血紅素蛋白的功能作用
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-06-12
主要的血紅素蛋白是血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素和一些酶，例如過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶。這些酶以存在血紅素基（25－E－Ⅴ）為特征，如含有鐵的亞單位。
.jpg "結(jié)構(gòu)式")
血紅蛋白和肌紅蛋白 它們是密切相關(guān)的。前者分子量為64500和有四個(gè)亞單位組成，每一個(gè)亞單位含有一個(gè)血紅素基；肌紅蛋自很相似于血紅蛋自的一個(gè)亞單位。圖25－E－1中表示了血紅蛋白的一個(gè)亞單位。血紅蛋白有兩種功能：（1）將氧分子結(jié)合在它的鐵原子上和把氧氣從肺輸送到肌肉，氧氣從肌肉傳送到貯藏氧氣的肌紅蛋白分子，直到代謝作用需要時(shí)放出氧氣。（2）血紅蛋白利用某些氨基結(jié)合二氧化碳并攜帶二氧化碳返回肺中。
如圖25－E－1所示，血紅素基通過(guò)配位的組氨酸上氮原子（F8）與血紅蛋白和肌紅蛋白的蛋白相連結(jié)。在組氨酸氮原子的相反位置上連接脫氧物種的一個(gè)水分子或氧合物種的氧分子。Fe－O2基的結(jié)構(gòu)仍然不知道，然而鐵氧化態(tài)的變化和氧（或其它配位體）的引入引起鐵－血紅素絡(luò)合物結(jié)構(gòu)的有趣和重要的變化。
血紅蛋白不是簡(jiǎn)單地作為氧的消極容器，而是一個(gè)錯(cuò)綜的分子機(jī)器。這可以通過(guò)它和肌紅蛋白對(duì)氧的親合力比較來(lái)評(píng)價(jià)。對(duì)肌紅蛋白（Mb）我們有下列簡(jiǎn)單平衡：
Mb＋O2＝MbO2 K＝［MbO2］／［Mb］［O2］
如果用f代表肌紅蛋白產(chǎn)生氧的分?jǐn)?shù)，P代表平街時(shí)氧的分壓，于是
K＝f／（1－f）P 和 f＝KP／（1＋KP）
這方程屬于雙曲線，即在圖25－E－2中標(biāo)記著Mb的曲線。有四個(gè)亞單位的血紅蛋白有很復(fù)雜的行為它近似地遵守下列方程
f＝KPn／（1＋KPn） n≈2．8
式中n的確切數(shù)值決定于pH。因此，血紅蛋白（Hb）對(duì)氧結(jié)合曲線是S形，如圖25－E－2所示。n值超過(guò)1可以歸于物理上的事實(shí)，即O2依附到一個(gè)血紅素基增加了對(duì)下一個(gè)O2的結(jié)合常數(shù)，依次再增加對(duì)下一個(gè)O2的結(jié)合常數(shù)等等。
可見(jiàn)，O2壓力高時(shí)Hb與O2結(jié)合差不多和Mb與O2結(jié)合一樣，肌肉中低壓占優(yōu)勢(shì)時(shí)Hb與O2結(jié)合更弱，因此根據(jù)須要Hb放出氧而氧結(jié)合到Mb上，而在組織中已經(jīng)消耗完氧，同時(shí)放出CO2時(shí)將須要最大量的O2。放出CO2降低了pH值，因此引起Hb對(duì)Mb釋放更多的氧。pH－靈敏度（稱(chēng)為波爾效應(yīng)）和在Hb中O2結(jié)合常數(shù)的遞增一樣，是由于亞單位之間的相互作用；Mb的行為更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗挥梢粋€(gè)亞單位組成。顯然，兩種蛋白中每一種在本質(zhì)上都是完成氧的輸送過(guò)程。一氧化碳，PF3和一些其它物質(zhì)是有毒的，因?yàn)樗鼈兣cHb中的鐵原子結(jié)合都比O2強(qiáng)得多；它們的效應(yīng)是一種競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。
有關(guān)亞單位的相互作用所引起Hb和Mb結(jié)合氧的協(xié)同關(guān)系和波爾效應(yīng)的詳細(xì)說(shuō)明，近來(lái)已由潘茲（Perutz）所完成。在這里徹底的分析這個(gè)評(píng)論太復(fù)雜，但是鐵的配位改變所起的重要作用值得評(píng)述。脫氧血紅蛋白含有高自旋狀態(tài)的鐵（Ⅱ）。二個(gè)電子占據(jù)eg軌道，鐵的成鍵半徑如此之大以致不適合于血紅素卟啉的四個(gè)氮原子的平面。因此鐵（Ⅱ）在該平面外0．7－0．8Å，F(xiàn)－N距離約2．2Å。所以鐵是5－配位基的正方錐體配位，倘若卟啉四個(gè)氮原子在底面，組氨酸F8（見(jiàn)圖25－E－1）咪唑基的一個(gè)氮原子在頂點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)氧分子結(jié)合時(shí)，在這個(gè)組氨酸的底部位置的鐵原子進(jìn)入低自旋狀態(tài)，那時(shí)eg軌道是空的，鐵的半徑減小到如此之多，以致才適合卟啉體系的平面。因此，當(dāng)脫氧血紅蛋白變成氧合時(shí)，鐵原子移動(dòng)0．75Å左右。因?yàn)檠t蛋白依然連到組氨酸F8側(cè)鏈上，這種位移傳到亞單位的各個(gè)部分，特別在F8那里引起全體螺旋部分發(fā)生重要的移動(dòng)，在酪氨酸HC2位置發(fā)生相當(dāng)大的變化，其它氨基酸殘基就連到它上面去。這種變化在一個(gè)亞單位發(fā)生，然后引起其它亞單位的變化，因?yàn)閬唵挝唤佑|面之間是可交變的。雖然所有這些變化是錯(cuò)綜的和難捉摸的，可說(shuō)“引發(fā)物”是比較簡(jiǎn)單和充分確定的配位化學(xué)部分。
細(xì)胞色素c。這是一種起電子載體作用的血紅蛋白。血紅素基是經(jīng)過(guò)某些側(cè)鏈共價(jià)連結(jié)到蛋白質(zhì)的氨基酸殘基上，而且一個(gè)組氨酸氮原子和一個(gè)其它配位體（尚未確定）在鐵原子周?chē)瓿梢粋€(gè)八面體。在很大范圍的有機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞色素c幾乎是相同的，這種類(lèi)型的電子載體表示在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)展得很早并且可用來(lái)很好地達(dá)到目的而并不須要許多變化。
![2,2-(2,5-二苯基硫代)雙[5-(1,1-二甲基乙基)]苯并惡唑](images/202408/thumb_img/5626_thumb_G_1724984933821.jpg)
.jpg "血紅蛋白中四個(gè)亞單位中的一個(gè)亞單位示意圖")
.jpg "肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）對(duì)氧結(jié)合曲線，也表示了pH對(duì)后者的影響（波爾（Bohr）效應(yīng)）")
.jpg "血紅素")
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