蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能的关系

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1、蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能的关系1.蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系2.蛋白质空间橡象与功能活性的关系一、蛋白质的一级结构白质的一级结构（primarystructure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。迄今已有约一千种左右蛋白质的一级结构被研究确定，如胰岛素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，成百亿的天然

2、蛋白质各有其特殊的生物学活性，决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。二、蛋白质的空间结构蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。例如球状蛋白质（多见于血浆中的白蛋白、球蛋

3、白、血红蛋白和酶等）和纤维状蛋白质（角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等），前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。蛋白质一级结构是空间结构的基础一级结构决定了二级结构一级结构决定了二级结构：Chou和Fasman对29种蛋白质的一级结构和二级结构关系进行统计分析，发现：Glu、Met、Ala和Leu残基是α-螺旋最强的生成者，Gly、Pro是α-螺旋最强的破坏者Gly、Ala、Ser是β折迭最强生成者Gly、Pro、Asp、Ser是β转角最强生成者，Ile、Val、Leu是β转角最强破坏者。一级结构

4、决定了三级结构：如牛胰核糖核酸酶一级结构决定了四级结构：如血红蛋白的四级结构，见球状蛋白质。.蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持，可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。蛋白质的一级结构中，参与功能活性部位的残基或处于特定构象关键部位的残基，即使在整个分子中发生一个残基的异常，那么该蛋白质的功能也会受到明显的影响。被称之为“分子病”的镰刀状红细胞性贫血仅仅是574个氨基酸残基中，一个氨基酸残基即β亚基N端的第6号氨基酸残基发生了变异所造成

5、的，这种变异来源于基因上遗传信息的突变。1.由较短肽链组成的蛋白质一级结构，其结构不同，生物功能也不同.2.由较长肽链组成的蛋白质一级结构中，其中“关键”部分结构相同，其功能也相同；“关键”部分改变，其功能也随之改变。蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质空间橡象与功能活性的关系<一>白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关，蛋白质的空间构象是其功能活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。蛋白质变性时，由于其空间构象被破坏，故引起功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。在生物体内，当某种物质特异地与蛋白质分子的某个部位结

6、合，触发该蛋白质的构象发生一定变化，从而导致其功能活性的变化，这种现象称为蛋白质的别构效应（allostery）。蛋白质空间橡象与功能活性的关系<二>以血红蛋白(hemoglobin,简写Hb)为例来说明构象与功能的关系。血红蛋白(avi)是红细胞中所含有的一种结合蛋白质，它的蛋白质部分称为珠蛋白非蛋白质部分(辅基)称为血红素(见下图)。Hb分子由四个亚基构成，每一亚基结合一分子血红素。正常成人Hb分子的四个亚基为两条α链，两条β链。些次级键对于维系Hb分子空间构象有重要作用，例如在四亚基间的8对盐键(见前图—血红蛋白结构与亚基间连接示意)，它们的形成和

7、断裂将使整个分子的空间构象发生变化。蛋白质的空间结构与功能的关系血红蛋白（Hb）为例加以说明（Hb的结构如图所示）Hb由4条肽链组成：2α、2β，功能是运载O2;在去氧Hb亚基中有下列几对盐键：α1-α2：141α2Arg-COOH-1α1Val-NH2    α1-α2：141α2Arg胍基-126α1Asp-COOH    α1-β2：40a1Lsy的ξ-NH2-146β2His-COOH    β1-β2：146β2His-咪唑基-94β1Asp-β-COOH第一个O2结合时，要打开的盐键不只是4个亚基间盐键的1/4，而是要多一些，打开盐键需

8、要能量。因此，第一个O2的结合需要的能量多于第2、第3个O2。结合到第4个O2时