生物化學第6章蛋白質結構與功能的關系(編輯修改稿)
2025-08-31 18:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為Hill系數(shù) 血紅蛋白推導氧合曲線誤差的原因 血紅蛋白結合 O2并不是 “ 全或無 ” 的 ， 各個亞基結合 O2是依次進行的 ， 并且前面亞基結合了 O2對后面亞基與 O2的結合有促進作用 。 實際測定的 n=，若 n=1， 則無協(xié)同作用 ， 若 n 1則有正協(xié)同作用 。 對于血紅蛋白來說 ， 當 n=4 時正協(xié)同作用最大 ， 即當1個 O2與 1個亞基結合后 ， 另外 3個亞基也同時與 O2結合 。 實際情況是 n=。 這樣 ， Hb對第 4個 O2的親和力約為對第 1個 O2親和力的 300倍 。 血紅蛋白運輸氧的效率 在肺泡中 ， 氧分壓為 100 torr， 工作肌肉的毛細血管中約為 20 torr， 血紅蛋白在肺泡中 Y是 ，在肌肉毛細血管中 Y是 ， 釋放的 O2是兩個 Y值之差 ， 即 ΔY=。 這個差值越大 ， 運輸 O2的效率就越高 。 肌紅蛋白不能擔當此項工作 。 血紅蛋白與肌紅蛋白氧合曲線的比較 血紅蛋白別構的異種效應 血紅蛋白與 O2的結合受其它分子的調節(jié) ，如 H+ 、 CO2 和 2,3 二 磷 酸 甘 油 酸 （ 2,3bisphosphate glycerate， BPG） 等 。 雖然它們在蛋白質分子上的結合部位離血紅素很遠 ， 但這些分子極大地影響 Hb的氧合性質 ， 這是別構效應中的異種效應 。 2,3二磷酸甘油酸 2,3bisphosphate glycerate， BPG Bohr效應 組織中代謝作用產(chǎn)生 H+和 CO2， 代謝越旺盛的組織 ， 需要的 O2越多 ， 產(chǎn)生的 H+和 CO2也越多 。CO2在體內(nèi)被水合成碳酸 。 CO2水合的結果 ， 使組織中 pH下降 ， 即 [H+]上升 。 O2與血紅蛋白的結合受 pH和 CO2濃度的影響 。去氧血紅蛋白對 H+的親和力比氧合血紅蛋白大 。 因此 ， 增加 H+濃度將促進 O2的釋放 。 HbO2 ＋ H+ HbH+＋ O2 Bohr效應 氧合血紅蛋白在組織中釋放的 O2量除了受到組織中低 O2濃度的作用外 ， 還受組織中低 pH的影響 。 后者叫做 Bohr效應 ， 因 1904年發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象的丹麥生理學家 C. Bohr而得名 。 產(chǎn)生 Bohr效應的原因是血紅蛋白中一些 pK值處于 7附近的可解離基團的作用 ， 主要是 His，它們解離與否會影響到血紅蛋白的構象 ， 從而影響血紅蛋白對 O2的親和力 。 Mb和在不同 pH下 Hb的氧合曲線 CO2與 Hb的結合 血紅蛋白還能結合 CO2 ，結合部位是亞基N末端游離的 α－ NH2。 CO2的結合也能促進 O2的釋放。 BPG與 Hb的結合 2,3二磷酸甘油酸 （ BPG） 是血紅蛋白一個重要的別構效應劑 （ 別構抑制劑 ） 。 正常人紅細胞中約含有 ， 約與血紅蛋白等摩爾數(shù) 。每個 Hb分子 （ 四聚體 ） 只有一個 BPG結合位點 ，位于由 4個亞基締合形成的中央孔穴內(nèi) 。 高負電荷的 BPG分子與每個 β鏈的若干個殘基的帶正電荷基團通過靜電結合于 Hb分子上 ， BPG把兩個 β鏈交聯(lián)在一起 。 O2的結合使中央孔穴變小 ， 使 BPG結合變得困難 。 在沒有 BPG存在時 ， O2的結合容易 ， 而在有 BPG存在時 ， O2的結合變得困難 。 BPG分子結構及其與 Hb兩個β鏈的離子結合 血紅蛋白的兩種構象態(tài) 血紅蛋白有兩種主要構象態(tài) ， 一種是 T態(tài)即緊張態(tài) （ tense state） ， 另一種是 R態(tài)即松弛態(tài) （ relaxed state） 。 O2對 R態(tài)的親和力明顯地高于對 T態(tài)的親和力 ， 并且 O2的結合更穩(wěn)定了 R態(tài) 。 缺氧時 T態(tài)更加穩(wěn)定 ， 因此 T態(tài)是去氧血紅蛋白的主要構象 ， R態(tài)是氧合血紅蛋白的主要構象 。 T態(tài)血紅蛋白結合 O2后轉變成 R態(tài) ， 并使得分子內(nèi)一些鹽橋斷裂 。 BPG對 Hb氧合曲線的影響 BPG對 R態(tài) Hb的親和力至少比對 T態(tài) Hb低一個數(shù)量級 ， BPG對 R態(tài) Hb的親和力大小順序為： HbO2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 ， 而對 Hb(O2)4則完全不結合 。 BPG濃度越大 ， Hb的氧合曲線就越往右偏移 ，說明 BPG抑制 O2的結合 ， 并增加了正協(xié)同效應 。BPG的存在可以增加 Hb在組織中的卸氧量 。 正常情況下供給組織的氧量約為血液所能攜帶的最大氧量的 40%（ 即 ΔY = 40%） 。 BPG對Hb氧合曲線的影響 BPG的生理作用 人的某些生理性或病理性缺氧可以通過紅細胞中 BPG濃度的升高而代償 。 當正常人在短時間內(nèi)由海平面上升到 4500m高的高山上時 ， 紅細胞中的BPG濃度幾個小時后就開始上升 ， 兩天內(nèi)可由， 使氧的釋放量增大 。值得注意的是 ， BPG濃度增加對肺中 Hb與 O2的結合影響不大 。 三、血紅蛋白分子病 鐮刀狀細胞貧血病 鐮刀狀細胞貧血病 （ sicklecell anemia） 是最早被認識的一種分子病 。 這種病在非洲某些地區(qū)十分流行 （ 高達 40%） ， 它是由于遺傳基因的突變導致血紅蛋白分子中氨基酸殘基被改變造成的 。 鐮刀狀細胞貧血病人血紅蛋白含量僅為正常人 （ 15～16g/100ml） 的一半 ， 紅細胞數(shù)目也是正常人 （ ～ 106個 /ml） 的一半左右 ， 而且紅細胞的形態(tài)也不正常 ， 除了有非常大量的未成熟紅細胞外 ， 還有很多成鐮刀狀的紅細胞 。 當紅細胞脫氧時 ， 鐮刀狀紅細胞的數(shù)量明顯增加 。 這種病人的血紅蛋白稱為HbS。 正常紅細胞與鐮刀狀紅細胞貧血病人的紅細胞比較 鐮刀狀細胞貧血病 鐮刀狀細胞貧血病是一種致死
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