表 不同哺乳动物的胰岛素分子中的氨基酸差异
例2 细胞色素C（cytC）
广泛存在于需氧生物细胞的线粒体中，是一种 与血红素辅基相结合的单链蛋白质，在生物氧 化中起重要作用。
亲缘关系越近cytC组成和结构的相似性越大， 从而为生物的进化提供了证据。
与功能密切相关的氨基酸序列是不变的。
表 不同生物与人的细胞色素c相比较的氨基酸差异数目
第6章 蛋白质结构与功能的关系
蛋白质的生物功能是以其化学组成和结构为 基础的。
蛋白质的空间构象取决于其一级结构和周围 环境。
（一）蛋白质一级结构与功能的关系
1.种属差异 不同有机体中执行同一功能的蛋白质的氨基 酸排列顺序存在十分明显的种属差异。
例1 胰岛素
来自哺乳动物、鸟类和鱼类的胰岛素一级结构 都是由51个氨基酸组成，但排列顺序有差异。
去氧血红蛋白中各亚基间盐键：8个
去氧血红蛋白中亚基间盐键
*8个盐键有6个处于 不同亚基间。 *6个中4个涉及C-末 端或N-末端残基： 链：两个; 链：两个。 另两个连接两链的 Asp126和Arg141 残基。 *此外，每条链的 AspFG1和HisHC3 间有盐键。
亚基(141AA)，两个是 亚基(146AA) ； 2.4个血红素基，每个亚 基共价结合一个。 每个亚基和亚基在三 级结构上与肌红蛋白 (153AA)极为相似。
血红蛋白的结构（2）
血红蛋白完整的三维结构图
氧结合改变血红蛋白的构象
*去氧血红蛋白每个亚基中Fe(‖) 离子只有5个配体，并位于卟啉 环上方，因此铁卟啉环呈圆顶状。 HisF8与Fe(‖)配位，空间位阻 迫使Fe-N键略倾斜于血红素卟啉 环。 *当与氧结合后， Fe(‖)将被拉 回卟啉环平面，卟啉环变成平面， 同时牵动HisF8，并进而引起F螺 旋和拐弯EF和FG的位移。这些移 动传到亚基界面，引发构象重调， 从面使其它亚基易于和氧结合。
血红素与CO结合
肌红蛋白中血红素与CO亲和力比O2大250倍
整体肌红蛋白氧合图示
二、血红蛋白结构与功能的关系
血红蛋白的主要功能：在血液中结合并转运 氧气。
研究血红蛋白结构与功能的关系：主要是研 究血红蛋白如何与氧分子的结合作用。
血红蛋白的结构（1）
血红蛋白组成： 1. 4个多肽亚基，两个是
（二）蛋白质构象与功能的关系
别构现象（allosteric effect）：蛋白质的构象并不 是固定不变的，当有些蛋白质的表现其生物活性时， 其构象发生改变，从而改变了整个分子的性质，这 种现象就称为别构现象（别构效应、变构效应）。 具有这种现象的蛋白质叫别构蛋白。
主要学习
氧的运转：血红蛋白 氧 (肺）
每种蛋白质分子都具有特定的结构来行使特定的功能，即 使是一级结构个别AA的变化也能引起功能的改变或丧失。
当Glu被Val取代后，由于Glu的侧链是 带负电荷的羧基， Val的侧链是不带电 荷的疏水基，因此这种改变显著降低了 血红蛋白的溶解度，使患者的血红蛋白 分子容易聚集成纤维状血红蛋白，导致 红细胞收缩变形成镰刀状，输氧能力下 降，细胞脆弱易破碎，引起头晕、胸闷 等贫血症状。
1963年，Kendrew
肌红 蛋白 三级
X-射线结晶学分析 的三个阶段：
分辨率0.6nm 多肽主链的折叠 和走向
结构 图示
分辨率0.2nm 可以辨认分子的 侧链基团
分辨率0.14nm 识别所有的氨基 酸
氧的溶解 性差
氧的转运
蛋白质运输， 储存
氨基酸侧链 不适合与氧 可逆结合
血红素辅基
易产生自由基
血红蛋白 （血液循环）
肌红蛋白（组织）(贮存氧)
耗氧的细胞器
肌红蛋白的结构与功能
肌红蛋白的三级结构
1、肌红蛋白是哺 乳动物细胞主要是 肌细胞贮存和分配 氧的蛋白质 2、肌红蛋白由一 条多肽链（称为珠 蛋白）和一个辅基 血红素分子组成， 多肽链主链由8段 螺旋组成：A、B、 C、D、E、F、G、 H；共153个AA
金属，铁
辅基血红素
原卟啉结构示意图和血红素结构及其与Fe2+的结合
卟啉症
（三）氧与肌红蛋白的结合
F8 His的咪唑基
亚铁离子 与氧结合 不被氧化
这由肌红蛋 白内部疏水 环境决定
氧与肌红蛋白结合的整体结构
氢键
肌红蛋白多肽链形成的微环境有三个作用： 固定血红素辅基； 保护血红素铁免遭氧化； 为O2提供一个合适的结合部位。
血红蛋白A和S胰蛋白酶消化液的指纹图谱
滤纸层析电泳双向图谱
HbA H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysCOOH
HbS H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-LysCOOH
正常人的HbA的β链第六位是Glu，而病人（HbS)则被Val 取代（遗传密码由CTT→CAT)。
血红蛋白分子病
贫血病的原因： Hb A H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys COOH Hb S H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys COOH 链 1 2 3 4 5 6 7 8
2、分子病：指某种蛋白质分子一级结构的氨基酸排列 顺序与正常的有所不同引起的的遗传病。
主要差异在A链小环的8、9、10和B链30位氨 基酸残基。这4个氨基酸的改变不影响胰岛素 的功能，但所有来源的胰岛素中二硫键的位置 是固定不变的，说明其对胰岛素的功能十分重 要。
例1 胰岛素
来自哺乳动物、鸟类和鱼类的胰岛素一级结构 都是由51个氨基酸组成，但排列顺序有差异。
主要差异在A链小环的8、9、10和B链30位氨 基酸残基。这4个氨基酸的改变不影响胰岛素 的功能，但所有来源的胰岛素中二硫键的位置 是固定不变的，说明其对胰岛素的功能十分重 要。
与氧结合时血红蛋白的变构过程
血红素中铁原子的变化 高自旋状态
（非氧合，原子半径较大）
低自旋 （氧合，原子半径较小）
电子效应 空间效应
血红蛋白的T态和R态
亚基T态 R态引起的结果
*氧与一个处于T态的血红蛋白亚基结合将引 发构象由T态转变为R态，此时稳定T态的那 些相互作用被断裂，亚基C-末端处于完全 自由旋转状态。链和链的倒数第二位都 是TyrHC2。在去氧血红蛋白中这些Tyr残基 的酚-OH与ValFG5提供的肽C=O形成氢键。 氧合时由于F螺旋移动导致上述氢键断裂， 进而连接亚基的8个盐键断裂。