催化作用:几乎所有的酶是蛋白质
生物体的结构部分:某些蛋白质参与细胞结构建成 防疫和进攻作用:某些蛋白质是抗体(免疫球蛋白)，某些蛋白质是毒素。
运动作用:收缩蛋白与细胞移动、肌肉收缩有关
运输与存储作用:转运蛋白携带小分子从一个地方到另一个地方，通过细胞膜，在血中循环，在不同组织间运载代谢物。
发光功能:荧光素蛋白质和ATP参与的使萤火虫能发光某些蛋白质是激素，具有一定的调节功能
支架作用:新发现某些蛋白在细胞应答激素和生长因子的复杂途径中起作用，这类蛋白称支架蛋白或接头蛋白。
2. 蛋白质的化学组成
C: 50% H: 7% O: 23% N: 16% S: 0-3% 尚有P、Fe、Cu、I、Zn和Mo等。
蛋白质的平均含氮量为16%，是凯氏定氮法测定 蛋白质含量的计算基础。
蛋白质含量(g) = 蛋白质含氮量×1/16% = 蛋白质含氮量×6.25 二. 蛋白质的分类 1.按形状
纤维蛋白:不溶于水或稀盐溶液，作为细胞骨架，轴比大于10。
球状蛋白:易溶解，其多肽链卷曲折叠后的轴比（长与宽的比率）小于10。 膜蛋白:不溶于水；与细胞中各个体系的膜相连的蛋白；溶于去垢剂SDS。 2. 按分子组成
简单蛋白:分子中只含有α-氨基酸，如球蛋白等。 结合蛋白:由简单蛋白和非蛋白物质结合而成，如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等。 3. 按功能
见蛋白质的功能部分。 三. 蛋白质的三维结构
一级结构:多肽链的氨基酸序列，包括多肽链中连接氨基酸残基的共价键
二级结构：多肽链借助氢键排列成有规则的a螺旋和b折叠等元件 超二级结构（相邻二级结构的聚集体）或模体（motif）：蛋白质中由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、稳定的二级结构组合或结构串
结构域（domain）：含数百个氨基酸残基的多肽链折叠成两个或多个稳定的相对独立的球状实体
三级结构：多肽链借非共价力折叠成特定走向的球状实体
四级结构：具有三级结构的亚基借助非共价力彼此缔合成寡聚或多聚蛋白质
1. 蛋白质的一级结构(Primary Structure) 氨基酸序列即为蛋白质的一级结构。
2. 蛋白质的二级结构(secondary structure)
指蛋白质多肽链本身在空间折叠和盘绕的方式，有多种形式。
(1) 构型和构象
构型(configuration): 指给定原子之间的几何关系。构型的改变需共价键的破坏。
构象(conformaton): 指蛋白质的三维结构，包含所有原子之间的相互关系。构象之间的转换靠非共价键的破坏形成。
(2) 稳定蛋白质高级结构的力 非共价键(次级键)本身力量很弱，但共同作用能稳定蛋白质的构象。
氢键（hydrogen bond）
由氢原子和一个作为氢键受体的带负电的原子(如O或N原子)之间形成。本质属弱的静电吸引作用。氢键增强了分子之间的吸引力，因此不易挥发，沸点较高，汽化热也较大，很稳定。
氢键的形成: 是一个氢原子同时被两个别的原子所“瓜分”。
疏水相互作用力（Hydrophobic interactions） 是蛋白质分子的疏水基团避开水，聚集在一起形成的作用力。疏水相互作用并非疏水基团之间有吸引力，而是疏水基团或侧链出自避开水的需要而被迫接近。是一种不确定的化学计量，组分间无化学键。
Hydrophobic interactions 比Hydrophobic bond 更准确。
离子键／离子相互作用(Ionic/Electrostatic Interaction)
由异性电荷间的相互引力所形成
范德华力(Van der Waals Attractive Forces) 任何两个相距0.3～0.4nm的原子之间都存在范德华力，它比离子键弱，包括吸引力和排斥力。
范德华力接触距离:原子吸引力最大而排斥力最小时的距离。
范德华半径:描述原子的空间填充尺度。两个原子之间最佳接触距离是两者范德华半径之和。这样原子间相互作用时，分子必需紧密地堆积在一起，所以分子表面必需具有结构互补的角度。 (3) 肽键在二级结构中的作用
多肽链主链中的每三个共价键中有两个可自由旋转，形成无数可能的构象.但C-N键具有部分双键性质,故只有少数构象是稳定.
(4) 二级结构中的规则和不规则构象
规则构象:
α-螺旋(α-helix)
β-片层(β-sheet, pleated strand) β-转角(β-turn or β-bend) β-凸起(β-Bulge)
不规则构象：无规卷曲
I.α-螺旋(α-helix，重复结构)
上世纪30年代，L.Pauling等提出了α-螺旋学说： (a) 外形：类似棒状
中心：紧密卷曲的多肽链主链
R基：伸向螺旋的外侧以减少空间位阻 (b) 骨架：锯齿形肽链
C=O和N-H基同处一个平面但分处于肽链 的两侧。各原子间键长、键角一定，骨架 肽链折叠成α-螺旋。
(c) AA个数：每一圈3.6个
旋转1000：每个AA上升0.15 nm 螺距：0.54 nm α-螺旋: 平均为12个残基
(d)右旋：比左旋稳定 左旋：偶有 (e) α-螺旋亦可以伸展、恢复
(f) 稳定α-螺旋的力是氢键和范德华力 N原子作为氢供体，位于其后的第四个残基上的羧基氧原子是氢受体。范德华力赋予α-螺旋额外稳定力量。 (g) 影响α-螺旋形成的因素：AA的电荷，R基的大小。 在α-螺旋中，最常见是Ala、Glu和Leu。
Pro:强破坏者。本身没有-NH2，α-N参与了吡咯环 的形成，阻止了Cα-N 的旋转，不能形成螺旋所需 的角度。
Gly:由于侧链是H,不会对Cα-N 键和Cα-Co 键的 旋转造成空间位阻，其Ψ和Φ角几乎可以任意取值， 因此使肽链柔性较大。
II β 片层(β pleated strand，重复结构)
( a) 与α-螺旋的致密性相比，β-片层构象几乎完全是伸展的。
α-螺旋：一级结构中AA均为邻近的
β-片层：一级结构中AA可来自多肽链不同区域。 (b) 氢键维持β-折叠结构的稳定。
相邻肽链主链上的C=O与N-H 之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。所有的肽键都参与了链间氢键的形成。
(c)β-片层结构有平行和反平行结构平行结构: 相邻两条肽链走向相同氢键均匀存在并与肽链形成倾斜角反平行结构:相邻两条肽链走向不同肽链间有宽窄相间的氢键
反平行结构更稳定(氢键的N、H、O三个原子几乎在同一直线)。
β-片层常由2-15条肽链组成。少于5条肽链的平行β-片层较为罕见。
β-股(β-strand)： β-折叠片层的每条肽链称之。 III.β-转角(β-turn/β-bend / hairpin structure)
β-转角:多肽链在形成空间构象的时候，常会出现1800的回折，回折处的结构即为。至少涉及4个氨基酸，其中第1个和第4个氨基酸之间形成氢键。主要含有Pro和Gly。因为：
Pro:其亚氨基氮形成的肽键约6%易成顺式构型, 促进转角的形成。
Gly:则由于分子小易弯曲。螺旋-环-螺旋结构充分体现了这种典型的特征。 IV.β-凸起(β-Bulge)
不重复结构，能自身产生，但大多发生在不规则反向平行β-结构中。可认为是β-股中额外插入的一个残基，它使得在两个正常氢键之间、在凸折叠股上是两个残基，而另一侧的正常股上是一个残基。
β-凸起能引起多肽链方向的改变，但是比β-转角引起的转向少。在蛋白质结构中有100多个β-凸起的例子。 V. 无规卷曲/自由回转(Random coil)
蛋白质分子一些没有规律的松散的肽链构象，对蛋白质生物功能有重要作用，可使蛋白质在功能上更具可塑性。
胶原蛋白(collagen)：一种三股螺旋 胶原蛋白说明结构与功能关系的多样性
一组具有很高拉伸强度的纤维蛋白，形成动物结缔组织的主要成分。占哺乳动物总蛋白的25%左右，严格地展示了结构与功能关系的多样性。
胶原蛋白是富含Gly， Pro和Hyp的三股螺旋分子 胶原蛋白的每条链大约含1000个氨基酸残基。
Gly丰富,约1/3，Pro次之，Hyp（羟脯氨酸）约1/5 结构通式：Gly-X-Pro 或Gly-X-4-Hyp
由三条左手螺旋( 每条α链,每圈α-螺旋有3个AA）组成一个右手三股螺旋或超螺旋。
只有Gly可容纳于各α链之间非常紧密的连接中 胶原蛋白的结构
螺旋的稳定靠多肽链间的氢键维持，与α-螺旋的链内氢键不同，这种三股超螺旋具有极高强度。由于三股螺旋的旋转方式与构成它们的多肽链旋转方向相反，因此不会发生解旋。三股螺旋α-链的紧密卷曲产生的张力大于相同切面的钢绳。前胶原蛋白的成熟过程依赖许多翻译后修饰
蛋白质的超二级结构(Super-secondary structure) 或模体(motif)
指若干相邻二级结构相互作用，形成有规则的在 空间上能辨认的二级结构聚集体。M. Rossmann 于1973 年提出。主要形式有： α-螺旋聚集体（αα型） β-折叠聚集体（βββ型）
α-螺旋和β-折叠的聚集体（βαβ型）
它们一般以一个整体参与三维折叠，在多种蛋白 中充当三级结构的构件。
5. 结构域(Structural Domain)
定义：多肽链在二级或超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对独立的三维实体称结构域。 特点：
空间上彼此分隔，具部分生物学功能。
结构域与分子整体域以共价键相连，一般难分离，这是它与蛋白质亚基结构的区别。
不同蛋白质分子中结构域的数目不同；同一蛋白质分子中的几个结构域彼此相似或很不相同。 6. 蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)
指多肽链在二级结构、超二级结构以及结构域的基础上，进一步卷曲折叠形成复杂的球状分子结构。包括了多肽链中一切原子的空间排列方式即构象。1958 年，英国Kendrew 等人用X-射线结构分析法第一次获得抹香鲸肌红蛋白的三级结构。 三级结构特点： 一般都是球蛋白
分子排列紧密，内部有时只能容纳几个水分子。 大多数疏水性氨基酸都埋藏在分子内部
致密的疏水核，对稳定蛋白质的构象，形成的功 能部位或酶活性中心十分重要。
大多数亲水性氨基酸都分布在分子的表面 使球蛋白可溶于水。 7. 膜蛋白的结构
膜脂双层是所有生物膜的结构基础，膜蛋白几乎负责膜的全部活性功能。分为三类：
膜周边蛋白（peripheral protein）
属于可溶性球状蛋白，分布在膜双脂层的表面。 膜内在蛋白（integral protein）
与脂双层强缔合的膜蛋白。有的一部分或大部分埋入脂双层，有的横跨脂双层。
脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
与膜的缔合是通过各种共价连接的脂锚勾实现的。 8. 蛋白质的四级结构(Quaternaqry Structure) 两条以上多肽链非共价键连接构成的蛋白质才具 有四级结构。寡聚蛋白中，每条肽链称为亚基。 四级结构亚基之间的对称性
对称性是四级结构蛋白质最重要的性质之一。 环状对称：存在于只含一个旋转轴的寡聚蛋白质。 双面对称：两个相同的具有环状对称的亚基聚合物。 立方体点群对称：四面体、八面体和二十面体等。 四级结构的稳定力
主要是疏水的相互作用。 另一个是亚基之间二硫键。 亚基相互作用的方式（缔合）
同种缔合: 相同亚基之间的缔合。相互作用的表面是相同(isologous)的，形成的结构一定是封闭的二聚体，有一2-重对称轴。二聚体是四级结构中常见的聚集体。 异种缔合: 相同亚基之间的缔合。相互作用的表面是
不同(heterologous) 的，一定是开放末端的结构。许多蛋白借此可以无限缔合。
四级缔合在结构和功能上的优越性：增强结构的稳定性，提高遗传经济性和效率，使催化基团汇合在一起以形成完整的催化部位，具有协同效应和别构效应 协同效应: 寡聚蛋白的一个亚基与其配体结合后，能影响其他亚基与其配体结合的能力。
别构效应: 结合在多亚基蛋白特定部位上的配体对该蛋白的其他部位所产生的效应（活力的改变等）。 四. 蛋白质变性
定义:天然蛋白质受到某些物理因素如热、紫外、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等或金属离子或生物碱的影响，使高级结构破坏，一级结构不变的过程。 特征：
o 生物活性的丧失
o 一些侧链疏水基团的暴露，溶解度降低 o 一些物理化学性质的改变 o 生物化学性质的改变 蛋白质变性学说，我国生物学家吴宪在上个世纪20-30年代已经提出。
• 天然蛋白质分子因环境的种种关系，从有序而紧密的结构，变为无序而松散的结构，这就是变性。 • 他认为天然蛋白质的紧密结构以及晶体结构是由分子中的非共价键维系的，所以容易被物理的和化学的因素所破坏。
• 这种观点基本上反映了蛋白质变性的本质。 变性过程的两种不同理论 1、两态模型 • 高度协同的 • 爆炸式的发生 2、渐变模型 蛋白质的复性
当变性因素除去后，变性蛋白质又重新恢复到天然构象的过程。
蛋白质的沉淀
是破坏蛋白质表面的水化层和双电子层，减少蛋白质和水之间的亲和力。重金属离子Ag+、Hg+、Cu2+、Pb2+等，可与蛋白质的负离子结合，形成不溶性蛋白。五. 蛋白质折叠(Folding) 1. 定义
• 未折叠过的多肽获得稳定三维结构的过程 • 天然蛋白质分子的三维结构模式细节
• 折叠结构在生理条件下是自由能最低的构象，
是自发的过程??----No!（大部分） 2. 蛋白质折叠问题的提出
• Perutz & Kendrew(1962 Noble Prize)向人们展示了血红蛋白具有高度复杂的空间结构
• Anfinsen:对核糖核酸酶（Ribonuclease）的研究
提出了蛋白质一级结构决定高级结构的假说
3. 蛋白质折叠问题为什么会成为当今生物学领域 中的研究热点之一
• 破译生命的另一半密码
• 蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要
• 越来越多的基因工程产物需要复性复活, 要求蛋 白质折叠的理论及技术的指导
• 二维及多维核磁共振技术的发展, 使解析蛋白质 溶液构象能力大大增强
4.蛋白质折叠的密码具有复杂性
绝大多数小蛋白质的去折叠与再折叠是可逆的。枯草杆菌蛋白酶去折叠后, 不能正确折叠至天然态N-末端被剪切。牛胰核糖核酸酶抑制剂有3对S-S，存在30种可能的配对方式
蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象。 含100个氨基酸的蛋白质，如每个残基可采取3个不同的构象，需要3100, 即5×1047, 如果一种构象转变为另一种构象，需要10-13 S, 那么总搜索时间是5×034 S或1.6 ×1027 Y! 实际折叠仅需1秒到几分。这一矛 称Levinthal难题。
解决的出路只有：认识积累选择，即在每次搜索时把正确折叠的那部分结构保留下来。因此折叠的实质是保留局部正确折叠的中间体。但至今对理论家和实验家都还是有争论的问题。
“一级结构不仅为空间结构编码，而且以某种方式规定指导着达到这种空间结构所经历的途径” 5.蛋白质的体外折叠与体内折叠 体内和体外折叠的不同
体外：慢、效率低、不需额外分子
体内：快---细胞内大分子浓度高(50-200-400 mg/ml)效率高----新生肽的浓度很高；需额外分子----分子伴侣折叠的温度、pH（折叠的模型很多种）
某些蛋白的折叠需在其他蛋白的辅助下进行： 分子伴侣(molecular chaperone)
是一类蛋白质家族。它们通过抑制新生肽链不恰当的聚集并排除与其它蛋白质不合理的结合，协助多肽链的正确折叠。最初鉴定分子伴侣的是：热休克蛋白Hsp70(70kD)等。分子伴侣能识别靶蛋白上暴露的螺旋或其它二级结构元件。 折叠酶(Foldase)
目前只有两个：蛋白质二硫键异构酶(PDI) ----催化二硫键的正常形成；肽基脯氨酸顺反异构酶(PPI)--催化Pro顺反异构体的转化 6.蛋白质的折叠的途径
蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段（普遍认可的模型）
熔球态即含丰富二级结构但还没形成完整三级结构（氨基酸侧链还没完全固定）。球—突出它的凝缩态。
熔—突出它的二级结构单元之间相互作用的变动性。 实际上熔球态是许多蛋白质伸展态和天然态之间常见 的中间体。
形成熔球态的驱动力：
侧链间的疏水相互作用，减少与水接触的疏水面积。肽链内的氢键释放水，增加水的熵。亲水残基面向表面与水接触，增加溶解性。 小结:
一级结构与空间构象的关系 1、一级结构决定空间结构 2、周围环境影响空间结构
3、分子伴侣参与空间结构的形成
一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素 六. 蛋白质的结构预测
是一门交叉科学，是全新蛋白质设计和蛋白质 工程的重要内容之一。
二级结构的预测不同的氨基酸残基在各种二级结构中的倾向性是不同的。预测基于其倾向性。始于二十世纪六十年代。准确率达60-70%。
三级结构的预测成功率比二级结构少得多。
Summary
一、蛋白质的基本生物学功能和化学组成 二、蛋白质的分类
按形状、分子组成、功能分类 三、蛋白质的三维结构 二级结构：稳定高级结构的力
α-螺旋、β-片层、β-转角、β-凸起、无规卷曲 纤维蛋白：角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白 超二级结构或基序或模体：αα、βββ、βαβ 结构域
三级结构：球蛋白
膜蛋白：膜周边蛋白、内在膜蛋白、锚定蛋白 四级结构：亚基缔合
四、蛋白质的变性、复性、沉淀 五、蛋白质的折叠：分子伴侣和折叠酶
蛋白质结构与功能的关系
Ⅰ.蛋白质与配体的可逆结合(氧结合蛋白)
一. 肌红蛋白(Myoglobin, Mb)的结构与功能 1. 肌红蛋白的功能
肌红蛋白在红色肌肉组织负责储存氧和分 配氧。大运动量造成缺氧时，肌红蛋白可 以释放氧，供线粒体进行有氧的ATP合成。 2. Mb的一级结构
是由153个氨基酸残基组成的单链。 3. Mb二级结构
8段α螺旋，75％的氨基酸残基参与组成，分别命 名为A、B……H，相应的非螺旋区段为NA(N末 端)、AB……HC( C末端)，残基按在各螺旋中的 位置给出编号。
HisF8表示的是螺旋F中的第8位组氨酸残基。 4. Mb的三级结构
典型的球状蛋白, 可溶性的。除HisE7、HisF8分布 在肌红蛋白内部, 极性AA均匀分布于肌红蛋白表面.
5. 血红素和Fe2＋赋予Mb可储存和转运O2的能力 血红素辅基，是一四吡咯环组成的卟啉化合物。 其共轭双键吸收可见光中短波长的光，呈深红色。 4吡咯环由4分子吡咯通过4个α亚基桥相连成为环 形平面。
肌红蛋白和血红蛋白中Fe2＋可逆地结合氧。Fe3＋ 则不能结合氧，破坏其生物活性。 血红素辅基=原卟啉IX + Fe2+
6. 肌红蛋白与氧的结合----只有一个部位 A.HisF8和HisE7在结合氧过程中的独特作用 肌红蛋白的血红素位于螺旋E和螺旋F的间隙内 极性基团朝向表面。内部除了HisE7和HisF8外， 周围均为非极性残基。
Fe的第五个配位键与近端HisF8的N原子结合。 未与Fe的第六个配位键结合远端的HisE7, 相对 于HisF8位于血红素环的另一面。 A. O2、CO与肌红蛋白的结合
HisE7：能与O2紧密接触。O2结合部位是一空间位阻区。一些重要性质正出自这种位阻。
游离血红素：结合CO比结合O2强25000倍，因Fe、C、O直线排列，没有空间位阻。
Mb血红素：结合CO仅比结合O2大250倍，因CO 轴与Fe-
C键呈120℃，这与MB结合O2相似。它们的直线结合受阻主要源于His E7空间位阻。
意义： Mb对CO亲和力降低，可防止代谢中产生的少量
CO占据O2的结合部位。空气中CO达0.1% 即可窒息死亡。
B. 氧的结合改变肌红蛋白的构象
非氧合Mb的血红素铁原子在HisF8方向高出卟 啉环平面约0.055nm，铁卟啉呈圆顶状。
氧合Mb的氧占据了铁原子的第六个配位键，使 距离减少到0.026nm, 铁卟啉由圆顶状变成平面 状。由此引起蛋白质构象的变化。
这一小小的位移对肌红蛋白的功能影响不大， 但却显著影响血红蛋白的功能。
二. 血红蛋白(Hemoglobin, Hb)的结构与功能 1. 血红蛋白功能
在血液中结合并运输氧气。
在红细胞成熟期间产生大量的血红蛋白，并失去 细胞内的细胞器—核、线粒体和内质网。
动脉血:从肺部经心脏到达外周组织, Hb约为96% 氧饱和度。
静脉血:从外周组织回到心脏的Hb仅为64%氧饱 和度。
每100 ml血经过组织约释放Hb携带氧的1/3。 2. Hb的一级结构
具有四个亚基。即2条α链(141aa)和2条β链(146aa). 人胎儿早期: ζ和ε链。
3个月末时: α链取代ζ链，γ链取代ε链。
9个月开始: 到出生后几周β链才完全取代γ链。
HbA （正常的成人血红蛋白）=α2β2 HbF （胎儿期血红蛋白）=α2γ2
HbS （镰刀状红细胞贫血病人的血红蛋白=α2S2 HbA2（成年人的另一种血红蛋白）=α2δ2 3. Hb的二级结构
Mb和HbA的β链具有相似的二级及三级结构。 血红素的位置和螺旋区相似。有4个血红素。 但HbA的β链仅有7个α螺旋区。 4. Hb的三级结构
Hb的β链与Mb相似。HisE7和HisF8仍位于内部。 5. Hb的四级结构
其四级结构赋予它与肌红蛋白不同的特性，因而承担着独特的生物功能，并可精确调节。 6. Hb氧合曲线
S形曲线的特性是O2与Hb协同结合的标志。按生化习惯，把氧合平衡看成解离平衡。 别构蛋白：
指在有协同效应的蛋白中，配体与一个位点的结合会影响同一蛋白内其他位点的结合能力。配体的结合而改变蛋白的构象，使蛋白功能改变。而这些配体通常作为调控代谢物(别构效应物)。Hb即为别构蛋白。 A. p50表示不同的血红蛋白对氧的相对亲和力 p50是Hb与氧结合达50％饱和度时的氧分压。虽然不同生物的p50变化不一，但在所有情况下，外周组织的pO2均为最低。Hb A的p50=26 mmHg, Hb F的p50=20
mmHg.这一差异允许Hb F从胎盘血的Hb A吸收氧。而Hb F对氧的高亲和力在产后即处于不利状态，因为它在组织中释放O2的能力较Hb A低。
B. Hb的协同性使其更有效地输送氧
S形曲线反应了从低亲和力向高亲和力的转变。协同结合可通过S形曲线显示。这种结合使得Hb对组织和肺部之间的O2浓度微小差异更敏感，从而实现在pO2较高的肺部Hb与O2结合；在pO2较低的组织Hb释放O2。 7. 氧结合引起Hb的构象变化----功能改变
每个Hb可结合四个O2，即每个亚基的血红素结合1分子。O2与Hb结合的难易依赖于其他的O2分子是否同时存在于一个四聚体上。
正协同效应：一个亚基结合了1分子O2，后续O2分， 子结合其它的亚基将更容易。这使Hb在呼吸器官
可最大限度地结合O2，在外周组织中能最大限度地 释放O2。
A. Hb的氧合伴血红素的微小移动导致四级结构变化 氧合发生时，去氧Hb铁原子（在血红素环平面以外约0.06nm）移动到血红素环内。象是O2分子牵引Fe2+接近铁卟啉平面，使His F8向血红素环平面移动。铁卟啉由圆顶状变成平面状，这一微小的移动具有很深的生物学意义。引发:空间构象的重调、与O2的亲和力增加、 维系去氧Hb四级结构的链间离子键断裂、β亚基之间的空隙变窄，挤出BPG（2,3-二磷酸甘油酸） 四级结构存在两种可互换的形态： T态即紧张态----去氧Hb R态即松弛态----氧合Hb
氧对R态的亲和力明显高于T态，并且氧的结合更 稳定了R态。
T态的去氧Hb有专一的氢键和离子键稳定,4个亚基的C末端处于受束缚的状态。氧与T态的结合引发构象由T态转变为R态，此时稳定T态的相互作用被断裂，亚基的C末端处于几乎完全自由旋转的状态。
B. Hb四级结构的改变导致生物学功能的改变------ 增加了血红素对氧的亲和力
Hb与O2的结合伴随着所有4个亚基的羧基端残基发生离子键的断裂，氧的结合更为容易。这是因为一对α/β亚基相对于另一对α/β亚基发生旋转，使四聚体结构更加紧密，有利于血红素对氧的结合。
C. Hb四级结构的改变导致生物学功能的改变------ 链间离子键断裂
一分子BPG可以结合在Hb聚体分子中央的空穴中。Hb必需处于T型，空间足够大时才能与BPG结合。BPG通过其氧原子与β链氨基末端的氨基、LysEF6和HisH21形成离子键。因此，BPG具有稳定去氧Hb T型结构的作用，该作用是形成额外的离子键导致β链交联的结果。Hb与O2结合，必须先有这些离子键的断裂。 8. H+、CO2和BPG对Hb结合氧的影响 A.[H+] 和[CO 增加促进的释放波尔效应
组织代谢中产生CO2和H+，CO2在体内被水合为碳酸氢盐，该反应受碳酸酐酶催化，该酶红细胞中丰富。CO2水合后增加组织中的H+，即pH下降；去氧Hb对H+的亲和力比氧合Hb大，故增加[H+]促进O2从Hb释放。
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3 碳酸酐酶- H HbO2 + H+ HbH++ O2
暗示在组织： H+ 和CO2被结合， O2被释放。 在肺中： H+ 和CO2被释放， O2被结合。 波尔效应的生理意义：
血液流经代谢迅速的肌肉时，因肌肉的pH较低，CO2较高，有利于血红蛋白释放O2。O2的释放又促使血红蛋白与CO2和H+的结合，以补偿由于组织呼吸形成的CO2所引起的pH降低，起到缓冲血液pH的作用。
肌红蛋白（Hb）不存在波尔效应。 B. BPG降低对O2的亲和力
BPG来自糖代谢的中间产物即2,3－二磷酸甘油 酸，能稳定Hb的T形结构，是Hb的一个重要别 构效应物。
外周组织的缺氧可导致BPG的积累。
磷酸盐:能提高血液的pH值，使BPG下降速度减慢。 对高海拔的适应
机体长时间生活在高海拔地区后发生的适应性(代偿)变化；包括：红细胞数量增加、血红蛋白的BPG浓度增加、BPG浓度的增加会降低血红蛋白对氧的亲和力，提高血红蛋白在组织中释放氧的能力。
C. 胎儿血红蛋白与O2有高的亲和力但对BPG的亲 和力明显低于成人血红蛋白
因为Hb F（胎儿血红蛋白）的γ亚基的H21残基是Ser不是His，不能与BPG形成离子键，因此BPG对稳定Hb F的T形结构并不是很重要，Hb F与氧的亲和力也比Hb A更高。
各种条件对Hb的影响：
P(O2)： 极高和极低时，只能结合1个O2。 CO2↑：
pH ↓: 促进O2 与Hb的结合与释放。 BPG↑: 对结合O2无大的影响，对释放O2很有帮助。
多功能蛋白质：一个基因表达出来的蛋白质在不同的条件下可以同时具有两种完全不同的功能。 三. 血红蛋白分子病
1. Tyr取代HisF8形成血红蛋白M
由于铁能与Tyr的苯环形成稳定的离子复合物，使铁处
于一种稳定的Fe3＋状态。在高铁血红蛋白(HbM)血症，铁处于Fe3＋状态，而非Fe2＋状态。Fe3＋的出现可以由氧化剂（如磺胺类药物）、遗传因素或血红蛋白还原酶（此酶可将血红蛋白的Fe3＋还原成Fe2＋）的活性降低等因素引起。此时，血红蛋白不能结合氧，所以不能参与氧的运输。
2. 镰刀状红细胞贫血病(一级结构决定高级结构) A. 镰刀状红细胞贫血病是Hb分子突变引起的一种致死性疾病，纯合子在童年死去；杂合子的寿命也不长，但能抵抗一种非洲的疟疾。
B. 镰刀状红细胞血红蛋白的氨基酸序列的细微变化血红蛋白的四条肽链的574个氨基酸残基中，当两条β链中的两个Glu分别被Val所代替，即能引起如此严重的疾病。
C. 镰刀状红细胞Hb可形成纤维状沉淀在HbS,非极性的Val取代了位于Hb表面的β亚基第6位的极性Glu，在β亚基的表面产生一个黏性位点(sticky patch)。Hb S多聚体为一种扭曲的螺旋纤维，从横截面看由14个Hb S分子构成。这些管状的纤维导致扭曲红细胞，使红细胞呈镰刀形。当它们通过脾窦间隙时极易发生破损（溶血）。
3. 地中海贫血
A.α链合成不足称α地中海贫血
α链水平低时，将形成同型四聚体β4 ,γ4 ，它们能结 合氧，但无别构效应，总处于R态，无波尔效应， 向组织释氧的效率差，常在出生前后死亡。 B.β链合成不足称β地中海贫血
必需依靠胎儿的γ链产生有功能的血红蛋白。多不 到成年即夭折。
两种疾病的杂合子对疟疾有防护作用，能在疟疾 高发区存活。
II: 蛋白与配体间的互补作用：免疫球蛋白 抗原----任何能引起免疫反应的分子或病原体。
抗体----体液免疫反应的核心蛋白是一些可溶性的血清糖蛋白，也称为免疫球蛋白。
IgG----主要的抗体分子，血清中最丰富的蛋白之一。 免疫球蛋白G（IgG, 主要的抗体分子）的结构—Y型 抗体（IgG）与抗原的结合：紧密且专一
III: 蛋白和蛋白的相互作用：肌动蛋白、肌球蛋白 肌肉收缩主要是由肌动蛋白和肌球蛋白相互作用产生的。它们占肌肉组织蛋白的80%。 肌球蛋白：有2条重链(MW, 220000)，4条轻链(20000)。肌球蛋白缔合形成粗丝的双极性结构
肌动蛋白：在肌肉单体中为G-肌动蛋白,相对分子量为42000, 经聚合形成F-肌动蛋白。 肌球蛋白头部结合在肌动蛋白丝上
Summary
一. 肌红蛋白的结构与功能 1. 肌红蛋白的三级结构
2. 血红素和亚铁离子赋予可储存和转运的能力
3. 氧与肌红蛋白的结合
4. 肌红蛋白结合氧的定量分析-双曲线 5. 肌红蛋白的功能 二. 血红蛋白的结构与功能 1. 血红蛋白的结构
2. 血红蛋白的氧合伴随着蛋白的构象变化 3. 血红蛋白与氧的结合协同性-S型曲线 4. H+、CO2和BPG(2,3-二磷酸甘油酸)对血红蛋白结合 氧的影响
三. 血红蛋白分子病
1. 酪氨酸取代组氨酸F8形成血红蛋白M 2. 镰刀状红细胞贫血病 3. 地中海贫血
四. 蛋白与配体间的互补作用 1. IgG 的结构 2. IgG与抗原的反应 五.蛋白和蛋白的相互作用 1. 肌动蛋白、肌球蛋白的结构 2. 肌肉的收缩
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