色素蛋白質

色素蛋白質是複合蛋白質的一種，是以色素為輔基的複合蛋白質的總稱。它是由單純蛋白質和色素結合而成的，主要與呼吸作用有關。血液中的血紅蛋白就屬於此類蛋白質。因輔基分子團種類的不同各自顯有特異的色調及生物體內氧載體或氧化還原反應、光化學反應的觸酶等的生理機能。

基本介紹

• 中文名：色素蛋白質
• 外文名：chromoprotein
• 釋義：以色素為輔基的複合蛋白質的總稱
• 本質：蛋白質
• 生理機能：氧化還原反應、光化學反應等
• 舉例：血紅蛋白

動物體內的色素蛋白質

色素蛋白質是蛋白質(如球蛋白)與血紅素的卟啉和鐵絡鹽(輔基)的結合體。鐵原子和氧及過氧化氫有特別的親和力。如果鐵原子嵌入卟啉環內，其親和力更強。鐵、卟啉絡鹽若與特定的蛋白質結合，其親和力可增加10⁹倍。總之，色素蛋白質的性質由血紅素及與之結合的蛋白質的種類決定。脊椎動物中存在的色素蛋白質有血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素氧化酶、細胞色素類及過氧化氫酶(觸酶)等。血紅蛋白是紅血球中存在的紅色蛋白質，與氧具有可逆性結合力，隨血液將氧輸送到需氧組織中，排出不需要的CO₂。肌紅蛋白存在於肌肉細胞中，起貯存氧的作用。肌紅蛋白比血紅蛋白對分子狀氧更具有親和力。細胞色素氧化酶和細胞色素類是一種在組織細胞中進行細胞呼吸的酶蛋白質。過氧化氫酶在紅血球和肝臟中大量存在，可分解過氧化氫。血紅蛋白和肌紅蛋白的輔基都是血紅素，其化學結構如圖1所示。

圖1

在活體中，肌紅蛋白中鐵含量不超過總鐵量的10%，但是屠宰放血後血液流失，來自於血紅蛋白的鐵也隨之流出，肌紅蛋白的鐵就增加到70～80%。依據動物的種類或年齡及肌肉存在的不同，肌肉的肌紅蛋白含量會有很大差異。例如，每g小牛肌肉只含有l～3 mg肌紅蛋白，成牛是4～10mg。老年達到16～20mg。

將充分脫血的牛或馬的心臟絞碎，用等量的蒸餾水提取肌紅蛋白後，使提取液的硫胺飽和度達到90—92%，去除沉澱物，用飽和硫胺溶液透析上清液，就可得到肌紅蛋白的結晶體。

肌紅蛋白的分子量為17000，一個分子結合一個血紅素，鐵含量為0.34%，等電點pH為6.8，比血紅蛋白容易溶解得多。肌紅蛋白中有各種各樣的衍生物。與分子狀氧結合的氧合肌紅蛋白(MbO₂)呈鮮紅色，在可視部內顯示了很強的吸收，如圖2所示。還原肌紅蛋白(Mb)呈暗紅色，如果給MbO₂抽真空或用不活性氣體沖洗使其處於無氧狀態，就可得到Mb。而MbO₂或Mb一旦接觸CO，就形成碳氧肌紅蛋白(MbCO)。肌紅蛋白和CO的親和力遠比肌紅蛋白和氧的親和力強。一氧化氮和肌紅蛋白的結合很堅固，形成鮮紅色的亞硝肌紅蛋白(MbNO)。以上衍生物中血紅素內的鐵是二價的，如果是三價的則稱作變性肌紅蛋白(metMb)。這種物質也可造出各種衍生物。將氧合肌紅蛋白用鐵氰化鉀或亞硝酸鈉氧化，或在pH5.0～5.3條件下放置一天使其自己氧化，就可得到變性肌紅蛋白。除此之外，變性肌紅蛋白與硫化氫、氟離子，過氧化氫等結合可生成衍生物。

圖2 肌紅蛋白衍生物吸收光譜

肌紅蛋白及血紅蛋白的胺基酸組成見圖3。

圖3 馬的肌紅蛋白與血紅蛋白的胺基酸組成

色素蛋白質基本類型

含鐵卟啉的色素蛋白質

血紅蛋白、肌紅蛋白、血紅蛋白（無脊椎動物）、血綠蛋白、過氧化氫酶、過氧化物酶、細胞色素等。

血紅蛋白：常被稱為“血色素”，是組成紅細胞的主要成分，承擔著機體向器官組織運輸氧氣和運出二氧化碳的功能。其增減的臨床意義基本上與紅細胞增減的意義相同，但血紅蛋白能更好地反映貧血的程度。

肌紅蛋白：是一種小分子蛋白，由珠蛋白與正鐵血紅素結合而成。它能可逆地與氧結合，形成MbO₂，在肌細胞內起著轉運和貯存氧的作用。MbO₂稱為氧合肌紅蛋白，Mb稱為脫氧肌紅蛋白。肌紅蛋白只存在於心肌及橫紋肌內，其他組織包括平滑肌內部不含有此種蛋白。

血綠蛋白：血綠蛋白系某些蚯蚓血液的血漿中游離攜氧綠色色素的統稱。它們的輔基是鐵卟啉，與顏色有關。利用沉降法、擴散法和光散射技術確定，分子量為2.75×10⁶，後來有人試驗指出，血綠蛋白分子包含有兩個互相接觸的六角形圓盤形結構。每一個角上是六個相同的顆粒(A結構)，每個顆粒又含有三個小結構(B結構)，每個B結構含有兩個鐵卟啉，因此，整個分子含有72個鐵卟啉。這些觀察者指出，在A結構中進行著氧結合的協同相互作用，而A結構可以看為“最小功能單位”。

過氧化氫酶：過氧化氫酶存在於細胞的過氧化物酶體內，它能催化過氧化氫分解成氧和水。過氧化氫比水多了一個氧原子，這個氧原子非常不穩定，總是想著再從其他地方奪取一個氧原子，而雙氧水的防毒原理也在於此，細菌在遇到H₂O₂時會被破壞、死亡，消毒的過程中起泡是產生氧氣的結果。

含金屬絡離子的色素蛋白質

血藍蛋白（銅）、胞漿素、鐵蛋白、蚯蚓血紅蛋白（鐵）等。

血藍蛋白（銅）：一些無脊椎動物血漿中含有的呼吸色素，由銅和蛋白質結合而成的高分子量化合物，攜帶氧的能力通常遠低於血紅素。血藍蛋白攜帶氧時略呈藍色，被還原時則無色。血藍蛋白存在於大多數軟體動物，但瓣鰓綱中尚未發現。在節肢動物中存在於高等甲殼類、鱟、蜘蛛、蠍等動物。

鐵蛋白（鐵）：鐵蛋白是人體重要的鐵貯存蛋白，參與對造血和免疫系統的調控。血清中鐵蛋白水平可反映鐵貯備情況及機體營養狀態，它與多種疾病相關。

含黃素的色素蛋白質

胺基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶等。

胺基酸氧化酶：胺基酸氧化酶是蛋白質分解代謝的終端酶，它能催化由肽水解而來的一些L一胺基酸的氧化脫氨，形成α一酮酸和H₂O₂(圖4)。利用AAO氧化反應可對一些肽酶進行組織化學定位，由胺基酸的氧化而產生的H₂O₂能夠發揮抑菌作用。

圖4 肽酶和AAO的催化反應

葡萄糖氧化酶：葡萄糖氧化酶是催化葡萄糖與氧分子形成葡萄糖酸的酶，對於D一葡萄糖的β一異構體呈現高度的專一性，與其他己糖、戊糖或雙糖無氧化作用或極其微弱。

含胡蘿蔔素的色素蛋白質

視紫紅質：人視網膜桿細胞所含的感光物質，由視蛋白與順型視黃醛構成，與弱光下的暗視覺有關。視紫紅質經光照後，其順型視黃醛異構為全反型視黃醛，後者與視蛋白分子間構型相互分離，在弱光下先感光作用。分離後的全反型視黃醛可被還原為全反型視黃醇，再進一步氧化為順型視黃醇，然後又氧化成順型視黃醛，又能與視蛋白結合而重新構成視紫紅質。此即視紫紅質的再生循環。

含吡咯衍生物的的色素蛋白質

葉綠素、植物色素、藻紅蛋白。

葉綠素：存在於葉綠體中．是植物進行光合作用時吸收傳遞光能的主要物質。其分子由一個附有戊酮環的卟啉、一個鎂原子和葉醇等構成。不溶於水，溶於有機溶劑；主要吸收紅光和藍光，能發生螢光和磷光，也能進行一些光化學反應。在活體內，葉綠素以一定的結合狀態處於片層膜上，已能人工合成。