环境中富含氧气时，
血红素如何协助肌红
5
蛋白结合氧气？
HisF8 （93位，近侧组氨酸）
h
17
氧结合配位
O2与肌红蛋白的结合
HisE7
（64位,远侧组氨酸）
氧气与肌红 蛋白结合了
6
血红素与肌红 蛋白的结合部位
5 HisF8
（近侧组氨酸）
h
18
O2通过血红素与肌红蛋白 结合
远侧组氨酸
空间位阻，倾斜60°
h
8
二、蛋白质空间结构与功能的关系
（一）蛋白质的功能依赖于特定的空间构象
➢蛋白质的功能不仅与一级结构有关，更重要的依 赖于蛋白质的空间构象。
牛胰RNaseA变性与复性 酶原的激活 激素前体的激活
h
9
肠激酶
胰蛋白酶
组
46 缬天天天天赖异缬甘
静电吸引 力或氢键
X丝
183
-S-S-
游离的六肽
缬天天天天赖
近侧组氨酸
h
19
疏水环境的意义
• 通常O2与Fe(Ⅱ)接触会使Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)， 血红素也是一样。
• 但在肌红蛋白内部，由于疏水的环境， Fe(Ⅱ) 不易被氧化。
• 微环境的作用：固定血红素基；保护血红素 铁免遭氧化；为O2提供一个合适的结合部位。
h
20
h
21
O2的结合改变肌红蛋白的构象
h
4
一、蛋白质一级结构与功能的关系
⒈ 一级结构是空间结构的基础
RNase是由124氨基酸残基组成的单肽链蛋白质分子，分子中 8 个 Cys的-SH构成4对二硫键，形成一定的空间构象。在变性剂（如 8mol/L的尿素）和还原剂（如巯基乙醇）存在下，分子中的二硫键全 部被还原，空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。
h
1
第6章 蛋白质的结构与功能
【掌握】肌红蛋白与血红蛋白的结构；氧结合引起 的肌红蛋白与血红蛋白构象变化；血红蛋白的协同 性氧结合；H+、CO2和BPG对血红蛋白结合氧的影响； 血红蛋白分子病。 【重难点】肌红蛋白和血红蛋白的结构与功能；镰 刀状红细胞贫血病。
h
2
很多蛋白质的构象在生物体中是柔性的、动态的。
蛋白质分子与其它蛋白质、其它分子相互作用，使相 互作用中的蛋白质构象发生微小甚至剧烈变化，从而使 其生物功能（氧的转运、免疫应答和肌肉收缩、催化功 能等）发生变化。
蛋白质与其它分子（配体）相互作用的瞬间性质对生 命至关重要，因为它允许生物体在内外环境发生变化时， 能快速、可逆地作出反应。
h
3
一、蛋白质一级结构与功能的关系
蛋白质固定 Fe2+的方式
蛋白质固定Fe2+的方式有多种，在肌红蛋白和血红 蛋白家族中， Fe2+是由原卟啉（IX）分子固定。
h
15
4
1
6
5
3
2
1
4
2
3
原卟啉IX
与Fe络合
h
血红素heme
6
5
16
血红素与肌红蛋白的结合
作为辅基的血红素非共价结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中
氧结合配位
6
环境缺乏氧气时， 配位6是空着的。
ห้องสมุดไป่ตู้
Mb + O2
注: MbO2代表氧合肌红蛋白, Mb代表去氧肌红蛋白.
或： [ MbO2] = [O2]
[Mb]
K
…………⑴;
Y为一定的氧压下肌红蛋白的氧分数饱和度：
Y=
[MbO2]
…(2);
[MbO2]＋ [Mb]
Y=
[O2] [O2]＋K
……⑶;
根据Henry定律，溶于液体的任一气体的浓度与液体上面的该气体分压成正比：
h
12
肌红蛋白的结构
亲水侧链氨基酸分布 在外表面，疏水侧链氨 基酸分布在分子内部。
形成内部的疏水 洞穴
h
13
疏水洞穴包含血红素辅基
A－H为肌红蛋白的八个a-螺旋结构。
h
14
辅基血红素
蛋白质不能直接 与氧发生可逆结合
蛋白质如何参与氧气在 生物体内的携带和运输？
辅助
过渡金属的低价态具有很强的 结合氧倾向(特别是Fe2+ 和Cu+)
当用透析方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复， 所有二硫键准确无误地复原。若用其他方法改变二硫键的配对方式， 则酶完全丧失活性。实验表明，蛋白质的一级结构决定其空间结构， 而特定的空间结构则是蛋白质具有生物活性的保证。
h
5
h
6
h
7
所以，蛋白质一定的结构执行一定的功能。 功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比较 种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构， 可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是 相同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发 生很大的变化。
Y=
p(O2) p(O2)＋K’
………… ………… …………⑷
h
24
Y= p(O2) p(O2)＋K
p(O2)值可以进行调节和测量, 氧分压常用torr* 作单位。 （1 torr = 133.3Pa=1mmHg）
Y值可用分光光度计法测定,因为肌红蛋白氧合时卟啉环中电子 位移引起吸收光谱改变。 Y 对p(O2)作图所得的曲线称为氧结合曲线或解离曲线。
•高氧合的肌红蛋白有利于氧从细胞内表面向线粒体转运。细胞内表面1.33
kPa（Y为80%），线粒体0.13 kPa（Y为25%）或更低。
h
26
2、血红蛋白
去氧肌红蛋白血红素Fe2+被HisF8（X）拉出卟啉环平面 （圆顶状） 与氧结合形成氧合肌红蛋白（MbO2）后Fe2+半径变 小，从而能进入卟啉环的小孔被拉回（平面状）卟。啉环呈平面状
卟啉环呈圆顶状
h
22
h
23
肌红蛋白结合氧的定量分析(氧结合曲线)
MbO2
K为MbO2的解离常数： K= [Mb].[O2] [MbO2]
h
25
肌红蛋白是氧的贮存库
Y=1时, 所有肌红蛋白分子的氧
Y
结合部位均被O2所占据,即肌红蛋
白被氧完全饱和。
Y=0.5时, p(O2)=K=P50, P50 定 义为肌红蛋白被氧半饱和时的氧
分压。
Y：即氧饱和分数，氧合肌红蛋白分子数占 肌红蛋白分子总数的百分比。
•肌肉毛细血管中氧浓度为3 kPa，细胞内表面处约为1.33 kPa, 线粒体中为0-1.33 kPa，肌红蛋白P50 为0.27 kPa。因此，大多数情况下，肌红蛋白是高度氧合的。 如果由于肌肉收缩而使线粒体中氧含量下降，它可以立即供氧。
缬
异
X
组 丝
-S-S-
胰蛋白酶原的h 激活过程
胰
S
蛋 白
S
酶
原
活性中心
胰
S蛋
S
白 酶
10
h
11
(二)肌红蛋白与血红蛋白
1、肌红蛋白的结构
肌红蛋白(myoglobin, Mb)是哺乳动物细胞(主要是 肌细胞)贮存和分配氧的蛋白质。
单体蛋白，由一条 多肽主链和血红素辅基 构成；
多肽主链由 8个 α螺旋区段组成单结构域；