2,3-BPG与氧气没有任何相似之处，因此用2,3-BPG调节血红蛋白就显得相当特别。血 红蛋白的主要功能是运输氧气。2,3-BPG是别构效应剂(allosteric effector)。别构效应剂结 合位，点与蛋白质行使功能的结合位，点完全不同，因此别构效应剂的结构与氧气结构不同就可 以理解了。在第十章我们介绍酶活性调解时还会介绍别构效应剂。 2,3-BPG与血红蛋白结合还有其它的生理意义。胎儿表达的血红蛋白是两个α链和两个y 链构成的四聚体（与成人不同）。y链与β链一致性达到72%，其中143位的组氨酸背丝氨酸 代替。这个位点在成人血红蛋白中参与蛋白质与2,3-BPG结合。用Sr替代His,删除了 2,3-BPG的两个阳离子结合位点（每条链提供一个），降低了2,3-BPG与血红蛋白的亲和性。 因此胎儿血红蛋白结合氧的亲和性比成年人血红蛋白结合氧的亲和性高（图7.17）。氧亲和 性差异使母体红细胞结合氧气能被有效地运送到胎儿红细胞。Y链也是基因重复后特异化的 产物。胎儿血红蛋白是基因重复-特异化解决生物所面临挑战（如何将母体氧气运送到胎儿 体内)的实例。 1.0 Fetal red cells 0.8 Maternal red cells 0.6 0.4 O2 flows from maternal 0.2 oxyhemoglobin to fetal deoxyhemoglobin 0.0 0 50 100 pO2(torr) 图717胎儿红细胞的氧亲和性。由于胎儿红细胞的血红蛋白不结合2,3-BPG,胎儿红细胞 对氧的亲和性比母体红细胞高。 7.3Ht和CO2促进氧气释放：Bohr效应 我们已经知道，血红蛋白所携带的氧气在最需要氧气的组织（氧分压低)能协同性释放。 血红蛋白应答需氧的其它环境信号能加强这种协同能力。快速代谢组织，例如收缩肌肉，产 生大量的H+和CO2。血红蛋白发生进化，H什和CO2浓度愈高，血红蛋白释放O2愈多。如同 2,3-BPG,Ht和CO2也是血红蛋白的别构效应剂，其结合位，点与氧结合位点不同。在Christian Bohr于1904年发现这一现象之后，H+和CO2对血红蛋白结合氧的调节称为Bor放应。 血红蛋白结合氧的亲和性随pH值从7.4降低而下降（图7.18）。当血红蛋白进入pH值 低的区域，血红蛋白释放氧的能力提高。例如肺部pH值是7.4，氧分压是100tor,而运动 肌肉的pH值是7.2，氧分压是20tor,血红蛋白能够释放77%的氧气。如果pH值没有改变， 血红蛋白只能释放66%的氧气。蛋白质结构和化学研究揭示了pH效应的化学基础。产生这 种效应的化学基团至少有两套：0-链N-端的a-气基和β146和α122的组氦酸侧链（它们的 pK值接近于7)。在脱氧血红蛋白中，Bl46与另一c邱二聚体的au链的赖气酸形成盐键。由于 多肽链C-端B146与另一0B二聚体的α链的赖氨酸形成盐键，锁定β146组氨酸与同一链的β94 Asp相互作用形成盐键（图7.19）。2,3-BPG 与氧气没有任何相似之处，因此用 2,3-BPG 调节血红蛋白就显得相当特别。血 红蛋白的主要功能是运输氧气。2,3-BPG 是别构效应剂（allosteric effector）。别构效应剂结 合位点与蛋白质行使功能的结合位点完全不同，因此别构效应剂的结构与氧气结构不同就可 以理解了。在第十章我们介绍酶活性调解时还会介绍别构效应剂。 2,3-BPG 与血红蛋白结合还有其它的生理意义。胎儿表达的血红蛋白是两个链和两个 链构成的四聚体（与成人不同）。链与链一致性达到 72%，其中 143 位的组氨酸背丝氨酸 代替。这个位点在成人血红蛋白中参与蛋白质与 2,3-BPG 结合。用 Ser 替代 His，删除了 2,3-BPG 的两个阳离子结合位点（每条链提供一个），降低了 2,3-BPG 与血红蛋白的亲和性。 因此胎儿血红蛋白结合氧的亲和性比成年人血红蛋白结合氧的亲和性高（图 7.17）。氧亲和 性差异使母体红细胞结合氧气能被有效地运送到胎儿红细胞。链也是基因重复后特异化的 产物。胎儿血红蛋白是基因重复-特异化解决生物所面临挑战（如何将母体氧气运送到胎儿 体内）的实例。 图 7.17 胎儿红细胞的氧亲和性。由于胎儿红细胞的血红蛋白不结合 2,3-BPG，胎儿红细胞 对氧的亲和性比母体红细胞高。 7.3 H+和 CO2促进氧气释放：Bohr 效应 我们已经知道，血红蛋白所携带的氧气在最需要氧气的组织（氧分压低）能协同性释放。 血红蛋白应答需氧的其它环境信号能加强这种协同能力。快速代谢组织，例如收缩肌肉，产 生大量的 H+和 CO2。血红蛋白发生进化，H+和 CO2浓度愈高，血红蛋白释放 O2愈多。如同 2,3-BPG，H+和 CO2也是血红蛋白的别构效应剂，其结合位点与氧结合位点不同。在 Christian Bohr 于 1904 年发现这一现象之后，H+和 CO2对血红蛋白结合氧的调节称为 Bohr 效应。 血红蛋白结合氧的亲和性随 pH 值从 7.4 降低而下降（图 7.18）。当血红蛋白进入 pH 值 低的区域，血红蛋白释放氧的能力提高。例如肺部 pH 值是 7.4，氧分压是 100 torr，而运动 肌肉的 pH 值是 7.2，氧分压是 20 torr，血红蛋白能够释放 77%的氧气。如果 pH 值没有改变， 血红蛋白只能释放 66%的氧气。蛋白质结构和化学研究揭示了 pH 效应的化学基础。产生这 种效应的化学基团至少有两套：链 N-端的氨基和和的组氨酸侧链（它们的 pKa 值接近于 7）。在脱氧血红蛋白中，与另一二聚体的链的赖氨酸形成盐键。由于 多肽链 C-端与另一二聚体的链的赖氨酸形成盐键，锁定组氨酸与同一链的 Asp 相互作用形成盐键（图 7.19）