1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)決定了其生物學(xué)功能下面以肌紅蛋白和血紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系。（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(jié)構(gòu)如核糖核酸酶含124個氨基酸殘基，含4對二硫鍵，在尿素和還原劑阡蔬基乙醇存在下 松解為非折疊狀態(tài)。但去除尿素和0蔬基乙醇后，該有正確一級結(jié)構(gòu)的肽鏈，可自動形成 4對二硫鍵，盤曲成天然三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象并恢復(fù)生物學(xué)功能。（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系已有大量的實驗結(jié)果證明，如果多肽或蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)相似，其折疊后的空間構(gòu)象以及 功能也相似。幾種氨基酸序列明顯相似的蛋白質(zhì)，彼此稱為同源蛋白質(zhì)?？烧J(rèn)為同源蛋白質(zhì) 來自同一祖先，它們的基因編碼序列

2、及蛋白質(zhì)氨基酸組成有較大的保守性構(gòu)成蛋白質(zhì)家族。 在進(jìn)化過程中祖先蛋白的基因發(fā)生突變，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生變異，同源蛋白質(zhì)序列的相似 性大小反映蛋白質(zhì)之間的進(jìn)化關(guān)系的近遠(yuǎn)。比較廣泛存在各種生物的某種蛋白質(zhì)，如細(xì)胞色 素C的一級結(jié)構(gòu)，通過分析不同物種的細(xì)胞色素C 一級結(jié)構(gòu)間相似程度，可反映出該物種 在進(jìn)化中的位置。二蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)決定了其生物學(xué)功能。下面以肌紅蛋白和血紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì) 空間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系。（一）肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）的結(jié)構(gòu)的相似性決定了功能的相似性肌紅蛋白與血紅蛋白都都能與氧結(jié)合，因為它們以血紅素為輔基，并且在血紅素周圍以 疏水性氨基

3、酸殘基為主，形成空穴，為鐵原子與氧結(jié)合創(chuàng)造了結(jié)構(gòu)環(huán)境。（二）肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）的結(jié)構(gòu)的差異性決定了功能的不同肌紅蛋白為單肽鏈蛋白質(zhì)，而血紅蛋白是由四個亞基組成的寡聚蛋白，這樣的空間結(jié)構(gòu) 差異決定了它們之間的功能的各自特性。肌紅蛋白的主要功能是儲存氧。其三級結(jié)構(gòu)折疊方式使輔基血紅素對環(huán)境中O2的濃度 改變非常敏感，當(dāng)環(huán)境中的O2分壓高時，Mb與O2結(jié)合能力極高，起到對O2的儲存功能； 當(dāng)環(huán)境中的O2分壓低時，Mb與O2結(jié)合能力大大降低，對外釋放O2,為環(huán)境提供O2供 機(jī)體所需。血紅蛋白的主要功用是在循環(huán)中轉(zhuǎn)運(yùn)氧Hb由4個亞基組成四級結(jié)構(gòu)，每個亞基可結(jié)合 1個血紅素并攜帶1分子氧，

4、共結(jié)合4分子氧。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似，也有 可逆結(jié)合氧分子的能力，但Hb各亞基與氧的結(jié)合存在著正協(xié)同效應(yīng)。血紅蛋白的構(gòu)象變化與運(yùn)氧功能變構(gòu)(allosteric effect):當(dāng)血紅蛋白的一個a亞基與氧分子結(jié)合以后，可引起 其他亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，對氧的親和力增加，從而導(dǎo)致整個分子的氧結(jié)合力迅速增高，使 血紅蛋白的氧飽和曲線呈S形(圖2-11 )。這種由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分 子功能發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為變構(gòu)效應(yīng)。引起變構(gòu)效應(yīng)的小分子稱變構(gòu)效應(yīng)劑。變構(gòu)效應(yīng)在細(xì) 胞蛋白與酶功能調(diào)節(jié)中有普遍意義。同效(cooperativity):個亞基與其配體(Hb中的配體為O2 )結(jié)合

5、后，能影響 此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity );反之則為負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity )。當(dāng)Hb中第一個亞基與O2結(jié)合后，引起其它鹽鍵斷裂促進(jìn)第二、三、四亞基更易與 O2結(jié)合，完成Hb的帶O2過程，發(fā)生了亞基之間相互作用的正協(xié)同效應(yīng)。帶O2的Hb亞 基結(jié)構(gòu)松弛，呈松弛態(tài)(relaxed state , R態(tài))。這時小分子(O2)與大分子(Hb)亞基結(jié)合，導(dǎo) 致分子構(gòu)象改變及生物功能變化的過程，發(fā)生了變構(gòu)效應(yīng)。血紅蛋白特定空間構(gòu)象及亞基間的正協(xié)同效應(yīng)，則有利于Hb在氧分壓

6、高的肺部迅速充 分的地與。2結(jié)合；而在氧分壓低的組織發(fā)生相反過程，又迅速的最大限度的釋出轉(zhuǎn)運(yùn)的 O2 ,完成Hb的生理功能。三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究與醫(yī)學(xué)的關(guān)系：蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用的氨基酸殘基缺失或被替代，可能通過影響蛋白質(zhì)的空間 構(gòu)象而影響其生理功能。例如正常人血紅蛋白6一亞基的第6位氨基酸是谷氨酸，如突變?yōu)榫饰臋n纈氨酸，僅一個氨基酸改變，就會使紅細(xì)胞中水溶性的血紅蛋白易于聚集粘著，紅細(xì)胞變形 成鐮刀狀且極易破碎，帶氧功能降低，產(chǎn)生貧血。這種血紅蛋白分子變異引起的遺傳性疾病 稱鐮刀型紅細(xì)胞貧血。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)由于折疊錯誤而相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀?？蓪?dǎo)致人 類紋狀體脊髓變形病、老年癡呆、亨丁頓舞蹈病(Huntington disease)、瘋牛病.瘋牛病是阮病毒蛋白(prion protein, PrP )引起的人和動物神經(jīng)退行性病變。這類疾 病具有傳染性