波尔效应与变构效应

Bohr效应的生理意义及其机理
2当血液流经肺时，肺O2升高，因此有利于 生理意义： 血红蛋白与 O2结合，促进H+与CO2释放， CO2 的呼出又有利于氧合血红蛋白的生成。 1 当血液流经组织，特别是代谢旺盛的组织如 肌肉时，这里的pH较低，CO2浓度较高，氧 合血红蛋白释放O2，使组织获得更多O2，供 其需要，而O2的释放，又促使血红蛋白与H+ [H+] Hb盐键断裂→ Hb构型变为R型 与 CO2↓→促进 结合，以缓解 pH降低引起的问题。 →Hb与O2亲和力↑→氧离曲线左移→氧合易。 [H+]↑→促进Hb盐键形成→Hb构型变 为T型→Hb与O2亲和力↓→氧离曲线 右移→氧离易。
而导致蛋白质活性改变的现象。
简介：
别构部位的概念是1963年由法国科 学家J．莫诺等提出来的。影响蛋白质活 性的物质称为别构配体或别构效应物。 该物质作用于蛋白质的某些部位而发生 的相互影响称为协同性。抑制蛋白质活 力的现象称为负协同性，该物质称为负 效应物。增加活力的现象称为正协同性， 该物质称为正效应物。受别构效应调节 的蛋白质称为别构蛋白质，如果是酶， 则称为别构酶。
5.任何能改变异促效应的条件，处理或突变也同时能 改变同促效应。
催化反应
目前研究得较为清楚的别构酶是大肠杆菌 的天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATC酶，催 化下列反应：
氨甲酰磷酸+L—天冬氨酸→N—氨酰基—L—天冬氨酸+磷酸
血红蛋白的别构效应(变构效应) （allosteric effect）
血红蛋白是一个别构蛋白质 氧合作用显著改变Hb的四级结构，血红素 铁的微小移动导致血红蛋白构象的转换 （从T态→R态） 血红蛋白存在：T态（tense state） R态（relaxed state） 亲和性不同： T态去氧Hb的主要构象，氢 键和盐键起稳定作用； R态氧合Hb的主要 构象。
蛋白质构象与功能的关系
波尔效应（Bohr effect）： CO2浓度的增加可降低细胞内的PH，引 起红细胞内血红蛋白氧亲和力下降的现象。
波尔效应
1914年，C.Bohr发现， H+和CO2对 Hb的氧合的影响是降低Hb与氧气亲 和力，即H+和CO2促进Hb释放O2，这 样的效应被称为波尔效应。产生波 尔效应的原因是H+和CO2能够与Hb 特定位点结合而促进Hb从R态转变 为T态。与波尔效应相关的基团有 亚基的N-端氨基、亚基的 His122的咪唑基以及亚基的 His146咪唑基。这三个基团在Hb处 于T态的时候都是高度质子化的。 当氧气与Hb结合以后，质子发生解 离。如果溶液中的pH降低，将有利 于这三个基团处于质子化状态，从 而稳定T态，抑制氧气的结合。
• CO2能够与珠蛋白的N-端去质子化的氨基可逆地反应 形成氨基甲酸血红蛋白也释放出质子，从而产生波 尔效应。 • 氨基甲酸的形成导致α链与β链之间形成盐桥，有 利于稳定Hb处于T态，从而降低O2的亲和力。
体促降 BPG是血红蛋白的别构效应物 组进低 织氧血（ 需从红 2 要血蛋， 红白 3 蛋对 白氧二 释气磷 放的 ，亲酸 以和甘 供力油 与亚基的结合部位： 酸 应从 + ） Val -NH 1 3 机而
效应分类
同促效应：相同配体（相同的结合部位）引起 的反应称为同促效应，例如寡聚体酶或蛋白质 （如血红蛋白）各亚基之间的协同作用即是同 促效应。同促效应是同一种物质作用于不同亚 基的相同部位而发生影响，因此是别构效应。 异促效应：不同配体（不同的结合部位）引起 的反应称为异促效应，例如别构酶的别构结合 部位和底物结合部位之间的反应即是异促效应。
Bohr效应的生理意义及其机理
• 机理：氢离子与血红蛋白结合利于构成T 态的盐桥形成，从而使O2释放；在肺部 由于O2分压较高，促进O2和血红蛋白的 结合，打断盐桥，使得氢离子和CO2释放。
效应通性:
1.大部份别构蛋白质是含有几个亚单位的寡 聚体或多聚体。
2.别构效应常和蛋白质的四级结构变化有关 （即亚基间键的变化）。
3.异促效应可以是正的或负的，而同促效应总是正的 协同作用。
效应通性:
4.已经知道的仅具有异促效应的体系很少，但 多数含有两个或多个配体的体系中，至少有一 个配体具有协同性质的同促效应。
BPG -
Lys82--NH3+ His143-咪唑基
所有动物体内都存在波尔（Bohr）效应？
在细胞内具有无脊椎动物血红蛋白 （erythrocruorin）的虫（单环刺）和细胞内 具有蚯蚓血红（hemerythin）的星虫，就不 存在这种效应。一般认为是与这两种动物之 缺少循环系统和血细胞在体腔液中悬浮有关。
Tyrα 140 (HC2) 、Tyrβ 145 (HC2) 与Valα 93 （FG5）、Valβ 98 （FG5）形成链内氢键。
当氧与血红蛋白分子中一个亚基的血红素辅基的铁结合后。即引起该亚基构 象的改变，一个亚基构象的改变又会引起其余亚基的构象相继发生改变，亚 基间的次级键被破坏，结果整个分子从紧密的构象变成比较松散的构象，易 于与氧结合，使血红蛋白与氧结合的速度大大加快。
两种效应
• CO2效应： CO2与 N-末端的缬氨酸的氨基发生 氯甲酰化，形成负电荷，可以稳定T态。
• BPG效应：是由于它有5个负电荷（主要是4 个），在Hb中位于两个β-亚基之间的空隙中， 由β-亚基提供8个正电荷（N-末端，His2， LyS82和His143各两个）。有利于稳定T态。 氧合之后，两个β-亚基距离减少（铁原子距 离由39.9埃减到33.4埃）。而将BPG排挤出去。
变构效应的作用
别构效应在生命活动调节中起很重要作 用。如阻遏蛋白受小分子物质的影响发生构 象变化，改变了它与DNA结合的牢固程度， 从而对遗传信息的表达进行调控。另如激素 受体，神经递质受体等都是通过生物分子的 影响发生构象变化而传递信息的。可以说别 构效应是生物分子“通讯”地基。
DNA也具有别构效应
蛋白质构象与功能的关系
●别构效应（变构效应）
●波尔效应
蛋白质构象与功能的关系
• 别构效应：又称为变构效应，是寡聚蛋白与配基结 合改变蛋白质的构象，导致蛋白质生物活性改变的 现象。
• 别构效应（allosteric effect）某种不直接涉及蛋白
质活性的物质，结合于蛋白质活性部位以外的其他
部位（别构部位），引起蛋白质分子的构象变化，
血红蛋白的协同性氧结合
р 4(O2)
Y=
р 4(O2)+ K 4(O ) Y р = 1–Y K
2
log﴾
Hill 方程表达式
Y 4log = р(O2)—logK 1–Y
﴿
血红蛋白的协同性氧结合
р n(O2)
Y=Βιβλιοθήκη р n(O2)+ K n(O ) Y р = 1 –Y K
2
log﴾
Hill 方程一般表达式
Y nlog = р(O2)—logK 1–Y
﴿
95 %
80% 75%
10%
Figure 7-28 The oxygen-binding curves of myoglobin (Mb) and hemoglobin (Hb). Myoglobin has a much greater affinity for oxygen than does hemoglobin. It is 50% saturated at oxygen partial pressures (pO2) of only 0.15 to 0.30 kPa, whereas hemoglobin requires a pO2 of about 3.5 kPa for 50% saturation. Note that although both hemoglobin and myoglobin are more than 95 % saturated at the pO2 in arterial blood leaving the lungs (~13 kPa), hemoglobin is only about 75% saturated in resting muscle, where the pO2 is about 5 kPa, and only10% saturated in working muscle, where the pO2 is only about 1.5 kPa. Thus hemoglobin can release its oxygen very effectively in muscle and other peripheral tissues. Myoglobin, on the other hand, is still about 80% saturated at a pO2 of 1.5 kPa, and therefore unloads very little oxygen even at very low pO2. Thus the sigmoid O2-saturation curve of hemoglobin is a molecular adaptation for its transport function in erythrocytes, assuring the binding and release of oxygen in the appropriate tissues.
简介：
在50年代后期，先后发现 某些氨基酸对催化其合成途径 第一步反应的酶有抑制作用， 这种现象称为反馈抑制。起抑 制作用的物质与该酶的底物在 结构上完全不同，这种结构不 同于底物的抑制物是结合于酶 的活性部位以外的其他部位， 即别构部位而影响酶的活力的。 图1以别构酶为例说明正负效 应物是如何影响酶活力的。