血紅素 Hemoglobin的結構與功能

TinyNotes

hemoglobin的結構

由4個subunit組成，依人類不同成長階段而有差異
HbF(fetus)：為α2γ2(對氧的結合力較強)
HbA(adult)：有兩種，α2β2(主要的)與α2δ2
Hemoglobin的三級結構與myoglobin相似，然而其一級結構卻完全不同
能藉由比對兩者的一級結構，會發現有些位置的AA highly conserved，例如分子內的hydrophobic AA與F8，E7。表示這些AA的功能非常重要！

當蛋白質bind上調節分子時，而造成構形與活性的變化，這類的protein稱allosteric protein。若調結分子與ligand相同時，稱為homotropic；反之則為heterotropic
Hemoglobin為一homotropic的例子，當bind上氧氣時，會使得蛋白質的構形發生變化，促進O2更容易結合。
Hemoglobin分為兩種構形
- T state：不易與氧結合，為deoxy form，不同subunit有鹽橋穩定結構
- R state：relax state，易與氧結合，為oxy form
- 當heme與氧氣結合時，會造成鐵離子移動，使His F8轉了8度，使整個蛋白質的confomation發生變化
關於T state與R state的model
- MWC model
  全有全無，表示hemoglobin的4個單元體皆為同一種form，當O2少時，平衡偏向全T form，O2多時則為R form
- sequential model
  不一定要全為同一個form，有較多的中間體
因為homotropic的效果，若以O2濃度與結合百分比之圖時，會發現myglobin呈雙曲線形；hemoglobin則呈倒鐘形。倒鐘形的好處在於，他在某一個濃度的時候，其結合力會快速增加，可以sharp的控制。也因為這個效果，hemoglobin為較好的transporter，因為在低濃度可釋放，高濃度可乘載。

利用化學平衡的概念所導出來的式子，在此不再重複
其斜率為nH，hill coefficient，代表了受質濃度改變對於分子結合力的影響。若nH為1，受質濃度對於結合力沒有太大的影響；若nH>1表示有正效果，小於1則表受質越多，結合力越弱
在hemoglobin中，最高到3

(1) CO2與氫離子

CO2的運送方式有3
- 直接溶在水中(7%)
- 與hemoglobin結合(20%)：會與其N端結合產生carbamate，穩定鹽橋結構，也就讓T form更穩定！！！
- 利用血紅素的碳酸酐酶，將CO2轉成氫離子與碳酸氫根
當4個氧氣與血紅素結合時，會釋放出2個氫離子(β)的His
根據勒沙特列原則，當H+多時，反應偏向左，促進T form的生成
以tissue為例，其CO2濃度高，造成H+較多，促進血紅素往T form平衡，並促進氧氣的釋放；肺的情況則相反，O2多促使H+釋放，血中H+增加促進CO2的生成並釋放

(2) BPG：2,3-biphosphoglycerate