谈血红蛋白和肌红蛋白的异同

淮阳教育研究 1 9 9峨年第 ‘期 谈血红蛋白和肌红蛋白的异同 陶令霞 赵俊杰 高等脊椎动物 内的载氧体有两大类 : 一类是在血液中能运载氧的血红蛋白 , 一类是肌肉中 的肌红蛋白 。 在一般的生物化学课本 中 , 只简单谈了二者的结构 , 对其它述及很少 。 其实血红 蛋白和肌红蛋白无论在结构上 , 还是在功能 、载氧特性上都有很大的相似性 , 也有本质的不同 , 本文就此作以比较 , 以供参考 。 一 、所处部位的不同 血红蛋白包含在血液的红血细胞 中 , 而肌红蛋白则位于肌 肉的肌细胞中 。 二 、结构上的相似 首先 , 肌红蛋 白是由一条肤链和一个血红素辅基构成的单链蛋白 。这条肚链包含 1 53 个氨 基酸 ,其中 77 %的氨基酸呈 Q 一螺旋构象 ,在整个肚链中共形成 8 个 a 一螺旋 片段 , 末形成 u 一螺旋 的松散肤链则形成拐弯 , 把这 8 个肤段连接起来 ;使这条蛋白质肤链盘绕成一个球状结构 , 这 个球状结构是外圆中空的 , 因为具有极性的氮基酸残基几乎全部分布在分子面 , 可与水结 合 , 使肌红蛋 白成为可溶性 , 而非极性残基分布在分子内部 , 使内部呈一个疏水空穴 , 在这个空 穴里 ,埋有一个血红素辅基 (图 1一a) 。 血红素由原叶叶琳环和一个铁原子组成 , 铁原子为 2 ( b ) 图 1 、马血红蛋 日一链 ( b) 和抹香鲸肌红蛋白 ( a) 的结构 价 , 位于叶琳环中央 , 它有 6 个配位键 , 其 中 d 个与叶琳环平面 N 结合 , 两个 与叶啡环平面垂 直 , 当血红素辅基垂直插入肤链疏水空穴时 ,第五个配位键连在肤链的组氨酸上 , 另一个键将 与氧结合 (图 2) 。 卯”卜陇 亡口0 , 咖 . 取媛钟蜘养粉部侈示 巴 3 血红蛋巴的四全咬站六 血红蛋白则是 由. 心个亚基 (吸氏)组成的寡聚蛋白 , 其中 a 一亚基的肚链包含 1 41 个氨基酸 , 日 亚基的肤链含 1 46 个氨基酸 , 每个亚荃具有和肌红蛋白相似的结构 , 即亚基中的肚链也都形成 外圆中空的球状结构 , 内连一个血红素辅基 , (图 1一 b) , 然后血红蛋白的 4 个亚基再通过非共 价键结合在一起 , 组成一个大致为 四面体的四级结构 (图 3 ) 。 由此可见 , 肌红蛋白和血红蛋白结构上的不 同之处是 : 肌红蛋白是单链蛋白 , 血红蛋 白是 由四个亚基组成的寡聚蛋白 。相同之处是 :血红蛋白的每个亚基和肌红蛋 白都具有相同的三级 结构 。 三 、功能上的差异 : 功能是由结构决定的 , 由于血红蛋白的结构 比肌红蛋白复杂 , 所以显示了较多的功能 : 它 不仅在血液 中起着载 氧体的作用 , 能把氧从肺部通过血液循 环运到全身各处 ; 同时也在运载 c o : 和 H 十中起作用 , 能把各组织代谢产生的 c o : 运至肺部 。 而肌红蛋白的功能则是把氧从血 液 (肌肉附近毛细血管的血液 ) , 通过细胞膜运到肌细胞中 , 以氧合肌红蛋白形式暂时贮氧 , 并 可携带氧在肌肉中运动 , 当肌肉急剧运动时就把氧释放 出来 , 以保障肌肉强烈代谢对氧的需 要 。 四 、运载氧的特性不一样 血红蛋白和肌红蛋白虽然都有载氧功能 ,但载氧时所表现的特性不一样 , 原因在于血红蛋 白是种变构蛋白 ,而肌红蛋 白不是 。 这主要表现在以下三个方面 : 1 、 0 : 与血红蛋白结合后促进更多的 0 : 与同一血红蛋白分子结合 , 也就是说 , 氧与血红蛋 白的结合是协作进行的 , 相反 , 0 : 与肌红蛋结合并不协作进行 。 这从二者的氧离解曲线 ( 图 的 可 以看出 , 对于任何给定的 P o Z (氧分压 ) , 肌红蛋 白的 Y (氧合部位的占有率 )总比血红蛋白的 高 , 即肌红蛋对氧的亲合性 比血红蛋白高 ,但肌红蛋白的氧离解曲线是双 曲线 , 而血红蛋白的 是 s 形的 , s 形意味着血红蛋白结合氧的协作效应 。 为什么能协作进行 ? 深入的研究表明 ,血红 蛋 白在完成其功能的过程中 , 其四级结构发生有利变化 。 在缺氧的地方 (如静脉血中 ) ,血红蛋 · 2 6 · 白由于亚基之间一些带相反电荷的基团形成的盐健而处于钳制状态 , 使氧不能和血红素结合 (图 5一 a ) , 所以在需氧组织里可快速脱下氧 ;而在氧极丰富的肺里 , 当一个亚基的血红素辅基 与 。: 结合时 ,亚基间的盐键断裂 , 血红蛋白处于松驰状态 , 使其它亚基变得也易于和氧结合 (图 5一 b) ,从而能迅速地将氧运走 . 四级结构的变化保征了血红蛋白运载氧的功能 ,使呼吸作 用高效进行 。 玉九i碑针l名吐分子 盐键破坏 \ 肌红 蛋白 护、卜 匆 0. 5 碌 之 血红蛋白 O , O 2 0 扣 月0 50 p o : ( T o r r ) 血红蛋白亚签 田十 扒红蛋白和 血红 蛋 自的坡离解曲 线 。 ( n ) 图占 ( b ) 上红蛋白四级篇构的两种减大衣 2 、PH 在很广的范围内以及 C O : 的变化都对肌红蛋白结合氧无影响 。 但在血红蛋白中 , 酸 度会增加其脱氧倾向 ;增加 co : 浓度 (在不变的 P H 下 )也会隆低其对氧的亲合性 , 在代谢迅速 的组织 , 如收缩的肌肉中 ,会产生不少 co : 和酸 。在这样代谢活跃组织的毛细血管中 c o : 和 H 十 的高水平存在将促进氧从氧合血红蛋白中脱去 , 以满足其对氧的高需求 。 3 、血红蛋对氧的亲合性要受 2 . 3—二磷酸甘油酸 ( D PG )调节 。因为 DP G 是小分子物质 ,而在血红蛋白上至少有两个部位可以结合这些小 分子物质 , 当 D P G 与血红蛋结合时 ,会使 血 红蛋 白的紧张型 (T 型 )趋于稳定 , 从而降低血红蛋对氧的亲合性 . 而 D p G 对肌红蛋白的氧 亲 合性并无影响 . 参考书目 : 《生物化学》,沈同 , 王镜岩主编 , 高等教育出版社 。 《生物化学》, 吴国利 、聂元初编 , 北京师范大学出版社 。 《生物化学》, 〔美〕Lu be rt s try er ,北京大学出版社 . (上接第 2 页 )效应 。这是教育不能直接照振经济规律的根本原因 , 如果 , 只追求直接教育效应 , 不尊重教育发展规律 , 必然使教育改革步人 “误区” 。 总之 ,教育作为一种育人的活动 , 起作用的是教育规律 , 只有正确处理好教育规律与经济 规律的关系 , 才能在社会主义市场经济条件下保证教育健康地发展 .