生物化学-蛋白质的结构与功能的关系-血红蛋白/肌红蛋白

血红蛋白氧结合曲线为S型的原因分析及其生理意义：

协同效应、波尔效应和别构效应三者使血红蛋白的输氧能力达到最高效率；血红蛋白氧合曲线呈S形。

(1)协同效应增加了血红蛋白在肌肉中的卸氧量。当一个亚基与氧结合后，会引起四级结构的变化，使其他亚基对氧的亲和力增加，结合加快；反之，一个亚基与氧分离后，其他亚基也易于解离。

(2)pH对氧-血红蛋白的平衡影响称为波尔(Bohr)效应。增加CO2的浓度、降低pH能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应，降低血红蛋白对O2的亲和力，促进O2的释放，氧合曲线向右移动；反之，高浓度的O2也能促使血红蛋白释放H+和CO2。

(3)BPG的别构效应。BPG是血红蛋白的负效应物。BPG与2个β亚基形成6个盐键稳定了血红蛋白的脱氧态构象，降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。BPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。

除了亚基间的协同效应，另外波尔效应和别构效应进一步使血红蛋白的输氧能力达到最高效率；只要氧分压有一个较小的变化即可引起氧饱和度的较大改变，所以其氧合曲线是S形曲线。在肺部，O2比较高，血红蛋白被饱和，在组织中，O2降低，S形的氧合曲线加大血红蛋白的卸氧量，使血红蛋白的输氧能力达到最高效率，能够更好完成运输氧的功能。

血红蛋白的结构：

血红蛋白是一种寡聚蛋白，由4个亚基组成，即2个α亚基和2个β亚基，每个亚基均有一个血红素，和一个氧结合部位，每个血红素都可以和一个氧分子结合。当4个亚基组成血红蛋白后，其结合氧的“构象”就会随着氧分压及其他因素的改变而改变。由于血红蛋白分子的构象可以发生一定程度的变化，从而影响了血红蛋白与氧的结合能力。另外，血红

蛋白分子上残基若发生变化，也会影响其功能的改变，如血红蛋白β链中的N端第六位上的谷氨酸若被缬氨酸所取代，就会产生镰状细胞贫血症，使红细胞不能正常携带氧。

蛋白质的四级结构：

由两条或两条以上肽链通过非共价键构成的蛋白质称为寡聚蛋白。其中每一条多肽链称为亚基。每个亚基都有自己的一、二、三级结构。亚基单独存在时无生物活性，只有相互聚合成特定构象时才具有完整的生物活性。四级结构就是各个亚基在寡聚蛋白的天然构象中空间上的排列方式。

血红蛋白与肌红蛋白的结构与功能的关系：

肌红蛋白为球状分子，单结构域。由一条多肽链(珠蛋白)和一个血红素辅基组成。肌红蛋白多肽链构成的球状结构，亲水基团多在外层，全链共有8段α-螺旋，各段之间以无规卷曲相连。血红素位于α-螺旋形成的疏水洞穴中，避免亚铁离子被氧化。血红素中亚铁离子与卟啉形成4个配位键，构成一个平面，平面两侧各有一个His(分别为近侧组氨酸和远侧组氨酸)；亚铁离子第五个配位键与近侧组氨酸结合，空余的一个配位键可与氧可逆结合(结合前后Fe价数不变)。肌红蛋白存在于肌肉中用来储存氧。肌红蛋白的氧合曲线为双曲线。

血红蛋白是寡聚蛋白，由两个α亚基和两个β亚基构成四聚体。分子外形近似球状，每个亚基都和肌红蛋白空间结构类似。血红蛋白氧合曲线呈S形，血红蛋白除了运输O2以外还能运输CO2。血红蛋白亚基间的协同效应增加了血红蛋白在肌肉中的卸氧量。当一个亚基与氧结合后，会引起四级结构的变化，使其他亚基对氧的亲和力增加，结合加快；反之，一个亚基与氧分离后，其他亚基也易于解离。协同效应、波尔效应和别构效应三者使血红蛋白的输氧能力达到最高效率。

镰刀型红细胞贫血症：

Val属于疏水性氨基酸；Glu侧链R-基团生理条件下带负电荷，Glu属于亲水性氨基酸。由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降，使细胞扭曲成镰刀状。

参考文献：

【1】《生物化学》朱圣庚、王镜岩 、徐长法；高等教育出版社。

【2】《生物化学考研精讲》毛慧玲、朱笃；科学出版社。