血紅蛋白和肌紅蛋白

1、第四章 血紅蛋白和肌紅蛋白,作為生物體主要色素來源的鐵卟啉( heme) 是含有四個吡咯環(huán)和四個次甲基(-CH= )交替相連組成的大環(huán) ,是血紅蛋白及細胞色素等的輔基。由于四個吡咯環(huán)的共軛效應,使其性質相對較穩(wěn)定。,第一節(jié) 卟啉,卟啉普遍存在于微生物及動植物間,在人體中發(fā)現(xiàn)的卟啉化合物是作為血紅素生物合成的中間體而存在。正常健康人體內主要存在尿卟啉( uroporphyrin) 、糞卟啉( coproporphyrin) 和原卟啉(

2、protoporphyrin) ,而其它卟啉化合物常?？蓮倪z傳性的卟啉病患者或肝和血液病患者的尿、血液和糞便中檢出。,1 　卟啉化合物的化學結構和分類 卟啉是通過亞甲基把四個吡咯環(huán)相連而成的環(huán)狀化合物,四個吡咯環(huán)處于同一平面,形成具有26 個π電子的共軛大π鍵,具有較強的芳香性。在400 nm 附近有較強的吸收帶。,,卟啉化合物在紫外光照射下具有紅色熒光,而其還原型卟啉則不具有熒光。生物體內在亞鐵螯合酶的作用下

3、和亞鐵離子形成配合物—原血紅素(鐵原卟啉，protoheme）。卟啉化合物根據(jù)其側鏈基團的不同共有14 種形式。,圖4－3 鐵原卟啉IX（原血紅素）,鐵原卟啉是血紅蛋白、肌紅蛋白和細胞色素c中的輔基組成部分。,細胞色素c,第二節(jié) 血紅蛋白和肌紅蛋白,攜氧的血是鮮紅色的，當你被劃傷時，你看到的是鮮紅的攜氧血。不攜氧的血是深紫色的：當你獻血或者在醫(yī)院抽血樣時，血被抽到一個試管里，里面沒有氧氣，所以你看到的血是深紫色的。但是深紫色的無氧血流經(jīng)

4、我們的靜脈時卻呈蘭色，特別是皮膚白皙的人。另外一些生物，如蛇類和蟹類，用銅來運輸氧氣，所以他們有真正的藍血。,一、結構,1、肌紅蛋白（Myoglobin，Mb） 是由一條多肽鏈（珠蛋白，globin）和一個血紅素（鐵原卟啉）組成。分子量17，800。 肌紅蛋白是用來在肌肉和其他組織來儲存氧氣的。人體內70％的鐵形成血紅蛋白和肌紅蛋白。,2. 血紅蛋白（hemoglobin，Hb）血紅蛋白是使血液呈紅色的蛋白，它由四條

5、鏈組成（蛋白質亞基），兩條α鏈（相同）和兩條β鏈，每一條鏈有一個包含一個血紅素。每一條蛋白鏈和肌紅蛋白的結構相似。 氧氣結合在鐵原子上，Hb起氧的載體。,Hb and Mb have distinct sequences,Hb的結構,Myoglobin and Hemoglobin,Function: to transport O2 from lungs to tissue via blood. Need O2 in t

6、issue to drive oxidation of metabolic（新陳代謝） fuels – recovery of energy from food. Mb has higher affinity for O2 than Hb, so increases transport – gives O2 higher solubility in tissues so diffuses faster.,Mb and Hb are c

7、losely related proteins,Both are ?-helical proteins. Mb monomer, Hb tetramer (? and ? subunits). Mb and both subunits of Hb have similar sequences and structures.,Myoglobin,153 aa, (first protein structure XRC, Kendrew

8、 1959) 8 helices (A-H), 44x44x25 ÅRole: O2 transport into muscle –O2 faster than other tissues.O2 has low solubility in blood (10-4 M).,Myoglobin,Binds heme pocket. Polar groups exposed to solvent, Non-polar gro

9、ups buried.,Mb uses heme to bind O2,Fe-protoporphyrin IXHeme is planar.Iron atom at center. Coordinated to 4 N’s,Mb uses heme to bind O2,Fe bound to His (F8) side chain, and O2 or CO2His E7 H-bonds to O2 to stabilize.

10、(CO binds more tightly than O2).,E-7,F-8,Hemoglobin,4 subunits ?1, ?1, ?2, ?2. Forms two dimers.,Hb and Mb have very similar structures,Overlay of Mb with Hb a and ? sununits.,Blue Blood and Red Blood,,O2,Oxyhemoglobin

11、 low-spin Fe2+OctahedralThe metal is in the plane.,,,,,,,,,,,Deoxyhemoglobin high-spin Fe2+Square PyramidalThe metal is below the plane.,,,,,,,,,,,,xy,xz, yz,z2,x2-y2,xy,xz, yz,z2,x2-y2,二、血紅蛋白、肌紅蛋白的功能,紅細胞內含大量血紅蛋白(H

12、b)，紅細胞的機能主要由血紅蛋白完成。血紅蛋白的主要功能在于攜帶氧氣(O2)和二氧化碳(CO2)。 　　 血紅蛋白分子是由珠蛋白（globin，globulin)、原卟啉和二價鐵離子(Fe2+)所組成的結合蛋白質。有4條肽鏈各結合一個輔基即血紅素，即O2結合于Fe2+上，血紅蛋白與氧疏松結合形成氧合血紅蛋白(HbO2)，這種氧合作用于氧分壓高時容易進行，于氧分壓低時易于解離。,血紅蛋白和肌紅蛋白能很快地與氧可逆結

13、合。 肌紅蛋白存在于肌肉中，它結合從紅細胞釋放出的氧，貯存并運送氧到線粒體，使葡萄糖氧化成二氧化碳和水，并產(chǎn)生能量。,紅細胞結合和攜帶O2的過程并不影響二價鐵離子，也即是說不能氧化為三價鐵離子；Fe3+無帶O2能力，只見于異常的高鐵血紅蛋白。CO與Hb的親和力大于O2 （200 times），結合成HbCO后不能重新分離致使Hb喪失運輸O2和C O2 的機能，此稱一氧化碳中毒。,第三節(jié) 氧合作用的熱力學與動力學,

14、氧的飽和度,Hb 曲線與Mb是不一樣的。它們之間存在協(xié)同效應（cooperativity）,式中 當 n＝1 沒有協(xié)同效應；N<4, 說明協(xié)同效應中等。,影響氧合曲線有三個重要因素：pH, 溫度和2，3－二磷酸甘油酯。血液的pH值下降，Hb對氧的結合下降－Bohr效應。,低pH, 結合力差，容易放出氧，,當血液進入組織時，二氧化碳分壓增大，pH下降，有利于血液釋放氧；使細胞獲得更多的氧。血液中HbO2放出氧后，促使Hb與