血紅蛋白S和聚合
- 含氧HbS、含氧HbA、脫氧HbA 溶解度極高，但脫氧HbS 聚合成高度緻密的聚合體 (polymer)
- 此過程在再氧化時完全可逆
- 異常特性為鐮狀細胞病 (sickle cell disease) 的根本病理，因聚合體引起的RBC形態改變呈特徵性 (見 Figure 42.1)
聚合體結構
- 脫氧化 (deoxygenation)：可溶性HbS → 高度黏稠的半固體膠狀物
- 熱力學表現類似溶液中單個四聚 (tetramer) Hb分子平衡的晶體
- 即使完全脫氧仍無法將所有脫氧HbS 轉化為聚合體
- 不溶相 (insoluble phase)：排列有序聚合體域的集合
- 基本單位為雙鏈 (double strand)
- 兩條脫氧Hb四聚體鏈相互產生多個接觸點 (見 Figure 42.2)
Figure 42.2
脫氧化血紅蛋白S (deoxygenated hemoglobin S, HbS) 聚合體 (polymer)。
- (A) 聚合HbS纖維 (fiber) 的電子顯微圖
- (B) 電子密度表面圖
- 根據真實HbS纖維建模
- 顯示配對形成雙鏈及螺旋扭轉
- (C) HbS纖維模型
- Hb四聚體呈實心球形
- (D) 四聚體蛋白骨架
- HbS晶體中的交錯排列
- 血紅素 (heme) 呈紅色，β6纈氨酸 (valine) 呈藍色
- (E) 雙鏈示意圖（不含扭轉）
- 強調每個HbS四聚體中只有兩個β6纈氨酸之一（紅色）參與關鍵側接觸
- (F) 鐮狀RBC 各種形態
- 顆粒狀 (granular)、冬青葉狀 (holly leaf-shaped)
- 典型鐮狀及不可逆轉鐮狀（由上而下）
- (G) 鐮狀RBC 細胞質電子顯微圖
- 高度有序聚合體域
- 側視圖（下）、端視圖（中）或快速聚合的無序域（上）
來源：
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A及C：經Dykes G, Crepeau RH, Edelstein SJ. Nature. 1978;272:506 許可轉載
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B：經Carragher B, Bluemke DA, Becker M 等人許可轉載
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D：經Harrington DJ, Adachi K, Royer WE Jr. J Mol Biol. 1997;272:398 許可轉載
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F及G：James G. White博士提供，經Arch Intern Med. 1974;133:545 許可轉載
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每個HbS四聚體具有兩條βS鏈 (β1和β2)
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脫氧HbS 結構改變：β2鏈A螺旋 (helix) β6Val「供體」位點 ↔ 鄰近四聚體β1鏈EF螺旋「受體」位點 (β85Phe、β88Leu、β70Ala)
- 關鍵橫向結合只在脫氧構象 (deoxygenated conformation) 時形成
- 在HbA：EF螺旋疏水 (hydrophobic) 口袋不利於帶電β6Glu受體
- 在HbS：β1亞基 (subunit) 的β6Val無法參與此類接觸
- β2鏈可與β1鏈形成化學類似的β6Val依賴性接觸
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額外的軸向和橫向接觸：存在於脫氧HbA和脫氧HbS中
- 基本相同，本身不足以穩定聚合結構
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生理形式聚合體：直徑約21 nM纖維
- 組成鏈：半交錯排列且輕微扭轉 (twist)
- 結構：一條中心鏈 + 六條外圍雙鏈
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體外晶體 (in vitro crystal)：缺乏扭轉，但分子結構已被詳細闡明
See Also
- HbS 溶解度
- 聚合動力學
- 血紅蛋白S 穩定性和氧化劑形成
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- 死亡率和猝死
- 血紅蛋白病
- 鐮狀細胞病研究早期
- 臨床表現和處理
- 膜鐵和氧化劑生成