生化PBL病例211临本2班第二小组1．血红蛋白的ɑ-链和β-维持血红蛋白的空间结构有何特点？维持血红蛋白四级空间的力量包括哪些化学键？(1) 血红蛋白是由四条多肽链组成的──二条α链(每条α链含141个氨基酸残基)和二条β链(每条β链含146个氨基酸残基)。

每条多肽链的螺旋结构形成一个疏水性的空间，可保护血红素分子不与水接触，Fe2+不被氧化。

Fe2+位于血红素卟啉环的中央，与卟啉环的4个吡咯基、O2及多肽链上的组氨酸形成六配位体。

每个血红蛋白分子可逆结合4个氧分子，每克血红蛋白可结合1.34 mL氧气。

（2）范德华力、氢键、离子键和疏水键作用还有亚基间的二硫键。

——选自【血液病】黄晓军主编及生物化学教材2．镰刀细胞性贫血的分子基础是什么（基因和蛋白质的改变）?用什么方法可以诊断？根本原因是基因的改变，第十七位的碱基T由A代替，最终导致翻译出的蛋白质改变，即导致细胞镰化的直接原因，原本的谷氨酸被缬氨酸所代替，谷氨酸为带负电荷的极性亲水氨基酸，而缬氨酸为不带电荷的非极性疏水氨基酸，这种疏水性导致导致血红蛋白的溶解度大大降低，当氧分压低时(如血液流至毛细血管处)，HbS会形成棒状凝胶结构，使红细胞扭曲成镰刀状，红细胞的变形性降低可引起溶血。

[诊断]可应用镰刀试验，血红蛋白溶解性，电泳及色层柱析法等，并结合临床表现作出诊断。

3．为什么患者的红细胞会变成镰刀状？正常的谷氨酸被缬氨酸代替，缬氨酸是一个疏水氨基酸，这样的氨基酸分子暴露在血红蛋白分子外部是不利的。

由于这样的疏水作用，血红蛋白分子的这个位点不易与水结合，水溶性降低，众多的血红蛋白分子相互聚集沉淀，形成纤维状的纤维沉淀。

这样的结果是使得红细胞的形态结构发生变化，红细胞特有的圆饼状结构消失，变成扁平细长的镰刀型细胞。

4．患者产生症状（贫血、疼痛等）的病理学基础是什么？僵硬的镰形红细胞难以通过微循环，加上凝胶化结构使血液粘滞性增加，阻塞微循环引起局部缺血缺氧，甚至坏死，产生剧痛。

根据血管闭塞的部位不同，导致不同器官的病变，如肝、肾、脑、心损伤等．又由于这种镰变红细胞的变形性降低，易在脾和肝阻留破坏，出现溶血性贫血症状。

——选自【医学遗传学】第二版446页5．镰刀细胞性贫血在世界范围内的分布有何特点？非洲和美洲的黑人为主，杂合子状态者占非洲黑人的20%，美国黑人群的8% ，此外也见于希腊、意大利、土耳其、中东、土著印第安人及上述民族长期通婚的人群。

杂合子之间通婚，其1/4 子女为纯合子。

而在我国见于两广及香港、台湾。

本病多见于非洲、美洲黑人，也见于中东、希腊、土籍印第安人及与上述民族长期通婚的人群。

1987年我国首次报道此病⋯，但其亲代系非洲黑人。

6．镰刀细胞性贫血的血红蛋白在电泳行为上与正常血红蛋白有何差别？正常血红蛋白电泳区带：HbA＞95%，HbF＜2%，HbA2为1.0%~3.1%。

通过与健康人血红蛋白电泳图谱进行比较，可发现异常血红蛋白区带，如HbH、HbE、HbBarts、HbS 、HbD 和HbC等异常血红蛋白。

镰状细胞贫血血红蛋白电泳显示HbS占80%以上，HbF增多至2%~15%，HbA2正常，而HbA缺如。

7．人血红蛋白（HbA)由哪些肽链组成？这些肽链在一级结构上有何差别？由两条α肽链（每条α链含141个氨基酸残基）和两条β肽链（每条β链含146个氨基酸残基）组成蛋白质一级结构：指多肽中从N-端到C-端的氨基酸序列,包括二硫键的位置。

主要化学键为肽键。

氨基酸数量的差别9．概念蛋白质的一级结构（primary structure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。

它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。

各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。

蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。

蛋白质的三级结构是蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三维空间结构。

蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力（V an der Wasls力）等。

这些次级键可存在于一级结构序号相隔很远的氨基酸残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。

次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、离子强度等的影响，有变动的可能性。

二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的二个肽段联系在一起，这对于蛋白质三级结构的稳定上起着重要作用。

蛋白质的四级结构具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为结构域（domain）也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。

在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。

一般每个结构域约由100-200个氨基酸残基组成，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。

如免疫球蛋白（IgG）由12个结构域组成，其中两个轻链上各有2个，两个重链上各有4个；补体结合部位与抗原结合部位处于不同的结构域。

一个蛋白质分子中的几个结构域有的相同，有的不同；而不同蛋白质分子之间肽链中的各结构域也可以相同。

如乳酸脱氢酶、3－磷酸甘油醛脱氢酶、苹果酸脱氢酶等均属以NAD+为辅酶的脱氢酶类，它们各自由2个不同的结构域组成，但它们与NAD+结合的结构域构象则基本相同。

氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y 形式的键，称为氢键。

（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）疏水键（hydrophobic bond）是两个不溶于水的分子间的相互作用。

当分子中烃基链与水接触时，因不能被水溶剂化，界面水分子整齐地排列，导致系统熵值降低，能量增加，产生表面张力。

为了克服表面张力，疏水基团会收缩、卷曲和结合，将原来规则排布于表面的水分子排挤出，使疏水表面减少，转换出的水分子呈无序态，熵值回升，焓变值减少，从而降低系统能量。

这种非极性的烃基链因能量效应和熵效应等热力学作用是疏水基团在水中的相互结合作用成为疏水键。

α-螺旋：蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。

每个氨基酸残基（第n个）的羰基氧与多肽链C端方向的第4个残基（第n＋4个）的酰胺氮形成氢键。

在典型的右手α-螺旋结构中，螺距为0.54nm，每一圈含有3.6个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升0.15nm。

β－转角：蛋白质分子中，肽链经常会出现180°的回折，在这种回折角处的构象就是β－转角（β－turn或β－bend）。

β－转角中，第一个氨基酸残基的C＝O与第四个残基的N桯形成氢键，从而使结构稳定β-折叠结构（β-sheet）：又称为β-折叠片层（β-plated sheet）结构和β-结构等，是蛋白质中的常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。

折叠片的构象是通过一个肽键的羰基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持的。

氢键几乎都垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽链反向排列）。

非极性氨基酸：氨基酸的R基团不带电荷或极性极微弱，如：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。

它们的R基团具有疏水性。

极性氨基酸：氨基酸的R基团带电荷或有极性极性中性氨基酸：R基团有极性，但不解离，或仅极弱地解离，它们的R基团有亲水性。

如：丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天门冬酰胺。

酸性氨基酸：R基团有极性，且解离，在中性溶液中显酸性，亲水性强。

如天门冬氨酸、谷氨酸。

碱性氨基酸：R基团有极性，且解离，在中性溶液中显碱性，亲水性强。

如组氨酸、赖氨酸、精氨酸。

离子键：又被称为盐键，是化学键的一种，通过两个或多个原子或化学集团失去或获得电子而成为离子后形成。

带相反电荷的离子之间存在静电作用，当两个带相反电荷的离子靠近时，表现为相互吸引，而电子和电子、原子核与原子核之间又存在着静电排斥作用，当静电吸引与静电排斥作用达到平衡时，便形成离子键。

因此，离子键是阳离子和阴离子之间由于静电作用所形成的化学键。

范德华力之一范德华力是存在于分子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。

一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、沸点就越高。

对于组成和结构相似的物质，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增强。

范德华力之二范德华力也叫分子间力。

分子型物质能由气态转变为液态，由液态转变为固态，这说明分子间存在着相互作用力，这种作用力称为分子间力或范德华力。

分子间力有三种来源，即色散力、诱导力和取向力。

色散力是分子的瞬时偶极间的作用力，它的大小与分子的变形性等因素有关。

一般分子量愈大，分子内所含的电子数愈多，分子的变形性愈大，色散力亦愈大。

诱导力是分子的固有偶极与诱导偶极间的作用力，它的大小与分子的极性和变形性等有关。

取向力是分子的固有偶极间的作用力，它的大小与分子的极性和温度有关。

极性分子的偶极矩愈大，取向力愈大；温度愈高，取向力愈小。

在极性分子间有色散力，诱导力和取向力；在极性分子与非极性分子间有色散力和诱导力；在非极性分子间只有色散力。

实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。

范德华力之三在物质的聚集态中，分子间存在着一种较弱的吸引力，作用能的大小一般只有每摩尔几千焦至几十千焦，比化学键的键能小1～2个数量级，亦称范德华引力或范氏力。

它由三部分作用力组成：①当极性分子相互接近时，它们的固有偶极将同极相斥而异极相吸，定向排列，产生分子间的作用力，叫做取向力。

偶极矩越大，取向力越大。

②当极性分子与非极性分子相互接近时，非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下，发生极化，产生诱导偶极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力，叫做诱导力。

当然极性分子之间也存在诱导力。

③非极性分子之间，由于组成分子的正、负微粒不断运动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，而出现瞬时偶极。

这种瞬时偶极之间的相互作用力，叫做色散力。

分子量越大，色散力越大。

当然在极性分子与非极性分子之间或极性分子之间也存在着色散力。

范德华引力是存在于分子间的一种不具有方向性和饱和性，作用范围在几百个皮米之间的力。

它对物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理化学性质有决定性的影响。