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达4. Hb(血红素)是协同性程度的一种量度。$n_H = 1$ 表示单体结合是协调性的，例如肌红蛋白(图 6-7)，血红蛋白的游离α和β亚基，$n_H > 1$ 表示结合有正协同性，如Hb。理论上，$n_H$ 可到达它的上限，即 $n_H = n$ 这种情况下，结合物只完全结合或完全不结合，即所谓“全或无”的结合方式，但实际上并不存在，$n_H < 1$ 表示负协同性，但确定了的例子极少。Hb 协同性是第一个 $O_2$ 的解离常数 $K_1$ 与最后一个（第 4 个）$O_2$ 的解离常数 $K_4$ 有很大差别的一种表现。Hill 图中上、下两条渐近线外推至 $\log(Y/(1-Y))=0$ 的轴，分别得到解离常数 $K_4$（约为 0.50 torr）和 $K_1$（约等于 148 torr）。因此 Hb 对第 4 个 $O_2$ 的亲和力约为第 1 个 $O_2$ 的 300 倍。

前面 $P_{50}$ 曾被定义为肌红蛋白 50% 被氧饱和时的 $p(\mathrm{O}_{2})$ 。注意，在 50% 饱和度时 $Y=(1-Y)$，则从方程 $(6-12)$ 得：

$$\begin{array}{cccc}& 0\approx n[\log p(O_2)]-\log K\approx n(\log P_{50})-\log K& & \text{(6-13)}\end{array}0\backslash approx\; n\backslash left[\backslash log\; p(O\_\{2\})\backslash right]-\backslash log\; K\backslash approx\; n\backslash left(\backslash log\; P\_\{50\}\backslash right)-\backslash log\; K\backslash tag\{6-13\}$$

因而，

$$\begin{array}{cccc}& \log K=n(\log P_{S_0})\text{ 或 }K=(P_{S_0}{)}^n& & \text{(6-14)}\end{array}\backslash log\; K\; =\; n\; (\backslash log\; P\_\{S\_\{0\}\})\; \backslash text\{\; 或\; \}\; K\; =\; (P\_\{S\_\{0\}\})^\{n\}\; \backslash tag\{6-14\}$$

将 $K = (P_{50})^n$ 代入方程(6-11)得：

$$\begin{array}{cccc}& \frac{Y}{1-Y}={\left[\frac{p\left(O_2\right)}{P_{50}}\right]}^n& & \text{(6-15)}\end{array}\backslash frac\{Y\}\{1-Y\}=\backslash left[\backslash frac\{p\backslash left(O\_\{2\}\backslash right)\}\{P\_\{50\}\}\backslash right]^\{n\}\backslash tag\{6-15\}$$

也即肌红蛋白和血红蛋白的情况不同，对 $HbP_{50}$ 和 $K$ 不相等，因为 $Hb$ 是具有多个的 $O_2$ 结合部位的别构蛋白质。

血红蛋白氧合协同性使得它更有效地起着输送氧气的作用。肺泡中的 $p(\mathrm{O}{2})$ 为 100 torr，工作肌肉的毛细管中 $p(\mathrm{O}{2})$ 约 20 torr，血红蛋白的 $P_{50}=26$ torr。从图 6-14 可见，在肺泡中 Y 是 0.97，肌肉毛细血管中 Y 是 0.25。释放的氧为两个 Y 值之差，即 $\Delta Y=0.72$。因此，$\Delta Y$ 是血红蛋白输氧效率的指标。协同性将增加 $\Delta Y$ 值。如果设想血红蛋白没有协同性 $(n_{14}=1)$，则其氧结合曲线与肌红蛋白一样，呈双曲线。从图 6-14 的曲线可以看到，肌红蛋白输氧从肺泡 $(100\ \mathrm{torr})$，到肌肉 $(20\ \mathrm{torr})$，虽然 $p(\mathrm{O}{2})$ 有相当大的改变，但 Y 值变化不大，$\Delta Y$ 不到 0.1，因而到达肌肉后释放出来的 $O{2}$ 很少。这正如任何一种运输工具一样，不能只考虑装载量大而不顾卸载是否方便，这样运输效率是高不了的。要提高运输效率，就必须设法提高卸载能力。协同效应，就是增加血红蛋白在肌肉中的卸 $O_{2}$ 效率。

关于别构蛋白质的作用机制(S形曲线的解释)有MWC模型和KNF模型等,这里不作介绍,参见本书第10章的别构酶部分。

（四）$H^+$、$CO_2$ 和 BPG 对血红蛋白结合氧的影响

血红蛋白与$O_{2}$的结合受环境中其他分子的调节，如质子、二氧化碳和代谢物2,3-二磷酸甘油酸(2,3-bisphosphate glycerate, BPG)等。虽然它们在蛋白质分子上的结合部位离血红素基很远，但这些分子极大地影响Hb的氧合性质。这种在空间上相隔的部位之间的相互作用在很多寡聚蛋白质中存在，这就是别构效应(见第5和第10章)。

1. $H^+$ 和 $CO_2$ 促进 $O_2$ 的释放 (Bohr 效应)

组织中的代谢作用既产生$H^{+}$，也产生$CO_{2}$。代谢越旺盛的组织，需要的氧越多，产生的$H^{+}$和$CO_{2}$也越多。细胞呼吸的终产物$CO_{2}$在体内被水合为碳酸氢盐：

此反应受碳酸酐酶(carbonic anhydrase)催化，该酶在红细胞中特别丰富。$CO_{2}$在水中的溶解度不大，如果不转变为碳酸氢盐，将在组织和血中形成气泡。从上面的方程可以看到，$CO_{2}$水合的结果将增加组织中的$H^{+}$浓度(pH下降)。氧与血红蛋白结合深受pH和$CO_{2}$浓度的影响。去氧血红蛋白对$H^{+}$的亲和力比氧