血紅蛋白(hemoglobin)

一、結構與生化效應
1GZX Haemoglobin.png   
                         (X光繞射圖)
資料來源:維基百科                                               資料來源:約翰霍普金斯大學
1. 氧氣結合曲線(Oxygen binding curve)血紅蛋白(Hemoglobin)與肌紅蛋白(Myoglobin)在不同的氧氣壓力下對於氧結合的飽和度的關係曲線
2. 結合協同效應(Binding cooperative effect)
A. O2的鍵結決定血紅素的T form和R form
a. 無O2時,血紅素的4個次單元共有6個鹽橋(salt bridges)鍵結,為T form
b. 當O2鍵結,鹽橋遭破壞,一對單元(α2/β2)會因此鬆開,轉15°,形成R form
c. 這個旋轉軸並非中心軸,所以α2/β2會偏移
B. O2的鍵結改變血紅素結構
a. O2的鍵結會將Fe2+拉入卟啉(Porphyrin plane)中
b. Fe2+將鍵結的His F8連帶其他東西拉向卟啉
c. 結構變化
d. 鄰近的刺單元結構變,變得更容易與O2結合



C. 血紅蛋白T formR form的轉變
a. 血紅蛋白的T form會因著結合了O2而破壞鹽橋
b. 就算沒被破壞的鹽橋,鍵結也會減弱
c. 促進第2O2結合更多鹽橋斷促進第3O2結合
d. 一般來說越多O2結合,血紅素趨向成為R form;越少O2結合血紅素趨向成T form,轉換時沒有特定的帶O2數。但沒帶O2必為T form4O2必為R form
e. 若有氫、CO2、氯化物或2,3-BPG存在,則需更多O2才能使T formR form
f.所以4個血基質(heme)會互相影響



3. 2,3-BPG調節血紅素氧氣飽和度
A. 藉由自身與血紅素結合,2,3-BPG降低血紅素與氧氣親和力
B. 在母親與胎兒體內含量一樣
C. BPG對胎兒血紅素(HbF)的親和力較成人(母親)的(HbA)弱,所以O2會優先與胎兒血紅蛋白結合
4. Hb氧氣飽和度的調節
5.
*游離血基質(heme)-->CO的接合:O2的接合 = 25,000 : 1
*含血基質的蛋白(Mb, Hb)*-->CO的接合:O2的接合 = 200 : 1
資料來源:國立中山大學
二、Hemoglobin(血紅素)生成:
A. 2succinyl-CoA(琥珀精胺醯輔酶A)+2glycine(甘胺酸)→Porphobilinogen(膽色素原,即PBG)
透過ALA synthasepyridoxal phosphate(磷酸吡哆醛;PLP維生素B6(Vitamin B6)的活性形式)的催化,加速succinyl-CoA的硫與甘胺酸(glycine)結合。此為整個合成過程中的速率決定步驟
*反應都在粒線體(Mitochondria)中進行,ALA在形成之後會被運送到細胞質中繼續反應
 A:acetate(乙酸);P:proprionate(丙酸)

B. 4 Porphobilinogen→Protoporphyrin IX(原卟啉)
a.4個PBG分子將會在UroporphyrinogenⅠSynthase以及脫氨酶的作用下,脫去4分子NH3,形成Hydroxymethylbilane (線性的四分子pyrrole物質; linear tetrapyrrole)
b.線性的Hydroxymethylbilane接著會形成兩種環狀分子:其一為易被光分解的TypeUroporphyrinogen,另一種為較穩定的Type Uroporphyrinogen

c.TypeⅢ Uroporphyrinogen會在uroporphyrinogen decarboxylase的作用下,將四個邊的acetate(A)各脫去一CO2分子(“-CH2-COOH”),形成甲基(M;Methyl),因而轉變為TypeⅢ Coproporphyrinogen
d.Type I Uroporphyrinogen也會藉上述反應產生Type I Coproporphyrinogen,但TypeⅢ才是形成heme的主要中間產物
C. Protoporphyrin IX+Fe2+→Heme(血基質,原血紅素)
D. Heme+Polypeptide(多肽)→Hemoglobin chain(血紅素鏈)
 依照多肽的不同序列,分成α和β兩種型式
E. 2αchains+2βchains→HemoglobinA(血紅素)
三、血紅蛋白(hemoglobin)功能
A. 運送O2:血液中有98.5%的O2是由紅血球的Hemoglobin來運輸,反應式:Hb + O2  HbO2 B. 運送CO2:血液中有30%的CO2是由紅血球的Hemoglobin來運輸,反應式:Hb + CO2  HbCO2 
C. 緩衝血液pH值的能力:血液中有部分的CO2會與H2O反應產生H+,Hemoglobin藉由和此H+結合來緩衝血液的pH值
 反應式:Hb + H+  HbH 註:在不正常的情況下,Hemoglobin會與CO結合。Hemoglobin與CO的親和力遠大於Hemoglobin與O2的親和力


資料來源:中國西北師範大學
四、結構
1.由二價鐵離子(Fe2+)與porphyrin所組成
A. Fe2+離子與四周pyrrrole的氮原子端(N-terminal)鍵結,成為一紫質(porphyrin)雜環化合物,二價鐵離子使整體結構具有活性
B. 由發現處命名的尿紫質(Uroporphyrin)與糞紫質(Coproporphyrin),其實在尿液及糞便中都存在,因此可藉由尿液或糞便採樣進行檢驗
C. 這兩種分子都可以用其順時鐘的鍵結分子順序,來分成對稱(TypeⅠ)與不對稱(TypeⅢ)
D. 因TypeⅠ遇光便隨即分解,因此在整個血紅素的代謝過程中,通常由TypeⅢ產生反應

五、異常
1.Hb Portland:ζ2Gγ2、ζ2Aγ2(Gγ和Aγ的不同在於第136個胺基酸,前者為glycine;後者為alanine),屬於異常的血紅蛋白(hemoglobin)
2. 在F8和CD1之間有一稱為”pocket”的結構, 此區基因突變造成胺基酸的改變,會影響攜帶氧的能力
3. Hb Hyde Park :β92His突變成Tyr(F8)

4. Hb Hammersmith: β42 Phe突變成Ser(CD1)

資料來源:那不勒斯第二大學

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1 意見:

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