2017年临床助理医师《生物化学》复习笔记：第一章蛋白质的化学_第3页

　　第三节 蛋白质结构与功能的关系

　　一、蛋白质一级结构与功能的关系

　　(一)一级结构是空间构象的基础

　　20世纪60年代初，美国科学家C.Anfinsen进行牛胰核糖核酸酶的变性和复性实验，提出了蛋白质一级结构决定空间结构的命题。

　　核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键。用尿素和β-巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏次级键和二硫键，肽链完全伸展，变性的酶失去催化活性;当用透析方法去除变性剂后，酶活性几乎完全恢复，理化性质也与天然的酶一样。

　　概率计算表明，8个半胱氨酸残基结合成4对二硫键，可随机组合成105种配对方式，而事实上只形成了天然酶的构象，这说明一级结构未破坏，保持了氨基酸的排列顺序就可能回复到原来的三级结构，功能依然存在。

　　(二)种属差异

　　大量实验结果证明，一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间结构和功能也相似，不同种属的同源蛋白质有同源序列，反映其共同进化起源，通过比较可以揭示进化关系。

　　例如哺乳动物的胰岛素，其一级结构仅个别氨基酸差异(A链5、6、10位，B链30位)，它们对生物活性调节糖代谢的生理功能不起决定作用。

　　从各种生物的细胞色素C(cytochrome c ) 的一级结构分析，可以了解物种进化间的关系。进化中越接近的生物，它们的细胞色素c的一级结构越近似。

　　(三)分子病

　　分子病是指机体DNA分子上基因缺陷引起mRNA分子异常和蛋白质生物合成的异常，进而导致机体某些功能和结构随之变异的遗传病。在1904年，发现镰刀状红细胞贫血病。大约化费了40多年才清楚患病原因，患者的血红蛋白(HbS)与正常人的(HbA)相比，仅β-链的第6位上，Val取代了正常的Glu。目前全世界已发现有异常血红蛋白400种以上。

　　二、蛋白质空间结构与功能的关系

　　蛋白质的空间结构是其生物活性的基础，空间结构变化，其功能也随之改变。肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)是典型的例子。

　　肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)都能与氧进行可逆的结合，氧结合在血红素辅基上。然而Hb是四聚体分子，可以转运氧;Mb是单体，可以储存氧，并且可以使氧在肌肉内很容易地扩散。它们的氧合曲线不同，Mb为一条双曲线，Hb是一条 S型曲线。在低p(O2)下，肌红蛋白比血红蛋白对氧亲和性高很多，p(O2)为2.8torr(1torr≈133.3Pa)时，肌红蛋白处于半饱和状态。在高p(O2)下，如在肺部(大约100torr)时，两者几乎都被饱和。其差异形成一个有效的将氧从肺转运到肌肉的氧转运系统。

　　Hb未与氧结合时，其亚基处于一种空间结构紧密的构象(紧张态，T型)，与氧的亲和力小。只要有一个亚基与氧结合，就能使4个亚基间的盐键断裂，变成松弛的构象(松弛态，R型)。T型和R型的相互转换对调节Hb运氧的功能有重要作用。一个亚基与其配体结合后能促进另一亚基与配体的结合是正协同效应，其理论解释是Hb是别构蛋白，有别构效应。