蛋白質結構與功能的關系

1、蛋白質結構與功能的關系專業(yè)：植物學摘要 ：蛋白質特定的功能都是由其特定的構象所決定的，各種蛋白質特定的構象又與其一級結構密切相關。天然蛋白質的構象一旦發(fā)生變化，必然會影響到它的生物活性。由于蛋白質的構象的變化引起蛋白質功能變化，可能導致蛋白質構象紊亂癥，當然也能引起生物體對環(huán)境的適應性增強。而分子模擬技術為蛋白質的研究提供了一種嶄新的手段。在理論上解決了結構預測和功能分析以及蛋白質工程實施方面所面臨的難題。它在蛋白質的結構預測和模建工作

2、中占有舉足輕重的地位，實現(xiàn)了生物技術與計算機技術的完美結合。關鍵詞 ：蛋白質的結構、功能；折疊 / 功能關系；蛋白質構象紊亂癥；分子模擬技術；同源建模RNase是由 124 個氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中8 個 Cys的-SH 構成 4 對二硫鍵，形成具有一定空間構象的蛋白質分子。在蛋白質變性劑和一些還原劑存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)

3、現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有的二硫鍵準確無誤地恢復原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個實驗表明，蛋白質的一級結構決定它的空間結構，而特定的空間結構是蛋白質具有生物活性的保證。前體與活性蛋白質一級結構的關系 ，由 108個氨基酸殘基構成的前胰島素原，在合成的時候完全沒有活性，當切去 N-端的 24 個氨基酸信號肽，形成 84 個氨基酸的胰島素原，胰島素原也沒活性，在包裝分泌時， A、B 鏈之間的 33 個氨

4、基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。蛋白質特定的功能都是由其特定的構象所決定的，各種蛋白質特定的構象又與其一級結構密切相關。天然蛋白質的構象一旦發(fā)生變化，必然會影響到它的生物活性。由于蛋白質的構象的變化引起蛋白質功能變化，可能導致蛋白質構象紊亂癥，當然也能引起生物

5、體對環(huán)境的適應性增強。雖然蛋白質結構與生物功能的關系比序列與功能的關系更加緊密，但結構與功能的這種關聯(lián)亦若隱若現(xiàn)，并不能排除折疊差別懸殊的蛋白質執(zhí)行相似的功能，折疊相似的蛋白質執(zhí)行差別懸殊功能的現(xiàn)象的存在。無奈，該領域仍不得不將 100 多年前 Fisher 提出的 “ 鎖一鑰影響蛋白質的正確折疊。分子伴侶可以與未折疊的肽段進行可逆的結合，引導肽鏈的正確折疊，并集合多條肽鏈成為較大的結構。例如，熱休克蛋白就是分子伴侶的一個家族。蛋白質一

6、定的結構執(zhí)行一定的功能，功能不同的蛋白質總是有不同的序列；一級結構相似的蛋白質，其空間構象和功能也相近；若一級結構變化，蛋白質的功能將發(fā)生很大的變化。例如，哺乳動物胰島素分子結構都是由 A 鏈和 B 鏈構成，且二硫鍵配對和一級結構均相似，它們都執(zhí)行相同的調節(jié)血糖代謝等功能。比較來源不同的胰島素的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構卻總是相同。不同種屬來源的胰島素，其一級結構的差異可能是分子進化的結果。細胞色素 C 是研究蛋白質一

7、級結構的種屬差異與分子進化的又一例證。不同來源的細胞色素 C 功能相同，即參加線粒體呼吸鏈的組成，并在細胞色素還原酶和細胞色素氧化酶之間傳遞電子。比較 60 種不同種屬來源細胞色素 C 的一級結構，其中有些氨基酸殘基易變，但卻有 27 個氨基酸殘基不變。這 27 個不變的氨基酸殘基是保證結合血紅素、識別與結合細胞色素氧化酶和細胞色素還原酶、維持構象和傳遞電子所必需的。若蛋白質的—級結構發(fā)生變化影響其正常功能，進一步引起疾病，被稱為分子病

8、。鐮狀紅細胞貧血癥就是分子病典型的例子。目前已知數千種分子病與某些蛋白質的分子結構改變有關。體內各種蛋白質都有特殊的生理功能，這與空間構象有著密切的關系。肌紅蛋門和血紅蛋白是闡述空間結構與功能關系的典型例子。肌紅蛋門 (Mb))和血紅蛋白 (Hb)都是含血紅素輔基的結合蛋白質。 Mb 有一條肽鏈，經盤曲折折疊形成三級結構，整條肽鏈由 A~H8 段 α螺旋盤曲折疊成為球狀，疏水氨基酸側鏈在分子內部，親水氨基酸側鏈在分子外部，形成親水的球狀

9、蛋白，血紅素輔基位于 Mb 分子內部的袋狀空穴中。 Hb 有四條肽鏈，兩條 β 鏈也有與 Mb 相似的 A~H8 段 α 螺旋，有兩條 α 鏈只有 7 段 α 螺旋。 Hb 與 Mb 的折疊方式相似，也都能與氧進行可逆的結合。 Hb 的一個亞基與氧結合后可引起構象變化，是另一個亞基更易于與氧結合，這種帶氧的亞基協(xié)助不帶氧的亞基去結合氧的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應。氧與 Hb結合后可引起 Hb 構象變化，這種蛋白質分子在表現(xiàn)功能的過程中引起的構象變

10、化的現(xiàn)象稱為變構效應。小分子的氧稱為變構劑， Hb 則稱為變構蛋白。 Hb 的這種變構蛋白的氧解離曲線呈“S ” 形， Hb 的功能主要是運輸氧，而不是變構蛋白的 Mb，其中氧解離曲線為矩形雙曲線，功能主要是貯存氧。蛋白質是生物體各種功能的執(zhí)行者，同時也是生物體結構的構建者，蛋白質只有正確折疊并形成相應的高級結構，才能正常行使其生物學功能，因此蛋白質結構的研究一直是生物學領域的熱點，蛋白質的一級結構決定其高級結構和功能。生物體內蛋白質錯