氧结合蛋白质课件.ppt

1、歐亞書局CH 5 蛋白質功能5.1 蛋白質與配位基的可逆性結合：氧結合蛋白質與配位基的可逆性結合：氧結合 蛋白質蛋白質5.2 蛋白質與配位基間的互補性交互作用：蛋白質與配位基間的互補性交互作用：免疫系統與免疫球蛋白免疫系統與免疫球蛋白5.3 蛋白質分子間的交互作用受化學能調節蛋白質分子間的交互作用受化學能調節 ：肌動蛋白、肌球蛋白與分子馬達：肌動蛋白、肌球蛋白與分子馬達 p.159歐亞書局CH 5 蛋白質功能p與蛋白質作可逆性結合的分子被稱為配位基配位基(ligand)。p蛋白分子中與配位基結合的位置稱為結合部位結合部位(binding site)。p蛋白質是具有彈性的分子。p這種發生在蛋白質

2、與配位基之間的結構間相對調適現象，稱為誘導配合誘導配合（induced fit）。p.159歐亞書局CH 5 蛋白質功能5.1 蛋白質與配位基的可逆性結合：氧結合蛋白質 p.160氧氣能與血基質輔基結合氧氣能與血基質輔基結合p多細胞生物體中特別是那些必須利用鐵離子的攜氧能力將氧傳送到較遠距離的生物體中鐵通常與帶有血基質血基質（heme 或 heam）輔基的蛋白質結合。p血基質由一個複雜的有機環狀結構原卟啉原卟啉（protoporphyrin）所組成，其中鍵結了一個亞鐵態（Fe2）的鐵原子（圖5-1）。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.160圖 5-1歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.160圖

3、5 1(續)圖圖5-1血基質。血基質。血基質存在於肌紅蛋白、血紅蛋白及很多其他蛋白質中，這些蛋白質統稱為血基質蛋白質（heme proteins）。血基質是由原 IX 這個複雜的有機環結構組成，其中鍵結了一個亞鐵態（Fe2）的鐵原子。(a)卟啉（原卟啉 IX 只是其中的一種）是由四個吡咯（pyrrole）環藉由亞甲基（methene）為橋，連結而組成，在標示 X 的位置可以有一個或多個位置可由其他取代基取代。(b)和(c)為兩種血基質表示方法（衍生自 PDB ID 1CCR）。血基質的鐵原子有六個配位鍵：四個與平面的環系統鍵結，而(d)另外二個垂直於卟啉環。歐亞書局CH 5 蛋白質功能p這個鐵

4、原子有六個配位鍵，其中四個配位鍵與卟啉環卟啉環（porphyrin ring）平面上的氮原子鍵結，其他兩個配位鍵則垂直於卟啉環。p兩個配位鍵中的其中一個被組胺酸殘基側鏈上的氮原子所占據，另一個則是與氧氣分子（O2）鍵結的位置（圖5-2）。p.161歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.161圖 5-2圖圖5-2血基質的側面圖。血基質的側面圖。此圖顯示兩個垂直於環系統的亞鐵離子配位鍵。其中一個配位鍵被組胺酸殘基占據，有時稱此組胺酸為近端組胺酸（proximal His）。另外一個配位鍵則是氧結合部位。其餘的四個配位鍵則位於卟啉環系統的平面，並與卟啉環鍵結。歐亞書局CH 5 蛋白質功能肌紅蛋白只有一個

5、氧結合位置肌紅蛋白只有一個氧結合位置p肌紅蛋白是由一條 153 個胺基酸殘基的胜肽鏈及一個血基質組合而成，是典型球蛋白球蛋白（globins）家族的成員。p這條多肽是由八個 螺旋二級結構段，以彎曲胜肽鏈銜接而成（圖 5-3）。p.161歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.162圖 5-3 圖圖5-3肌紅蛋白。肌紅蛋白。（PDB ID 1MBO）八個 螺旋片段（以圓柱狀表示）以英文字母 A 到 H 標示。彎曲處的非螺旋殘基則以 AB、CD、EF 等標示，以表示它們所連接的片段。少部分的彎曲處，包括 BC 和 DE 等，不含有任何殘基，故不加以標示（在圖中 D 和 E 之間的短片段是電腦繪圖時額外添

6、加上去的）。包裹血基質的口袋狀結構大部分由螺旋 E 與 F 所構成，雖然其他結構之部分胺基酸殘基亦參與作用。歐亞書局CH 5 蛋白質功能蛋白質蛋白質-配位基交互作用的量化描述配位基交互作用的量化描述p肌紅蛋白的功能不只是結合氧氣，同時兼具適時適地釋放氧氣的能力。p生化功能的發揮經常須依賴這種可逆的蛋白質-配位基交互作用。p一般來說，蛋白質（P）與配位基（L）間可逆性的結合可以用一個簡單的平衡表示式平衡表示式（equilibrium expression）加以描述：p.162歐亞書局CH 5 蛋白質功能p此反應之特定結合平衡常數 Ka 為：pKa 代表的是結合常數結合常數（association

7、 constant）。pKa 值愈大表示兩者親和力愈高。p這個平衡值 Ka 亦等同 PL 複合物進行正向反應（結合）及逆向反應（解離）時，兩者之間速率的比例。結合速率以速率常數 ka 來代表，而解離速率則以速率常數 kd 來代表。p.162歐亞書局CH 5 蛋白質功能p重要慣例：重要慣例：平衡常數的 K 為大寫，而速率常數的 k 則為小寫。p重新整理 5-2 式可得知，與配位基結合的蛋白質與游離蛋白質非結合態的比率，是與游離態配位基的濃度成正比：p現在我們由商數（蛋白質上被配位基占據的結合位置的比例）的觀點來考慮結合平衡：p.162歐亞書局CH 5 蛋白質功能p以 Ka LP 取代 PL（見

8、5-3 式）並重新整理方程式可得到：pKa 的值可由 對游離配位基濃度 L 繪圖而得知（圖5-4a）。p.163歐亞書局CH 5 蛋白質功能FIGURE 1-5 p.163圖圖5-4配位基結合曲線圖。配位基結合曲線圖。配位基結合位置被占據的比例商數 對游離配位基的濃度作圖。兩圖都是正雙曲線圖(a)配位基 L 的假設結合曲線。當一半的配位基結合位置被占據時，此時 L 等於 1/Ka 或 Kd。此曲線在 =1 時趨近於水平漸近線，並且在 L=1/Ka 時趨近於垂直漸近線（沒有畫出來）。圖 5-4(a)歐亞書局CH 5 蛋白質功能FIGURE 1-5 p.163圖圖5-4配位基結合曲線圖。配位基結合

9、曲線圖。(b)描述氧與肌紅蛋白的結合曲線。空氣中氧氣分壓以 kPa 表示。氧能與肌紅蛋白緊密結合，因為 P50 僅為 0.26 kPa。圖 5-4(b)歐亞書局CH 5 蛋白質功能p更常見的表示方法（直覺上也較容易理解）是以解離常數解離常數，Kd（dissociation constant；Kd）來表達，Kd 是 Ka 的倒數（Kd1/Ka），單位為莫耳濃度（M）。Kd 代表配位基的釋放平衡常數。p.163歐亞書局CH 5 蛋白質功能p實際上，Kd 比 Ka 更常用來表示蛋白質對於配位基的親和力。p需注意的是，較低的 Kd 值表示配位基對蛋白質的親和力較高。p表 5-1 是一些具代表性的解離常

10、數。p氧也是依照上述的方式與肌紅蛋白進行結合。然而，因為氧是氣體，所以我們必須稍微調整方程式，使得實驗更能方便操作。p.163歐亞書局CH 5 蛋白質功能範例範例5-1受體受體-配位基之解離常數配位基之解離常數蛋白質 X 與蛋白質 Y，分別可結合相同的配位基 A，而其配位基結合曲線分別如下圖所示。p.163歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.164表5-1表 5-1 歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-5(a、b)p.165圖圖5-5肌紅蛋白的血基質與配位基結合時的空間效應。肌紅蛋白的血基質與配位基結合時的空間效應。(a)氧與血基質結合時，氧分子內鍵軸與配位鍵會形成一個夾角，這樣的結合方式正好能

11、適應肌紅蛋白的立體構形。(b)一氧化碳與游離的血紅素結合時，一氧化碳的鍵軸垂直於卟啉環平面。當一氧化碳與肌紅蛋白內的血基質結合時，一氧化碳被迫以傾斜的方式結合，因為垂直地結合會受到 His E7立體空間上的阻礙，此效應也就減弱了一氧化碳與肌紅蛋白的結合。歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-5(c)p.165圖圖5-5肌紅蛋白的血基質與配位基結合時的空間效應。肌紅蛋白的血基質與配位基結合時的空間效應。(c)另一種結構模型（衍生自 PDB ID 1MBO）顯示肌紅蛋白中數個圍繞於血基質四週的重要胺基酸。氧能與遠端組胺酸 His E7（或 His64）形成氫鍵，並因此更進一步幫助了氧的結合。歐亞書局

12、CH 5 蛋白質功能血紅蛋白運送血液中的氧血紅蛋白運送血液中的氧p動物血液中的氧氣幾乎都是靠紅血球內的血紅蛋白來運送。p紅血球是由稱為血球原細胞血球原細胞（hemocytoblasts）的前驅幹細胞分化而成。p紅血球主要的功能為攜帶血紅蛋白。p分析肌紅蛋白的氧結合曲線可知（圖 5-4b），肌紅蛋白對於氧濃度的少量變化並不敏感，因此適合作為儲存氧氣的蛋白質。p.165歐亞書局CH 5 蛋白質功能血紅蛋白次單元結構相似於肌紅蛋白血紅蛋白次單元結構相似於肌紅蛋白p血紅蛋白是四聚體蛋白質，具有四個與多肽鏈連接的血基質輔基。成人的血紅蛋白有由二種球蛋白組成，二條 鏈與二條 鏈。p血紅蛋白四級結構的另一特

13、色是不同次單元間的強力交互作用。p.166歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-6 p.166圖圖5-6肌紅蛋白（肌紅蛋白（PDB ID 1MBO）與血紅蛋白）與血紅蛋白 次單元（衍生自次單元（衍生自 PDB ID 1HGA）的結構比較。）的結構比較。歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-7 p.167歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.167圖圖5-7鯨魚肌紅蛋白與人類血紅蛋白鯨魚肌紅蛋白與人類血紅蛋白 鏈與鏈與 鏈的胺基酸序列。鏈的胺基酸序列。虛線標出螺旋結構的分界。為了方便比對序列，假如其中一 Hb 序列中多出幾個胺基酸，相對的另一 Hb 序列必須插入一些空白間隔。除了在血紅蛋白）中缺失了 D

14、 螺旋，這個比對仍適合使用螺旋片段命名慣例，此命名 次單元（Hb慣例強調在三個結構中相同的胺基酸都位於共同的位置（灰色陰影）。粉紅色陰影的殘基在所有已知的球蛋白中都具有保留性。請注意，螺旋片段命名慣例並不一定能對應於一般直線性的胺基酸序列。舉例來說，在這三種結構中血紅蛋白 次單元（Hb）和血紅蛋白 次單元（Hb）的直線序列而言，則分別是 His64、His58 和 His63。位於螺旋 A 之前的，遠端組胺酸殘基都是 His E7，但對肌紅蛋白（Mb）、胺端與螺旋 H 之後的羧端非螺旋殘基，分別標示為 NA 與 HC。圖 5-7歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-8 p.167圖圖5-85-8

15、血紅蛋白次單元間的主要交互作用。血紅蛋白次單元間的主要交互作用。圖中 次單元為淺色，而 次單元為深色。最強的次單元交互作用（劃圈處）出現在不同的次單元間。當與氧結合時，1 1 的交界處只會有些許改變，然而在 1 2 的交界處則有較大的改變，其中伴隨著許多離子對的斷裂（PDB ID 1HGA）。歐亞書局CH 5 蛋白質功能與氧結合時血紅蛋白發生結構上的變化與氧結合時血紅蛋白發生結構上的變化pX-光繞射分析顯示血紅蛋白有兩個主要的構形：R 狀狀態（態（R state）與 T 狀態（狀態（T state）。）。p雖然這兩種狀態都能與氧結合，但是氧對於 R 狀態的血紅素有較顯著的親和力，而且與氧結合會

16、穩定 R 狀態。當氧氣缺乏時，T 狀態是較穩定的，這也是去氧去氧血紅蛋白血紅蛋白（deoxyhemoglobin）主要的構形。pT 狀態會產生較多的離子對來穩定構形，這些離子對主要位於 1 2（和 2 1）的交界面(圖5-9)。p.167歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-9(a)p.168圖圖5-9穩定去氧血紅蛋白穩定去氧血紅蛋白 T 狀態的一些離子對。狀態的一些離子對。(a)於 T 狀態下，去氧血紅蛋白的局部特寫（PDB ID 1HGA）。虛線表示 次單元（藍色）的 His HC3 與 Asp FG1，以及 次單元（灰色）的 Lys C5 與 次單元的 His HC3（它的-羧端）之間的離

17、子對交互作用（回想 HC3 是 次單元的羧端殘基）。歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-9(b)p.168圖圖5-9穩定去氧血紅蛋白穩定去氧血紅蛋白 T 狀態的一些離子對。狀態的一些離子對。(b)以展開的血紅蛋白多肽鏈顯示這些離子及其他未出現在圖(a)的離子對之間的交互作用。歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-10 p.168歐亞書局CH 5 蛋白質功能血紅蛋白與氧的協同性結合血紅蛋白與氧的協同性結合p在肺部血紅蛋白必須有效地與氧結合（肺內氧分壓 pO2 約 13.3 kPa），並且在組織中釋放氧氣（組織氧分壓 pO2 約 4 kPa）。p肌紅蛋白或其他與氧結合為雙曲線圖形的蛋白質並不適合提供

18、這種功能，原因圖解於圖 5-12。p血紅蛋白能克服上述的問題，是因為當更多的氧分子結合上血紅蛋白時，它便會由低親和狀態（T 狀態）轉換成高親和狀態（R 狀態）。p.167歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-12 p.169圖圖 5-12S 型（協同性）結合曲線。型（協同性）結合曲線。S 型結合曲線可視為由低親和性轉換到高親和性狀態的混和型曲線。如 S 型曲線表示，具協同性的結合使血紅蛋白能敏銳地偵測到組織與肺部氧濃度的些微差異，而使得血紅蛋白在肺部（高 pO2）與氧結合，並且在組織中（低 pO2）釋放出氧分子。歐亞書局CH 5 蛋白質功能p一個配位基結合到其中一個位置會影響同一個蛋白質上其他結

19、合位置的結合特性時，此蛋白質稱為異位調異位調節蛋白質節蛋白質（allosteric protein）。p當其配位基與調節因子完全相同時，此時的交互作用稱為同促型同促型（homotropic）交互作用p當調節因子與正常的配位基不同時，則稱為異促型異促型（heterotropic）交互作用。p協同性構形變化取決於蛋白質不同部位的結構穩定性之差異。p.169歐亞書局CH 5 蛋白質功能圖 5-13 p.170圖圖5-13與配位基協同性結合時，與配位基協同性結合時，多次單元蛋白質產生結構變化。多次單元蛋白質產生結構變化。蛋白質每個部位的結構穩定性並非全然一致，圖中為一個假設性的二聚體蛋白質，具有高（藍

20、色）、中（綠色）和低（紅色）穩定區域。配位基結合部位是由高和低穩定的兩種片段所組成，因此對於配位基的親和力相對偏低。配位基的結合會導致蛋白質的構形改變，而使得蛋白質從低親和狀態轉變為高親和狀態，此為一種誘導配合現象。歐亞書局CH 5 蛋白質功能血紅蛋白也運送氫離子和二氧化碳血紅蛋白也運送氫離子和二氧化碳p在粒線體中，有機物氧化產生二氧化碳，這些二氧化碳會水合形成重碳酸鹽p此反應由大量存在於紅血球中的碳酸酐酶碳酸酐酶（carbonicanhydrase）所催化。p這種 pH 值與二氧化碳濃度對血紅蛋白與氧結合及釋出氧的影響稱為波耳效應波耳效應（Bohr effect）.p.173歐亞書局CH 5

21、 蛋白質功能p血紅蛋白和一分子氧的結合反應可藉由下列結合方程式表示：p其中 次單元上的 His146（His HC3）是造成波耳效應的主要來源。p二氧化碳也能與血紅蛋白結合，而且也是與氧的結合呈逆相關。p.174歐亞書局CH 5 蛋白質功能FIGURE 5-16 p.174圖 5-16 圖圖 5-16pH 值對血紅蛋白與氧結合時所造成的效應。值對血紅蛋白與氧結合時所造成的效應。肺臟血液 pH 值約為 7.6，在組織中約為 7.2。通常測量血紅蛋白結合能力實驗的 pH 值是在 7.4。歐亞書局CH 5 蛋白質功能2,3-二磷酸甘油酸可調控血紅蛋白與氧的結合二磷酸甘油酸可調控血紅蛋白與氧的結合p血

22、紅蛋白和 2,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（2,3-bisphosphoglycerate；BPG）之間的交互作用提供了一個異促性異位調節的例子。p可用另一種平衡式來表現血紅蛋白的結合過程：p.175歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.175圖 5-17 歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.175圖圖 5-17BPG 對氧與血紅蛋白結合的影響。對氧與血紅蛋白結合的影響。在海平面時，正常人體血液中 BPG 的濃度為 5 mM，而在高海拔處則是 8mM。沒有 BPG 的情況下，氧與血紅蛋白的結合是非常緊密的，且結合曲線似乎呈現雙曲線狀。事實上，將 BPG 從血紅蛋白中移除時，表示氧結合協同程度的 Hi

23、ll 係數只會下降些許（從 3 降到 2.5 左右），但是 S 型曲線上揚的區段會變得非常陡直且靠近原點。在海平面時，肺臟中的血紅蛋白與氧分子的結合幾乎飽和，但在組織中的則只有約略大於 60%是飽和的，也就是說血液到達組織後所能釋出的氧氣量大約是血液最大攜帶量的 38%。到了高海拔處，氧的遞送量大約減少了 1/4 至 30%。因為此時 BPG 濃度的上升使血紅蛋白對氧的親和力降低，所以約 37%的氧又可被釋放到組織中。圖 5-17(續)歐亞書局CH 5 蛋白質功能p在缺氧缺氧（hypoxia）的人體中，紅血球內的 BPG 濃度也會上升pBPG 與血紅蛋白的結合部位是在 T 狀態時 次單元間的缺

24、口（圖 5-18）。pBPG 對血紅蛋白與氧結合的調控能力在胎兒發育時也扮演了重要的角色。p.175歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.176圖 5-18 圖圖 5-18BPG 與去氧血紅蛋白的結合。與去氧血紅蛋白的結合。(a)BPG 的結合會穩定去氧血紅蛋白（PDB ID 1HGA）的 T 狀態，這裡顯示的是蛋白質表面圖像。(b)在 T 狀態時，位於 次單元的缺口上的正電胺基酸能與負電的 BPG 作用（藍色表示正電胺基酸）。(c)當血紅蛋白與氧結合時，構形由 T 狀態轉變成 R 狀態（PDB ID 1BBB），此時 BPG 的結合缺口便消失了比較圖 5-10 的(b)與(c)。歐亞書局CH 5

25、 蛋白質功能鐮刀型細胞貧血症是一種血紅蛋白分子變異的疾病鐮刀型細胞貧血症是一種血紅蛋白分子變異的疾病 p鐮刀型細胞貧血症發生於從雙親身上遺傳到導致鐮刀型血球的血紅蛋白等位基因的個體上。這些病患的紅血球數量較少且不正常。p鐮刀型紅血球等位基因在非洲的某些地方十分常見。針對這個發現的研究指出，在異型合子型的個體對致死型瘧疾產生輕微但顯著的抗性。p.176歐亞書局CH 5 蛋白質功能FIGURE 5-19 p.176圖圖 5-19正常紅血球呈現正常紅血球呈現(a)雙凹圓盤，且形狀一致。(b)鐮刀型細胞貧血症的紅血球型態則有正常形狀、針狀或是鐮刀型。圖5-19 歐亞書局CH 5 蛋白質功能FIGURE

26、 5-20(a)p.177圖 5-20(a)圖圖 5-20正常和鐮刀型細胞的血紅蛋白。正常和鐮刀型細胞的血紅蛋白。(a)血紅蛋白 S 的 鏈上一胺基酸突變導致了血紅蛋白 A 和血紅蛋白 S 間構形上的微小差異。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.177圖 5-20(b)圖圖 5-20(b)此改變使去氧血紅蛋白 S 表面出現一小塊疏水性區域，因而導致血紅蛋白可以互相凝聚並且排列成不溶性的纖維。歐亞書局CH 5 蛋白質功能總結總結 5.1p蛋白質經常與其他分子作用以執行其功能。與蛋白質結合的分子稱為配位基，而在蛋白質上與配位基結合的位置稱為結合部位。當配位基與蛋白質結合時，蛋白質可能會進行構形上的改

27、變，此過程稱為誘導配合。當配位基與多次單元蛋白質的其中一個次單元結合後，可能會影響配位基與其他次單元的結合。如此一來，配位基的結合就可被調控。p肌紅蛋白以血基質作為輔基與氧結合。血基質具有一個亞鐵離子（Fe 2+）以配位鍵的方式與卟啉環結合。氧與肌紅蛋白的結合是可逆的；此可逆性結合可用結合常數Ka 或解離常數 Kd 表示。對單體蛋白質（例如：肌紅蛋白）而言，與配位基結合的曲線是呈雙曲線型。p.177歐亞書局CH 5 蛋白質功能p正常成熟的血紅蛋白是由四個含血基質的次單元組成，兩個 次單元和兩個 次單元，其結構與肌紅蛋白相似。血紅蛋白具有兩種可相互轉換的結構狀態，即 T 狀態和 R 狀態。未結合

28、氧時，T 狀態較穩定。氧的結合促使血紅蛋白轉變成 R 狀態。p氧與血紅蛋白的結合是異位且具協同性的。當氧與其中一個結合部位結合後，會引起血紅蛋白構形的改變，進而影響其他結合部位這是一種異位性調節作用的範例。次單元之間的交互作用導致 T 狀態與 R狀態彼此的轉換；協同性結合可以用 S 型結合曲線描述，並以 Hill 圖分析。p.177歐亞書局CH 5 蛋白質功能p有兩種模型可以解釋配位基與多次單元蛋白質的協同性結合：協同性模型和連續性模型。p血紅蛋白也會與氫離子和二氧化碳結合，形成了穩定 T 狀態的離子對，進而減少血紅蛋白對氧的親和力（波耳效應）。氧與血紅蛋白的結合也會受到了 2,3-二磷酸甘油

29、酸的調控，此分子能與血紅蛋白結合並穩定T 狀態。p鐮刀型細胞貧血症是一種遺傳性疾病，起因於血紅蛋白 鏈上單一個胺基酸被取代（Glu6 變成 Val6）。這樣的改變使血紅蛋白表面產生疏水性的區塊，造成血紅蛋白凝集成束。若此等位基因為同型合子型，會導致嚴重的併發症。p.178歐亞書局CH 5 蛋白質功能一系列特化的細胞和蛋白質為免疫反應的主要特徵一系列特化的細胞和蛋白質為免疫反應的主要特徵p免疫能力的運作需要多種白血球白血球（leukocytes）的參與，包括巨噬細胞巨噬細胞（macrophages）和淋巴球淋巴球（lymphocytes）p免疫反應是由兩種互補的系統組成：體液免疫和細胞免疫系統。

30、體液免疫系統體液免疫系統（humoral immune system，拉丁文 humor 意指液體）對付細菌感染和細胞外的病毒（存在於體液中的病毒），和應付侵入生物體內的蛋白質。p.1785.2 蛋白質與配位基間的互補性交互作用：免疫系統與免疫球蛋白歐亞書局CH 5 蛋白質功能p細胞免疫系統細胞免疫系統（cellular immune system）則是破壞被病毒感染的宿主細胞以及寄生蟲與外來的組織。p體液免疫的中心是可溶性蛋白質稱為抗體抗體（antibodies）或免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulins；Ig）p免疫球蛋白占血液蛋白質的 20%，是由 B 淋巴球淋巴球（B ly

31、mphocytes）或稱為 B 細胞細胞（B cells）所製造的。p參與細胞免疫反應的主要細胞是細胞毒性細胞毒性 T 細胞細胞（cytotoxic T cells；TC cells，又稱為殺手 T 細胞），是 T 淋巴球淋巴球（T lymphocytes）或稱為 T 細胞細胞（Tcells）的一種。p.178歐亞書局CH 5 蛋白質功能pTC 細胞表面的 T 細胞受體細胞受體（T-cell receptors）會辨識受感染的細胞或是寄生蟲。受體通常是細胞表面的蛋白質。p輔助輔助 T 細胞細胞（helper T cell；TH cells），它的功能是產生稱為細胞介素（cytokines）的與

32、多種訊息相關的可溶性訊號蛋白質，包括介白素（interleukins）。pTH 細胞會和巨噬細胞作用。TH 細胞只有間接參與破壞被感染的細胞和病原體；TH 細胞能選擇性地刺激與特定抗原結合的TC 和 B 細胞的增生，使這些與特定病原體反應的免疫細胞數目增加，而此過程稱為一種無性繁殖系選擇無性繁殖系選擇（clonal selection）。p.178歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.179TABLE 5-2表 5-2 歐亞書局CH 5 蛋白質功能p每個抗體或是 T 細胞受體只能與抗原中一特定的分子結構結合，這個部位稱為抗原決定簇抗原決定簇（antigenic determinant）或抗原決定位

33、抗原決定位（epitope）。p分子量小於5,000 的分子通常不具有抗原性。然而，當小分子以共價鍵的方式連接上大的蛋白質，這樣的形式則有可能誘發出免疫反應。p此小分子稱為半抗原半抗原（haptens）。p.179歐亞書局CH 5 蛋白質功能抗體具有兩個相同的抗原結合部位抗體具有兩個相同的抗原結合部位p免疫球蛋白免疫球蛋白 G（Immunoglobulin G；IgG）是主要的抗體種類，同時也是血清中含量最多的蛋白質之一。p免疫球蛋白可被木瓜酶切割成兩片段：基底片段稱為 Fc（crystallized fragment），因為通常較容易結晶而得名；兩片分岔片段稱為 Fab（antigenbin

34、ding fragments），是抗原結合片段。每一個 Fab 的分岔片段只有一個抗原結合部位。p.179歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.180圖 5-21(a)圖圖 5-21免疫球蛋白免疫球蛋白 G(IgG)。免疫球蛋白 G(IgG)。(a)IgG 是由一對重鏈與一對輕鏈結合成 Y 字型的分子。抗原結合部位是由輕鏈可變區（VL）與重鏈可變區（VH）組合而成。木瓜酶可在扭轉點將 IgG 分割成 Fab 片段與 FC 片段。IgG 在 FC 的部分含有醣類連結顯示於(b)。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.180圖 5-21(b)圖圖 5-21免疫球蛋白免疫球蛋白 G(IgG)。免疫球蛋白 G

35、(IgG)。(a)IgG 是由一對重鏈與一對輕鏈結合成 Y 字型的分子。抗原結合部位是由輕鏈可變區（VL）與重鏈可變區（VH）組合而成。木瓜酶可在扭轉點將 IgG 分割成 Fab 片段與 FC 片段。IgG 在 FC 的部分含有醣類連結顯示於(b)。歐亞書局CH 5 蛋白質功能p一致區具有特別的結構，稱為免疫球蛋白摺疊免疫球蛋白摺疊（immunoglobulin fold）架構，p胺基酸序列的多變區結合構成了各式各樣的抗原結合部位（圖5-21、圖 5-22）。p五種免疫球蛋白有 IgA、IgD、IgE、IgG 與 IgM，其重鏈分別以希臘字母、和 表示；而各類免疫球蛋白的輕鏈則只有 和 兩種。

36、p.180歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.180圖 5-22圖圖 5-22IgG 與抗原的結合方式。與抗原的結合方式。為了與抗原達到最佳的結合狀態，IgG 的構形會發生輕微的變化。此一誘導配合的情況常見於許多蛋白質與配位基間的交互作用。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.180pIgD 與 IgE 的整體結構與 IgG 相似。pIgM 有兩類：結合於細胞膜上的為單體，或者是分泌於細胞外的五聚體（pentamer），其由五個基本結構聯結而成（圖5-23）。pIgA 主要存在於分泌物中，如唾液、眼淚和乳汁中，可以單體、二聚體或三聚體的型式存在。pIgM 是 B 淋巴球最先產生的抗體，而且是初級免疫

37、反應（primary immune reponse）早期階段中主要的抗體。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.181圖5-23圖圖 5-23由免疫球蛋白單元所構成的由免疫球蛋白單元所構成的 IgM 五聚體。五聚體。此五聚體結構以雙硫鍵（黃色）連結而成，其中 J 鏈是一個分子量 20,000 的多肽鏈，存在於 IgA 與 IgM 中。歐亞書局CH 5 蛋白質功能pIgG 是次級免疫反應中主要的抗體。pIgE 在過敏反應中扮演重要的角色，作用的對象為血液中的嗜鹼細胞（basophils，另一種吞噬性白血球）以及廣泛分布於組織中能分泌組織胺的肥大細胞。p.181歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.181

38、圖 5-24圖圖 5-24由免疫球蛋白單元所構成的由免疫球蛋白單元所構成的 IgM 五聚體。五聚體。抗體的 Fc 部分與巨噬細胞表面的 Fc 受體結合後，會誘發巨噬細胞吞噬並摧毀該病毒。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.181抗體緊密且專一地與抗原結合抗體緊密且專一地與抗原結合p抗原與抗原結合部位之間的化學互補性；影響互補性的因素有結合位的形狀和帶電分子、非極性分子及氫鍵形成的官能基的分布位置。歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.182圖 5-25歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.182圖圖 5-25抗原與抗原與 IgG 結合時所發生的誘導配合。結合時所發生的誘導配合。此處為 IgG 的 Fab

39、 片段之表面輪廓，而與 IgG 結合的抗原是 HIV 上的一小段胜肽。重鏈（藍色）上的兩個殘基與輕鏈（粉紅色）上的一個殘基作為圖示的參考點。(a)Fab 片段中的抗原結合部位俯視圖（PDB ID 1GGC）。(b)與抗原結合後，抗原結合位置發生了構形上的改變（PDB ID 1GGI）（此圖沒有顯示出抗原分子），結合凹槽擴張以容納抗原，且部分的官能基也發生移動的情形。(c)與(b)圖相同，但以桿狀結構標示出紅色的抗原分子。圖 5-25(續)歐亞書局CH 5 蛋白質功能 p.182抗體抗體-抗原交互作用是許多重要分析方法的基礎抗原交互作用是許多重要分析方法的基礎p一般使用的抗體製備成品可分成兩種：多株抗體和單株抗體。p多株抗體多株抗體（polyclonal antibodies）是由許多不同的 B 淋巴球針對同一個抗原所產生的抗體。p單株抗體單株抗體（monoclonal antibodies）則是由同一種族群的 B 細胞純系（clone）所分泌出的抗體。