滑动接触 α 1β 2和相同的α 2β 1接触。 涉及螺旋C、G、H和非螺旋段FG拐弯的 19个残基，当血红蛋白因氧合作用而 发生构象变化时，这些接触也发生改 变。 图
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血红蛋白半分子（α β 二聚体的侧面观）
作为动态构象分子，血红蛋白可以看作是α β -二聚体的二聚 体，也可以看作是相同的二聚体半分子组成：α 1β 1-亚基和 α 2β 2-亚基对。每个α β -二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体作为钢体移动。当血红素 基氧合时，分子的两个二聚体半分子彼此滑动。如果一个 α β -二聚体固定不动，则另一个α β -二聚体将绕一个设想 的α β -二聚体的偏心枢轴旋转约15°并平移0.08nm。
去氧血红蛋白
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氧合血红蛋白
氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同 的构象态
（1）T态（紧张态） 和氧的亲和力低。
蛋白质设计
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蛋白质分子设计
蛋白质是一类非常有用的物质 与化学试剂相比，蛋白质的分子量非常巨大，大多数 不能通过化学方法生产 专一性很强是蛋白质一大优点，但因此其应用范围却 受到影响 分子生物学的发展克服了上述缺点。特别是定位突变 及PCR 使得蛋白质可能工程化，但用随机方法从事蛋 白质工程研究的效率非常低
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血红蛋白的结构
血红蛋白有两种链，4个亚基组成
人在不同发育阶段血红蛋白亚基的种类是不相同。
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血红蛋白的三维结构

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图 血红蛋白中亚基的排列 A 正面观 B 侧面观
图 血红蛋白α 链和β 链和肌红蛋白构象的相似性
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氧合血红蛋白显著改变Hb的四级结构
装配接触 α 1β 1和相同的α 2β 2接触。 涉及螺旋B、G、H和非螺旋段GH拐弯的 30多个残基，接触面大，对亚基的装 配很重要。当血红蛋白从去氧变为氧 合形式时它们不变。
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（二）蛋白质分子设计分类
第二类为“中改”，对来源于不同蛋白的结 构域进行拼接组装；以期望能转移相应的功 能，获得具有新特点的蛋白质分子。又称分 子剪裁。 第三类为“大改”，即完全从头设计全新的 蛋白质，使之具有特定的空间结构和预期的 功能。
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二、蛋白质分子设计的基础
蛋白质序列，蛋白质结构与功能及结构与功能关系 之间的信息对于蛋白质工程及蛋白质设计都非常重 要。蛋白质结构与功能是开展蛋白质分子设计的基 础，对蛋白质结构与功能之间的认识对蛋白质分子 设计是至关重要的决定着蛋白质分子设计的成功与 否。具体包括： 1、蛋白质生物功能的多样性 2、蛋白质功能由其高级结构决定 3、蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系 4、蛋白质空间构象与功能活性的关系 5、结构生物学与生物信息学促进蛋白质分子设计
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4.别构效应：在生物体内，当某种物质特异 地与蛋白质分子的某个部位结合，触发该蛋 白质的构象发生一定变化，从而导致其功能 活性的变化。
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二、蛋白质分子设计的基础
以肌红蛋白和血红蛋白为例阐述蛋白质空间 结构与功能的关系 1.肌红蛋白由一条153个氨基酸组成的肽链和一 个血红素辅基组成。分子量为17800 肌红蛋白的三级结构是由一簇八个a-螺旋组成 的，螺旋之间通过一些片段连接。
蛋白质分子设计
蛋白质分子设计就是为有目的的蛋白质工程 改造提供设计方案，属于交叉学科。
它涉及材料科学、化学、生物学、物理及计算机科 学等。蛋白质设计涉及药物、食品工业用酶、污水 处理、化学合成、疫苗、生物传感器等，设计的蛋 白质不仅限于 20 种天然氨基酸，也可以包括非天然 氨基酸以及有机/无机模板等。
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第一节 蛋白质分子设计原理 一、蛋白质分子设计的分类 蛋白质设计的目的： 1、为蛋白质工程改造提供设计方案和指导性信 息。如提高蛋白质的热，酸稳定性等 2、探索蛋白质的折叠机理。如简单蛋白质建筑 或骨架的从头设计是研究蛋白质相互作用力 的类型及本质的很好途径，为解决蛋白质折 叠问题寻找定性和定量的规律。
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一、蛋白质分子设计的分类 （一）蛋白质分子设计的层次 可分为两个层次 在蛋白质三维结构已知基础上所进行的直接 将立体结构信息与蛋白质的功能相关联的高 层次的设计工作 在未知立体结构的情形下借助于一级结构的 序列信息及生物化学性质所进行的分子设计 工作
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一、蛋白质分子设计的分类
（二）蛋白质分子设计分类 按照改造部位的多寡分为三类： 第一类为“小改”，可通过定位突变或化学 修饰来实现；在已知结构的天然蛋白质分子 多肽链内的确定位置上，进行一个或少数几 个氨基酸残基的改变，以研究和改善蛋白质 的性质和功能。 主要是置换，删除或插入氨基酸，依赖基因 水平。
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总结 1.一种基因可编码产生多种蛋白质，一种蛋 白质可以产生多种活性多肽，一种活性多肽 可以产生多种功能 2.蛋白质的功能与高级结构相联系，生物学 活性和理化性质主要决定于空间结构的完整 性。 3.一级结构决定了它的二级，三级结构，如 果一级不破坏，就能恢复到原来的三级结构 一级相似的蛋白质，其基本构象及功能也相 似
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抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构
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02与肌红蛋白的结合
卟啉铁和F8（93）His（近侧） 的咪唑N结合。底6的配位键 和O2 结合。 O2 和四吡咯环呈60度倾斜。 高铁肌红蛋白中水代替O2填 充该部位。 氧结合是一个空间位阻区域 E7 His（远侧）的咪唑环与 Fe原子的距离远，不发生作 用，但与分子O2 能紧密接触， 被结合的O2在His（近侧）的 咪唑N和Fe原子之间。
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蛋白质分子设计
设计过程主要依赖于蛋白质结构的测定和分 子模型的建立，按照蛋白质结构功能的关系， 综合运用各学科的技术手段，确保获得比天 然蛋白质性能更加优越的新型蛋白质。 是蛋白质工程的一个重要方面。
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蛋白质分子设计
基本途径： 从预期的蛋白质功能出发→ 设计预期的蛋白质结构→ 推测应有的氨基酸序列→ 找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）→ 找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA）