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攜氧蛋白 血紅素與肌紅素是在大型多細胞生物中所發
質0
()
肌紅素
()
血紅素
()
氧氣結合
上血質
現的兩種攜氧蛋白質。血紅素位於紅血球
肉,在血液中運輸氧氣;肌紅素則儲藏氧氣
在肌肉之中。
肌紅素是第一個利用X光繞射被分析出三度
空間結構的蛋白質。肌紅素是一種球狀蛋
白,由一條含有153個胺基酸的多回鏈組成,
並褶疊成8段a-螺旋。血質輔基位於褶疊的
多回鏈間疏水性縫隙之中。
。
血紅素具有四級結構,由4條多回鏈所組成,
包括2條a-鏈及2條B-鏈(a2B2)
每條多鏈,含有一個血質輔基。儘管在一
級結構的胺基酸序列上相似度不高,血紅素
的每個多⌛鏈與肌紅素的多鏈在三度空間的
結構上幾乎相同。
血質輔基為原紫質以的環狀結構加一個位於
中央的亞鐵離子,亞鐵離子與原紫質形成四
個共價鍵。在原紫質環狀結構的其中一面,
亞鐵離子與近端組胺酸 (His F8)形成鍵
結,HisF8沿著血紅素F螺旋的第八個胺基
酸。亞鐵離子的第六個鍵結是要結合氧分
子,靠近與氧分子鍵結的地方是另一個組胺
酸一遠端組胺酸 (His E7),它非常有效力
地防礙鍵結一氧化碳。
異位作用 血紅素是一種異位作用蛋白質,與氧分子結
合的作用具協同性;一個血紅素次單元和氧
分子結合,會增加其他次單元對氧的親和
力。血紅素的對氧解離曲線的圖形呈
異位變化
的機制
S形,而肌紅素對氧解離曲線圖則是雙曲線
形。肌紅素比血紅素對氧分子有較高的親和
力。
氧合血紅素與去氧血紅素在四級結構上有差
異,當氧分子與亞鐵原子結合時,會拉扯血
質輔基並牽動近端組胺酸,這樣會進一步移
動F螺旋而改變血紅素4個次單元間的交互作
用。

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異位變化
的機制
t)
氧合血紅素與去氧血紅素在四級結構上有差
異,當氧分子與亞鐵原子結合時,會拉扯血
質輔基並牽動近端組胺酸,這樣會進一步移
動F螺旋而改變血紅素4個次單元間的交互作
用。
波耳效應 離子、二氧化碳及2,3-雙磷醯甘油酸鹽均是
異位效應劑,能促使血紅素釋放氧分子。回
離子與二氧化碳結合在多鏈的不同處,而
2,3-雙磷醯甘油酸鹽則嵌入血紅素4個次單元
間的中央空隙處。

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功能與種原蛋白由三條多組成,不同的膠原蛋白
類
(
生物合成
總覽
成分與轉
譯後修
飾作用
結構
()
中,這三條鏈的種類與分佈亦不盡相同。
而體內不同的部位,所能發現的膠原蛋白也
不同。
膠原蛋白的多鏈在內質網與高基氏體輸送
的過程中,會進行基化與基化等轉譯後修
飾作用。這三條多鏈接著形成三股螺旋狀
的前膠原蛋白,然後分泌至細胞外。移除延
長端的鏈後便形成原膠原蛋白,接著聚集
成微纖維,再交互形成共價鍵結而成為成熟
的膠原蛋白纖維。
膠原蛋白中有三分之一的胺基酸殘基是甘胺
酸,另有四分之一為腩胺酸。而在酵素脯胺
酸回化以及離胺酸化的作用下,會轉譯後
修飾成為回基化的胺基酸一4-☑基脯胺酸
(Hyp)和5-回基離胺酸(Hyl)。因這些含
有亞鐵的酵素需要抗壞血酸以提供活性。維
生素C缺乏所造成的疾病,如壞血症,便是
因為無法合成基化的脯胺酸與離胺酸,導
致膠原蛋白不能正確形成。其中基離胺酸
(Hyl)轉譯後會進一步被一些類修飾。
膠原蛋白是由不斷重複的三序列一甘胺酸-
X-Y所組成,此處的X通常為脯胺酸,而Y則
通常為基脯胺酸。膠原蛋白中的每一條多回
鏈會先行捲曲成約每3.3個殘基一輪的螺旋
結構,接著三條多鏈便衣:2鏈間鍵的引
下,一同形成三股螺旋的纜線,此時每三個
殘基會通過此三股螺旋的中央,因為它是這
麼的擁擠,所以只有甘胺酸小到適合安裝。

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分泌與聚 多鏈氨與碳兩端所延伸的部分,能指引
集
三股螺旋纜線的形成,也能避免尚未成熟的
前膠原蛋白過早在細胞中開始聚集。分泌出
細胞後,此多出的L鏈便會被蛋白切除,
而所產生的原膠原蛋白便以交錯排列的方式
聚集在一起。
架橋連結 無論在原膠原蛋白分子之間或內部均會形成
共價的鍵結,以提供膠原蛋白纖維足的強
度與硬度。這些架橋形成於一些離胺酸殘基
(Lys)以及其化衍生物一離胺酸
(allysine)之间,離胺酸乃藉由含有銅的
胺醯氧化鉕從離胺酸衍生出,這過程需要磷
酸吡哆。
骨頭的形基磷灰石(磷酸鈣),於骨骼形成的第一
成
)
步中,會停留在原膠原蛋白兩端的成核
作用點。

ページ7:

電泳
十二醯鈉聚丙
醯胺膠體電泳
()。
等電點電泳
,
在聚丙醯胺膠體電泳(PAGE)
蛋白質利用多孔性聚丙醯胺膠體,
在電場中依據其所攜帶的電荷大小
及其本身分子之大小分離。分子量
越小或所帶淨負電荷越多的蛋白質
在電泳膠體內移動較快,而大分子
或所帶淨負電荷越少的蛋白質在電
泳膠體內移動較慢。
在十二醯鈉聚丙醯胺膠體電泳中,
蛋白質樣品先以還原劑處理,打斷
其雙硫鍵,再以負離子界面活性一
十二醯鈉處理使之變性,並完全攜
帶負電荷。處理後的蛋白質樣品再
以聚丙醯胺膠體予以分離,此時蛋
白質分子量對電荷的比固定,因此
樣品的位移僅受到其質量大小的影
響,最小的蛋白質移動最快。本方
法可以用來分析蛋白質樣品的純
度、蛋白質之質量以及蛋白質中含
有多鏈次單元的數量。
等電點電泳是將蛋白質藉由可產生
酸鹼梯度的兩性聚電解質膠體進行
電泳而分離。
分離的基礎在於各個蛋白質內正電
荷及負電荷取代基的相對組成不
同。蛋白質在電場中移動,直到所
帶淨電荷為零,也就是位在其等電
點(pl)時才會停止。

ページ8:

二維膠體電泳
(
在二維膠體電泳,蛋白質首先進行
等電點電泳,接著第二個方向改以
SDS-PAGE,而產生二維分布的
點狀圖樣,其分離的依據是先依蛋
白質帶電量而後質量。這個技術可
用來比較細胞在不同狀況下總體蛋
白質的表現。
膠體內蛋白質的觀 蛋白質電泳後可直接以
察
Coomassie brilliant blue 或銀染劑
染色而辨識。放射線標記的蛋白
質,則可將電泳後之膠體覆蓋於X
光底片上,顯現於放射線照片上的
黑色區塊,即為蛋白質的相對位
置。欲偵測特定的蛋白質,則可利
用西方轉漬墨點法,將蛋白質自膠
體傳送至硝化纖維膜上,再以專一
性抗體辨識它,一級抗體最後再與
被放射線標記或嵌上酵素的二級抗
體結合,而加以偵測。

ページ9:

胺基酸組成的分析 蛋白質中每一種胺基酸的組成數量
(Amino acid
composition
analysis)
愛德曼裂解法
(Edman
degradation)
定序之策略
(Sequencing
strategy)
可以用酸性水解法或是離子交換層
析法來判斷
胺基酸可藉由比色分析被偵測,例
如與寧海特林試劑(ninhydrin)或
是螢光胺反應。
蛋白質氮端的胺基酸可在酸化反應
進行前,藉由與,(daneyl
chloride)或
(fluorodinitrobenzene)反應而判
別。蛋白質胺基酸序列可以用愛德
曼裂解法進行測量,該方法是將胺
基酸一次一個自蛋白質的氮端裂解
分離開;這是使用
(phenylisothiocyanate) 標定蛋
白質氮端的胺基酸,使其在胺基酸
裂解分離之前成為
(phenylthiohydantoin)胺基酸。
為了定序蛋白質的序列,必須先以
化學(或是酵素(例如胰凝乳蛋白
及胰蛋白)的方法將蛋白質裂解成
小片段,再將較小的片段以愛德曼
裂解法定序出來。多鏈經過不同試
劑處理會產生不同的片段組,反覆
分析不同片段組的車疊區域,就能
拼湊出完整的多列。多次單位蛋白
質必須在定序前先解離出個別多回
鏈,可以使用尿素(urea)或鹽酸
胍 (guanidine hydrochloride)
因為它們可以打斷非共價鍵的交互
作用:也可以使用 DTT或2-硫基乙
醇(2-mercaptoethanol)來打斷雙
硫鏈。

ページ10:

蛋白質指紋圖譜
(Protein
fingerprint)
質譜儀
(Mass
spectrometry)
蛋白質體學
(Proteomics)
重組 DNA技術
(Recombinant
DNA technology)
蛋白質以胰蛋白裂解之後,所產生
的圖譜可顯現蛋白質的特徵,而被
稱為蛋白質的指紋圖譜。
基質輔助雷射脫附游離法
(MALDI-TOF)被用來決定的正
確質量。被固定在有機的基質中,
接著用雷射激發,導致蛋白質以離
子氣體的形式噴出;氣體中的離子
BE隨後在電場中被加速而分離。串
聯質譜儀(MS-MS)以縱排串聯的
方式排列兩台質譜儀,可以進一步
裂解蛋白質。
蛋白質體學研究細胞或生物體中的
總體蛋白質一即蛋白質體
(proteome)
。
利用重組DNA技術來鑑識與定序有
編碼蛋白質的DNA片段被用來決定
該蛋白質的序列;即利用遺傳密碼
從DNA的序列中推演出蛋白質的胺
基酸序列。

ページ11:

回饋調控
(Feedback
regulation)
異位酵素
(Allosteric
enzymes)
在生物體系中,酵素催化的速率受
到活化物或抑制劑的影響,這些活
化物或抑制劑統稱為作用因子 (ef
代謝路徑的最終產物常會回饋抑制
同一路徑的早期步驟,以避免中間
產物的堆積及能量不必要的浪費。
分支的代謝途徑則通常有一套連續
的回饋抑制進行調控。
異位酵素所產生之Vo對IS]的圖形
是一種S形曲線圖。異位酵素通常
具有多個活化位,可共同地結合受
質,每個活性中心與受質結合後便
造成蛋白質的形變,改變其他活化
位與受質分子的親和力。異位酵素
通常為有多個次單元,每個次單元
具一個活性中心。兩種模型已被提
出以解釋酵素的異位作用行為,協
同或對稱模型以及連續式模型。異
位酵素也許被作用因子(活化物或
抑制劑)所調控,將與酵素上非活
性中心的部位結合,以改變酵素催
化的速率。生合成時的關鍵酵素一
(aspartate transcarbamoylase)
即是一種異位酵素。此酵素具有6
個催化次單元及6個調節次單元,
每個催化次單元具一個活性中心,
而調節次單元則可被
ATP 和CTP 等作用因子附著。天
冬胺酸轉胺甲醯的代謝最終產物
CTP能回饋抑制反應,因此是一種
異位抑制劑。相對地,此代謝途徑
中所產生之早期的中間產物
-ATP,則是一種異位活化劑。

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可逆性的共價修飾許多酵素活化作用的調控,是利用
作用
(Reversible
covalent
modification)
小型非蛋白質分子與酵素間,反覆
產生及打斷共價鍵的動作來進行。
最為常見的例子,就是嵌上及移除
磷酸取代基的反應,分別稱為磷酸
化及去磷酸化反應。磷酸化反應由
(protein kinase) 所催化,通常
是以ATP作為磷酸根的供給者。而
去磷酸化反應則是由
(proteinphosphatases)催化。
蛋白質水解的活作 有的酵素合成時,會先形成較大型
的未活化前驅物,稱為
用化
(Proteolytic
activation)
。
(proenzyme)或(zymogen)
利用不可逆性地將特定鍵水解後,
才能活化這些回原。胰臟中的蛋白
一胰蛋白、胰凝乳蛋白和彈性蛋
白,皆是由原前驅物(胰蛋白原、
胰凝乳蛋白原以及原彈性蛋白),
經蛋白質水解作用之後,活化產
生。
未成熟但已具活性原,會造成急性
胰臟炎等的病變。血液凝固系統與
細胞凋亡(細胞計劃性死亡)也是
經由一連串原活化作用,將原始的
訊號極度地擴大。

ページ13:

酵素的抑制作用
(Enzyme inhibition)
不可逆抑制作用
(Irreversible
inhibition)
競爭可逆性抑制
作用(Reversible
代謝的產物,也可能是外來的
藥物或毒素。酵素的抑制作用
可分為兩大類:不可逆性與可
逆性。其中可逆性抑制又分成
競争性抑制及非競爭性抑制。
不可逆性的抑制劑牢固地鍵
結,甚至與酵素活化位或附近
的胺基酸形成共價性鍵
永久地使酵素失去活性。常見
的例子有 DIPF
(diisopropyphosphofluoridate
)、(iodoacetamide)以及盤
尼西林 (penicillin)
。
競爭性抑制劑與受質分子競争
酵素的活化位。高受質濃度狀
competitive inhibition)態時,抑制劑的競争可被克
非競争可逆性反應
(Reversible
noncompetitive
inhibition)
服。由雙倒數圖可知,競爭性
抑制劑可增加,但對Vmax 無任
何影響。
所謂的非競争性抑制劑與活性
中心以外的地方結合,並造成
整個酵素立體結構的改變,因
而降低催化之活性。非競争性
抑制劑的抑制效果無法因受質
濃度的提高而克服。雙倒數圖
形顯示,非競爭性抑制劑會減
少Vmax,但Km保持不變。

ページ14:

熱力學(Thermo-
dynamics)
活化能與過渡態
(Activation energy
and transition
state)
自由能的變化
(Free energy
change)
化學平衡式
(Chemical
equilibria)
熱力學的知識,描述了各個能量
形式間的關係,以及這些能量如
何作用於物質上,使我們瞭解何
種生理過程是可行的。熱力學的
第一定律與第二定律結合起來能
形成一個熱動力學方程式,自由
能G。能量的單位為焦耳(J)或
卡路里(cal)。
生化反應發生時,將受質轉化為
過波態物質時需先超過能量門
檻。過態是整個反應過程中所具
有最高之自由能。在過渡態的物
質與受質間所存在的自由能差
距,稱為活化能(AG+)。酵素
能穩定化學反應中的過渡態物
質,並降低AG‡,因此可增加反
應發生的速率。
受質與產物間能量的差異,稱為
自由能差異(AG)。負的AG表
示反應容易朝指定的方向進行,
而正的公G則是在熱力學觀點上不
利於反應的發生,因此需要額外
輸入能量。能量上不易進行之反
應常需要伴隨能量上容易自發的
反應來幫助驅動,例如ATP的水
解。
所有的化學反應均會達到動態平
衡的狀態。平衡常數(K)即是指
達到平衡時,反應物與產物間濃
度的比。酵素並不能更改平衡的
狀態,而是同時加速平衡狀態下
順向與逆向的反應速率。