蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构又称化学结构（primary structure）,是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置,肽链中氨基酸间以肽键为连接键.蛋白质的一级结构是最基本的结构,它决定了蛋白质的二级结构和三级结构,其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中.
二级结构（secondary structure）是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构.
三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构的基础上,进一步折叠,盘曲而形成特定的球状分子结构.
四级结构（quaternary structure）是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想.
不同的蛋白质,由于结构不同而具有不同的生物学功能.蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质,功能与结构密切相关.
1．一级结构与功能的关系
蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性,可从以下几个方面说明：
（1）一级结构的变异与分子病
蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关,一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化.如镰刀型细胞贫血症,其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中β-链第6位谷氨酸被缬氨酸取代.这个一级结构上的细微差别使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚,导致红细胞变成镰刀状,容易破裂引起贫血,即血红蛋白的功能发生了变化.
（2）一级结构与生物进化
研究发现,同源蛋白质中有许多位置的氨基酸是相同的,而其它氨基酸差异较大.如比较不同生物的细胞色素C的一级结构,发现与人类亲缘关系接近,其氨基酸组成的差异越小,亲缘关系越远差异越大.
（3）蛋白质的激活作用
在生物体内,有些蛋白质常以前体的形式合成,只有按一 定方式裂解除去部分肽链之后才具有生物活性,如酶原的激活.
2．蛋白质空间结构与功能的关系
蛋白质的空间结构与功能之间有密切相关性,其特定的空间结构是行使生物功能的基础.以下两方面均可说明这种相关性.
（1）核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复
核糖核酸酶是由124个氨基酸组成的一条多肽链,含有四对二硫键,空间构象为球状分子.将天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-巯基乙醇处理,则分子内的四对二硫键断裂,分子变成一条松散的肽链,此时酶活性完全丧失.但用透析法除去β-巯基乙醇和脲后,此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象,同时酶活性又恢复.
（2）血红蛋白的变构现象
血红蛋白是一个四聚体蛋白质,具有氧合功能,可在血液中运输氧.研究发现,脱氧血红蛋白与氧的亲和力很低,不易与氧结合.一旦血红蛋白分子中的一个亚基与O2结合,就会引起该亚基构象发生改变,并引起其它三个亚基的构象相继发生变化,使它们易于和氧结合,说明变化后的构象最适合与氧结合.
从以上例子可以看出,只有当蛋白质以特定的适当空间构象存在时才具有生物活性.