王镜岩-生物化学-第6章蛋白质结构与功能的关系.ppt

第6章蛋白质结构与功能的关系
一、肌红蛋白的结构与功能
二、血红蛋白的结构与功能
三、血红蛋白分子病
四、免疫系统和免疫球蛋白
五、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩
六、蛋白质的结构与功能进化
(The relation between structure and function of proteins)
一、肌红蛋白的结构与功能
肌红蛋白
肌红蛋白(myoglobin,Mb)主要存在于肌肉中,是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白由一条多肽链和一个辅基血红素(heme)构成,相对分子量16700,含153个氨基酸残基。除去血红素后仅剩下的肽链部分称为珠蛋白(globin),它和血红蛋白的α、β亚基有明显的同源性,它们的构象和功能也极为相似。血红素非共价地结合在珠蛋白的疏水空穴中。
肌红蛋白的结构
myoglobin
辅基血红素
血红素由原卟啉Ⅸ(protoporphyrin Ⅸ)中间结合一个Fe原子构成,原卟啉Ⅸ是由4个吡咯环通过甲叉桥连接而成的扁平环状化合物。卟啉环中央结合Fe原子,Fe原子通常是八面体配位,应该有6个配位键,其中4个配位键与4个吡咯环的N原子相连,另两个配位键分布在卟啉环的上下。Fe原子可以是二价的或三价的,相应的血红素称为[亚铁]血红素(ferroheme,heme)和高铁血红素(ferriheme,hematin),相应的肌红蛋白称为[亚铁]肌红蛋白(ferromyoglobin)和高铁肌红蛋白(ferrimyoglobin,metmyoglobin)。
肌红蛋白的辅基血红素
heme
protoporphyrin Ⅸ
O2与肌红蛋白的结合
血红素中的铁的第5个配位键与珠蛋白的第93(或F8)位His残基的咪唑基N结合,这个His称为近侧His,而O2与Fe的第6个配位键结合。在肌红蛋白没有结合O2时,这个部位是空的。高铁肌红蛋白不能与O2结合,H2O分子代替O2成为第6个配体。
在血红素结合O2的一侧,还有一个His残基,即第64(或E7)位His残基,称为远侧His。由于这个远侧His的存在,使得O2的结合受到空间位阻。在氧合肌红蛋白中, O2的两个原子与Fe不成一条直线,而是倾斜了30°。
氧合肌红蛋白中血红素铁离子的6个配体
近侧His
远侧His
CO的毒性作用
第6个配位位置的空间位阻很重要。游离在溶液中的铁卟啉结合CO的能力比结合O2强25000倍,但在肌红蛋白中,血红素对CO的亲和力仅比对O2的亲和力大250倍。肌红蛋白(还有血红蛋白)降低对CO的亲和力,可以有效地防止代谢过程中产生的少量CO占据它们的O2结合部位。尽管如此,%~%即有中毒的危险,%则会导致死亡。