累發(fā)揮作用。NO可較強誘導(dǎo)百脈根的nsHbsI產(chǎn)生，當(dāng)用NO供體處理植物時,nsHbsI在抵抗氮素富集脅迫中發(fā)揮一定的作用,nsHbsI可以提高植物對高氮脅迫的耐受性。Hbs可能與特定根組織中NO的脫毒有關(guān),其機制在于Hbs可能使固氮酶失活,使NO形成后即被降解而不會對根部細(xì)胞產(chǎn)生毒害。缺氧脅迫下植物Hbs對NO的調(diào)節(jié)氧合血紅蛋白(oxyhaemoglobin,HbO2)與NO快速反應(yīng)形成高鐵血紅蛋白(methaemoglobin,MetHb)和NO3-,MetHb(Fe3+)通過依賴于NADH的還原酶(MetHb-R)被還原為Hb(Fe2+)。在長期缺氧條件下,可供植物利