第五章: Amino Acids, Peptides, and Protein

Presentation on theme: "第五章: Amino Acids, Peptides, and Protein"— Presentation transcript:

1

2 第五章: Amino Acids, Peptides, and Protein
Protein (較長的polypeptide) 蛋白質是胺基酸聚合成的複雜巨分子之總稱。這些巨分子是由20種不同的胺基酸聚合組成，蛋白質的特性會依胺基酸聚合排列不同而變化。

3

4

5 胺基酸(amino acid): 蛋白質水解後變成它們的聚合單體分子稱胺基酸
每個胺基酸同時具有羧酸基 - COOH與胺基- NH2，而R基則是每個胺基酸的特性區域。

6 圖 3-2 圖3-2　胺基酸的一般結構。除了脯胺酸這個環狀胺基酸之外，此結構適用於其他所有 α-胺基酸。每個胺基酸的差異在於連接到 α 碳（藍色）上的 R 基團或支鏈（紅色）不同。 p.74

7 ■重要慣例： 有些情況下，如胺基酸 R 基團為雜環者，若以希臘字母系統編號將造成混亂，因此將沿用傳統 C-1，C-2 之編號方式。對於分支的胺基酸側鏈具有同一位置碳原子時，則給予希臘字母加上數字編號。因此白胺酸具有 δ1 與 δ2 碳原子（參見圖 3-5）。 p.76

8 胺基酸的分類: 1非極性的中性胺基酸: 中性的意思是R 基(group)在生理的pH時並不帶正或負電荷。這類胺基酸的R group(原子團)是帶疏水性基(hydrophobic group)。

9 非極性、脂肪族 R 基團 此類胺基酸的 R 基團是非極性與疏水性的。丙胺酸（alanine）、纈胺酸（valine）、白胺酸（leucine）與異白胺酸（isoleucine）的支鏈在蛋白質中會藉由疏水性作用力群集在一起以穩定蛋白質結構；甘胺酸（glycine）為構造最簡單的胺基酸，雖然被劃分為非極性胺基酸，但其支鏈氫原子太小了以至於無法對疏水性作用有任何貢獻。

10 甲硫胺酸（methionine）是胺基酸中兩個具有硫者之一，其支鏈為非極性的硫醚基團。脯胺酸（proline）的脂肪族支鏈為特殊的環狀構造，其二級胺（亞胺）基團被固定在一個極為緊緻的構形中，因此含有脯胺酸的多區域其結構彈性會大幅降低。

11 芳香族 R 基團 此類胺基酸包含苯丙胺酸（phenylalanine）、酪胺酸（tyrosine）與色胺酸（tryptophan）三種，其芳香族支鏈是相對較非極性的（疏水性的），三者均能參與疏水性交互作用。 continued

12 色胺酸與酪胺酸（苯丙胺酸則較差）會吸收紫外光（圖3-6），這也是蛋白質在波長 280 nm 附近會有強吸光之成因。
圖3-6 為比較芳香族胺基酸色胺酸與酪胺酸在 pH 6.0 時之吸收光譜，發現兩者在相等莫耳濃度之下（10-3 M），色胺酸之吸光值為酪胺酸的4倍；兩者之最大吸收波長則均接近 280 nm。另一種圖中未標示的芳香族胺基酸苯丙胺酸吸光值甚低，通常對蛋白質的光譜性質無貢獻。 continued

13 圖 3-5 FIGURE 1-5 p.47

14 圖 3-6 FIGURE 1-5 圖3-6　芳香族胺基酸可吸收紫外光。比較芳香族胺基酸色胺酸與酪胺酸在 pH 6.0 時之吸收光譜，發現兩者在相等莫耳濃度之下（10 －3 M），色胺酸之吸光值為酪胺酸的四倍；兩者之最大吸收波長則均接近 280 nm。另一種圖中未標示的芳香族胺基酸苯丙胺酸吸光值甚低，通常對蛋白質的光譜性質無貢獻。 p.78

15 2 極性的中性胺基酸: R group的組成是具親水性的分子。如hydroxyl group(-OH)羥基、amide(-CONH2)醯胺基。

16 圖 3-5(續) FIGURE 1-5 圖3-5　蛋白質中常見的 20 種胺基酸。圖中結構式表示在 pH 7.0 時各種胺基酸之主要離子化狀態；未上色者為各種胺基酸結構相同的部分，紅色區塊則表示 R 基團。雖然組胺酸的 R 基團是以不帶電的狀態呈現，但由其 pKa 值（詳見表 3-1）可推算在 pH 7.0 時此基團是部分帶電的。組胺酸的質子化形式如圖 3-12b 所描述。 p.77

17 3 酸性的胺基酸: 兩個標準的胺基酸其R group在生理濃度下帶有負電荷。如aspartic acid 、glutamic acid在生理濃度下asparate與glutamate。均具有第二個羧基

18 親水性最強之 R 基團就是帶正電或負電之支鏈官能基。
在 pH 7.0 時 R 基團帶最強正電之胺基酸是離胺酸（lysine），它在其脂肪族支鏈末端ε位置帶有第二個一級胺基。 精胺酸（arginine）具有一個帶正電的胍基團；另外則是帶有咪唑基團之組胺酸（histidine）。 組胺酸是唯一具有 pKa 值接近中性之離子化支鏈的胺基酸，在許多酵素催化反應中，組胺酸扮演質子提供者與接受者之角色來促進反應之進行。 p.78

19 表 3 - 1 p.75

20 當胺基酸的胺基和羧基與某些胺基酸的可解離 R 基團在一起時，可作為弱酸或弱鹼。
胺基酸可作為酸亦能作為鹼 當胺基酸的胺基和羧基與某些胺基酸的可解離 R 基團在一起時，可作為弱酸或弱鹼。 當沒有可解離 R 基團的胺基酸溶於水時，會以雙質子離子或兩性離子狀態存在（圖 3-9）。具有兩性（amphoteric）特性的物質通稱為兩性電解質（ampholytes）。 一個簡單的單胺基單羧基 α-胺基酸，如丙胺酸，當它完全質子化時將成為一雙質子酸，它的兩個基團：─COOH 基與─NH3 ＋基均能釋出質子： p.81

21 胺基酸可作為酸亦能作為鹼 或鹼（質子受體）：
當胺基酸溶於水時，會以雙質子離子或兩性離子（zwitterion）狀態存在，如圖3-9。一個兩性離子可作為酸（質子予體）： 或鹼（質子受體）： continued

22 p.81

23 圖 3-9 圖3 - 9　胺基酸之非離子化與兩性離子狀態。水溶液中未離子化的胺基酸所占比例很低，在中性 pH 值時胺基酸主要以雙性分子狀態存在。而雙 性分子可以是酸（質子提供者）或是鹼（質子接受者）。 p.81

24 胺基酸具特有之滴定曲線 圖3-10 為雙質子態甘胺酸的滴定曲線，此圖形具有兩個特別顯著的階段，對應於甘胺酸上兩個不同基團的去質子化過程。
圖3-10 為 0.1 M 甘胺酸在 25℃ 時之滴定曲線。滴定過程中各階段重要之離子化物種如圖上方所示。陰影區以 pK1 = 2.34 與 pK2 = 9.60 為中心，顯示這些區域之 pH 值具有最大的緩衝能力。 continued

25 圖3-10 圖3-10　胺基酸之滴定。本圖為 0.1 M 甘胺酸在 25℃ 時之滴定曲線。滴定過程中各階段重要之離子化物種如圖上方所示。陰影區以 pK1 ＝ 2.34 與 pK2 ＝ 9.60 為中心，顯示這些區域之 pH 值具有最大的緩衝能力。注意！1 個當量的 OH － ＝ 加入 0.1 M NaOH。 p.81

26 圖 3-12 圖3-12　(a) 麩胺酸與 (b) 組胺酸的滴定曲線。R 基團之 pKa 值在此以 pKR 表示。 p.83

27 胺基酸的立體異構物: 胺基酸的α碳接了4個不同的基或原子(H、-COOH、NH2與R)，這個碳稱不對稱碳或對掌碳(chiral carbon)。 分子內有一個原子像α碳特性者，則會產生光學異構物(enatiomers)，這個原子會形成稱對掌中心(chiral center)。這種空間排列不同所造成的異構物稱立體異構物(stereoisomer)。

28 圖5.8 兩個鏡像異構物

29 圖5.9 D-及L-甘油醛

30 特殊胺基酸也具有重要功能 除了20種常見胺基酸之外，蛋白質序列中也可能含有由常見胺基酸殘基經化學修飾作用產生的特殊胺基酸殘基（圖3-8a）；這些特殊胺基酸包括 4-羥基脯胺酸（4-hydroxyproline；脯胺酸的衍生物）與 5-羥基離胺酸（5-hydroxylysine；離胺酸的衍生物），前者出現於植物細胞壁蛋白質中，兩者也都存在於膠原蛋白（一種結締組織之纖維狀蛋白質）中。 continued

31 6-N-甲基離胺酸（6-N-Methyllysine）是肌球蛋白（肌肉組織的收縮蛋白）的組成份之一；γ-羧基麩胺酸（γ-carboxyglutamate）也是一種相當重要的特殊胺基酸，存在於凝血蛋白凝血原及其他會與鈣離子結合的蛋白質中；鎖鏈離胺素（desmosine）則是一種較為複雜的特殊胺基酸，它是由四個 Lys 殘基所組成的衍生物，存在於一種纖維狀蛋白質－彈性蛋白中。 continued

32 硒半胱胺酸（selenocysteine）則是一種特殊的類型，這種特殊胺基酸殘基是在蛋白質生合成過程中即加入，而非經由合成後修飾作用產生的。它所含的是硒而非原本半胱胺酸的硫原子。

33 圖3-8(b) 顯示鳥胺酸與瓜胺酸並不存在於蛋白質中，它們是精胺酸生合成與尿素循環的中間代謝產物。
圖3-8(a) 顯示蛋白質中有時也能發現特殊的胺基酸，它們全是由常見的一般胺基酸衍生而得的，由修飾作用加上的特殊官能基以紅色表示。鎖鏈離胺素則是由4個離胺酸組成（4個碳原子骨架以黃色表示），數字或希臘字母則用以標示這些碳原子。 圖3-8(b) 顯示鳥胺酸與瓜胺酸並不存在於蛋白質中，它們是精胺酸生合成與尿素循環的中間代謝產物。 continued

34 圖 3-8(a) 圖3-8　特殊胺基酸。(a) 蛋白質中有時也能發現特殊的胺基酸，它們全是由常見的一般胺基酸衍生而得的，由修飾作用加上的特殊官能基以紅色表示。鎖鏈離胺素則是由 4 個離胺酸組成（4 個碳原子骨架以黃色表示），數字或希臘字母則用以標示這些碳原子。 p.80

35 圖 3-8(b) 圖3-8　特殊胺基酸。(b)可逆的胺基酸修飾涉及了蛋白質活性的調控。磷 酸化是最普遍的調控修飾之一。 p.80

36 胺基酸的衍生物 好幾個α-胺基酸或它們的衍生物具生理功能，可當作化學訊息。

37 圖5.5 胺基酸的一些衍生物

38 圖5.5 胺基酸的一些衍生物

39 胺基酸的反應: 有兩種胺基酸的反應，因為鍵結上的效應特別引人興趣。
1.  Peptide bond的形成: Polypeptide是由Peptide bonds連結而成。 peptide bond中的醯胺連結(amide linkage)是胺基酸上的未配位的電子對攻擊另一個胺基酸上的α-carboxyl上的碳， 然後脫去水形成peptide bond。

40 圖 3-13 圖3-13　縮合反應形成肽鍵。官能基標示為 R2 之胺基酸中之 α-胺基可作為親核性反應基團，取代另一個標示為 R1之胺基酸中的 ─OH 基，以形成肽鍵（黃色）。胺基是一種絕佳的親核性反應基團，然而 ─OH 基卻是一種很差的離去基且不容易被取代。在生理條件的 pH 值下，此反應不容易直接發生。 p.84

41 圖 3-14 圖3-14　五肽（Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu）。胜肽的命名是由胺基端殘基開始，一般位於左端。肽鍵以黃色表示，R 基團則為紅色。 p.84

42 Peptide 的表示法: H2N-Tyr-Ala-Cys-Gly-COOH
Peptide中第一個胺基酸具有一個自由的胺基(amino group)，又稱N-terminal(N-端)，最後一個胺基酸具有一個自由的羧基(carboxyl group)稱C-terminal(C-端)。

43 2. Cysteine oxidation: cysteine上的-SH基相當活潑，這些-SH基可以相互形成氧化狀況的雙硫鍵(disulfide bond或disulfide bridge) 。這種雙硫鍵發生在單鏈的蛋白內，也發生在2個或多個蛋白鏈的分子間之接合，形成分子間的橋樑。disulfide bridge有助於穩定許多蛋白結構。

44 圖 3-7 FIGURE 1-5 圖3-7　兩分子半胱胺酸可氧化形成具雙硫鍵的胱胺酸，亦能進行可逆還原反應。雙硫鍵之形成有助於穩定許多蛋白質的結構。 p.78

45 Peptide: 例如: 有許多peptide具有生理活性
三個胺基酸組成的Tripeptide: glutathione(γ-glutamyl-L-cysteinylglycine) 。 幾乎存於各種生物體，參與許多重要的生理功能。

46 Glutathione的生理功能 DNA與一些生物分子的合成 藥物與環境毒物的代謝 胺基酸的輸送。 充當有效的還原劑(被氧化)

47 催產素(Oxytocin)在分娩時會剌激子宮肌肉的收縮，哺乳時能促進乳汁的分泌
血管增壓素(vasopressin)是抗利尿激素(antidiuretic hormone)，在血壓低與高血鈉濃度被分泌出來，可助腎臟留住水分 Met-enkephalin與leu-enkephalin屬於鴉片peptide(opioid peptides)，能緩解痛產生興奮的感覺。

48 心房利鈉因子:剌激稀尿的產生，與血管加壓素具相反效果。
NPY與galanin:抑制食慾的peptides。 物質P與緩動素:剌激痛覺，與鴉片類peptides具相反的作用。

49 5.2 胜肽　

50

51 蛋白質歸納至少有以下的功能 1 催化(catalysis):酵素幾乎全是蛋白質。
2 結構(structure):龜甲、蜘蛛絲、指甲與頭髮等。 3 移動(movement):tubulin、actin等。 4 防衛(defense):蛇毒、蜂毒與抗體等。 5 調節(regulation):胰島素、升糖激素等。 6 輸送(transport):離子通道、萄葡糖輸送蛋白與脂蛋白等。 7儲存: 酪蛋白、卵清蛋白等。 8壓力反應: 熱休克蛋白、金屬硫蛋白等。 還有很多功能，不及備載。

52 蛋白質的型態可區分兩類: 1 fibrous protein:長、棒狀分子，不溶於水。如皮膚、頭髮、指甲等具有結構與阻隔的功能。
2 Globular protein:組成緻密的球狀分子，通常是可溶的。

53 依據組成的特性又可區分成簡單(simple)或共軛蛋白(conjugated protein)。
1 simple protein:蛋白內僅含有胺基酸，如血清中的白蛋白(serum albumin)。 2 conjugated protein:據有簡單的蛋白加上一些非蛋白的組成，這些非蛋白組成稱prothetic group。

54 部分蛋白質含有胺基酸以外之化學基團 許多蛋白質，如核糖核酸酶 A 與胰凝乳蛋白酶原，只含有胺基酸殘基而不含其他化學組成份，這些蛋白質被認為是簡單蛋白質。然而有些蛋白質除了胺基酸之外還具有永久結合之化學組成份，這些蛋白質稱為共軛蛋白質（conjugated proteins），其中非胺基酸的部分稱為輔基（prosthetic group）。

55 共軛蛋白質可就其所含輔基的化學性質為基礎加以分類（表3-4），例如脂蛋白（lipoproteins）含有脂質、醣蛋白（glycoproteins）含有糖基，而金屬蛋白（metalloproteins）則含有特定金屬原子。有些蛋白質含有一種以上的輔基，而輔基通常在蛋白質之生物機能中扮演重要角色。 continued

56 表 3-2 p.86

57 表 3-3 p.86

58 表 3-4 p.87

59 蛋白質的結構：一級結構 蛋白質結構一般被定義成四個層級（如圖 3-23）。
以所有連結胺基酸殘基的共價鍵（主要為胜肽鍵與雙硫鍵）來表示一條多肽鏈的方式稱為一級結構（primary structure）。一級結構最重要的組成元件就是胺基酸殘基的序列。 二級結構（secondary structure）指部分穩定排列的胺基酸殘基被提高層級成為重複使用的結構模型。 三級結構（tertiary structure）則是描述一條多肽鏈在三度空間中的摺疊方式。 當一個蛋白質具有兩個以上的多肽次單元時（即含有兩條以上的多肽鏈），這些次單元在空間中的排列方式即稱為四級結構（quaternary structure）。 p.95

60 一級結構: 每一個polypeptide皆有一個特異的胺基酸序列(amino acid sequence)。序列內的胺基酸彼此的作用，決定了蛋白三度空間的結構。 Polypeptide間具有相似的胺基酸序列與功能者稱homologous，比較物種間某些polypeptide的胺基酸序列的相似性。即能找出物種間的遺傳關係。

61 大腸桿菌可製造超過 3,000 種不同蛋白質，人類則能製造約 25,000 種不同蛋白質。
蛋白質之功能決定於其胺基酸序列 大腸桿菌可製造超過 3,000 種不同蛋白質，人類則能製造約 25,000 種不同蛋白質。 在細菌及人類的例子裡，每一個蛋白質均具有一個獨特的立體構造，而此結構也決定了獨特的功能。每一種蛋白質也都具有獨特的胺基酸序列。 推測人類蛋白質中約有 20% 至 30% 之蛋白質是具有多形性的（polymorphic），亦即在不同人類族群中，其胺基酸序列會有差異存在。 p.95

62 Frederick Sanger 訂出胰島素多肽鏈之胺基酸序列（圖 3-24）。
數以百萬計之蛋白質其胺基酸序列已訂定 Frederick Sanger 訂出胰島素多肽鏈之胺基酸序列（圖 3-24）。 DNA中的核苷酸序列與蛋白質中的胺基酸序列是有些許關聯性的。 目前有非常多蛋白質序列是由快速增加的基因體資料庫中之 DNA 序列間接推衍而得，但仍有許多是以傳統定序方法得到的，這樣的方法可以發現這個基因序列的細節，像是在蛋白質合成後所發生的修飾現象。 p.96

63 圖3-24 FIGURE 1-13 圖3-24　牛胰島素之胺基酸序列。兩條多肽鏈以雙硫鍵加以聯結。A 鏈之序列在人類、豬、狗、兔及抹香鯨中是完全相同的；B 鏈則在牛、豬、狗、山羊與馬中完全相同。 p.96

64 胺基酸的定序 N端定序法:又稱Sanger method
此法是利用Edman reagent降解N端最後一個胺基酸，再利用HPLC的技術決定分解出的胺基酸。

65 圖3-25 p.97

66

67 切割多肽鏈 有幾種方法可用來片段化一條多肽鏈。
蛋白酶（proteases）可催化肽鍵之水解切割，有些蛋白酶只切割連接在特定胺基酸殘基旁之肽鍵（表 3-7），因此其切割產物之片段是可預測且具再現性的。 胰蛋白酶切割產生的小片段數目可用以推測蛋白質中 Lys 與 Arg 殘基的個數；這個數值可以與直接將蛋白質水解所得到之個數互相對照（圖 3-27）。 p.98

68 表 3-5 p.91

69 胜肽定序 每條由胰蛋白酶切割產生之胜肽片段均以艾德曼法分別定序之。

70 圖3-27 p.99

71 每條由胰蛋白酶切割產生之胜肽片段均以艾德曼法分別定序之。 胜肽片段排序
胜肽定序 每條由胰蛋白酶切割產生之胜肽片段均以艾德曼法分別定序之。 胜肽片段排序 重疊序列的出現有助於我們了解胜肽片段的正確排列順序。如果胺基端殘基在蛋白酶切割前就已得知，則能協助我們判斷胺基端片段序列為何。 雙硫鍵的定位 如果蛋白質一級結構中有雙硫鍵存在，則它們會在定序完成後，以另一個步驟來決定。 p.100

72 圖3-26 FIGURE 1-13 p.98

73 圖3-26 FIGURE 1-13 圖3-26　打斷蛋白質中之雙硫鍵。圖中所示為兩種常用的方法：以過氧甲酸處理可將胱胺酸氧化成兩個磺基丙胺酸殘基；以二硫蘇糖醇處理則可將胱胺酸還原成兩個半胱胺酸殘基，再進一步以碘乙酸將反應性強的游離硫醇基進行乙基化反應，以避免其再次氧化回復形成雙硫鍵構造。 p.98

74 BOX 以質譜分析法研究蛋白質 圖1　蛋白質的電子噴霧質譜分析法。((a) 蛋白質溶液在高電壓電場作用下通過針頭而分散成帶多電荷之液滴。液滴蒸發後添加了大量質子之離子態樣品進入質譜儀進行質荷比（m/z）測量。 p.101

75 BOX 1-2 FIGURE 1 BOX 3-2 以質譜分析法研究蛋白質(續)
圖2　利用串聯質譜分析法取得蛋白質序列資訊。(a) 蛋白質水解之後，將樣品溶液注入第一個質譜儀（MS-1）。將不同的胜肽分類，使只有一種選定的胜肽進行後續分析。選定之胜肽會在兩質譜儀間之碰撞槽進一步片段化，之後每個片段的質荷比會在 MS-2 中測定出來。在這第二次片段化所得到的許多離子是由肽鍵斷裂產生的（如圖所示），它們也稱為 b-型或 y-型離子，其分辨取決於電荷是留在胺基端或羧基端上。 p.103

76 BOX 1-2 FIGURE 1 BOX 3-2 以質譜分析法研究蛋白質(續)
圖2 利用串聯質譜分析法取得蛋白質序列資訊。 (b) 一個典型的具有 10 個胺基酸殘基之小胜肽經質譜分析所得之結果。圖譜中的各個峰值分別代表不同大小的胜肽片段。 p.103

77 最新的質譜儀技術可在短短幾分鐘之內判讀出短胜肽（20 至 30 個胺基酸殘基）序列（Box 3-2）。
由其他方法決定胺基酸序列 最新的質譜儀技術可在短短幾分鐘之內判讀出短胜肽（20 至 30 個胺基酸殘基）序列（Box 3-2）。 研究者現在已可對基因進行核苷酸定序，間接地決定產物多肽之胺基酸序列（圖 3-28），用來決定蛋白質與 DNA 序列的技術是互補的。 在描述完整 DNA 序列編碼產生之蛋白質時，科學家們創造了蛋白質體（proteome）這個新名詞。 p.101

78 圖3-27 FIGURE 1-13 圖3-28　DNA 與胺基酸序列間之對應。每個胺基酸是由 DNA 中的三個特定核苷酸序列進行編碼。遺傳密碼將在第 27 章中詳細介紹。 p.102

79 Conservative substitution(保留型取代):胺基酸取代成支鏈特性相似者(功能類似的胺基酸)，這種取代不致影響到蛋白質的功能。
conservative與variable這些取代(substitutions)位置常用來追蹤進化關係。

80 例如粒線體內的cytochrome c蛋白。
各個物種中，這個蛋白(cytochrome c)的胺基酸序列相同的區域稱不變區(invariant)，可能是蛋白功能必需的序列。而(Variant)變異區之胺基酸結構的改變不會影響polypeptide的功能。

81 各物種之cytochrome c蛋白 Cytochrome C (about 85-105 aa)
1.GDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRRT 2.GDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRRT 3.GDVFKGKRIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRRT 4.GDVEKGKKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRRT 5.GSAKKGATLFKTRCLQCHTVEXGGPHKVGPNLHGIFGRHS 6.GDVAKGEAAFKR-CSACHAIGESAKNKVGPQLNGIIGRTA 六物種之cytochrome c蛋白N-端前40個a.a. 1 Human 2 Chimpanzee (黑猩猩) 3 Spider monkey (蜘蛛猴) 4 Zebra (斑馬) 5 Yeast (酵母菌) 6 Agrobacterium (農桿菌) Cytochrome C (about aa)

82 鐮刀型性貧血症 鐮刀型性貧血導因於血紅蛋白(hemoglobin)的突變，這是血紅蛋白β-chain的次單元蛋白中第六個胺酸產生突變造成的，由疏水性的Valine取代帶負電荷Glutamic acid，造成血紅蛋白與氧的結合力降低，血紅蛋白在缺氧時此時病人的紅血球變成鐮刀型，易造成溶血(hemolysis)導致嚴重的貧血。Sickled cells造成的微血間歇性阻塞常導致組織缺氧。Sickle-cell anemia的特性就是極痛苦、器官損害與早期死亡。 聚集成棒狀結構。

83 圖5.17 HbA及HbS中β-鏈的部分

84 圖5-19 正常血球與鐮刀型血球

85 圖 5-20(a) 正常和鐮刀型細胞的血紅蛋白。

86 圖 5-20(b) 正常和鐮刀型細胞的血紅蛋白。