第五節　肌紅蛋白與血紅蛋白

肌紅蛋白和血紅蛋白都含有血紅素輔基，血紅蛋白是四吡咯環。血紅素中廣泛存在的共軛雙鍵網可以吸收可見光譜中的短波長區域的光線，因而呈深紅色。四吡咯環是由四分子吡咯通過4個α亞甲基橋相連成環形平面。β位碳原子的取代方式決定了四吡咯環是血紅素還是其他相關化合物。

肌紅蛋白（Mb）在肌肉中用來貯存氧。大運動量造成缺氧時，肌紅蛋白可以釋放氧供線粒體進行有氧ATP合成。肌紅蛋白是由153個氨基酸殘基和一個血紅素輔基組成的單鏈多肽，分子量為17000。它具有典型的球狀蛋白的特點，8段α螺旋構成一個球狀結構，親水基團多在外層，即分子表面是極性的，而分子內部是非極性的，血紅素輔基位于一個疏水洞穴中，這樣可避免其亞鐵離子被氧化。亞鐵離子與卟啉形成4個配位鍵，第五個配位鍵與93位組氨酸結合，空余的一個配位鍵可與氧可逆結合。其結構示意圖如圖1-42所示。

游離的血紅素不僅能結合CO，并且與CO的親和力是與O2親和力的25000倍。肌紅蛋白和血紅蛋白分子上的血紅素輔基也能結合CO，但其與CO的親和力僅是與O2親和力的200倍。導致肌紅蛋白和血紅蛋白分子上血紅素輔基對CO的親和力急劇下降的是E螺旋內的第7號位的His造成的空間位阻。

肌紅蛋白結合氧的特征可以由曲線來描述，為雙曲線形。從圖1-43中可以看出，Mb傾向于結合氧而不愿放出氧氣，所以它的功能是貯存氧氣，只有在氧分壓極低的情況下（體內缺氧的情況）它才釋放出氧氣。

血紅蛋白（Hb）是由一對兩種不同多肽鏈（α、β、γ、δ、S等）組成的具有四級結構的蛋白質。血紅蛋白A的α鏈（141個氨基酸殘基）和β鏈（146個氨基酸殘基）長度相近，但由于不同的基因編碼，有不同的一級結構。

血紅蛋白由兩個α亞基和兩個β亞基構成，每個亞基上有一個血紅素輔基，兩個β亞基之間有一個DPG（二磷酸甘油酸），它與β亞基形成6個鹽鍵，對血紅蛋白的四級結構起著穩定的作用。因為其結構穩定，所以不易與氧結合。當一個亞基與氧結合后，會引起四級結構的變化，使其他亞基對氧的親和力增加，結合加快。反之，一個亞基與氧分離后，其他亞基也易于解離。所以血紅蛋白是變構蛋白，其氧合曲線是S形曲線，只要氧分壓有一個較小的變化即可引起氧飽和度的較大改變。這有利于運輸氧，肺中的氧分壓只需比組織中稍微高一些，血紅蛋白就可以完成運氧工作。血紅蛋白兩種變化狀態見圖1-44。

血紅蛋白（Hb）的氧合曲線見圖1-43，為S形曲線，只有在氧分壓很高的情況下（在肺部），Hb才結合氧氣，而氧分壓一旦降低（在外圍血管中），它就釋放O2，而此時的Mb卻沒有反應。就結合O2的能力而言，4價的Hb還不如1價的Mb。Hb的氧合曲線形狀與Mb的不同是因為它與O2的結合具有正協同效應。

肌紅蛋白與血紅蛋白是人體內重要的蛋白質，它們的結構變化將會給人類帶來一些傷害性疾病。

（1）肌紅蛋白尿癥　廣泛擠壓傷后，來自肌纖維的肌紅蛋白可以出現在尿中，使尿呈紅褐色。心肌梗死后，也能利用血清酶學實驗在血漿中檢測到肌紅蛋白，為心肌損傷檢測提供了更敏感的指標。

（2）貧血　通常的貧血（紅細胞的數量減少或血紅蛋白含量降低）是由于血紅蛋白的合成降低（如缺鐵）或紅細胞的生產減少（如葉酸或維生素B12缺乏）。貧血的診斷可以從分光光度計測量血紅蛋白含量開始。

（3）血紅蛋白病　血紅蛋白分子中某些重要氨基酸（如組氨酸E7或F8）的突變可導致嚴重后果，而許多遠離血紅素結合位點的突變可能并無臨床表現。但有一個例外就是鐮刀形紅細胞貧血，其所有的危險癥狀（如鐮刀形細胞危象、血栓）都是由于一個極性氨基酸突變成一個非極性氨基酸而引起。

（4）糖基化血紅蛋白（HbA1c）　當血液葡萄糖進入紅細胞時，血紅蛋白發生非酶催化的糖基化，對賴氨酸殘基的氨基和位于肽鏈的氨基末端的氨基反應生成異頭羥基。利用離子交換色譜或電泳可以將HbA1c和HbA分開。糖基化血紅蛋白與血糖濃度成正比，通常約占5%。因此HbA1c濃度監測可為糖尿病病人的飲食控制提供依據。由于紅細胞的平均半衰期為60天，所以HbA1c的水平能反映出6～8周前的血糖水平。HbA1c水平的升高意味著血糖控制不理想，應及時選擇合適的處理（如更嚴格的飲食控制和增加胰島素的用量）。

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