第五节　肌红蛋白与血红蛋白

肌红蛋白和血红蛋白都含有血红素辅基，血红蛋白是四吡咯环。血红素中广泛存在的共轭双键网可以吸收可见光谱中的短波长区域的光线，因而呈深红色。四吡咯环是由四分子吡咯通过4个α亚甲基桥相连成环形平面。β位碳原子的取代方式决定了四吡咯环是血红素还是其他相关化合物。

肌红蛋白（Mb）在肌肉中用来贮存氧。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ATP合成。肌红蛋白是由153个氨基酸残基和一个血红素辅基组成的单链多肽，分子量为17000。它具有典型的球状蛋白的特点，8段α螺旋构成一个球状结构，亲水基团多在外层，即分子表面是极性的，而分子内部是非极性的，血红素辅基位于一个疏水洞穴中，这样可避免其亚铁离子被氧化。亚铁离子与卟啉形成4个配位键，第五个配位键与93位组氨酸结合，空余的一个配位键可与氧可逆结合。其结构示意图如图1-42所示。

图1-42　肌红蛋白结构示意图

游离的血红素不仅能结合CO，并且与CO的亲和力是与O2亲和力的25000倍。肌红蛋白和血红蛋白分子上的血红素辅基也能结合CO，但其与CO的亲和力仅是与O2亲和力的200倍。导致肌红蛋白和血红蛋白分子上血红素辅基对CO的亲和力急剧下降的是E螺旋内的第7号位的His造成的空间位阻。

肌红蛋白结合氧的特征可以由曲线来描述，为双曲线形。从图1-43中可以看出，Mb倾向于结合氧而不愿放出氧气，所以它的功能是贮存氧气，只有在氧分压极低的情况下（体内缺氧的情况）它才释放出氧气。

图1-43　肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线

（1Torr=133.322Pa）

血红蛋白（Hb）是由一对两种不同多肽链（α、β、γ、δ、S等）组成的具有四级结构的蛋白质。血红蛋白A的α链（141个氨基酸残基）和β链（146个氨基酸残基）长度相近，但由于不同的基因编码，有不同的一级结构。

血红蛋白由两个α亚基和两个β亚基构成，每个亚基上有一个血红素辅基，两个β亚基之间有一个DPG（二磷酸甘油酸），它与β亚基形成6个盐键，对血红蛋白的四级结构起着稳定的作用。因为其结构稳定，所以不易与氧结合。当一个亚基与氧结合后，会引起四级结构的变化，使其他亚基对氧的亲和力增加，结合加快。反之，一个亚基与氧分离后，其他亚基也易于解离。所以血红蛋白是变构蛋白，其氧合曲线是S形曲线，只要氧分压有一个较小的变化即可引起氧饱和度的较大改变。这有利于运输氧，肺中的氧分压只需比组织中稍微高一些，血红蛋白就可以完成运氧工作。血红蛋白两种变化状态见图1-44。

图1-44　血红蛋白两种变化状态

血红蛋白（Hb）的氧合曲线见图1-43，为S形曲线，只有在氧分压很高的情况下（在肺部），Hb才结合氧气，而氧分压一旦降低（在外围血管中），它就释放O2，而此时的Mb却没有反应。就结合O2的能力而言，4价的Hb还不如1价的Mb。Hb的氧合曲线形状与Mb的不同是因为它与O2的结合具有正协同效应。

肌红蛋白与血红蛋白是人体内重要的蛋白质，它们的结构变化将会给人类带来一些伤害性疾病。

（1）肌红蛋白尿症　广泛挤压伤后，来自肌纤维的肌红蛋白可以出现在尿中，使尿呈红褐色。心肌梗死后，也能利用血清酶学实验在血浆中检测到肌红蛋白，为心肌损伤检测提供了更敏感的指标。

（2）贫血　通常的贫血（红细胞的数量减少或血红蛋白含量降低）是由于血红蛋白的合成降低（如缺铁）或红细胞的生产减少（如叶酸或维生素B12缺乏）。贫血的诊断可以从分光光度计测量血红蛋白含量开始。

（3）血红蛋白病　血红蛋白分子中某些重要氨基酸（如组氨酸E7或F8）的突变可导致严重后果，而许多远离血红素结合位点的突变可能并无临床表现。但有一个例外就是镰刀形红细胞贫血，其所有的危险症状（如镰刀形细胞危象、血栓）都是由于一个极性氨基酸突变成一个非极性氨基酸而引起。

（4）糖基化血红蛋白（HbA1c）　当血液葡萄糖进入红细胞时，血红蛋白发生非酶催化的糖基化，对赖氨酸残基的氨基和位于肽链的氨基末端的氨基反应生成异头羟基。利用离子交换色谱或电泳可以将HbA1c和HbA分开。糖基化血红蛋白与血糖浓度成正比，通常约占5%。因此HbA1c浓度监测可为糖尿病病人的饮食控制提供依据。由于红细胞的平均半衰期为60天，所以HbA1c的水平能反映出6～8周前的血糖水平。HbA1c水平的升高意味着血糖控制不理想，应及时选择合适的处理（如更严格的饮食控制和增加胰岛素的用量）。

蛋白质化学知识框架