一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（primary structure）就是蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序（sequence）,也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu).它是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的.各種氨基酸按遺傳密碼的順序,通過(guò)肽鍵連接起來(lái),成為多肽鏈,故肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主鍵.
迄今已有約一千種左右蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)被研究確定,如胰島素,胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等.
蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)等高級(jí)結(jié)構(gòu),成百億的天然蛋白質(zhì)各有其特殊的生物學(xué)活性,決定每一種蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),首先在于其肽鏈的氨基酸序列,由于組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸各具特殊的側(cè)鏈,側(cè)鏈基團(tuán)的理化性質(zhì)和空間排布各不相同,當(dāng)它們按照不同的序列關(guān)系組合時(shí),就可形成多種多樣的空間結(jié)構(gòu)和不同生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)分子.
二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展,而是折疊和盤(pán)曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu).蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)主要決定于空間結(jié)構(gòu)的完整,因此僅僅測(cè)定蛋白質(zhì)分子的氨基酸組成和它們的排列順序并不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)活性和理化性質(zhì).例如球狀蛋白質(zhì)（多見(jiàn)于血漿中的白蛋白、球蛋白、血紅蛋白和酶等）和纖維狀蛋白質(zhì)（角蛋白、膠原蛋白、肌凝蛋白、纖維蛋白等）,前者溶于水,后者不溶于水,顯而易見(jiàn),此種性質(zhì)不能僅用蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來(lái)解釋.
蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)就是指蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu).
（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary structure）是指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象,不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象.
1.肽鍵平面（或稱(chēng)酰胺平面,amide plane）.
Pauling等人對(duì)一些簡(jiǎn)單的肽及氨基酸的酰胺等進(jìn)行了X線衍射分析,得出圖1-2所示結(jié)構(gòu),從一個(gè)肽鍵的周?chē)鷣?lái)看,得知：
（1）中的C-N鍵長(zhǎng)0.132nm,比相鄰的N-C單鍵（0.147nm）短,而較一般C=N雙鍵（0.128nm）長(zhǎng),可見(jiàn),肽鍵中-C-N-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間,具有部分雙鍵的性質(zhì),因而不能旋轉(zhuǎn),這就將固定在一個(gè)平面之內(nèi).
（2） 肽鍵的C及N周?chē)齻€(gè)鍵角之和均為360°,說(shuō)明都處于一個(gè)平面上,也就是說(shuō)六個(gè)原子基本上同處于一個(gè)平面,這就是肽鍵平面.肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有α碳原子所形成的單鍵,此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個(gè)肽鍵平面的位置關(guān)系,于是肽鍵平面成為肽鏈盤(pán)曲折疊的基本單位.
（3） 肽鍵中的C-N既具有雙鍵性質(zhì),就會(huì)有順?lè)床煌牧Ⅲw異構(gòu),已證實(shí)處于反位.
2.蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象的結(jié)構(gòu)單元
1）α－螺旋Pauling等人對(duì)α－角蛋白（α－keratin）進(jìn)行了X線衍射分析,從衍射圖中看到有0.5～0.55nm的重復(fù)單位,故推測(cè)蛋白質(zhì)分子中有重復(fù)性結(jié)構(gòu),并認(rèn)為這種重復(fù)性結(jié)構(gòu)為α－螺旋（α－h(huán)elix）見(jiàn)圖1-4.
α－螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
（1）多個(gè)肽鍵平面通過(guò)α－碳原子旋轉(zhuǎn),相互之間緊密盤(pán)曲成穩(wěn)固的右手螺旋.
（2）主鏈呈螺旋上升,每3.6個(gè)氨基酸殘基上升一圈,相當(dāng)于0.54nm,這與X線衍射圖符合.
（3）相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中C＝O和H桸形成許多鏈內(nèi)氫健,即每一個(gè)氨基酸殘基中的NH和前面相隔三個(gè)殘基的C＝O之間形成氫鍵,這是穩(wěn)定α－螺旋的主要鍵.
（4）肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R,分布在螺旋外側(cè),其形狀、大小及電荷影響α－螺旋的形成.酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域,由于同電荷相斥,不利于α－螺旋形成；較大的R（如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸）集中的區(qū)域,也妨礙α－螺旋形成；脯氨酸因其α－碳原子位于五元環(huán)上,不易扭轉(zhuǎn),加之它是亞氨基酸,不易形成氫鍵,故不易形成上述α－螺旋；甘氨酸的R基為H,空間占位很小,也會(huì)影響該處螺旋的穩(wěn)定.
2）β－片層結(jié)構(gòu)Astbury等人曾對(duì)β－角蛋白進(jìn)行X線衍射分析,發(fā)現(xiàn)具有0.7nm的重復(fù)單位.如將毛發(fā)α－角蛋白在濕熱條件下拉伸,可拉長(zhǎng)到原長(zhǎng)二倍,這種α－螺旋的X線衍射圖可改變?yōu)榕cβ－角蛋白類(lèi)似的衍射圖.說(shuō)明β－角蛋白中的結(jié)構(gòu)和α－螺旋拉長(zhǎng)伸展后結(jié)構(gòu)相同.兩段以上的這種折疊成鋸齒狀的肽鏈,通過(guò)氫鍵相連而平行成片層狀的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為β－片層（β－pleated sheet）結(jié)構(gòu)或稱(chēng)β－折迭（圖1－5）.
β－片層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：
①是肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu),肽鏈平面之間折疊成鋸齒狀,相鄰肽鍵平面間呈110°角.氨基酸殘基的R側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方.
②依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C＝O與H梄形成氫鍵,使構(gòu)象穩(wěn)定.
③兩段肽鏈可以是平行的,也可以是反平行的.即前者兩條鏈從“N端”到“C端”是同方向的,后者是反方向的.β－片層結(jié)構(gòu)的形式十分多樣,正、反平行能相互交替.
④平行的β－片層結(jié)構(gòu)中,兩個(gè)殘基的間距為0.65nm；反平行的β－片層結(jié)構(gòu),則間距為0.7nm.
3）β－轉(zhuǎn)角
蛋白質(zhì)分子中,肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180°的回折,在這種回折角處的構(gòu)象就是β－轉(zhuǎn)角（β－turn或β－bend）.β－轉(zhuǎn)角中,第一個(gè)氨基酸殘基的C＝O與第四個(gè)殘基的N桯形成氫鍵,從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（圖1－6）.
4）無(wú)規(guī)卷曲
沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象,肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列,屬于松散的無(wú)規(guī)卷曲（random coil）.
（二）超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域
超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supersecondary structure）是指在多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的二級(jí)結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近,彼此相互作用,形成規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)聚集體.目前發(fā)現(xiàn)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有三種基本形式：α螺旋組合（αα）；β折疊組合（βββ）和α螺旋β折疊組合（βαβ）,其中以βαβ組合最為常見(jiàn).它們可直接作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的“建筑塊”或結(jié)構(gòu)域的組成單位,是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次,故稱(chēng)超二級(jí)結(jié)構(gòu).
結(jié)構(gòu)域（domain）也是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次.在較大的蛋白質(zhì)分子中,由于多肽鏈上相鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系,形成二個(gè)或多個(gè)在空間上可以明顯區(qū)別它與蛋白質(zhì)亞基結(jié)構(gòu)的區(qū)別.一般每個(gè)結(jié)構(gòu)域約由100-200個(gè)氨基酸殘基組成,各有獨(dú)特的空間構(gòu)象,并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能.如免疫球蛋白（IgG）由12個(gè)結(jié)構(gòu)域組成,其中兩個(gè)輕鏈上各有2個(gè),兩個(gè)重鏈上各有4個(gè)；補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)合部位處于不同的結(jié)構(gòu)域.一個(gè)蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)域有的相同,有的不同；而不同蛋白質(zhì)分子之間肽鏈中的各結(jié)構(gòu)域也可以相同.如乳酸脫氫酶、3－磷酸甘油醛脫氫酶、蘋(píng)果酸脫氫酶等均屬以NAD+為輔酶的脫氫酶類(lèi),它們各自由2個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域組成,但它們與NAD+結(jié)合的結(jié)構(gòu)域構(gòu)象則基本相同.
（三）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步盤(pán)曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu),稱(chēng)為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiary structure）.蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級(jí)鍵,包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力（Van der Wasls力）等.這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)序號(hào)相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基的R基團(tuán)之間,因此蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合.次級(jí)鍵都是非共價(jià)鍵,易受環(huán)境中pH、溫度、離子強(qiáng)度等的影響,有變動(dòng)的可能性.二硫鍵不屬于次級(jí)鍵,但在某些肽鏈中能使遠(yuǎn)隔的二個(gè)肽段聯(lián)系在一起,這對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用.
現(xiàn)也有認(rèn)為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子主鏈折疊盤(pán)曲形成構(gòu)象的基礎(chǔ)上,分子中的各個(gè)側(cè)鏈所形成一定的構(gòu)象.側(cè)鏈構(gòu)象主要是形成微區(qū)（或稱(chēng)結(jié)構(gòu)域domain）.對(duì)球狀蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō),形成疏水區(qū)和親水區(qū).親水區(qū)多在蛋白質(zhì)分子表面,由很多親水側(cè)鏈組成.疏水區(qū)多在分子內(nèi)部,由疏水側(cè)鏈集中構(gòu)成,疏水區(qū)常形成一些“洞穴”或“口袋”,某些輔基就鑲嵌其中,成為活性部位.
具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看,有的細(xì)長(zhǎng)（長(zhǎng)軸比短軸大10倍以上）,屬于纖維狀蛋白質(zhì)（fibrous protein）,如絲心蛋白；有的長(zhǎng)短軸相差不多基本上呈球形,屬于球狀蛋白質(zhì)（globular protein）,如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白,球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部,而親水基則多分布在分子表面,因而球狀蛋白質(zhì)是親水的,更重要的是,多肽鏈經(jīng)過(guò)如此盤(pán)曲后,可形成某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域,例如酶的活性中心等.
（四）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)
具有二條或二條以上獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì),其多肽鏈間通過(guò)次級(jí)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（quarternary structure）.其中,每個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱(chēng)為亞基（subunit）.四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局.亞基之間不含共價(jià)鍵,亞基間次級(jí)鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松,因此在一定的條件下,四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基,而亞基本身構(gòu)象仍可不變.
一種蛋白質(zhì)中,亞基結(jié)構(gòu)可以相同,也可不同.如煙草斑紋病毒的外殼蛋白是由2200個(gè)相同的亞基形成的多聚體；正常人血紅蛋白A是兩個(gè)α亞基與兩個(gè)β亞基形成的四聚體；天冬氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶由六個(gè)調(diào)節(jié)亞基與六個(gè)催化亞基組成.有人將具有全套不同亞基的最小單位稱(chēng)為原聚體（protomer）,如一個(gè)催化亞基與一個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合成天冬氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶的原聚體.
某些蛋白質(zhì)分子可進(jìn)一步聚合成聚合體（polymer）.聚合體中的重復(fù)單位稱(chēng)為單體（monomer）,聚合體可按其中所含單體的數(shù)量不同而分為二聚體、三聚體……寡聚體（oligomer）和多聚體（polymer）而存在,如胰島素（insulin）在體內(nèi)可形成二聚體及六聚體.
三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系
（一）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與其構(gòu)象及功能的關(guān)系
蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來(lái)維持,在生物體內(nèi),蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后,即可根據(jù)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤(pán)曲,形成一定的空間構(gòu)象.
Anfinsen以一條肽鏈的蛋白質(zhì)核糖核酸酶為對(duì)象,研究二硫鍵的還原和氧化問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)該酶的124個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的多肽鏈中存在四對(duì)二硫鍵,在大量β－巰基乙醇和適量尿素作用下,四對(duì)二硫鍵全部被還原為桽H,酶活力也全部喪失,但是如將尿素和β－巰基乙醇除去,并在有氧條件下使巰基緩慢氧化成二硫鍵,此時(shí)酶的活力水平可接近于天然的酶.Anfinsen在此基礎(chǔ)上認(rèn)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu),即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二、三級(jí)結(jié)構(gòu).
一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì),其基本構(gòu)象及功能也相似,例如,不同種屬的生物體分離出來(lái)的同一功能的蛋白質(zhì),其一級(jí)結(jié)構(gòu)只有極少的差別,而且在系統(tǒng)發(fā)生上進(jìn)化位置相距愈近的差異愈小（表1-2,表1－3）.
表1-2 胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分
胰島素來(lái)源氨基酸殘基的差異部分
A5A6A10A30
人ThrSerIleThr
豬ThrSerIleAla
狗ThrSerIleAla
兔ThrSerIleSer
牛AlaSerValAla
羊AlaGlyValAla
馬ThrGlyIleAla
抹香猄ThrSerIleAla
鯉猄AlaSerThrAla
表1-3 細(xì)胞色素C分子中氨基酸殘基的差異數(shù)目及分歧時(shí)間
不同種屬氨基酸殘基的差異數(shù)目分歧時(shí)間（百萬(wàn)年）
人-猴150-60
人-馬1270-75
人-狗1070-75
豬-牛-羊0
馬-牛360-65
哺乳類(lèi)-雞10-15280
哺乳類(lèi)-猢17-21400
脊椎動(dòng)物-酵母43-481,100
促腎上腺皮質(zhì)素（ACTH）和促黑激素（MSH）均垂體分泌的多肽激素.α－MSH和ACTh 4～10位的氨基酸結(jié)構(gòu)與β－MSH的11～17位一樣,故ACTH有較弱的MSH的生理作用（圖1-12）.
在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中,參與功能活性部位的殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基,即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)殘基的異常,那么該蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到明顯的影響.被稱(chēng)之為“分子病”的鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血僅僅是574個(gè)氨基酸殘基中,一個(gè)氨基酸殘基即β亞基N端的第6號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了變異所造成的,這種變異來(lái)源于基因上遺傳信息的突變.
圖1-12 ACTH、α-MSH和β-MSH一級(jí)結(jié)構(gòu)比較
正常DNA……TGt GGG CTT CTT TTT……
mRNAACA CCC GAA GAA AAA
DNA（β亞基）N端…蘇-脯-谷-谷-賴(lài)……
異常DNA ……TGT GGG GAT CTT TTT……
mRNA……ACa CCC GUA GAA AAA……
hbs（β亞基）N端…蘇-脯-纈-谷-賴(lài)……
（二）蛋白質(zhì)空間橡象與功能活性的關(guān)系
蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān),蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能活性的基礎(chǔ),構(gòu)象發(fā)生變化,其功能活性也隨之改變.蛋白質(zhì)變性時(shí),由于其空間構(gòu)象被破壞,故引起功能活性喪失,變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后,構(gòu)象復(fù)原,活性即能恢復(fù).
在生物體內(nèi),當(dāng)某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個(gè)部位結(jié)合,觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生一定變化,從而導(dǎo)致其功能活性的變化,這種現(xiàn)象稱(chēng)為蛋白質(zhì)的別構(gòu)效應(yīng)（allostery）.
蛋白質(zhì)（或酶）的別構(gòu)效應(yīng),在生物體內(nèi)普遍存在,這對(duì)物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化都是十分重要的.
現(xiàn)以血紅蛋白（hemoglobin,簡(jiǎn)寫(xiě)Hb）為例來(lái)說(shuō)明構(gòu)象與功能的關(guān)系.
血紅蛋白是紅細(xì)胞中所含有的一種結(jié)合蛋白質(zhì),它的蛋白質(zhì)部分稱(chēng)為珠蛋白（globin）,非蛋白質(zhì)部分（輔基）稱(chēng)為血紅素.Hb分子由四個(gè)亞基構(gòu)成,每一亞基結(jié)合一分子血紅素.正常成人Hb分子的四個(gè)亞基為兩條α鏈,兩條β鏈.α鏈由141個(gè)氨基酸殘基組成,β鏈由146個(gè)氨基酸殘基組成,它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)均已確定.每一亞基都具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu),各肽鏈折疊盤(pán)曲成一定構(gòu)象,β亞基中有8個(gè)α－螺旋區(qū)（分別稱(chēng)A、B……H螺旋區(qū)）,α亞基中有7個(gè)α－螺旋區(qū).在此基礎(chǔ)上肽鏈進(jìn)一步折疊形成球狀,依賴(lài)側(cè)鏈間形成的各種次級(jí)鍵維持穩(wěn)定,使之球形表面為親水區(qū),球形向內(nèi),在E和F螺旋段間的20多個(gè)巰水氨基酸側(cè)鏈構(gòu)成口袋形的疏水區(qū),輔基血紅素就嵌接在其中,α亞基和β亞基構(gòu)象相似,最后,四個(gè)亞基α2β2聚合成具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的Hb分子.在此分子中,四個(gè)亞基沿中央軸排布四方,兩α亞基沿不同方向嵌入兩個(gè)β亞基間,各亞基間依多種次級(jí)健聯(lián)系,使整個(gè)分子呈球形,這些次級(jí)鍵對(duì)于維系Hb分子空間構(gòu)象有重要作用,例如在四亞基間的8對(duì)鹽鍵,它們的形成和斷裂將使整個(gè)分子的空間構(gòu)象發(fā)生變化.
ABCDEFGH分別代表不同的α－螺旋區(qū).共有八個(gè)螺旋區(qū)；阿拉伯?dāng)?shù)字代表在該區(qū)氨基酸殘基的序號(hào)；a-螺旋區(qū)之間的移行部位為無(wú)規(guī)卷曲,用AB,CD,EF,FG…等表示.C1,E7,C5,CF,C3,E3,的中間為血紅素,其中較大的黑點(diǎn)代表Fe2+.
Hb在體內(nèi)的主要功能為運(yùn)輸氧氣,而Hb的別位效應(yīng),極有利于它在肺部與O2結(jié)合及在周?chē)M織釋放O2.
Hb是通過(guò)其輔基血紅素的Fe++與氧發(fā)生可逆結(jié)合的,血紅素的鐵原子共有6個(gè)配位鍵,其中4個(gè)與血紅素的吡咯環(huán)的N結(jié)合,一個(gè)與珠蛋白亞基F螺旋區(qū)的第8位組氨酸（F8）殘基的咪唑基的N相連接,空著的一個(gè)配位鍵可與O2可逆地結(jié)合,結(jié)合物稱(chēng)氧合血紅蛋白.
在血紅素中,四個(gè)吡咯環(huán)形成一個(gè)平面,在未與氧結(jié)合時(shí)Fe++的位置高于平面0.7,一旦O2進(jìn)入某一個(gè)α亞基的疏水“口袋”時(shí),與Fe++的結(jié)合會(huì)使Fe++嵌入四吡咯平面中,也即向該平面內(nèi)移動(dòng)約0.75,鐵的位置的這一微小移動(dòng),牽動(dòng)F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段的位移,再波及附近肽段構(gòu)象,造成兩個(gè)α亞基間鹽鍵斷裂,使亞基間結(jié)合變松,并促進(jìn)第二亞基的變構(gòu)并氧合,后者又促進(jìn)第三亞基的氧合使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第一亞基開(kāi)始氧合時(shí)速度的數(shù)百倍.此種一個(gè)亞基的別構(gòu)作用,促進(jìn)另一亞基變構(gòu)的現(xiàn)象,稱(chēng)為亞基間的協(xié)同效應(yīng)（cooperativity）,所以在不同氧分壓下,Hb氧飽和曲線呈“S”型.太長(zhǎng)了,沒(méi)有簡(jiǎn)略點(diǎn)的么?