以保护铁不被氧化成高铁。血红素铁离子直接与一个His侧链的氮原子结合。此近侧His(H8)占据5个配位位置。第6个配位位置是O2的结合部位。在此附近的远侧His(E7)降低在氧结合部位上CO的结合,并抑制血红素氧化或高铁态。
氧与Mb结合是可逆的。对单体蛋白质如Mb来说,被配体(如)O2占据的结合部位的分数是配体浓度的双曲线函数,如Mb的氧集合曲线。血红蛋白由4个亚基(多肽链)组成,每个亚基都有一个血红素基。Hb A是成人中主要的血红蛋白,具有α2β2的亚基结构。四聚体血红蛋白中出现了单体血红蛋白所不具有的新性质,Hb除运载氧外还能转运H+和CO2。血红蛋白以两种可以相互转化的构象态存在,称T(紧张)和R(松弛)态。T态是通过几个盐桥稳定的。无氧结合时达到最稳定。氧的结合促进T态转变为R态。
氧与血红蛋白的结合是别构结合行为的一个典型例证。T态和R态之间的构象变化是由亚基-亚基相互作用所介导的,它导致血红蛋白出现别构现象。Hb呈现3种别构效应。第一,血红蛋白的氧结合曲线是S形的,这以为着氧的结合是协同性的。氧与一个血红素结合有助于氧与同一分子中的其他血红素结合。第二,H+和CO2促进O2从血红蛋白中释放,这是生理上的一个重要效应,它提高O2在代谢活跃的组织如肌肉的释放。相反的,O2促进H+和CO2在肺泡毛细血管中的释放。H+、CO2和O2的结合之间的别构联系称为Bohr效应。第三,血红蛋白对O2的亲和力还受2、3-二磷酸甘油酸(BPG)调节,BPG是一个负电荷密度很高的小分子。BPG能与去氧血红蛋白结合,但不能与氧合血红蛋白结合。因此,BPG是降低血红蛋白对氧的亲和力的。胎儿血红蛋白(α2β2)比成年人的血红蛋白 (α2β2)有较高的氧亲和力,就是因为它结合BPG较少。
导致一个蛋白质中氨基酸改变的基因突变能产生所谓分子病,这是一种遗传病。了解最清楚的分子病是镰刀状细胞贫血病。这种病人的步正常血红蛋白称为Hb S,它只是在两条β链第六位置上的Glu倍置换乘Val。这一改变在血红蛋白表面上产生一个疏水小区,因而导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束,并引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。纯合子的病人出现慢性贫血而死亡。地中海贫血是由于缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因造成的。 棉衣反映是由特化的白细胞——淋巴细胞和巨噬细胞及其相关的蛋白质之间的相互作用介导的。T淋巴细胞产生T细胞受体,B淋巴细胞产生免疫球蛋白,即抗体。所有的细胞都能产生MHC蛋白,它们在细胞表面展示宿主(自我)肽或抗原(非自我)肽。助T细胞诱导那些产生免疫球蛋白的B细胞和产生T细胞受体的胞毒T细胞 增殖。免疫球蛋白或T细胞受体能与特异的抗原结合。一个特定的祖先细胞通过刺激繁殖,产生一个具有同样免疫能力的细胞群的过程称为克隆选择。
人类具有5个类别的免疫球蛋白,每一类别的生物学功能都是不同的。最丰富的是IgG类,它由4条多肽链组成,两条重链,两条轻链,通过二硫键连接成Y形结构的分子。靠近Y的两“臂”顶端的结构域是多变区,形成来年各个抗原结合部位。一个给顶的免疫球蛋白一般只结合一个大抗原分子的一部分,称为表位。结合经常涉及IgG的构象变化,以便域抗原诱导契合。由于抗体容易制取并具有高度特异性,它成为许多分析和制备生化方法的核心,如酶联免疫吸附测定(ELISA)、Western印迹和单克隆抗体技术等都得到广泛应用。 在发动机蛋白质中蛋白质-配体相互作用上空间和时间的组织达到相当完善的程度。肌肉收缩是由于肌球蛋白和肌动蛋白“精心安排”的相互作用的结果。肌球蛋白是由纤维状的尾和球状的头组成的棒状分子,在肌肉中倍组织成粗丝。G-肌动蛋白是一种单体,由它聚集成纤维状的F-肌动蛋白,后者是细丝的主体。由粗丝和细丝构成肌肉收缩单位——肌节。肌球蛋白上的ATP水解与肌球蛋白头片的系列构象变化相偶联,引起肌球蛋白头从 F-肌动蛋白亚基上解离并与细丝前方的另一F-肌动蛋白亚基再结合。因此肌球蛋白沿肌动蛋白细丝滑动。肌肉收缩受从肌质网释放的Ga2+刺激。Ga2+与肌钙蛋白结合导致肌钙蛋白-原肌球蛋白复合体的构象变化,引发肌动蛋白-肌球蛋白0相互作用的循环发生。
习题
1.蛋白质A和B各有一个配体X的结合