第03章蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)

第三章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能X射線衍射研究證明天然的蛋白質(zhì)分子并不是一條走向隨機(jī)的松散肽鏈，每一種都具有自己特定的空間結(jié)構(gòu)。線性的多肽鏈在空間中折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)通常稱為蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)或分子構(gòu)象。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域

supersecondarystructureStructuredoman肽鏈構(gòu)象肽鍵不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，具有部分雙鍵性質(zhì)。二個(gè)酰胺平面可以在00—+1800范圍內(nèi)變動(dòng)。通過旋轉(zhuǎn)，多肽鏈可以形成各種各樣的折迭方式。

二面角φ角——繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度ψ角——繞Cα-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度二面角可以在00—+1800范圍內(nèi)變動(dòng)。通過二面角的旋轉(zhuǎn)，多肽鏈可以形成各種各樣的折迭方式。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身的折疊和盤繞方式；蛋白質(zhì)主鏈折疊產(chǎn)生的，由氫鍵維系的有規(guī)則的構(gòu)象。不包括與肽鏈其他區(qū)段的相互關(guān)系及側(cè)鏈構(gòu)象。二級結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)象1．α螺旋結(jié)構(gòu)2．β折疊3．無規(guī)卷曲

節(jié)首returnα螺旋和b-折疊

早在1951年，Pauling和Corey根據(jù)對一些簡單化合物，例如氨基酸、二肽以及三肽的X-射線晶體圖的研究數(shù)據(jù)，提出了兩個(gè)周期性的多肽結(jié)構(gòu)：a-螺旋（a-helix）和b-折疊（b-sheet）結(jié)構(gòu)，它們是許多纖維蛋白和球蛋白的主要的二級結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)

左右手螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)表示法SN多肽鏈主鏈的螺旋結(jié)構(gòu)中以α螺旋（也稱3.613螺旋）結(jié)構(gòu)最為常見。節(jié)首A．多肽鏈的主鏈圍繞一個(gè)“中心軸”螺旋上升，每隔3.6個(gè)AA上升一圈，螺距0.54nm，每個(gè)肽基的C＝O與前面第4個(gè)肽基的N-H之間成氫鍵（13元環(huán)），α-螺旋也稱3.613-螺旋。B．螺圈間氫鍵的取向與中心軸平行，是維系α-螺旋的主要作用力。C．R側(cè)鏈在螺旋的外側(cè)D.

蛋白質(zhì)分子多為右手-螺旋。-螺旋β-折疊對于β-類纖維蛋白，Pauling和Corey提出了β-折疊結(jié)構(gòu)，是一種由伸展的多肽鏈（稱之β鏈）組成的二級結(jié)構(gòu)。在a-螺旋中，每一個(gè)氨基酸殘基繞軸上升0.15nm，但在β-構(gòu)象中，每個(gè)殘基大約占0.32～0.34nm，羰基氧和酰胺氫之間的氫鍵起著穩(wěn)定β-折疊結(jié)構(gòu)的作用。β折疊立體示意圖-折疊的結(jié)構(gòu)特征A.是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列為折疊片，肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊。

-sheet2、-折疊B．相鄰肽鏈上的-CO-與-NH形成氫鍵，氫鍵幾乎垂直于肽鏈，維持片層間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。C．肽鏈的R側(cè)鏈基團(tuán)在肽平面上、下交替出現(xiàn)。D．折疊片分平行式、反平行式兩類，反平行更穩(wěn)定。β折疊結(jié)構(gòu)節(jié)首returnβ-折疊又分為平行式（所有肽鏈的N端都在同一方向）和反平行式（肽鏈N端一反一正）。轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)通常負(fù)責(zé)各種二級結(jié)構(gòu)單元之間的連接作用，它對于確定肽鏈的走向起著決定性的作用。β轉(zhuǎn)角γ轉(zhuǎn)角節(jié)首return轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)β轉(zhuǎn)角節(jié)首return轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)γ轉(zhuǎn)角β突起

β突起是在β折疊的2個(gè)相鄰的氫鍵中多出一個(gè)氨基酸殘基，形成一個(gè)突起，干擾其氫鍵配對。3.無規(guī)卷曲（randomcoil，自由回轉(zhuǎn)）指不能納入明確的二級結(jié)構(gòu)的多肽區(qū)段。雖然這些區(qū)段存在少數(shù)柔性的無序區(qū)段，但往往既不是卷曲，也非無規(guī)。無規(guī)卷曲多肽鏈主鏈不規(guī)則隨機(jī)盤曲形成的構(gòu)象。無規(guī)卷曲與生物活性有關(guān)，對外界理化因子極為敏感。節(jié)首return各類氨基酸與蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)關(guān)系return節(jié)首第三節(jié)纖維狀蛋白質(zhì)

細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì)角蛋白Keratin-角蛋白主要由-螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成。右手α-螺旋纏繞成原纖維，再形成電纜式結(jié)構(gòu)－微原纖維，成百根微原纖維結(jié)合成的纖維束結(jié)構(gòu)。

角蛋白的二硫鍵與燙發(fā)

-角蛋白富含半胱氨酸，使得相鄰的多肽鏈多以二硫鍵交聯(lián)，燙發(fā)是一項(xiàng)生物化學(xué)工程，燙發(fā)劑（還原劑）打開-S-S-，固定液（氧化劑）使形成新的-S-S-（不與處理前的相同），新的二硫交聯(lián)鍵，使α-螺旋束發(fā)生扭曲。人的頭發(fā)每年以15至20cm的速度生長，頭發(fā)主要是α角蛋白纖維，是在表皮細(xì)胞的里面合成和組裝成"繩子"。α角蛋白的基本結(jié)構(gòu)單元是α-螺旋。如果α-螺旋的生物合成是頭發(fā)生長的限速因素，計(jì)算α-螺旋鏈的肽鍵以什么樣的速度（每秒鐘）合成才能解釋頭發(fā)每年的生長長度？

答：每秒鐘大約需合成43個(gè)肽鍵。（要考慮到α-螺旋的每一圈含有3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm）絲心蛋白（-角蛋白）絲心蛋白這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。由反向-折疊片以平行等結(jié)構(gòu)堆積而成絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲蛋白多個(gè)六肽單元重復(fù)而成：-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-絲蛋白含有少量的酪氨酸和纈氨酸，使得-折疊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)中斷。降低絲蛋白的彈性，增加了伸展性。機(jī)械性能由蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定。三股螺旋

膠原纖維中原膠原蛋白分子的排列羊毛衫等羊毛制品在熱水中洗后在電干燥器內(nèi)干燥，則收縮。但絲制品進(jìn)行同樣處理，卻不收縮。如何解釋這兩種現(xiàn)象?答:羊毛纖維多肽鏈的主要結(jié)構(gòu)單位是連續(xù)的α-螺旋圈，其螺距為5.4A。當(dāng)處于熱水（或蒸汽）環(huán)境下，使纖維伸展為具有β-折疊構(gòu)象的多肽鏈。在β-折疊構(gòu)象中相鄰R基團(tuán)之間的距離是7.0A。當(dāng)干燥后，多肽鏈重新由β折疊轉(zhuǎn)化為α螺旋構(gòu)象，所以羊毛收縮了。而絲制品中的主要成分是絲心蛋白，它主要是由呈現(xiàn)β折疊構(gòu)象的多肽鏈組成的，絲中的β-折疊含有一些小的、包裝緊密的氨基酸側(cè)鏈，所以比羊毛中的α-螺旋更穩(wěn)定，水洗和干燥其構(gòu)象基本不變第四節(jié)、球狀蛋白質(zhì)和三級結(jié)構(gòu)

——肽鏈非幾何形的進(jìn)一步折疊

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團(tuán)相互作用在空間進(jìn)一步盤繞、折疊形成的特定構(gòu)象，包括主鏈和側(cè)鏈在內(nèi)所有原子的空間排布，但不包括不同肽鏈間的相互關(guān)系。

下面以鯨肌紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，1963年Kendrew等通過鯨肌紅蛋白的x-射線衍射分析，測得了它的空間結(jié)構(gòu)。肌紅蛋白是由肌紅蛋白和血紅素輔基組成。肌紅蛋白是由一條含153個(gè)氨基酸殘基的多肽鏈折疊盤繞成近似球狀的構(gòu)象。主鏈的80%左右是右手螺旋，其余為無規(guī)卷曲，一條多肽鏈共有8個(gè)螺旋區(qū)（A、B、C、D、E、F、G、H），7個(gè)非螺旋區(qū)（二個(gè)在末端，中間有五個(gè)）氨基酸殘基的親水基團(tuán)幾乎全部分布在分子的表面，而疏水基團(tuán)幾乎全部在分子的內(nèi)部。血紅素輔基垂直地伸出分子表面，通過一個(gè)His殘基和分子內(nèi)部相連。血紅素中的鐵原子是氧結(jié)合部位。無氧的肌紅蛋白稱之脫氧肌紅蛋白，而載氧的分子稱之氧合肌紅蛋白。血紅素輔基血紅素輔基處于一個(gè)由蛋白部分形成的疏水的、象個(gè)籠子似的疏水空穴內(nèi)，以非共價(jià)鍵結(jié)合于肌紅蛋白的疏水空穴內(nèi)。血紅素中的鐵原子（二價(jià)鐵）是氧結(jié)合部位，為空間位阻區(qū)域，鐵并不被氧化為三價(jià)鐵，只有亞鐵態(tài)的肌紅蛋白才能結(jié)合氧。肌紅蛋白的三個(gè)作用：固定血紅素保護(hù)血紅素的鐵免遭氧化為氧提供一個(gè)適合的結(jié)合部位。在一級結(jié)構(gòu)上離得遠(yuǎn)的氨基酸殘基在三級結(jié)構(gòu)中可以靠的很近，它們的側(cè)鏈可以發(fā)生相互作用。二級結(jié)構(gòu)是靠氫鍵維持穩(wěn)定的，三級結(jié)構(gòu)主要是靠氨基酸殘基側(cè)鏈之間的非共價(jià)相互作用（主要是疏水作用）維持穩(wěn)定的，此外二硫鍵也是穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的力。氨基酸殘基的親水基團(tuán)幾乎全部分布在分子的表面，而疏水基團(tuán)幾乎全部在分子的內(nèi)部。球狀蛋白質(zhì)的表面往往有內(nèi)陷的空穴，空穴周圍有許多疏水側(cè)鏈，是疏水區(qū)，這空穴往往是酶的活性部位或蛋白質(zhì)的功能部位。臨近活性部位的區(qū)域密度比平均值低得多，這意味著該區(qū)域具有交大的空間可塑性，使得該部位的結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)有較大的活動(dòng)范圍三級結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)超二級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)分子中若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)元件彼此相互作用而形成的有規(guī)則的組合方式或二級結(jié)構(gòu)串，稱為超二級結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)折疊單位或折疊花式。

ααβαβββ

希臘鑰匙

結(jié)構(gòu)域是1970年Edelman提出的，它是指在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈往往形成幾個(gè)緊密的球狀構(gòu)象，彼此分開，以松散的肽鏈相連，此球狀構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。

最常見的結(jié)構(gòu)域約含100～200個(gè)氨基酸殘基，少至40個(gè)左右，多至400個(gè)以上。對那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)域的。

結(jié)構(gòu)域有時(shí)也稱功能域，功能域是指有功能的部分。功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域組成。

從動(dòng)力學(xué)的角度耒看，一條長的多肽鏈先折疊成幾個(gè)相對獨(dú)立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比直接折疊成三級結(jié)構(gòu)更合理。

從功能的角度耒看，蛋白的活性中心往往位于結(jié)構(gòu)域之間，因?yàn)檫B接各個(gè)結(jié)構(gòu)域的常常是一條松散的肽鏈，使結(jié)構(gòu)域在空間上擺動(dòng)比較自由，容易形成適合底物結(jié)合的空間。結(jié)構(gòu)域的出現(xiàn)并非偶然

結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合。第五節(jié)四級結(jié)構(gòu)－亞基之間的相互關(guān)系

蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(QuaternaryStructure)：由兩條或兩條以上的各具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈借非共價(jià)鍵聚合而成的特定構(gòu)象稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子中最小的共價(jià)單位通常稱為亞基或亞單位Subunit，一般由一條肽鏈構(gòu)成。維持亞基之間的化學(xué)鍵主要是非共價(jià)鍵。多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常稱為寡聚蛋白。一般來說亞基不具有生物活性，即使有也很小，只有當(dāng)這些亞基聚合成一個(gè)完整的蛋白質(zhì)分子后，才具有生物活性。

四級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型—對稱排列血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性1、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，蛋白質(zhì)的表面積與體積之比降低2、提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率，特別是同多聚體蛋白質(zhì)3、使催化基團(tuán)匯集在一起，大大提高催化效率4、具有協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)，調(diào)節(jié)生物活性蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級鍵

一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→亞基→四級結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵:肽鍵、二硫鍵。是生物大分子分子之間最強(qiáng)的作用力，二硫鍵對三維結(jié)構(gòu)的形成起重要的作用。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要為非共價(jià)鍵（次級鍵）。包括氫鍵、范德華力、疏水作用和鹽鍵（離子鍵）；非共價(jià)鍵1、離子鍵

鹽鍵－離子鍵、靜電引力正負(fù)帶電基團(tuán)之間的吸引力如NH4+、COO－

2、范德華力

范德華力為偶極子和偶極子之間的微弱引力，往往由原子團(tuán)相互接近誘導(dǎo)所致。原子間的距離相互靠近到大約0.4～0.6nm(4～6A)時(shí)，這種力就表現(xiàn)出較大的集合性質(zhì)。這是一種普遍存在的作用力，是一個(gè)原子的原子核吸引另一個(gè)原子外圍電子所產(chǎn)生的作用力。它是一種比較弱的、非特異性的作用力。3、氫鍵

穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要作用力氫鍵是由兩個(gè)負(fù)電性原子對氫原子的靜電引力所形成，氫鍵的鍵能比共價(jià)鍵弱，比范德華力強(qiáng)。氫鍵在蛋白質(zhì)中產(chǎn)生于主鏈上羰基氧和酰胺氫之間，也可以主鏈與側(cè)鏈，側(cè)鏈與側(cè)鏈，主或側(cè)鏈與介質(zhì)之間的氫鍵。4、疏水作用

疏水作用是疏水基團(tuán)避開水相而相互聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。是穩(wěn)定蛋白質(zhì)三、四級結(jié)構(gòu)的主要作用力。高分子的蛋白質(zhì)可形成分子內(nèi)疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，穩(wěn)定蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。

兩個(gè)硫原子之間形成的共價(jià)鍵，此鍵作用很強(qiáng)，可把不同肽鏈或同一條肽鏈的不同部分連在一起。對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象起重要作用。5．二硫鍵（共價(jià)）維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、二硫鍵、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力

d范德華力e二硫鍵

天然蛋白質(zhì)受各種不同理化因素的影響、氫鍵、疏水鍵等次級鍵維系的高級結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致生物學(xué)，理化性質(zhì)的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性作用。

三、蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性變性因素是熱、紫外光、激烈的攪拌以及強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等。變性:蛋白質(zhì)分子從原來有序的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的松散結(jié)構(gòu)，溶解度↓粘度↑，等電點(diǎn)改變，生物活性降低或喪失（酶），易被蛋白酶水解。2.變性的可逆性

實(shí)驗(yàn)表明正確的二硫鍵只有當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)折疊成它的天然構(gòu)象后才能形成。核糖核酸酶是由124個(gè)氨基酸組成的一條多肽鏈，含有四對二硫鍵，空間構(gòu)象為球狀分子。將天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-巰基乙醇處理，則分子內(nèi)的四對二硫鍵斷裂，分子變成一條松散的肽鏈，此時(shí)酶活性完全喪失。但用透析法除去β-巰基乙醇和脲后，此酶經(jīng)氧化又自發(fā)地折疊成原有的天然構(gòu)象，同時(shí)酶活性又恢復(fù)。如果向含有拼湊的不正確二硫鍵的失活形式的蛋白質(zhì)溶液中加入少量的還原劑，然后緩慢加熱，也可以復(fù)性。四、蛋白質(zhì)折疊途徑多肽鏈主鏈在熵驅(qū)動(dòng)下折疊成α-螺旋、β-折疊（H鍵）等二級結(jié)構(gòu)，一級序列上相鄰的二級結(jié)構(gòu)彼此靠近形成超二級結(jié)構(gòu)（疏水），由超二級結(jié)構(gòu)進(jìn)一步裝配成獨(dú)立的球狀實(shí)體—結(jié)構(gòu)域或三級結(jié)構(gòu)（單結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)），再由兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域裝配成緊密的球狀或橢球狀三級結(jié)構(gòu)，三級結(jié)構(gòu)的亞基締合成四級結(jié)構(gòu)多聚體。分子伴侶★1978年Laskey等發(fā)現(xiàn)；★1987年Ellis提出普遍意義分子伴侶；★1993年Ellis對分子伴侶做了更為確切的定義：分子伴侶是一類能幫助其他含多肽結(jié)構(gòu)的物質(zhì)（蛋白）在體內(nèi)進(jìn)行正確的非共價(jià)的組裝（折疊）的蛋白。分子伴侶的作用是防止新生肽鏈的錯(cuò)誤折疊和聚集，而自身并不成為其最后結(jié)構(gòu)的一部分分子伴侶在蛋白質(zhì)折疊中的作用★約10%～20%新合成的多肽鏈需要分子伴侶的幫助才能正確折疊；★此外，約有20%新合成的多肽鏈不能形成正確的三維結(jié)構(gòu)而被蛋白酶降解。分子伴侶在蛋白質(zhì)復(fù)性中的應(yīng)用★在基因重組技術(shù)中，以大腸桿菌為宿主細(xì)胞的外源基因表達(dá)產(chǎn)物往往因環(huán)境不利而在體內(nèi)形成無活性的蛋白聚集體。欲使這些無活性蛋白變成有活性蛋白的過程稱為蛋白質(zhì)復(fù)性?！锏鞍讖?fù)性的方法很多，如利用聚乙二醇、反膠團(tuán)萃取等。分子伴侶的實(shí)際應(yīng)用★分子伴侶GroEL相當(dāng)于無活性蛋白的親合配基；★利用固定化小分子伴侶對體外無活性蛋白進(jìn)行復(fù)性；★利用人工合成分子伴侶。★盡管固定化分子伴侶、固定化小分子伴侶以及人工合成分子伴侶為蛋白質(zhì)復(fù)性的應(yīng)用性研究奠定了一定的基礎(chǔ)，但是要開發(fā)出可進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)模的復(fù)性系統(tǒng)，還需進(jìn)一步的努力。了解三維結(jié)構(gòu)是理解蛋白質(zhì)如何行使功能的基礎(chǔ)，而這種三維結(jié)構(gòu)則取決于一級結(jié)構(gòu)—AA序列。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。第六節(jié)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系鐮刀狀細(xì)胞貧血病;蛋白質(zhì)中AA序列在決定它的三維結(jié)構(gòu)及其生物功能。血紅蛋白(-鏈）HbAVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-HbSVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-

鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白可形成纖維狀沉淀，在缺氧時(shí)，病人細(xì)胞呈鐮刀狀，輸氧能力下降，引起貧血。同種蛋白質(zhì)中AA順序的個(gè)體差異和分子病肌紅蛋白與血紅蛋白章首

血紅蛋白和肌紅蛋白都能結(jié)合氧，而且氧都是結(jié)合在分子中的血紅素輔基上。然而血紅蛋白是個(gè)四聚體分子，可以轉(zhuǎn)運(yùn)氧；肌紅蛋白是個(gè)單體，可以貯存氧，并且可以使氧在肌肉內(nèi)很容易地?cái)U(kuò)散。肌紅蛋白和血紅蛋白的生理功能依賴于血紅素輔基可逆地結(jié)合氧，結(jié)合氧的情況可以通過氧合曲線看出血紅蛋白血紅蛋白是一個(gè)由兩個(gè)a亞基和兩個(gè)b亞基兩種類型亞基組成的四聚體。a和b都很類似于肌紅蛋白，只是肽鏈稍微短一點(diǎn)。a和b隔著一個(gè)空腔彼此相向。(如右圖所示)

無論是a還是b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ab的二聚體，因?yàn)閍和b相互作用比a與a，b和b之間的相互作用強(qiáng)得多。肌紅蛋白與血紅蛋白的氧合曲線一個(gè)肌紅蛋白分子只能結(jié)合一分子氧，而血紅蛋白卻可以結(jié)合四分子氧。在同樣的條件下，肌紅蛋白的pO2比血紅蛋白的pO2低得多，反映了肌紅蛋白對氧的高親和性。S型曲線表明當(dāng)?shù)谝粋€(gè)分子氧結(jié)合血紅蛋白時(shí)并不有利，可是一旦發(fā)生結(jié)合，就使得其它的氧分子更容易與余下的3個(gè)血紅素結(jié)合。結(jié)合每一氧分子都會(huì)使血紅蛋白對氧的親和性增加，這種互相作用的結(jié)合現(xiàn)象稱之結(jié)合的正協(xié)同性（positivecooperativity）。同樣當(dāng)從飽和的氧合血紅蛋白失去一個(gè)氧分子后，也會(huì)使其余的血紅素對氧的親和性降低。肌紅蛋白和血紅蛋白的生理作用直接與它們在低氧壓下對氧的相對親和性有關(guān)。當(dāng)在高氧壓情況下，肌紅蛋白和血紅蛋白對氧的親和性很高，兩者幾乎都被飽和了。然而當(dāng)處于較低的氧壓時(shí)，肌紅蛋白對氧的親

和性明顯要比血紅蛋白對氧的親和性高得多。在肌肉等組織的毛細(xì)管內(nèi)，由于氧壓低，血紅蛋白對氧的親和性低，所以紅細(xì)胞中血紅蛋白載有的很多氧被釋放出來，釋放出來的氧都可被肌肉中的肌紅蛋白結(jié)合。肌紅蛋白和血紅蛋白對氧親和性的差異形成了一個(gè)有效的將氧從肺轉(zhuǎn)運(yùn)到肌肉的氧轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。氧合血紅蛋白的另外調(diào)節(jié)作用涉及到二氧化碳和質(zhì)子。在本世紀(jì)初，Bohr觀察到CO2、pH能降低血紅蛋白對氧的親和性。CO2濃度的增加以及相應(yīng)的pH降低使得血紅蛋白的氧壓升高，這一現(xiàn)象稱之波耳效應(yīng)。在肺部，CO2水平低，氧很容易被血紅蛋白占有，同時(shí)釋放出質(zhì)子；而在代謝的組織中，CO2水平相對來說比較高，pH較低，O2容易從氧合血紅蛋白卸載。H+和CO2促進(jìn)O2的釋放—Bohr效應(yīng)氧飽和度

解釋向休克病人靜脈注射碳酸氫根的生理學(xué)依據(jù)。

答：休克病人組織中嚴(yán)重缺乏氧氣供應(yīng)，碳酸鹽靜脈給藥為組織提供了一種CO2的來源，通過降低血紅蛋白對氧氣的親和力，CO2促使氧合血紅蛋白向組織中釋放氧氣

血液中有一物質(zhì)BPG（2，3-二磷酸甘油酸）是血紅蛋白的一個(gè)重要的別構(gòu)效應(yīng)物，BPG與血紅蛋白的結(jié)合可降低血紅蛋白與O2的親和力。高原適應(yīng)代償性變化：血液中BPG↑，BPG濃度水平的調(diào)節(jié)對肺中O2的結(jié)合影響不大，但增加了組織中O2的釋放。BPG對血紅蛋白結(jié)合氧的影響氧飽和度下列變化對肌紅蛋白和血紅蛋白的氧親和性有什么影響？（a）血液中的pH由7.4下降到7.2。（b）肺部CO2分壓由6kPa（屏息）減少到2kPa（正常）。（c）BPG水平由5mM（平原）增加到8mM（高原）。答：對肌紅蛋白氧親和性的影響：（a）沒有影響（b）沒有影響（c）沒有影響對血紅蛋白氧親和性的影響：（a）降低（b）增加（c）降低

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。其能力是O2的200倍，人體吸入少量的CO即可完全抑制血紅蛋白與O2的結(jié)合，造成缺氧死亡。急救法是盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含O2的環(huán)境中，使與血紅素結(jié)合的CO被O2置換出來。

七、蛋白質(zhì)的分類（1）依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類按按照蛋白質(zhì)的外形可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。球球狀蛋白質(zhì)：globularprotein外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。纖纖維狀蛋白質(zhì)：fibrousprotein分子類似纖維或細(xì)棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)。（2）依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類按按照蛋白質(zhì)的組成，可以分為簡簡單蛋白(simpleprotein)結(jié)結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)。簡單蛋白又也稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。清蛋白和球蛋白：albuminandglobulin廣泛存在于動(dòng)物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70－80％乙醇中。精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。2.結(jié)合蛋白質(zhì)：除含有氨基酸外，還含有糖、脂肪、核酸、磷酸以及色素等非蛋白成分，稱結(jié)合蛋白質(zhì)（綴合蛋白質(zhì)）蛋白部分非蛋白部分結(jié)合蛋白由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成，色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。糖糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。脂脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。如血清-，-脂蛋白等。核核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。八.蛋白質(zhì)的性質(zhì)1．蛋白質(zhì)分子的大小蛋白質(zhì)相對分子量很大，6000～1071.根據(jù)化學(xué)組成測定最低相對分子量；測定蛋白質(zhì)中某一特殊元素的含量計(jì)算最低分子量。設(shè)蛋白分子中含一個(gè)被測元素?；瘜W(xué)組成法測得的最低分子質(zhì)量要和別的理化學(xué)方法配合使用。

2．用理化方法測蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量超離心與凝膠過濾，SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳。蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的測定2．膠體性質(zhì)1）膠體性質(zhì)－蛋白質(zhì)溶液是親水膠體蛋白質(zhì)分子直徑2～20nm，膠體溶液質(zhì)點(diǎn)大小1～100nm，布朗運(yùn)動(dòng)，丁達(dá)爾現(xiàn)象，不透過半透膜等特性。2）滲析－蛋白質(zhì)的滲析和超濾行為利用不通過半透膜的性質(zhì)，可將蛋白質(zhì)和一些小分子物質(zhì)分開，超濾可加快小分子透過的速度。

在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同。在等電點(diǎn)偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場中向正極移動(dòng)；在等電點(diǎn)偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場中向負(fù)極移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。3．兩性解離與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)除了末端的-NH2、-COOH，還有酸、堿性AA帶入的基團(tuán)，蛋白質(zhì)也是兩性電解質(zhì)，蛋白質(zhì)可解離基團(tuán)主要指側(cè)鏈基團(tuán)，其解離情況比氨基酸復(fù)雜。等電點(diǎn)：在某一pH值時(shí)，某蛋白質(zhì)所帶正、負(fù)電荷恰好相等（凈電荷為零）這一pH值稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)pI，蛋白質(zhì)在電場中不移動(dòng)。等離子點(diǎn)：在不含任何鹽的純水中測定蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，所得pI等于等離子點(diǎn)。一般pI并不等于等離子點(diǎn)。4沉淀作用1）蛋白質(zhì)溶液－親水膠體的穩(wěn)定因素：水化層：親水基團(tuán)與水分子結(jié)合形成的水膜，它使Pr顆粒不易聚集。帶電層：在一定的pH環(huán)境下，帶相同的電荷，使Pr顆粒相斥。任何破壞水化層和帶電層的因素都能使Pr分子聚集而沉淀。2）沉淀方法－鹽析、有機(jī)溶劑鹽析－這種在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽，使Pr沉淀析出的作用稱鹽析。作用是破壞電荷，爭奪水化層。常用（NH4）SO4優(yōu)點(diǎn)：不引起蛋白質(zhì)變性，不同蛋白質(zhì)鹽析時(shí)所需的鹽濃度不同，可用于分段鹽析。