Page 42 - 第九版生物化学
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第一章 蛋白质的结 构品总能 \i!lkkZl,
至导致疾病产生 。 例如，正常人血红蛋白 B 亚基的第 6 位氨基酸是谷氨酸，而锻状细胞贫血病人的血
红蛋白中，谷氨酸变成了缎氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，仅此一个氨基酸之差，原是水溶性
的血红蛋白，就聚集成丝，相互黏着，导致红细胞变形成为锻刀状而极易破碎，产生贫血 。 这种蛋白质
分子发生变异所导致的疾病，被称之为“分子病 (molecular disease) " , 其病因为基因突变所致 。
但并非一级结构中的每个氨基酸都很重要，如 Cyt c, 这个蛋白质分子中在某些位点即使置换数
十个氨基酸残基，其功能依然不变 。
四、蛋白质的功能依赖特定空间结构
体内蛋白质所具有的特定空间构象都与其发挥特殊的生理功能有着密切的关系 。 例如角蛋白含有
大量 ex-螺旋结构，与富含角蛋白组织的坚韧性并富有弹性直接相关；而丝心蛋白分子中含有大楹 13 -折叠
结构，致使蚕丝具有伸展和柔软的特性 。 以下阐述肌红蛋白和血红蛋白与蛋白质空间结构和功能的关系 。
（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
肌红蛋白 (myoglobin , Mb) 与血红蛋白都是含有血红素辅基的蛋白质 。 血红素是铁卧啾化合物
（图 1 -24 ) , 它由 4 个咄咯环通过 4 个次甲基相连成为一个环形， Fe2+ 居于环中 。 Fe2+ 有 6 个配位键，其
中 4 个与咙咯环的 N 配位结合， 1 个配位键和肌红蛋白的第 93 位 (F8) 组氨酸残基结合，氧则与 Fe2+
形成第 6 个配位键，接近第 64 位 (E7) 组氨酸 。
coo- coo- 从 X 射线衍射法分析获得的肌红蛋白的三维结构（见图 1-13)
II 中，可见它是一个只有 三 级结构的单链蛋白质，有 8 个 a-螺旋结构
肤段，分别用字母 A-H 命名 。整条多 肤链折叠成紧密球状分子，
CH2 CH2 氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，富极性及电荷的侧链
则在分子表面，因此其水溶性较好 。 Mb 分子内部有一个袋形空
II 穴，血红素居于其中。血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形
式与肤链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肤链中
CH2 CH2 的 F8 组氨酸残基还与 Fe2+ 形成配位结合，所以血红素辅基可与蛋
白质部分稳定结合 。
II
血红蛋白 (hemoglobin , Hb) 是由 4 个亚基组成的四级结构（见图
H3C "C~C、C4C、C/C、C/CH3
\ I II I
H< ,C-N ,N- C
夕>r 夕 fH
C= N N- C
/ I I~
H2C~c/C、c"C~ c/C~ c/ C- CH3
IHI
C= CH2
H
图 1-24 血红素结构 1-1 7 ) 蛋白质 ， 每个亚基结构中间有一个疏水局部，可结合 l 个血红素
并携带 1 分子氧，因此一分子 Hb 共结合 4 分子氧 。 成年人红细胞中
的 Hb 主要由 2 条 a 肤链和 2 条 B 肤链 (Ci.2 132) 组成， a 链含 14 1 个氨基酸残基， B 链含 146 个氨基酸残
基。胎儿期的 Hb 主要为气 'Y2' 胚胎期为伍克 。 此外，在成人 Hb 中存在较少的气妫型，而锁状细胞贫血
病人红细胞中的 Hb 为 a卒 。 Hb 的 B 、 丫 和 8 亚基的一级结构高度保守 。 Hb 各亚基的三级结构与 Mb
极为相似 。 Hb 亚基之间通过 8 对盐键（图 1 -25) , 使 NHj .f / H is
<
4 个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白质 。 Asp 146" coo· f3z
（二）血红蛋白亚基构象变化可 影 响亚基与 94 I
氧结合 l\ ~p ILys
Hb 与 Mb 一样可逆地与 02 结合，氧合 Hb 占总
40 NH; a1
Hb 的百分数（称百分饱和度）随 02 浓度变化而变
化 。 图 1-26 为 Hb 和 Mb 的氧解离曲线，前者为 S 旦 coc
状曲线，后者为直角双曲线 。 可见， Mb 易与 02 结
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合，而 Hb 与 02 的结合在 02 分压较低时较难。 Hb
与 02 结合的 "S" 形曲线提示 Hb 的 4 个亚基与 4 个 146 94 NH1 (31
。2 结合时有 4 个不同的平衡常数。 Hb 最后一个亚
\
基与 02 结合时其常数最大，从 "S" 形曲线的后半部 图 1-25 脱氧 H b 亚基 间和 亚基内的盐键
