一‧myglobin的結構與功能
1. 含有153個胺基酸，8段helix
2. 命名有兩個方法
(a) 直接從N端定名為1、2……、153
(b) 由Helix命名，A1：表示為A helix的第一個AA
helix間者：AB1：A和B helix間的第一個AA
3. myglobin為incorporated protein；帶有一prosthetic group (heme)；不包含輔基的部分則稱為apomyoglobin
4. heme的結構：
中心為鐵離子(Fe2+)，伸出六個配位鍵，4個同平面，另兩支與平面垂直，一支接上F8 His；另一支則準備與氧氣或CO結合
5. 與氧結合的機制：
在活性位中，有兩個相當重要的胺基酸
(a) 近位：F8 His，離Heme較近，與鐵離子形成配位鍵
(b) 遠位：E7 His，離Heme較遠，與氧氣形成氫鍵，穩定其結合
(c) 蛋白質結構非不動的，會發生所謂的protein breathing，使得這個pocket開口時大時小，O2可在極短時間內找到縫，進入pocket中，與氧結合
6. Heme存在於myglobin的意義：
(a) 避免鐵的氧化：
兩個自由的heme會與氧發生結合，導致形成三價鐵，失去與O2結合的能力；故利用myglobin的保護，避免上述反應的發生
(b) CO的結合：
→在自然界中，CO與heme的結合力，為氧氣的數萬倍；若在myglobin中則為數百倍，大大的降低CO對人體的危害。
→因為CO prefer與heme形成linear form，然而，在myglobin的環境下，具有steric hindrance，使其呈現彎曲形，使其binding的強度下降
二‧hemoglobin的結構與功能：
1. hemoglobin的結構：
(a) 由4個subunit組成，依人類不同成長階段而有差異
(b) HbF(fetus)：為α2γ2(對氧的結合力較強)
(c) HbA(adult)：有兩種，α2β2(主要的)與α2δ2
(d) Hemoglobin的三級結構與myoglobin相似，然而其一級結構卻完全不同
(e) 能藉由比對兩者的一級結構，會發現有些位置的AA highly conserved，例如分子內的hydrophobic AA與F8，E7。表示這些AA的功能非常重要！
2. R state與T state：
(a) 當蛋白質bind上調節分子時，而造成構形與活性的變化，這類的protein稱allosteric protein。若調結分子與ligand相同時，稱為homotropic；反之則為heterotropic
(b) Hemoglobin為一homotropic的例子，當bind上氧氣時，會使得蛋白質的構形發生變化，促進O2更容易結合。
(c) Hemoglobin分為兩種構形
→T state：不易與氧結合，為deoxy form，不同subunit有鹽橋穩定結構
→R state：relax state，易與氧結合，為oxy form
→當heme與氧氣結合時，會造成鐵離子移動，使His F8轉了8度，使整個蛋白質的confomation發生變化
(d) 關於T state與R state的model
→MWC model：全有全無，表示hemoglobin的4個單元體皆為同一種form，當O2少時，平衡偏向全T form，O2多時則為R form
→sequential model：不一定要全為同一個form，有較多的中間體
(e) 因為homotropic的效果，若以O2濃度與結合百分比之圖時，會發現myglobin呈雙曲線形；hemoglobin則呈倒鐘形。倒鐘形的好處在於，他在某一個濃度的時候，其結合力會快速增加，可以sharp的控制。也因為這個效果，hemoglobin為較好的transporter，因為在低濃度可釋放，高濃度可乘載。
3. Hill equation：
(a) 利用化學平衡的概念所導出來的式子，在此不再重複
(b) 其斜率為nH，hill coefficient，代表了受質濃度改變對於分子結合力的影響。若nH為1，受質濃度對於結合力沒有太大的影響；若nH>1表示有正效果，小於1則表受質越多，結合力越弱
(c) 在hemoglobin中，最高到3
4. 其他調節hemoglobin的因子：
(a) CO2與氫離子
→CO2的運送方式有3
(1) 直接溶在水中(7%)
(2) 與hemoglobin結合(20%)：會與其N端結合產生carbamate，穩定鹽橋結構，也就讓T form更穩定！！！
(3) 利用血紅素的碳酸酐酶，將CO2轉成氫離子與碳酸氫根
→當4個氧氣與血紅素結合時，會釋放出2個氫離子(β)的His
→根據勒沙特列原則，當H+多時，反應偏向左，促進T form的生成
→以tissue為例，其CO2濃度高，造成H+較多，促進血紅素往T form平衡，並促進氧氣的釋放；肺的情況則相反，O2多促使H+釋放，血中H+增加促進CO2的生成並釋放
(b) BPG：2,3-biphosphoglycerate
→T form的cavity可以容納BPG，而當氧氣結合後，會促進BPG的釋放
→所以當血液中BPG濃度高，會使Hb維持在T form，降低O2的結合力
→例1：高山症：進入高山後幾個小時，血液中的BPG濃度增加。這樣對於高氧氣的結合力影響小；但對於低氧的tissue，其結合力變的弱許多，促進氧氣的釋放
→例2：嬰兒：因為其為γsubunit對於BPG結合力弱，促進其維持在R state，助於胎兒向母體奪取氧氣
三‧疾病：sickle cell anemia(鐮刀型貧血)
1. DNA發生點突變(Glu→Val)，使HbS的帶電量變少，並形成疏水性的patch
2. 當血紅素碰在一起，因為patch的效果，導致聚合形成長纖維而沉積，使紅血球變形而堵住微血管
3. 檢測：
(a) 電泳：因帶負電較少，跑起來較慢
(b) DNA：加入特殊的限制酶(Mst)可辨識正常的gene
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