范文一:血红蛋白的结构
1 必修一P23:
2 选修一P67
3 选修三P28
(合肥市2012年高三第一次高考模拟)3.蛋白质是生命活动的主要承担者,下列有关蛋白质的叙述错误的是
A. 从化学本质上说,全部的抗体、绝大多数的酶、部分激素属于蛋白质
B. 细胞分化的过程中,细胞膜上的蛋白质种类和蛋白质数量会发生改变
C. 在癌变过程中,细胞膜上出现的不同于正常细胞的蛋白质会成为抗原
D. 人血红蛋白含574个氨基酸,合成一分子该蛋白质脱去573个水分子
教师用书:
血红蛋白是一个含有两种不同亚基的四聚体,由两条α链和两条β链组成(图8)。
血红蛋白的每一个亚基都含有一个血红素辅基。α链由141个氨基酸组成,β链由146个氨基酸组成,各自都有一定的排列次序。血红蛋白分子中四条链各自折叠卷曲形成三级结构,再通过分子表面的一些次级键(主要是盐键和氢键)的结合而联系在一起,互相凹凸相嵌排列,形成一个四聚体的功能单位。α链和β链的一级结构差别较大,但它们的三级结构却大致相同,并和肌红蛋白相似,这反映它们在主要功能上也具有相似性,即都能进行可逆的氧合作用。但是血红蛋白在进行氧合作用时表现出别构现象。
别构现象是指当某些蛋白质表现其功能时,其构象会发生改变,从而改变了整个分子的性质。例如,血红蛋白的四聚体具有稳定的结构,但与氧的亲合能力很弱。当氧和血红蛋白分子中一个亚基血红素铁结合后,就会引起该亚基的构象发生改变,这个亚基构象的改变又会引起另外三个亚基相继发生变化、整个血红蛋白分子构象的改变,会使所有亚基血红素铁原子的位置都变得适于与氧结合,血红蛋白与氧结合的速度大大加快。
血红蛋白是一个四聚体,它的整个结构要比肌红蛋白复杂得多,因此表现出肌红蛋白所没有的功能,例如,除运输氧外,还能运输H+和CO2。此外,血红蛋白与氧的结合受到环境中其他物质的调节,如H+和CO2,以及有机磷酸化合物的调节。
范文二:对血红蛋白的结构及氧离曲线形成的探讨
对血红蛋白的结构及氧离曲线形成的探讨
2001年第6
对血红蛋白的结构及氧离曲线形成的探讨
王艳
(黔南民族师范学院生物系讲师贵州都匀558000)
摘要:简述了血红蛋白的鲒构及其所形成的氧离曲线的特征,并分析氧离曲线的形成原因及影
响因素.
关键词:血红蛋白;氧离曲线;形成原因
中圈分类号:Q51文献标识码:A文章编号:1005”-6769(2001)O6—o048—3
血红蛋白是存在于红细胞的一种蛋白成分.它的作用能完成运输氧气的作用.它在氧分压高的情
况下,能与氧结合(如在肺内),在氧分压低的情况下,能将氧解离出来(如在组织中),那么在不
同氧分压下就有一定量的氧与血红蛋白相结合.血红蛋白的这种功能与结构是密切相关的.在我们历
年教学中,一直采用东北师范大学《人体解剖生理学》教材,在这本教材中,对血红蛋白的结构只
简单介绍”由一个珠蛋白和四个亚铁血红素构成,每个血红素含一个Fe”“.对其蛋白具体结构没有
介绍.另外.在一定氧分压的情况下,血红蛋白与氧的实际结合量和最大结合量不同,两者的比值
(用百分值表示)可表示实际结合量的多少,在不同分压下.有一定比值.这样就以分压为横坐标,
以比值为纵坐标得到一条曲线,这条曲线呈”s”形,那么为什/厶呈”s”形,书中也未作解释.至
书中只说明移动方向,对为什/厶形成移动也未作说明.本 于各种因素引起…s形曲线的移动,
文就
对血红蛋白的结构,氧离曲线形成原因,以及各种因素影响作进一步的探讨.
1血红蛋白的结构
血红蛋白分子由珠蛋白和血红素构成.珠蛋白由4个多肽链亚基构成,两条一链,两条B一
链.每个亚基结合1个血红素,每个血红素结合1个F,血红素中的Fe的配位数是6,或者说它
可以形成6个键,其中:与血红素卟啉环的2个氮形成配位键,与另外两个氮形成共价键,再与珠蛋
白肽链亚基中的一个组氨酸残基的眯唑基的氮形成配位键.余下1个配位键与氧可逆结合.(如图1
所示).此时,仍为二价的亚铁,故血红蛋白与氧的结合称为氧合,而不是氧化.
2血红蛋白与氧的结合及氧离曲线
与o化学结合形成氧 血红蛋白(Hb)在氧分压高时,
合血红蛋白(HbO)而运输氧.在氧分压低时,HbO又将
氧解离形成去氧血红蛋白而释放氧气:
+o:HbO
血红蛋白的1个Fe”可结合1分子氧气,1个血红蛋白
分子含4个血红素,故1个血红蛋白分子中含4个,因
此可同4个0:分子可逆结合.故1摩尔的血红蛋白在氧气
收稿日期:2001—04—25
48-
蛆氨醋侧链
图1血红素与珠蛋白和氧的结台
饱和时可结合4摩尔的氧气.血红蛋白可结合1.34—1.36毫升的氧气.
若某健康人血液含血红蛋白15克,则在氧完全饱和时,每100毫
升血液的血红蛋白化学结合氧气量约为20毫升,称为此人血红蛋,
白的氧容量,它是一定量血红蛋白所能结合氧气的最大量.血红蛋.
白在一定条件下实际结合的氧气量称为血红蛋白的氧含量,它所占
血红蛋白的氧容量的百分数叫血红蛋白的氧饱和度,用百分数来表蓦
示.0
表达血液血红蛋白氧饱和度和氧分压之间关系的曲线称为氧离
3影响氧离曲线的因素
氧离曲线影响因素很多,主要有
(1)pH和二氧化碳的影响
五
图3(pH和CO对氧离曲线的影响)
注:????分刺为cq分压0.40Kpa;260Kpa;520Kpa;10.40Kpa;(的分剐为pH为7.6;7.4;7.2;横
坐标为每单位1.33Kpe.
由有利于这些盐键的形成.所以,当H浓度升高
时,提高血红蛋白构型的稳定性,降低了它对氧气的亲和力,使曲线右移.二氧化碳分压升高使曲线
右移,一方面由于二氧化碳和水生成碳酸之后鼹离提高了[H]浓度,另一方面是因为二氧化碳还
与13一亚基末端氨基之间的斥力减小,增加了构型的稳定性,降低了血红蛋白对氧气的亲和力.这可
能是波耳效应的原因.这个效应有利于肺泡毛细血管血液中血红蛋白与氧气的结合.
(2)温度的影响
由图4可看出,温度升高,(如在运动的肌肉时),可使曲线右移.温度降低3一二磷酸甘油酸(2.3一DPG)的影响
由图5可以看出,2.3一二磷酸甘油酸浓度增高时,曲线向右移,可释放更多的氧气,故是对缺
氧的一种适应性反应.23一DPG是在红细胞的无氧代谢中产生,是红细胞内合成的主要有机磷酸
盐,它是血红蛋白一个变构效应物,是影响血红蛋白对氧气亲和力经常起作用的因素,它能与脱氧血
红蛋白结合,释放氧气并妨碍氧气的结合.2.3一DPG使曲线右移的原因是:在血红蛋白的2个B一
亚基之问有一空隙,正好容纳1个2.3一DPG分子,2.3一DPG的磷酸根和羧基带有负电荷,它周围
的13一亚基的氨基,眯唑基则带正电荷,于是形成了盐键,使2个B一亚基受到约束,构成趋于稳
定,对氧气的亲和力降低.
参考文献:
[1]陈守良骗着.动物生理学北京:高等教育出版杜
[2][荚]B.D黑姆斯等着,王镜岩等译生物化学北京科学出版社
[3]沈同,王镜岩主编生物化学北京:高等教育出版社
范文三:动物血红蛋白结构与功能的研究进展
46 7 2011 7 第 卷 第 期 年 月 ( )理 学 版 山 东 大 学 学 报
Jul, 2011Vol, 46No, 7 Journal of ShandongUn iversity( Natural Science)
16719352(2011)07000106:---文章编号
动物血红蛋白结构与功能的研究进展
,,,樊廷俊徐彬荆昭张亚南
( 26600)3,中国海洋大学海洋生命学院海洋生物系山东 青岛
摘要:动物 Hb 除运输和储存氧气外还具有调节 pH 值、控制一氧化氮水平、参与免疫反应、结合并运输硫化物等多
,,。种生物学功能是研究呼吸蛋白多重生物学功能的理想分子已经引起了学者们的浓厚兴趣结合研究成果并综
,Hb 、。合本领域的大量学术文献对动物 的分子结构生物学功能及其研究进展进行综述
:; ; ; ; 关键词血红蛋白脊椎动物无脊椎动物分子结构生物学功能
:Q71: A中图分类号文献标志码
Reseach advanceson stuctue and function of animal hemoglobin rrr
FAN Tngjun,XU Bin,JING Zhao,ZHANG anani-Y-
( Department Moafr ine Biology,College of Marine Life Sciences,Ocean University of
China,
Qngdao 266003ShandongChna)i,,i
Abstract: Animal Hb plays important roles not only in transportation and storage of oxygen lbuso tin a regulation of pH
value,control of nitric oxide levels,participation in immune responses,binding and transportation of sulfide,and other
biological functions,which has attracted reseairnctehr ests of scholars becausei t is an ideal molecule with which to study
biological multi-functions of proteins, In the present pape,thre omlecular structure anbid ological function of
animal Hb
base on recent research advancels arange damoun a t ofc aademic literature in this field are reivewed, ,pH 、储存氧气还具有调节 值控制体内一氧化氮水 ey wods: hemogobn; vertebra; t envertebrate; moecuar structur; e boogca functonKrliillilili 、、平参与免疫反应结合并运输硫化物等多种生物学 0引言
。Hb,Hb 功能为了更好地了解和认知 本文对动物
、( hemoglobin,Hb) 的分子结构特征多重生物学功能及其研究进展综 血红蛋白是分布最广的一类
,,呼吸蛋白不仅存在于绝大多数脊椎动物中而且广。述如下
、、、泛分布于无脊椎动物高等植物原生生物真菌和 ,12,-。,Hb 细菌中其中对动物 研究的时间最长也最 1Hb 动物 的分子结构 。,Hb 为全面由于动物生存环境的差异尽管其 的
,Hb 氨基酸序列相对保守但其 的分子结构和生物
。,学功能却呈现出多样性在分子结构上脊椎动物 1. 1 Hb 脊椎动物 的分子结构 Hb ,Hb 的 一般为异源四聚体结构而无脊椎动物 的 Hb 脊椎动物 是由血红素和珠蛋白构成的近似 ,、、分子结构则差异很大有单体同型二聚体双结构 4 ,6, 2 × 10,球形的缀合蛋白质分子量为 左右具有 、。域多聚体多结构域多聚体等多种结构形式在生 。异源四聚体结构四聚体的 α 和 β 两种亚基在,Hb 物学功能上动物 的功能不仅仅局限于运输和 结
,50% 构上十分相似两者约有 的氨基酸序列是相同
,,45 的有研究显示它们是在大约亿年前由共同的 :2010-12-15;:2011-06-16 10?14 收稿日期网络出版时间
http: / /www, cnki, net / kcms / detail /37, 1389, N, 20110616, 1014, 006, html:网络出版地址
:( 160004)基金项目教育部骨干教师资助计划
作者简介:樊廷俊( 1964 ,, 男) ,理学博士,教授,博士生导师,主要研究方向为( 海洋) 动物细胞工程与细胞分化, Email: tjfan@ uoc, edu, cn
7 ,16, 12 × 10Hb 。:———达 的 分子如祖先有 颌脊椎动物的球 蛋白基因进化而来 ,3,。Hb 四聚体的每个亚基都结合有一个血红素 的( Urechis caupo,) Hb 螠虫动物中的刺螠其 通过 ,2,4,,5, 。Perutz配基并具有一个氧结合部位首次提 ,F-I、F-II F-III 色谱被鉴定为四聚体结构由 和 三,Hb 出并以同晶置换法从原子水平上阐明了 的三
,4 ,维结构说明构成分子的 个亚基呈四面体配置每 个 。一个亚基具有与肌红蛋白相类似的结构 ,F-I 。部分组成其中 为主要成分氨基酸和肽谱分 一些低等脊椎动物由于长期处于极端的生存环 ,F-I F-II ,析发现和 的序列有很高相似性可能仅,Hb 境其 的含量与结构在进化中发生了显著的变
在。Hb ( Channichthyidae) , 化在 含量上南极冰鱼是目 前
Hb ,、 发现的惟一不含有 的脊椎动物它们的血液鳃,F-III翻译后修饰过程中导致分子结构上的不同而 ,和内脏均是无色的血液的氧运载能力也只有一 般,17, 。与二者差异很大10% ,、 鱼类的 致使冰鱼只能通过其硕大的心脏大( Glycera dibranchia- 环节动物中的二腮吻沙蚕, 量的血液和增加血液循环来提高氧的运输效率只,6,ta) ,其体腔的血细胞内存在单体和多聚体两种形式 。有这样才能满足其机体对氧气的需求而生 存4 Hb,1, 7 × 10的 二者都是以分子量为 的肽链为结 ( ) ( noto-在极为寒冷环境低于零度的南极抗冻鱼 ,18,19,。( Lumbricus terrestris) 构单元构成的陆正蚓中 thenioid fish) ,,Hb 其血细胞的数量显著减少的含6 Hb ,3. 6× 10,的 存在于细胞外分子量高达 其中心 量 , 36Hb十二 聚 体 结 构 外 围 则 由个 非 亚 基 包 144 12 Hb 支架由 个携氧的 亚基分层折叠形成 个 ,7,。Hb ,也明显降低在 分子结构上绝大多数南极,20,23, 。围Hb1 Hb2 Hb,抗冻鱼具有 和 两种功能极为相似的 ( Scapharca inaequiva-软体动物中的不等壳毛蚶,Hb 且两者均为单体结构而不是脊椎动物 通常的四 lvis) HbI HbII 同时含有同型二聚体 和异源四聚体 。Hb1 Hb 95% : 99% ,聚体结构其中 约占 总量的而 ,24,Hb。 ( heterodontbi-两种 形 式 的 异 齿 双 壳 类 ,8,Hb2 。的含量则很低 6 6 valve) Hb 8 × 10: 10 × 10,的分子量一般在 可形成
,25,26,1820 。-由 个结构域组成的多结构域球蛋白
( Artemia) 节肢动物中的卤虫在低氧分压或者1. 2 Hb 的结构无脊椎动物 Hb, 高盐环境中会应激性地合成 且不同卤虫种群的( hemocya-无脊椎动物的呼吸蛋白以血蓝蛋白 ,27, Hb 。结构相差很大 在旧金山一个盐田中的卤虫 ,9,nn,Hc) ,Hb。i为主但在少数种类中也存在 无脊 HbII HbIII,,无论雌雄都含有 和 而在其邻近盐田所 Hb Hb 椎动物的 不像脊椎动物 那样仅仅存在于细 HbI HbII,有的雌性卤虫同时含有 和 而雄性仅含有 ,、、胞中其中帚虫动物以及部分纽形动物环节动物,28,,29, HbII 。2007 ,Sugumar 年等 研究发现在一种卤 、Hb 螠虫动物软体动物和棘皮动物的 存在于血细 ,10,,胞中而节肢动物和须腕动物等大多数无脊椎动 3 Hb,HbI,HbII HbIII,虫中存在 种不同的 即 和 而 ,11,12,Hb 。物的 则溶解在血浆中 HbII HbIII。Hb 另两种卤虫没有 和 三种 的分子量 Hb 55无脊椎动物 在结构上均存在球蛋白折叠 2, 35 × 10: 2, 50 × 10 。约为 ( globin fold) ,3-on-3“”具有典型的α 螺旋三明( Phoronis architecta) ,Hb帚虫动物中的帚虫其 治折 ,具有四条不同的肽链其中两条肽链以单体形式存 ,叠结构能够通过疏水作用使血红素辅基结合到正,在另外两条肽链结合形成二聚体或以此二聚体为 ,13,。确的位置上在此折叠中有两个高度保守的氨 ,30, 。结构单元聚合成多聚体,CD1 F8 基酸残基分别为 中的苯丙氨酸和 中的组 ,14, ( Hemipholis elongate) ,棘皮动物中的海蛇尾其。,氨酸一方面球蛋白折叠结构是一种非常坚固 ,31,Hb ,。 主要以单体形式存在有时也会形成二聚体,的蛋白质支架它能够消除氨基酸替换所产生的影
( Caudina arenicola) Hb 海参血细胞中的 在氧合状 ,; , 响保持固定的拓扑学结构和四级结构另一方面
,态下以二聚体形式存在而在脱氧状态下则主要以 Hb 球蛋白折叠结构又能允许无脊椎动物 在四级结 ,32-34,,15,。四聚体形式存在 。构组装时具有较大的可变性
( Riftia pachyptila) 大管虫是一种居住在深海热 ,Hb 由于生存环境的差异无脊椎动物 还会受
,Hb V1、V2 泉的须腕动物其 有血液中的 和体腔液 pH 、到体内 值离子强度以及所结合的血红素配基 6 ,C1 1 3. 5 × 10,。V和非血红素蛋白等多种因素的影响因此其分子结 中的 三种形式的分子量约为 由 ,Hb 构也出现了多样性从帚虫的单体形式到甲壳类 150 40 ; V2 C1 条肽链和 个连接蛋白组成和 的分子 、,的多亚基多结构域形式环节动物还有复杂的胞外 5 ,4 × 10,24 ,量较小约为 由 条肽链组成并存在许多 Hb,在一些双壳类软体动物中甚至还存在分子量高 ,35, 。还原型的巯基
7 3,: 第 期樊廷俊等动物血红蛋白结构与功能的研究进展
2. 2 pH 调节 值
Hb ,除运输氧外还具有维持血液酸碱平衡即调2Hb 动物 的生物学功能
pH 。,节血液 值的功能近年的研究结果表明脊椎 + + Hb H ,H ,Hb 动物 中的一些基团能结合 是一种 缓冲 过去一直认为动物 的生物学功能仅限于 , 。,,COHCO,Hb 运输和储存氧气然而近十几年的研究结果发现物质因此在运输 的过程中 和 对血2 3 Hb ,,41,脊椎动物的 除运输和储存氧气外还具有调节 。,液的酸碱平衡能起到重要的缓冲作用另外pH 、、值控制体内一氧化氮水平参与免疫反应等多 ,42,Berenbrink发现在一些硬骨鱼类的红细胞膜上存 。Hb 种生物学功能无脊椎动物 因其结构的多样性
故其生物学功能较脊椎动物呈现出更显著的多样 -( ) 在有为 β肾上腺素能激动剂多巴酚丁胺所激活 ,,+ + 性除具有与脊椎动物共有的功能外还具有运输硫 ( Na / H -exchangemechanism ) 。的钠 氢 交 换 机 制 、、化物类卵黄蛋白原功能调节浮力等多种生物学功 ,当细胞外环境偏酸时通过肾上腺素能激动剂的诱,能充分反映出了无脊椎动物对不同生存环境所表 + ,H ,导可使 外溢以保持细胞内的碱性环境从而提 ,16,36,。现出的不同适应能力 Hb pH 高了 对氧气的亲和力以抵消由于 降低所造 2. 1 运输和储存氧气
,、。成的危害如波尔效应鲁特效应等 Hb 动物 最主要的生物学功能之一就是运输和
。Hb 储存氧气当脊椎动物 的一个 α 亚基与氧分子 Hb ,无脊椎动物 作为体液的主要蛋白质组分 ,。结合后可引起其余亚基构象发生改变这些亚基 ,12, 。可能也参与了体液酸碱平衡的调节研究结果,Hb 对氧的亲和力增大从而使整个 分子的氧结合 ,43,44, ,( Arenicola marina ) 、表明海洋蠕虫矮锹形虫。Hb 力迅速增强而 在组织内释放氧的过程亦如 ,45, ,,此一个氧分子的释放会刺激另一个释放直到释放 ( Neoamphitrites figulus) 和吉普斯兰岛巨型蚯蚓。Hb 所有氧分子脊椎动物 在呼吸器官中可以充分 ,46,( Megascolides australis) Hb 的 均存在何尔登效应 ,地与氧结合在需氧组织中又可以充分释放所携氧 ( Haldane effects,) 即在缺氧状态下血液中的重碳酸 。Hb 分子所具有的这种协同效应可大大提高运输 ,4,。和储存氧气的效率 pH ,盐水平和 值均比氧合状态下的高证实无脊椎
( Petromyzon 但是低等的脊椎动物如海七鳃鳗Hb 。动物 也能参与体液酸碱平衡的调节 marinus) ,Hb , 其 在氧合状态下通常为单体的形式2. 3 控制体内一氧化氮水平,而在酸性环境中单体则聚合成二聚体乃至多亚基 ,Hb 近年的许多研究发现在运输氧的同时还可。Hb 的寡聚体实验证明单体 对氧的亲和力高于二
,Hb 聚体这导致海七鳃鳗 在结合氧气时呈现正协 NO ,。参与 的调节和代谢以保护机体免受硝化胁迫 ,1,37,38, ,47,。同作用Datta Hb ,NO,等研究发现人 可以吸收肺中的 将 Hb ,无脊椎动物 的种类与分布极其多样因此 ,NO,其释放至血液中以补充因代谢而减少的 并使 Hb 。运输和储存氧气的方式也呈现出多样性不等 ,。( S, inaequivalvis) HbI 血管扩张起到稳定血压的作用慢性心力衰竭病壳毛蚶的同型二聚体 的氧解
,离也具有协同性表明双亚基种类的氧解离速率比 Hb,,s-Hb人肺循环中的 在结合氧的过程中亚硝基 ,39,。单亚基种类慢得多而在同型二聚体的多变织 ( SNO-Hb) ,Hb( HbFe-的含量明显升高而亚硝酰基 ( Nassarius mutabilis) ( myoglobin,Mb) 纹螺肌红蛋白的NO) ,Hb 的含量明显下降二者的量与 的氧饱和度 ,氧解离中单亚基与氧分子的结合形式则比双亚 ,40, ,,呈正相关与心脏指数呈负相关表明缺氧组织中的。,Hb 基更稳定上述研究结果表明无脊椎动物
在进化过程中可能采用了两种不同的机制来控制配 Hb NO 。可能还具有转运和释放 的功能
。,( Lumbrcus i基与氧分子的结合另有报道陆正蚓( Ascaris suum) Hb 无脊椎动物蛔虫肠周围的 表 terrestris) Hb ,的 由四种不同形式的亚基构成分别被 NADPH c 现出对 的细胞色素 还原酶活性的依赖 a、b、c d a、b、c。,命名为 和 链在体外重建实验中仅 ,NO 性且在氧合状态下可将 氧化成硝酸盐进而调 ,d链组成的三聚体结合氧气时协同性很低但加入 ,48,49, 。节氧气的水平,Hb 链后协同 性 显 著 提 高与自然条件下的 无 差 2. 4 参与免疫反应 ,22,,50, 。异Hb Buttari 。动物 还具有免疫活性等发现游
Hb 离 能够激活颈动脉粥样硬化病人的先天和适应
,: Hb 性免疫应答其激活途径为游离 趋化未成熟的
( immature dendritic cells) ,树突状细胞作用于其
,ERK1 /2 p38 质 膜上的表面受体进而诱导 和 的磷,51,。Nedjar-Arroume Hb 酸 化作用等发现在牛 的胃
,30 蛋 白酶水解产物中有 个肽段对革兰氏阳性细菌
,和 阴性细菌均具有抑制作用且在很低浓度下的抑
菌
2. 5. 297% 。24 率就可高达 以上这些肽段中有 个来自于类卵黄蛋白原功能 ,66, Hb 6 ,Hb 。的 α 链其余 个来自于 的 β 链周新娥Trewitt ( Chironomus thummi) 等发现摇蚊幼 ,52,/ Hb 等通过体外抑菌实验也证实人 α β 链及其Hb 。 虫血淋巴中的 可能具有类卵黄蛋白原的功能
,。片段有抑菌作用但其主要针对的是革兰氏阴性菌研究者发现在雌性摇蚊体内大量存在一种能够影响
,,Hb 4 最新研究显示离开红细胞后脊椎动物 能 ,3, 5 × 10,性别的蛋白分子量约 呈二聚体形式存 ,( metHb), 够自氧化成三价铁形式即高铁血红蛋白,67,,Hb。在暂被鉴定为 该蛋白不仅能够运输和储 ,从而具有了一种类过氧化物酶活性能够催化产生 ,68,( reactve oxygen pesces,ROS) ,ii一种活性氧即超氧 ,。存氧气可能还具有卵黄储存功能
2. 5. 3 调节浮- ,53,54,- ( O)O。阴离子被认为本身并不具有尽管 2 2 力 ,55, ,,细胞毒性但是它能产生有毒的衍生物如羟基( Anisops assimilis) Hb 水生动物仰泳虫的 能够 ,56,-( ?OH) 。,O 自由基和次氯酸因此的产生将持,, 将氧气释放至气管系统这样可以降低其耗氧速率2 ,56, 。,CO从而保持一定的浮力研究者发现水中存在 。, 续并且加强依赖氧的杀菌作用在生理条件下
,69-71,Hb ,是存在于红血球中 的细胞内的还原 机 制 使 ,。的情况下仰泳虫的潜水能力会大大降低,57,metHb ,维持在低浓度从而避免了机体的自我破 ,54, 3研究展望 。,坏然而研究已经证明致命的细菌如金黄色葡
Hb ,萄球菌偏好摄取 作为其铁源并能产生溶细胞
( cytolytic toxins) ,毒素使红细胞发生溶血从而释Hb ,Hb 近年来动物 尤其是无脊椎动物中的 结 ,58,Hb。,放 此外病原微生物也发展了其他的毒力 构和功能的多样性受到了科研工作者越来越多的重( extraceuar proteases) lll因 子例如胞外蛋白酶以侵,5961,,62,-,、、视其性质功能基因结构等方面均取得了可喜的 。Fang,,入宿 主报道当细菌侵入机体时人
Hb ,血细 胞内的 被释放出来继而产生活性氧迅速。,Hb 研究进展如今动物 在免疫功能方面的研究 ,63,。Jiang 杀死 致病菌等发现无脊椎动物血蓝蛋,,开始成为新热点但许多基本问题仍未得到解决尤 metHb 白的酚 氧化酶活性和脊椎动物 的类过氧化。其是在细胞和分子水平上的调控机制还不清楚因 ,物酶活 性都能被微生物蛋白酶所触发并被病原相
( PAMP) 。关分子 模式进一步加强因此证实了一个,Hb 此仍需要做大量而深入的研究以全面解决 免 ,直接的 抗菌策略就是宿主随机地利用入侵微生物。Hb 疫活性中的一些关键问题如 在发挥免疫功能 ,的毒力 因子使自身的呼吸蛋白转变成强有力的
; Hc 时的活性中心在哪里有些无脊椎动物的 在激ROS ROS , 生产 者而产生的 可以有效的杀死入侵的
。病原菌 ,Hb Hc活剂的作用下也可以发挥免疫活性那么 和
,。在分子进化上的关系如何等等这些问题的解决
Hb DNA ,不仅需要得到 的 序列还需要构建相关的
Hb 。Hb 模型从而进一步探明 的作用机制对动物
,Hb 结构和功能多样性的研究将有助于更好地理解
。发挥作用的分子机制及其在进化中的地位 ka-,,( Scapharca另外本 文 作 者 也 发 现毛 蚶
goshimensis) 血细胞裂解物经凝胶过滤柱层析所得
Hb ,HbI HbII,的 纯品即 和 极可能也是通过产生 :参考文献ROS 、而对金黄色葡萄球菌枯草杆菌和四联球菌等
,1, RIGGS A F, Hemoglobins ,J,, CurrentO pinion in Struc-,革兰氏阳性菌起到显著抗菌作用但对革兰氏阴性
tural Biology,1991,1( 6) :91 5-921, 、( ) 。菌真菌无显著影响未发表
,2, HARDISON R C, A brief history of hemoglobins: plant, 2. 5 Hb 无脊椎动物 特有的生物学功能 animal,protist and bacteria ,J,, Proc Natl Acad Sci 2. 5. 1结合并运输硫化物 USA, 一些软体动物生活在富含硫化氢的沿海泥沙1996,93( 12) : 5675-5679, ,,Hb 中其摄食和消化功能退化但血细胞胞浆中的
能将环境中硫化氢转运至共生细菌内进行生物合 ,3, HAUSLADEN A,GROW A,STAMLER J S, Nitrosative
。( Lucina pectinata) Hb HbI、 成如厚满月蛤的 分为 stres: s Metabolic pathway i nvolving the HbII、HbIII HbII、HbIII ,三种其中 仅能结合和输送 favohemogobnlli ,HbI ,氧气而 还能够选择性的结合硫化氢并将其转 ,J,, Proc Natl Acad Sci USA,1998,95 ( 24 ) : 1410-0 ,运至共生细菌体内同时利用硫化氢氧化时产生的
1410,5 ,。能量将二氧化碳固定合成己糖这也是此类软体 ,4, ANTONINI E,BRUNORI M, Hemoglobin and moyglobin,64,65, 。动物惟一的碳源 in their reactions with ligands ,M,, Amsterdam: North-
Holland,1971,21: 436,
,5, PERUTZ M F,STEINRAUF L K,STOCKELL A,et al,
7 5,: 第 期樊廷俊等动物血红蛋白结构与功能的研究进展
Molecular Biology,1959,J adult horseh aemoglobin ,J,,,20, SANTUCCI ,RCHIANCONE E,GIARDINA B, Oxygen 1( 4-5) : 402-404,binding to Octolasium complanatum erythrocruorin: Modu-
,6, RUUD J T, Vertebratewsi thout erythrocytes anbldoo d pig-lation of homo-and heterotropic interactions by
ment, J,, Natur,e1954,173 ( 4410) : 848-850,cations
,7,WELLS R M G,ASHBY M D,DUNCAN S ,Jet al, Com-,J,, Journal of Molecular Biology,1984,179 ( 4) : 713- parative studies of the erythrocytes heanmodgl obins in 727,
no-,21, FUSHITANI ,KRIGGS A F, The extracellular hemoglo- totheniid fishes from Antarctica ,J,, J Fish Biol,bin of the eathrworm,Lumbricus terretsris, Oxygenation
propertes of soated chanstrmerand a iili,i,1980,17
( 5) : 51 7-527,reassociated
,8, VERDE C,LECOINTRE ,GDI PRISCOG , The pyhlogenyproduct,J,, The Journal of Biological Chemistry,1991, of polar fishes and the trsucture,function and omlecular 266( 16) : 1027510281,-
e-9, TERWILLIGER N B,unctional adaptations of ,22, SUZUKI T,RIGGS A F, Linker chain L1 of earthworm,F
oxygen- volution of hemoglobin, ,J,, Polar Biol,2007,30 hemoglobin ,J,, Biol Chem,1993,268 ( 18 ) : 1354-8transportpr otens J,i,,
J Exp Biol,1998,201 ( 8 ) : 1085- ( 5 ) :1355,51098,
523-539,,23, STRAND K,KNAPP J E,BHYRAVBHATLA B,et al,,10, MANGUM C P, Respiratory function of the rebdl ood cell
Crystal structure of thheemo globin dodecamer frLumom -hemogobns of sx anma phya Adv CompE nvronliiilli
J,,, bricus erythrocruorin: allosteric core ofg iant annelid Physiol,1992,13( 4) :11 7-149, re-,11, TERWILLIGER N B, Molecular structure of thter aceexl-
spiratory complexes ,J,, Journal of Molecular lular heme p roteins ,J,, Adv CompE nviron
Biology,Physiol,
2004,344( 1) : 119-134,1992,13( 4) : 193229,-
,24, CHIANCONE E,VECCHINI P,VERZILI D,et al, Di-,12, TOULMOND A, Properties and functions of etxracellular
heme pigments ,J,, Adv CompE nviron Physiol,1992,meric and t etrameirc hemoglobins from the
mollusc13( 3) : 231-256,
Scapharcai naequivalvis: Structural and functional proper-,13,PASTORE A,LESK A M, Comparison of the structurofes
ties ,J,, Journal of Molecular Biology,1981,152 ( 3) :globins and phycocyanins: Evidence for eovlutionary rela-
577-592,,14, BASHFORtionshipD , ,DJ,CHOTH, ProIAtei An s,M,199LE0S,K8 (J 2,) : 133-15D5e,terminants
,25,TERWILLIGER N B,TERWILLIGER R C, Oxygenb ind-of a protein fold: Unique features of tghleo bin amino acid ing domains of a clam( Cardita borealis) extracellular sequence,s J,, Journal of Molecular Biology,1987,196 he-
( 1) :19 9-216, moglobin ,J,, Biochim Biophys Acta,1978,537 ( 1 ) : ,15, BOLOGNESI ,MBORDO D,RIZZI M,et al, Nonverte- 7785,-
brate hemoglobins: structural bases for crteaivity ,26, TERWILLIGER R C,TERWILLIGER N B, Molluscan ,J,, hemoglobins ,J,, Comp B iochem Physiol B: Biochem Prog Biphys molec Biol,1997,68( 1) :2 9-68, Mol Biol,1985,81B: 255-261,
,16, WEBER R E,VINOGRADOV S , N Nonvertebratehem o- ,27,HELLAND S,TRIANTAPHYLLIDISG V,FYHN H Jet, globins: functions and omlecular adaptations al, Modulation of the free i nao m acid pool and ,J,, Physiol protein
Rev,2001,81( 2) :56 9-628, contentin populations of the br ine shrimp Artemia ,17, GAREY J R,RIGGS A F, Structure anfdun ction of he- spp
moglobin from U rechis caupo, J,, Arch Biochem Bio- ,J,, Mar Biol,2000,137( 5-6) : 1005-1016, phys,1984,228( 1) : 320-331, ,28, BOWEN S T,HANSON J,DOWLING P,et al, The ge- ,18, KANDLER R L,CONSTANTINIDIS ,ISATTERLEE J netics of Artemia salina, VI, summary of D, Evaluation of the extent hoetfe rogeneity in the mutations, Biol
Glycera Bull,1966,131 ( 2) : 23 0-250,
dibranchiata monomerh aemoglobin fraction by the usoef ,29, SUGUMAR V,MUNUSWAMY N, Physical,biochemical n, m, r, and ion-exchange chromatograph,yJ, , Biochem- and functional characterization of haemoglobin from three ical Journal,1985,226 ( 1) : 13 1-138, strans of Artema,J,, Comp Bochem Physo A,2007,iiiil ,19, CONSTANTINIDISI ,KANDLER R L,SATTERLEE J 146 ( 2) : 291298,-
D, Purity of Glycera dibranchiata monomer he moglobin ,30, VANDERGON T L,COLACINO J M, Hemoglobin func-
gregation of a holothurian hemoglobin ,J,,Biochim Bio-ciency after o rthotopic heart t ransplantation
,J,, Heart phys Act,a1975,386 ( 1) : 62-68,
Lung Transpl,2004,23 ( 2) : 15 8, ,34, BONAVENTURA C,BONAVENTURA J,KITTO B,et
,48,SHERMAN D R,GUINN B,PERDOK M M,et al, Com- al, Functional consequences liofg andlinked -
ponents of te rsol biosynthesis assebmled on the dissociation
oxygen in hemoglobin from the sea cucumbemor lpa dia arenicola
acid hemoglobin of Ascaris ,J,, Science,1992,258 ,J,, Biochim Biophys Acta,1976,428 ( 3) : 779-786,
( 509)0 : 193 01932,- 35 CHABASSE C,BAILLY X,SANCHEZ S,et a, Gene,,l
,49, MINNING D M,GOW A J,BONAVENTURA J,et al, structure and o ecmuar phyogeny of the nker lllli
Ascaris haemoglobin is a nitric oxide-activatedchains
deoxygen-‘ from thegi ant annelid hexagonal bilayer hemoglobins ,36, ANDREW J G,ALEXANDER P P,JOSEPH B,Inverte-
ase,J,, Natur,e1999,401 ( 10) : 497-502,’ ,J,,brate hemoglobins and nitric oxide: How heme po cket
50 BUTTARI B,PROFUMO E,TAGLIANI A, Free ehmo,,- J Mol Evo200663 ( 3) : 36 5374,l,,-structureco ntrols reactivity ,J,, Inorg Biochem,
globin: A chemotactic stimulus for the inn ate 2005,
immunity 99 ( 4) : 903911,-
,J,, Abstracts 77th Congress of the EuAthreopearosclne - ,37,RIGGS A F, The Biology of Lampreys ,M,, Londo: n Ac-
rosis Society,2008,9( 1) : 14, ademic Press,1972: 261-286,
,51, NEDJAR-ARROUME N,DUBOIS-DELVAL V,ADJE E 38 RIGGS A F, Aspects of tohre gn and eovuton of non,,iili-
Y,et al, Bovine hemoglobin: An attractive source of vertebratehe moglobins ,J,, Am Zool,1991,31 ( 3 ) :
anti- 353-545,
bacterial peptides ,J,, Peptides,2008,29 ( 6 ) : 969- ,39, ANTONINI ,EASEOLI F,BRUNORI M,et al, Kinetics
977, of ligand binding and quaternacryon formational changein
,52,,,,, 周新娥欧阳运薇潘小玲等人血红蛋白及其片段 the homodmerc hemogobn from Scapharcan aequvavsiiliiili
,J,, : ,体内外抗菌活性研究 四川大学学报医学版 ,J,, Biol Chem,1984,259 ( 11) : 6730-6738,
2008,39( 3) : 355359,- ,40, COLETTA M,ASCENZI P,POLIZIO F,et al, Coopera-
,53, KAWANO T, PINONTOAN R , HOSOYA H, et al, tive Mechanism in the Homodimeric Myoglobin from Nassa
Monoaminedependent production of reactive oxygen pes-- mutabilis,J,, Biochemistry,1998,37 ( 9) : 287 3-2878,
cies catalyzed by pseudoperoxidase activity of humanh e- ,41, , ,J,, ,2008,43( 4) : 75-78,周权酸碱平衡中国医刊
moglobin ,J,, Biosci Biotechnol Biochem,2002,66 ,42, BERENBRINK M, Haemoglobin function and the oelvu-
( 6) :122 4-1232, tion of adrenoresponseins l ower vertebrate,s J,, Comp
,54,ALAYASH A I, Hemoglobin-based blood substitutes: oxy- Biochem Physiol B: Biochem Mol Biol, 2000, 126
gen carriers,pressor agent,sor oxidants ,J,, Nat ( supp, 1) : 10,
Bio- ,43, TOULMOND A, Tide-related changes obfl ood respiratory
technol,1999,17( 10) : 545-549, variables in the lugworm Arenicola marina
,55, FEE J A, Oxygen anOdx yradicals in Chemistry and Biol-- ,J,, Respir
ogy, C,, New Yor: k Academic,1981, Physiol,1973,19 ( 2) : 13 0144,-the confined lugworm Arenicola marina ,J,,Exp Biol,J ,56, WENTWORTHA D,JONES L H,WENTWORTH P,et ,44,TOULMOND A, Blood oxygen transport antadb olimesm of1975,63 ( 3) : 647-660,
al, Antibodies have thei ntrinsic capacity to destroy ,45, WELLS R M G,WARREN L M,Oxygen b inding of
anti- erythrocruorin and coelomic cell haemoglobin from thete r- gens, J,, Proc Natl Acad Sci USA,2000,97 ( 20 ) : ebellid polychaete Neoamphitrite figulus related to
1093-010935, some
,57, BUNN H F,FORGET B G, Hemoglobin: Molecular Ge- environmental factors, J,, J Mar Biol Assoc UK,1982,
netic and Clinical Aspec ts ,M,, Philadelphia: W ,46, 6WEBE2 ( 2R) R: 37E,3-38BALD4,WIN J,Blood and erthyrocruorin
B ( extracellular hemoglobin) from thegi ant earthwormM e- Saunder,s1986: 634662,- gascolides australis: respiratory characteristics and
,58, SKAAR E P,HUMAYUN M,BAE T,et al, Iron-source evi-
preference oSfta phylococcus aureus infections dence of COfactaton of Obndng ,J,, Mol iliiii2 2 ,J,, Sci- Physiol, ence,2004,305 ( 5690) : 16261628,- 1985,7 ( 2) : 93-106, 59 HECK L W,ALARCON P G,KULHAVY R Met a,,,,l ,47, DATTA S,MACHAAL A,THEKKUDAN J, Inhaled ni- Degradation of IgA p roteins by Pseudomonas aeruginosa tric oxide as rescue therapy ifgohrt rventricular
1646 ( )第 卷山 东 大 学 学报理 学 版
,M,, : ,2001: 1-22,DNA ,J,, ,2010,39北京北京大学出版社出版的相互作用应用化工物与鲑鱼精
( 6) :79 6-799,,13,,,, , 罗黎江崇球李磊光谱法研究氧氟沙星 铽络合物
,J,, ,,19, ,,,, 与脱氧核糖核酸的相互作用分析化学研究简报汪 庆 祥李 文 琦倪 建 聪等二 茂 铁 甲 酸 与 鲱 鱼 精
2003,31( 12) : 1504-1507,DNA ,J,, :相互作用的电化学研究漳州师范学院学报
,2009( 3) : 83-89,,14, ,,,, DNA 自然科学版彭俊峰凌建亚张晗星等虫草素与 作用的
,J,, ,2004,24 ( 7 ) :85 8-,20, , ,M,, ,光谱研究光谱学与光谱分析天津大学物理化学教研室编物理化学修订版
861,: ,2001: 255-257, 北京高等教育出版社
,15, LONG E C,BARTON J K,On demonstrating DNA inter-,21, , 、胡瑞定喹诺酮钯化合物合成抗癌活性及邻菲咯啉金
DNA ,D,, : calation,J,, Acc Chem Re,s1990,23: 273-281,属配合物与 作用的光谱学研究杭州浙江
,2007,,16, , DNA 大学赵小辉盐酸小檗碱与 作用的序列特异性研究
,J,, ,2008,27( 6) :56 7571,,22, , 7 ,J,, ,-分析测试学报李建晴种喹诺酮类药物的光谱研究分析化学
2003,31( 1) : 19-23,,17, ,,,, -, 费丹王兴明阮开敏等环糊精 达旦黄包合物γ
DNA ,J,, : 与鲱鱼精 的作用机理中南大学学报自然科 ( : ) 编辑许力琴,2009,40( 2) :36 7-374,学版
,18, ,,,, 高苏亚王黎范涛等光度法研究姜黄素金属络合
32 ( 11) : 963969,-( 6 ) 上接第 页
,67, FABB S A,CHEONG M F,LEE B T O,et al, A sex-in- ,61, CHAN P F,FOSTER S ,J Role of SarAin virulence de-
fluenced protein in Chironomus ( Diptera) terminant production and nevironmental signal
,J,, Insect transduc-
Biochem,1990,20 ( 2) : 13 5-140, tion in Staphylococcus aureus,J,, Bacteriol,1998,180
,68, CHEN Z Z,FABB S A,MARTIN J, Comparison of a ( 23) : 623 26241,-
gene for pao ssible sex-influenced protein in ,62, FANG F C, Antimicrobial reactive oxygen and ni trogen
Chironomus species: concepts ancdon troversies ,J,, Nat RevM icro-
and Kiefferulus,J,, Genes to Ecosys,t199ems9: 49-55, biol,2004,2 ( 5) : 82 0-832,
,69, MILLER P L, Possible function of hemoglobin in ,63, JIANG N,TAN N S,HO B,et al, Respiratory protein-
Anisops generated crteaive oxygen pescies as an
,J,, Nature,1964,201 ( 2) :105 2, antimicrobial
,70, MILLER P L, The function of haemoglobin in relation strateg,y J,, Nat Immunol,2007,8 ( 10) : 111 4-1122,
to ,64, WITTENBERGJ B,WITTENBERG B A, Mechanisms of
the miantenance of neutral buoyancyin Anisops pellucens cytoplasmic hemoglobin and moyglobin function ,J,, An-
( Notonectidae,Hemiptera) ,J,, Exp Biol,1966,44 nu Rev Bioph Chem,1990,19 ( 3) : 217-241,
( 1) : 52 9-543, ,65, VINOGRADOV SN ,KAPP O H, Structure anFdun ction
,71, WELLS R M G,HUDSON M J,BRITTAIN ,T Function of invertebrate OxygenC arriers ,M,, Berlin:
of theh emoglobin and the gabsu bble in the backswimmer Springer,
Anisops assimiis ( Hemiptera: Notonectidae) ,J,, Compl 1991: 337-346,
Physiol B Biochem Syst Environ Physiol,1981,142( 4) : ,66, TREWITT P M,BOYER D R,BERGTROM G, Charac-
515522,- terization of mtaernal haemoglobins in the eggs andb rey-m
( : ) os of Chironomus thummi,J,, InsectP hysiology,1986,编辑相峰
范文四:pH值对人离体血红蛋白结构及功能的影响
FBP21激活剪切的功能。我们用三维核磁共振波谱学的方法解析了FBP21双WW 结构域的溶液结构。并用不同的富含脯氨酸的小肽作了化学位移干扰实验,发现这两个WW 结构域不但能结合第三类WW 结构域的配体(PPR motif)也能识别第二类配体序列(PPLP)。两个WW 结构域上的结合界面都包含了XP 和XP2两个配体结合区域。更有意义的是,两个WW 结构域是通过一个高度柔性的linker 区域连接起来的。蛋白质骨架动力学研究以及残留偶极耦合实验显示了这个连接区域的柔性使得两个结构域之间具有相互运动,他们之间的相对空间取向不是固定的。用选自相互作用蛋白SIPP1的不同长度的小肽做等温量热滴定发现,FBP21的两个WW 结构域一起结合配体能够获得更强的亲和力。化学位移干扰实验进一步证实了两个WW 结构域与配体的强亲和力正是需要他们之间连接区域的柔性来实现。两个WW 结构域连同其柔性的连接区域实现了FBP21在前体mRNA 剪切中的功能。结构方面的研究很好的解释了FBP21在前体mRNA 剪切以及与SIPP1相互作用中的表现。我们的研究拓展了对FBP21在生物学功能中的认识,并且为理解其在前体mRNA 剪切中的功能提供了结构基础。
关键词:FBP21,WW 结构域,前体mRNA 剪切,蛋白质溶液结构
致谢: 我们非常感谢 M. Bedford 博士和姚雪彪教授慷慨的赠与抗体和克隆载体。我们感谢杨印山博士在结构解析中提供的诸多帮助。我们感谢Nicole Sente提供的技术支持和许超博士提出的许多富于创造性的想法。我们感谢国家科技部,中国自然科学基金委和比利时弗兰芒科学研究基金提供的资金支持。
参考文献
1.
2.
3. Bedford, M. T., Reed, R., and Leder, P. (1998) Proc Natl Acad Sci U S A 95(18), 10602-10607 Sudol, M. (1996) Prog Biophys Mol Biol 65(1-2), 113-132 Llorian, M., Beullens, M., Andres, I., Ortiz, J. M., and Bollen, M. (2004) Biochem J 378(Pt 1), 229-238
pH 值对人离体血红蛋白结构及功能的影响 P5-23 吴正洁,康立丽,黄宝添,吴越,罗曼,黄耀熊
暨南大学生物医学工程系,广州 510632 (tyxhuang@jnu.edu.cn)
目的:已知人血红蛋白的氧平衡曲线随PH 值的变化而变化。同时,PH 值会影响血红蛋白分子的结构,如蛋白亚基的聚合或寡聚体的解聚。随着PH 值的变化,蛋白的解聚会直接导致其四级结构的改变。但目前仍不清楚pH 值的变化会给血红蛋白的一级、二级、三级、四级结构带来什么样的变化。为此,本实验通过三种不同技术(激光动态光散射,紫外可见光谱,激光显微共焦拉曼散射技术)的测定分析,获得血红蛋白其蛋白结构及功能的相关信息,以助于更好地了解血红蛋白的变构效应与其结构之间的关系。
材料与方法:人血红蛋白的提取按有关报道的标准方法进行。pH 值范围从5.4到9.0。调节血红蛋白的浓度到0.1mM 。实验采用动态光散射法以获得不同pH 值下蛋白的粒径。紫外-可见光谱仪检测范围在350-700nm ,波长的精确度为0.3nm 。实验使用
Horiba JY公司生产的倒置显微激光共焦拉曼光谱系统(JY LabRam INV),激光器为激发波长514.5 nm的Ar +离子激光器。照射到样品上的激光功率为6.68mw ,激光焦点光斑直径2μm ,共焦孔径设置为200 μm ,样品扫描曝光积分时间为10s 。
结果:经测定发现,正常pH 下,人血红蛋白四聚体的粒径为5.6nm 左右。随着pH 值的升高或降低,蛋白粒径变为3.2nm 左右,血红蛋白四聚体解聚成二聚体。说明在酸性或碱性环境中,血红蛋白的四级结构被改变,一部分亚基与亚基之间发生断裂。紫外可见光谱的结果显示,随着环境pH 值的降低,血红素的吸收峰逐渐蓝移,从原先415nm 处蓝移至412nm 处。同时,随着pH 值偏离正常生理条件范围,氧合血红蛋白(576nm )吸收峰的高度下降,与此同时,高铁血红蛋白的吸光值却逐渐增大,表明随着环境pH 值的改变,血红素周围疏水微环境发生变化,血红素中的二价铁与水相互作用被氧化成高铁,从而形成了高铁血红蛋白。激光共焦显微拉曼光谱结果表明,表征血红素卟啉环信息的1358 cm-1处谱峰强度在酸性或碱性条件下,明显增强,间接地说明珠蛋白链所形成的血红素口袋结构发生了变化,更暴露于水中,使血红素的拉曼谱强度增强。另一方面,酸性条件下(特别是pH5.4),血红蛋白的拉曼谱信号的背景强度很高,提示血红蛋白结构发生变化。原因可能是在酸性条件下,血红蛋白的组氨酸残基发生质子化,转移氢键,使得拉曼背景较高。拉曼谱的结果也表明,血红蛋白二级结构中,α-螺旋在减少,而无规卷曲在增加,说明有序度在降低,而无序度在增加。
结论:在酸性或碱性环境中,血红蛋白会从四聚体结构解聚成二聚体结构。并且,伴随四级结构的变化,高铁血红蛋白的生成,血红蛋白的功能(氧合能力)在逐渐减弱。血红蛋白的二级结构也从有序性较高的α-螺旋转变成无序的无规卷曲。
关键词: 血红蛋白; pH;结构功能;变构效应
发卡Trpzip2折叠的网络分析 P5-24 江学为 肖奕
华中科技大学物理学院 生物分子物理与模拟组 湖北武汉 430074 网络方法是研究多肽链和蛋白质折叠等高维自由能曲面的一种有效方法。这种方法不需要将高维自由能曲面投影到二维平面,从而有效的避免序参数选择而导致的能量曲面的信息丢失。在本文中,基于Markov Cluster (MCL) 算法,我们对折叠网络方法进行改进,以有效的提高用网络方法研究蛋白质折叠的局域态和路径的准确性。在本文中为了使每个节点内的所有结构一样以及避免节点数目过多,我们采用更为严格的节点定义。我们用改进的方法对发卡trpzip2的折叠轨道自由能曲面进行了分析。通过分析,我们发现除了找到自由能投影方法能找到的域外,还比较准确的识别了天然域和一个新的域。而对于折叠路径,我们可以比较准确的区分出快折叠和慢折叠路径,同时我们还发现在自由能投影图上相邻最近的域,在折叠路径上不一定相连。所以,该方法能够更加准确的找出域,同时可以更加准确快速的分析折叠路径。
范文五:血红蛋白结构分析
动物血红蛋白结构分析
1、研究进展
脊椎动物hemoglobin(Hb)蛋白有4个亚基构成,为α2β2结构,每个亚
基均有1条多肽链和具有1个亚铁离子的血红素分子构成,含有1个血红素基团和1个氧结合部位,形成珠蛋白,结合4个血红素基团之后变形成了血红蛋白[1]。当血红蛋白与氧结合时,形成氧合血红蛋白,从而使得血液呈鲜红色[2]。
血红蛋白的载氧功能与其亚基结构的2种状态有关,在缺氧组织(如肌肉组
织)中,亚基处于紧张状态(T状态),使氧不能与血红素结合,所以在需氧组织里可以快速地脱下氧,将氧气释放,而在含氧丰富的肺或鳃中,亚基结构呈松弛状态(R状态),使氧极易与血红素结合,从而迅速地结合氧气,将氧运载至需氧组织[1]。
人血红蛋白自身可以产生NO,可以帮助把氧气输送到各种人体组织,起到扩
张血管和稳定血压的作用[3]。血红蛋白可以维持机体内环境的酸碱稳定,具有波尔效应[1]。人血红蛋白的研究在疾病方面也较多:如利用血红蛋白可以作为检测一些疾病的指标等。啮齿类动物等的脑血红蛋白行使贮存氧气的功能,以保证当氧气供应不足时,大脑的氧气浓度的暂时恒定[4]。
2、立体依据
动物血红蛋白不仅具有运载氧气的功能,还具有氧化酶活性、过氧化物酶活
性和抗菌等功能。动物血红蛋白功能及结构千差万别,尤其是无脊椎动物,保守性较低.但是其主要功能——氧运载蛋白功能没有改变;由于血红蛋白的某些结构的变化,从而可以使得血红蛋白获得新的功能。研究动物血红蛋白的结构对揭示生物进化具有重要意义[5]。
3、研究内容
对血红蛋白进行基本性质分析、亚细胞定位分析、跨膜性质分析、二级结构
预测、三级结构预测等。
4、研究方案
4.1 血红蛋白序列的获得
进入BCBI主页选择protein搜索hemoglobin,以fasta格式保存。
4.2 基本性质分析
4.2.1 进入网址:www.expasy.org/tools/#proteome; 4.2.2 选择Primary structure anaslysis的ProtParam程序; 4.2.3 在对话框中输入血红蛋白原序列,点击分析; 4.2.4 记录结果并分析。 4.3 亚细胞定位
4.3.1 进入PSORT主页:http://psort.nibb.ac.jp; 4.3.2 将血红蛋白原序列输入对话框,点击分析; 4.3.3记录结果并分析。 4.4 跨膜性质预测
4.4.1 进入网址:http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM; 4.4.2 在对话框中输入血红蛋白原序列,点击分析; 4.4.3记录结果并分析。 4.5 二级结构分析
4.5.1 进入JPred主页,点击Email结果提交方式,输入血红蛋白原序列; 4.5.2 设置各项参数,点击Run提交; 4.5.3 在邮箱中找到结构地址,进行查看; 4.5.4记录结果并分析。 4.6 三级结构分析
4.6.1 进入SWISS-MODLE三级结构预测服务器; 4.6.2 填写Email地址,选择First Approach mode 4.6.3 在Result option选择Awiss-Pdb Viewer mode; 4.6.4 提交序列;
4.6.5将邮箱中返回的PDB文件用rasmol软件浏览,用Awiss-Pdb Viewer软件进行简单分析。
5、结果分析与评价 5.1 血红蛋白序列
>gi|160797|gb|AAA29796.1| hemoglobin [Pseudoterranova decipiens] MHSSIVLATVLFVAIASASKTRELCMKSLEHAKVGTSKEAKQDGIDLYKHMFEHYPAMKKYFKHRENYTP
ADVQKDPFFIKQGQNILLACHVLCATYDDRETFDAYVGELMARHERDHVK**DVWNHFWEHFIEFLGSK
TTLDEPTKHAWQEIGKEFSHEISHHGRHSVRDHCMNSLEYIAIGDKEHQKQNGIDLYKHMFEHYPHMRKA
FKGRENFTKEDVQKDAFFVNKDTRFCWPFVCCDSSYDDEPTFDYFVDALMDRHIKDDIHLPQEQWHEFWK
LFAEYLNEKSHQHLTEAEKHAWSTIGEDFAHEADKHAKAEKDHHEGEHKEEHH
5.2 基本性质
分子式:C1772H2616N490O515S16; 总原子数:5409; 氨基酸数:333; 相对分子质量:39536.2; 等电点:5.96;
负电荷氨基酸数:60,正电荷氨基酸数:42,呈酸性。 各氨基酸数量及所占比例:
5.3 亚细胞定位
在细胞外的可能性:77.1% 在过氧化酶体的可能性:30.4% 在溶酶体的可能性:19% 在细胞膜上的可能性:10%
5.4 跨膜性质
由上图可知血红蛋白不跨细胞膜,很可能全部位于细胞膜外,这与其生理功能:结合氧气有密切关系,因为当其处于细胞膜外才能更好的与细胞外界的氧气接触,这样才能有结合氧气的可能。
5.5 二级结构
其中H表示α螺旋。
5.6 三级结构
从上图中很容易发现血红蛋白的三级结构是由16个大小的α螺旋的二级结构相连而构成的,这与上述二级结构预测结果基本吻合。它的这种结构可能和其以构象异构来运输氧气的功能有关。
6、参考文献
[1] 王镜岩,朱胜庚,徐长法.生物化学(上册)[M].3版.北京:高等教育出版
社,2002:257-270
[2] 陈耀强,王婧,万家义等.血红蛋白的分子结构及与其载氧功能相关的药物研
究进展[J].绵阳师范学院学报,2004,23(5):1-4.
[3] Datta S,Machaal A,Thekkudan J,et al.Inhaled nitri coxide as rescue
therapy for right ventricular insufficiency after orthotopic heart transplantation[J]. Heart and Lung Transplantation, 2004, 23(2):158. [4] Schelshorn D W,Schneider A,Kuschinsky W,et al.Expression of
hemoglobin in rodent neurons[J].Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism,2009,29(3):585-595.
[5] 汪青,项荣花等.动物血红蛋白研究进展[J].宁波大学学报,2011,24(2)