生物化學(xué)與分子生物學(xué):第三節(jié)　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能

蛋白質(zhì)為生物高分子物質(zhì)之一，具有三維空間結(jié)構(gòu)，因而執(zhí)行復(fù)雜的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系非常密切。在研究中，一般將蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩類。

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)就是蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序(sequence)，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。它是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。各種氨基酸按遺傳密碼的順序，通過肽鍵連接起來，成為多肽鏈，故肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主鍵。

迄今已有約一千種左右蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)被研究確定，如胰島素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)等高級(jí)結(jié)構(gòu)，成百億的天然蛋白質(zhì)各有其特殊的生物學(xué)活性，決定每一種蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先在于其肽鏈的氨基酸序列，由于組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸各具特殊的側(cè)鏈，側(cè)鏈基團(tuán)的理化性質(zhì)和空間排布各不相同，當(dāng)它們按照不同的序列關(guān)系組合時(shí)，就可形成多種多樣的空間結(jié)構(gòu)和不同生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)分子。

圖1-1 胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)

二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展，而是折疊和盤曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)主要決定于空間結(jié)構(gòu)的完整，因此僅僅測(cè)定蛋白質(zhì)分子的氨基酸組成和它們的排列順序并不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)。例如球狀蛋白質(zhì)(多見于血漿中的白蛋白、球蛋白、血紅蛋白和酶等)和纖維狀蛋白質(zhì)(角蛋白、膠原蛋白、肌凝蛋白、纖維蛋白等)，前者溶于水，后者不溶于水，顯而易見，此種性質(zhì)不能僅用蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來解釋。

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)就是指蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。

(一)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象。

1.肽鍵平面(或稱酰胺平面，amide plane)。

Pauling等人對(duì)一些簡(jiǎn)單的肽及氨基酸的酰胺等進(jìn)行了X線衍射分析，得出圖1-2所示結(jié)構(gòu)，從一個(gè)肽鍵的周圍來看，得知：

圖1-2 肽鍵平面示意圖

(1)

中的C-N鍵長0.132nm，比相鄰的N-C單鍵(0.147nm)短，而較一般C=N雙鍵(0.128nm)長，可見，肽鍵中-C-N-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，這就將固定在一個(gè)平面之內(nèi)。

(2)

　肽鍵的C及N周圍三個(gè)鍵角之和均為360°，說明都處于一個(gè)平面上，也就是說

六個(gè)原子基本上同處于一個(gè)平面，這就是肽鍵平面。肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有α碳原子所形成的單鍵，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個(gè)肽鍵平面的位置關(guān)系，于是肽鍵平面成為肽鏈盤曲折疊的基本單位。

(3)　肽鍵中的C-N既具有雙鍵性質(zhì)，就會(huì)有順反不同的立體異構(gòu)，已證實(shí)

處于反位(見圖1－3)。

圖1-3 反式肽單元和順式肽單元

2.蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象的結(jié)構(gòu)單元

1)α－螺旋Pauling等人對(duì)α－角蛋白(α－keratin)進(jìn)行了X線衍射分析，從衍射圖中看到有0.5～0.55nm的重復(fù)單位，故推測(cè)蛋白質(zhì)分子中有重復(fù)性結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為這種重復(fù)性結(jié)構(gòu)為α－螺旋(α－h(huán)elix)見圖1-4。

圖1-4 蛋白質(zhì)分子的α－螺旋

α－螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

(1)多個(gè)肽鍵平面通過α－碳原子旋轉(zhuǎn)，相互之間緊密盤曲成穩(wěn)固的右手螺旋。

(2)主鏈呈螺旋上升，每3.6個(gè)氨基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于0.54nm，這與X線衍射圖符合。

(3)相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中C＝O和H桸形成許多鏈內(nèi)氫健，即每一個(gè)氨基酸殘基中的NH和前面相隔三個(gè)殘基的C＝O之間形成氫鍵，這是穩(wěn)定α－螺旋的主要鍵。

(4)肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R，分布在螺旋外側(cè)，其形狀、大小及電荷影響α－螺旋的形成。酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于α－螺旋形成；較大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸)集中的區(qū)域，也妨礙α－螺旋形成；脯氨酸因其α－碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易形成氫鍵，故不易形成上述α－螺旋；甘氨酸的R基為H，空間占位很小，也會(huì)影響該處螺旋的穩(wěn)定。

2)β－片層結(jié)構(gòu)Astbury等人曾對(duì)β－角蛋白進(jìn)行X線衍射分析，發(fā)現(xiàn)具有0.7nm的重復(fù)單位。如將毛發(fā)α－角蛋白在濕熱條件下拉伸，可拉長到原長二倍，這種α－螺旋的X線衍射圖可改變?yōu)榕cβ－角蛋白類似的衍射圖。說明β－角蛋白中的結(jié)構(gòu)和α－螺旋拉長伸展后結(jié)構(gòu)相同。兩段以上的這種折疊成鋸齒狀的肽鏈，通過氫鍵相連而平行成片層狀的結(jié)構(gòu)稱為β－片層(β－pleatedsheet)結(jié)構(gòu)或稱β－折迭(圖1－5)。

圖1-5 蛋白質(zhì)分子中的β－片層結(jié)構(gòu)

左：順向平行　右：逆向平行

β－片層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

①是肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，肽鏈平面之間折疊成鋸齒狀，相鄰肽鍵平面間呈110°角。氨基酸殘基的R側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方。

②依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C＝O與H梄形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。

③兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的。即前者兩條鏈從“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。β－片層結(jié)構(gòu)的形式十分多樣，正、反平行能相互交替。

④平行的β－片層結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)殘基的間距為0.65nm；反平行的β－片層結(jié)構(gòu)，則間距為0.7nm。

3)β－轉(zhuǎn)角

蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180°的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是β－轉(zhuǎn)角(β－turn或β－bend)。β－轉(zhuǎn)角中，第一個(gè)氨基酸殘基的C＝O與第四個(gè)殘基的N桯形成氫鍵，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(圖1－6)。

圖1-6　蛋白質(zhì)分子中的β－轉(zhuǎn)角

4)無規(guī)卷曲

沒有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列，屬于松散的無規(guī)卷曲(random coil)。

圖1-7 蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)示意

a.αα組合　b.βββ組合　c.βαβ組合

(二)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域

超二級(jí)結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure)是指在多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的二級(jí)結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)聚集體。目前發(fā)現(xiàn)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有三種基本形式：α螺旋組合(αα)；β折疊組合(βββ)和α螺旋β折疊組合(βαβ)(圖1－7)，其中以βαβ組合最為常見。它們可直接作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的“建筑塊”或結(jié)構(gòu)域的組成單位，是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次，故稱超二級(jí)結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)域(domain)也是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次。在較大的蛋白質(zhì)分子中，由于多肽鏈上相鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，形成二個(gè)或多個(gè)在空間上可以明顯區(qū)別它與蛋白質(zhì)亞基結(jié)構(gòu)的區(qū)別。一般每個(gè)結(jié)構(gòu)域約由100-200個(gè)氨基酸殘基組成，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。如免疫球蛋白(IgG)由12個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中兩個(gè)輕鏈上各有2個(gè)，兩個(gè)重鏈上各有4個(gè)；補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)合部位處于不同的結(jié)構(gòu)域。一個(gè)蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)域有的相同，有的不同；而不同蛋白質(zhì)分子之間肽鏈中的各結(jié)構(gòu)域也可以相同。如乳酸脫氫酶、3－磷酸甘油醛脫氫酶、蘋果酸脫氫酶等均屬以NAD+為輔酶的脫氫酶類，它們各自由2個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域組成，但它們與NAD+結(jié)合的結(jié)構(gòu)域構(gòu)象則基本相同。

圖1-8　蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中某些次級(jí)鍵

(三)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步盤曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級(jí)鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力(Van der Wasls力)等(圖1-8)。這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)序號(hào)相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基的R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。次級(jí)鍵都是非共價(jià)鍵，易受環(huán)境中pH、溫度、離子強(qiáng)度等的影響，有變動(dòng)的可能性。二硫鍵不屬于次級(jí)鍵，但在某些肽鏈中能使遠(yuǎn)隔的二個(gè)肽段聯(lián)系在一起，這對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。

現(xiàn)也有認(rèn)為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子主鏈折疊盤曲形成構(gòu)象的基礎(chǔ)上，分子中的各個(gè)側(cè)鏈所形成一定的構(gòu)象。側(cè)鏈構(gòu)象主要是形成微區(qū)(或稱結(jié)構(gòu)域domain)。對(duì)球狀蛋白質(zhì)來說，形成疏水區(qū)和親水區(qū)。親水區(qū)多在蛋白質(zhì)分子表面，由很多親水側(cè)鏈組成。疏水區(qū)多在分子內(nèi)部，由疏水側(cè)鏈集中構(gòu)成，疏水區(qū)常形成一些“洞穴”或“口袋”，某些輔基就鑲嵌其中，成為活性部位。

具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看，有的細(xì)長(長軸比短軸大10倍以上)，屬于纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous protein)，如絲心蛋白；有的長短軸相差不多基本上呈球形，屬于球狀蛋白質(zhì)(globular protein)，如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白，球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)是親水的，更重要的是，多肽鏈經(jīng)過如此盤曲后，可形成某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域，例如酶的活性中心等。

(四)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

具有二條或二條以上獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其多肽鏈間通過次級(jí)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quarternary structure)。其中，每個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱為亞基(subunit)。四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局。亞基之間不含共價(jià)鍵，亞基間次級(jí)鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，因此在一定的條件下，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基，而亞基本身構(gòu)象仍可不變。

一種蛋白質(zhì)中，亞基結(jié)構(gòu)可以相同，也可不同。如煙草斑紋病毒的外殼蛋白是由2200個(gè)相同的亞基形成的多聚體；正常人血紅蛋白A是兩個(gè)α亞基與兩個(gè)β亞基形成的四聚體；天冬氨酸氨甲�；�轉(zhuǎn)移酶由六個(gè)調(diào)節(jié)亞基與六個(gè)催化亞基組成。有人將具有全套不同亞基的最小單位稱為原聚體(protomer)，如一個(gè)催化亞基與一個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合成天冬氨酸氨甲�；�轉(zhuǎn)移酶的原聚體。

某些蛋白質(zhì)分子可進(jìn)一步聚合成聚合體(polymer)。聚合體中的重復(fù)單位稱為單體(monomer)，聚合體可按其中所含單體的數(shù)量不同而分為二聚體、三聚體……寡聚體(oligomer)和多聚體(polymer)而存在，如胰島素(insulin)在體內(nèi)可形成二聚體及六聚體。

圖1－9　肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)和丙糖磷酸異構(gòu)酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)圖

bhskgw.cn/shiti/

圖1-10　面紅蛋白亞基結(jié)合模式圖

三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(一)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與其構(gòu)象及功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來維持，在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后，即可根據(jù)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。

Anfinsen以一條肽鏈的蛋白質(zhì)核糖核酸酶為對(duì)象，研究二硫鍵的還原和氧化問題，發(fā)現(xiàn)該酶的124個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的多肽鏈中存在四對(duì)二硫鍵，在大量β－巰基乙醇和適量尿素作用下，四對(duì)二硫鍵全部被還原為桽H，酶活力也全部喪失，但是如將尿素和β－巰基乙醇除去，并在有氧條件下使巰基緩慢氧化成二硫鍵，此時(shí)酶的活力水平可接近于天然的酶。Anfinsen在此基礎(chǔ)上認(rèn)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二、三級(jí)結(jié)構(gòu)(圖1-10)。

一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其基本構(gòu)象及功能也相似，例如，不同種屬的生物體分離出來的同一功能的蛋白質(zhì)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)只有極少的差別，而且在系統(tǒng)發(fā)生上進(jìn)化位置相距愈近的差異愈小(表1-2，表1－3)。

表1-2　胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分

表1-3　細(xì)胞色素C分子中氨基酸殘基的差異數(shù)目及分歧時(shí)間

圖1-11　核糖核酸酶的變性和復(fù)性示意圖

(A)天然核糖核酸酶(B)變性失活(C)“錯(cuò)亂”核糖核酸酶

促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(MSH)均為垂體分泌的多肽激素。α－MSH和ACTh 4～10位的氨基酸結(jié)構(gòu)與β－MSH的11～17位一樣，故ACTH有較弱的MSH的生理作用(圖1-12)。

在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，參與功能活性部位的殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)殘基的異常，那么該蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到明顯的影響。被稱之為“分子病”的鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血僅僅是574個(gè)氨基酸殘基中，一個(gè)氨基酸殘基即β亞基N端的第6號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了變異所造成的，這種變異來源于基因上遺傳信息的突變(如圖1-13)。

圖1-12　ACTH、α-MSH和β-MSH一級(jí)結(jié)構(gòu)比較

圖1-13　鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血血紅蛋白遺傳信息的異常

(二)蛋白質(zhì)空間橡象與功能活性的關(guān)系

蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān)，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。

在生物體內(nèi)，當(dāng)某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個(gè)部位結(jié)合，觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生一定變化，從而導(dǎo)致其功能活性的變化，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的別構(gòu)效應(yīng)(allostery)。

蛋白質(zhì)(或酶)的別構(gòu)效應(yīng)，在生物體內(nèi)普遍存在，這對(duì)物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化都是十分重要的。

現(xiàn)以血紅蛋白(hemoglobin,簡(jiǎn)寫Hb)為例來說明構(gòu)象與功能的關(guān)系。

血紅蛋白是紅細(xì)胞中所含有的一種結(jié)合蛋白質(zhì)，它的蛋白質(zhì)部分稱為珠蛋白(globin)，非蛋白質(zhì)部分(輔基)稱為血紅素(見圖1-14)。Hb分子由四個(gè)亞基構(gòu)成，每一亞基結(jié)合一分子血紅素。正常成人Hb分子的四個(gè)亞基為兩條α鏈，兩條β鏈。α鏈由141個(gè)氨基酸殘基組成，β鏈由146個(gè)氨基酸殘基組成，它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)均已確定。每一亞基都具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)，各肽鏈折疊盤曲成一定構(gòu)象，β亞基中有8個(gè)α－螺旋區(qū)(分別稱A、B……H螺旋區(qū))，α亞基中有7個(gè)α－螺旋區(qū)。在此基礎(chǔ)上肽鏈進(jìn)一步折疊形成球狀，依賴側(cè)鏈間形成的各種次級(jí)鍵維持穩(wěn)定，使之球形表面為親水區(qū)，球形向內(nèi)，在E和F螺旋段間的20多個(gè)巰水氨基酸側(cè)鏈構(gòu)成口袋形的疏水區(qū)，輔基血紅素www.med126.com就嵌接在其中，α亞基和β亞基構(gòu)象相似，最后，四個(gè)亞基α2β2聚合成具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的Hb分子(見圖1-15)。在此分子中，四個(gè)亞基沿中央軸排布四方，兩α亞基沿不同方向嵌入兩個(gè)β亞基間，各亞基間依多種次級(jí)健聯(lián)系，使整個(gè)分子呈球形，這些次級(jí)鍵對(duì)于維系Hb分子空間構(gòu)象有重要作用，例如在四亞基間的8對(duì)鹽鍵(圖1-16)，它們的形成和斷裂將使整個(gè)分子的空間構(gòu)象發(fā)生變化。

圖1-14 血紅素的結(jié)構(gòu)式

圖1-15　血紅蛋白β亞基的構(gòu)象

ABCDEFGH分別代表不同的α－螺旋區(qū)。共有八個(gè)螺旋區(qū)；阿拉伯?dāng)?shù)字代表在該區(qū)氨基酸殘基的序號(hào)；a-螺旋區(qū)之間的移行部位為無規(guī)卷曲，用AB，CD，EF，F(xiàn)G…等表示。C1，E7，C5，CF，C3，E3，的中間為血紅素，其中較大的黑點(diǎn)代表Fe2+。

圖1-16 血紅蛋白亞基間鹽鍵示意圖

圖1-7　鐵原子在氧合時(shí)落入血紅素平面

圖1-18

圖1-19　Hb的氧飽和曲線

Hb在體內(nèi)的主要功能為運(yùn)輸氧氣，而Hb的別位效應(yīng)，極有利于它在肺部與O2結(jié)合及在周圍組織釋放O2。

Hb是通過其輔基血紅素的Fe++與氧發(fā)生可逆結(jié)合的，血紅素的鐵原子共有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與血紅素的吡咯環(huán)的N結(jié)合，一個(gè)與珠蛋白亞基F螺旋區(qū)的第8位組氨酸(F8)殘基的咪唑基的N相連接，空著的一個(gè)配位鍵可與O2可逆地結(jié)合，結(jié)合物稱氧合血紅蛋白。

在血紅素中，四個(gè)吡咯環(huán)形成一個(gè)平面，在未與氧結(jié)合時(shí)Fe++的位置高于平面0.7Å，一旦O2進(jìn)入某一個(gè)α亞基的疏水“口袋”時(shí)，與Fe++的結(jié)合會(huì)使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向該平面內(nèi)移動(dòng)約0.75Å(圖1-17)，鐵的位置的這一微小移動(dòng)，牽動(dòng)F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段的位移，再波及附近肽段構(gòu)象，造成兩個(gè)α亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合變松，并促進(jìn)第二亞基的變構(gòu)并氧合，后者又促進(jìn)第三亞基的氧合(圖1-18)使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第一亞基開始氧合時(shí)速度的數(shù)百倍。此種一個(gè)亞基的別構(gòu)作用，促進(jìn)另一亞基變構(gòu)的現(xiàn)象，稱為亞基間的協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)，所以在不同氧分壓下，Hb氧飽和曲線呈“S”型(圖1-19)。