漫話血紅蛋白

血紅蛋白是血液中負責運輸氧氣和二氧化碳的分子，因為含有血紅素輔基而呈紅色，所以稱為血紅蛋白。血紅蛋白的英文是haemoglobin（英）或hemoglobin（美），所以縮寫為Hb。

血紅蛋白由4條肽鏈構成一個四面體構型，肽鏈之間沒有共價連線，所以每條肽鏈叫做一個亞基，四個亞基之間的位置關係就是它的四級結構了。血紅蛋白的四級結構與其運氧功能密切相關。成人的血紅蛋白主要是HbA（胎兒血紅蛋白是HbF），由兩個α亞基和兩個β亞基構成，兩個β亞基之間有一個二磷酸甘油酸，它與β亞基形成6個鹽鍵，對血紅蛋白的四級結構起著穩定的作用。因為其結構穩定，所以不易與氧結合。乍看起來，這似乎對運氧不利。其實，對運輸來說，絕對的結合力高低並不重要，重要的是結合力的變化幅度。如果蛋白與氧一直緊密結合，就很難放出，起不到運輸作用了。比如骨骼肌中的肌紅蛋白，對氧的親和力很高，就只能儲存氧。

血紅蛋白運輸氧的奧秘在於它的變構能力。當血紅蛋白分子中的一個亞基與氧結合後，會引起整個分子四級結構的變化，使其它亞基對氧的親和力增加，結合加快。第四個亞基對氧的親和力是第一個亞基的300多倍。反之，一個亞基與氧分離後，其它亞基也易於解離。這種透過小分子配基與蛋白質可逆結合，使蛋白質的結構和功能發生變化的現象，稱為變構現象。所以血紅蛋白是變構蛋白，它的氧合曲線是S形曲線，與變構酶相同。這種曲線的特點是，在某一特定的區間內，只要氧分壓（可以理解為氧的含量）有一個較小的變化，即可引起氧飽和度（滿載氧氣的血紅蛋白比例）的較大改變。這種現象有利於氧的運輸，因為肺中的氧分壓只需比組織中稍微高一些，血紅蛋白就可以順利完成運氧工作。

血紅蛋白氧的氧合曲線還受到溫度的影響。溫度升高會使血紅蛋白的P50（一半分子被氧飽和時的氧分壓）升高，即對氧的親和力減弱。所以魚類在溫度升高時會缺氧，一方面是由於水中氧分壓隨溫度升高而降低，另一方面也是由於血紅蛋白對氧的親和力減弱。

血紅蛋白還與一種著名的分子病—鐮刀型貧血病有關。這種疾病的患者在缺氧時血液中的紅細胞會扭曲成鐮刀狀，所以叫鐮刀型貧血。這種鐮狀紅細胞不能透過毛細血管，所以會阻塞毛細血管，引起區域性組織器官缺血缺氧，產生脾腫大、胸腹疼痛等症狀。經研究發現，病人血紅蛋白β鏈第六位穀氨酸突變為纈氨酸。這個氨基酸位於分子表面，在缺氧時引起血紅蛋白線性凝集，導致紅細胞變形成鐮刀狀。嚴重時紅細胞容易發生破裂，造成溶血，甚至危及生命。這種蛋白質分子一級結構的改變引起其生物功能發生變化，導致疾病的現象稱為分子病。

鐮刀型

貧血症

的發生率不到萬分之一，但是在非洲裔的美國人中發生率卻高達六百分之一。研究發現，在非洲

瘧疾

流行的地區，鐮刀型貧血攜帶者對瘧疾的

感染率

比正常人低得多。這是因為鐮刀型貧血雜合基因型在人體本身並不表現明顯的貧血症狀，而對寄生在紅血球裡的瘧原蟲卻是致死的，紅血球內輕微缺氧就足以中斷瘧原蟲形成分生孢子，最終死亡。因此，在

瘧疾

流行的地區，不利的鐮刀型貧血基因突變卻有利於防止瘧疾的發生。這一現象說明基因突變的有害性是相對的，在一定外界條件下，有害的突變基因可以轉化為有利，反之亦然。

在實驗室中用氰酸鉀處理突變的血紅蛋白（HbS），使其N端纈氨酸的α氨基醯胺化，可緩解病情。因為這樣可去掉一個正電荷，與和二氧化碳結合的血紅蛋白相似，所以不會凝聚。目前臨床上只能儘量緩解症狀，要徹底治療還有待基因治療的進展。