1.9 蛋白质结构与功能的关系： P252，第六章
从厌氧生物转化为好氧生物是生物进化中的一大进步。
脊椎动物中血红蛋白在血液中起到载氧和输氧的作用，肌红蛋白在肌肉中起贮氧和氧在肌肉中分配的作用。
一一一肌红蛋白（Mb）的结构与功能
一1一三维结构：由一条多肽链和一个血红素辅基构成，相对分子量1670 0，含153个氨基酸残基。
分子中多肽链由8段α-
螺旋组成，分子结构致密结实，带亲水基团侧链的氨基酸分布在分子外表面，疏水氨基酸侧链几乎全埋在分子内部，见P253 图6-1。
一2一辅基血红素：由二价铁和原卟啉Ⅸ组成，原卟啉Ⅸ由4个吡咯环组成，见P254 图6-2。
铁原子只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。
蛋白质提供疏水洞穴，固定血红素基，保护血红素铁免遭氧化，为氧提供一个结合部位。
结合氧只发
生暂时电子重排。
一一一血红蛋白(Hb)的结构与功能
一1一血红蛋白由4个多肽链（亚基）组成，如α2β2（成人血红蛋白HbA），每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位，α-链有141个残基，β-
链有146个残基，且α链、β链和Mb的三级结构都非常相似（P259 图6-
9）。
实际上对于人的这三种多肽链分析发现只有27个的残基是共有的，这表明蛋白质高级结构的保守性。
只要功能相同（都与氧结合），高级结构就相似，有时甚至是唯一的。
血红蛋白与肌红蛋白结构上最大不同在于血红蛋白有四级结构，是四聚体，，而肌红蛋白只有三级结构。
因此血红蛋白运载氧能力增强，还能
运载H+和CO2，在氧分压变化不大范围内完成载氧和卸氧工作。
且Hb为变构蛋白，可受环境中其他分子，如H+，CO2和2，3-
二磷酸甘油酸（BPG）的调节。
一2一氧结合引起血红蛋白构象变化，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白在四级结构上有显著不同，发生构象变化。
氧与血红蛋白结合是协同进行的，具有正协同性同促效应，即一个氧分子与Hb结合，使同一Hb分子中其余空的氧结合部位对氧亲和力增加，
再结合第二、三、四个氧分子则比较容易。
一3一Hb和Mb氧合曲线如P262 图6-14所示。
P(O2)：氧分压，表示氧的浓度（氧浓度与氧分压成正比）。
Y：氧饱和百分数，为被占氧合部位与氧合部位总数之比。
当Y=0，所有氧合部位空着；Y=1，所有氧合部位被氧占据；Y=0.5，半载，此时所需氧分压大小为对氧亲和力指标。
Mb氧合曲线为双曲线；Hb氧合曲线为S型曲线。
S曲线分析：
①
肺区氧分压较高，P（O2）约为100torr（空气中氧分压760×21%=160torr）
，Y=0.97，近于1，载氧。
②组织肌肉中需氧，P（O2）约为20torr，Y=0.25，卸氧。
③ΔY：氧饱和百分数变化；ΔP（O2）：氧分压变化。
肺区和组织肌肉中氧分压变化：ΔP（O2）=100―20=80torr，Hb氧饱和百分
数变化为，ΔY=0.97―0.25=0.72，表示有近3/4氧可从Hb上卸下。
由此可
知在S曲线上，即使P（O2-
）变化不大（仅80torr）,也有较多的氧卸下，输氧效率较高，可完成输氧，Δ
P（O2）在20~100torr范围变化，为Hb工作区；相比Mb的双曲线，ΔP（O2）在
20~100torr范围变化，ΔY只有0.1，表示氧不易卸下，只能担负贮氧功能。
Hb与Mb功能差别只是因为Hb有四个亚基，有四级结构，可进行协同载氧和卸氧工作，Mb只能贮氧。
一4一H+，CO2和BPG（2，3-二磷酸甘油酸）对血红蛋白结合氧的影响：它们与Hb结合部位离血红素基甚远，是通过别构效应调节Hb与氧的结合。
1.波尔效应（Bohr）：
pH降低（H+增加），CO2压力增加均降低血红蛋白对氧亲和力，促进血红蛋白释放氧；反之高浓度氧又促使脱氧血红蛋白释放H+和CO2。
P264 图6-17：pH减少使S曲线右移，而H+增加、CO2增加均使pH减少。
生理意义：在组织区CO2产生，为高CO2区，pH约7.2，有利于Hb释放氧，载CO2；在肺区氧吸入，pH约7.6，有利于Hb与氧结合，放出CO2。
2.BPG降低Hb对氧亲和力：
BPG可由糖代谢产生，正常人血液中约含4.5mmol/L，约与血红蛋白等摩尔数。
P265 图6-
19显示出在不同BPG浓度下血红蛋白的氧合曲线，BPG浓度增加，Hb氧
合曲线右移。
①无BPG， Hb氧合曲线为双曲线，不易卸氧；
②
当BPG=4.5mmol/L时（正常生理状况），为S型曲线，可卸氧，此时P（O
）=26torr，Y=0.5；
2
③
当BPG=7.5mmol/L时（非正常生理状况如高山反应，及病理状况如肺
气肿），S曲线右移，更易卸氧，满足肌体对氧需求，此时P（O2）为34tor
r，Y=0.5。
一一一血红蛋白分子病
人类已发现300多种不同突变的血红蛋白，许多突变是有害的，产生遗传病，如镰刀状细胞贫血症：
病状：贫血症；
检查：血液中含大量镰刀形红细胞HbS，没有足够可承担输氧的正常圆形细胞HbA。
镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的。
研究：电泳发现HbS和HbA电泳速度和等电点均有差异。
在pH8.6下均向正极移动，但HbS比HbA稍慢，说明HbS比HbA少几个带负电荷基团。
氨基酸测序发现HbA与HbS区别在于β-链上6-
位Glu（HbA）变为Val（HbS），结果由于疏水相互作用，β-链上6-Val与1-
Val接近，使血红蛋白分子从扁平状压缩变形，形成细长聚集体红细胞，
构成镰刀形，与氧结合力降低。
值得注意的是血红蛋白分子四条肽链共574个氨基酸残基，只两个β-链上的氨基酸被代替（2Glu→2Val），即引起如此严重疾病。