蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系摘要： 蛋白質(zhì)特定的功能都是由其特定的構(gòu)象所決定的，各種蛋白 質(zhì)特定的構(gòu)象又與其一級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 天然蛋白質(zhì)的構(gòu)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(zhì)的構(gòu)象的變化引起蛋 白質(zhì)功能變化， 可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象紊亂癥， 當然也能引起生物體對 環(huán)境的適應(yīng)性增強！ 現(xiàn)而今關(guān)于蛋白質(zhì)功能研究還有待發(fā)展， 一門新 興學(xué)科正在發(fā)展，血清蛋白組學(xué)，生物信息學(xué)等！本文僅就蛋白質(zhì)結(jié) 構(gòu)與其功能關(guān)系進行粗略闡述。關(guān)鍵詞： 蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、折疊 / 功能關(guān)系、蛋白質(zhì) 構(gòu)象紊亂癥；分子伴侶正文：1、蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)分子中關(guān)鍵活性部位氨基酸殘基的

2、改變， 會影響其生理功 能，甚至造成分子病 (molecular disease。) 例如鐮狀細胞貧血，就是由 于血紅蛋白分子中兩個亞基第6位正常的谷氨酸變異成了纈氨酸， 從酸性氨基酸換成了中性支鏈氨基酸， 降低了血紅蛋白在紅細胞中的 溶解度，使它在紅細胞中隨血流至氧分壓低的外周毛細血管時， 容易 凝聚并沉淀析出，從而造成紅細胞破裂溶血和運氧功能的低下。另一方面， 在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系中， 一些非關(guān)鍵部位氨基酸 殘基的改變或缺失， 則不會影響蛋白質(zhì)的生物活性。 例如人、豬、牛、 羊等哺乳動物胰島素分子 A鏈中8 9、10位和B鏈30位的氨基酸殘 基各不相同， 有種族差異， 但這并不影響它們都

3、具有降低生物體血糖濃度的共同生理功能蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系十分復(fù)雜。 不同生物中具有相似 生理功能的蛋白質(zhì)或同一種生物體內(nèi)具有相似功能的蛋白質(zhì)， 其一級 結(jié)構(gòu)往往相似，但也有時可相差很大。如催化 DNA 復(fù)制的 DNA 聚 合酶，細菌的和小鼠的就相差很大，具有明顯的種族差異，可見生命 現(xiàn)象十分復(fù)雜多樣。2、蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和其性質(zhì)及生理功能的關(guān)系也十分密切。 不 同的蛋白質(zhì)， 正因為具有不同的空間結(jié)構(gòu)， 因此具有不同的理化性質(zhì) 和生理功能。如指甲和毛發(fā)中的角蛋白，分子中含有大量的 -螺旋二 級結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)穩(wěn)定堅韌又富有彈性， 這是和角蛋白的保護功能分

4、不開的；而膠原蛋白的三股螺旋平行再幾股擰成纜繩樣膠原微纖維 結(jié)構(gòu)，使其性質(zhì)穩(wěn)定而具有強大的抗張力作用又如細胞質(zhì)膜上一些蛋白質(zhì)是離子通道， 就是因為在其多肽鏈中 的一些-螺旋或-折疊二級結(jié)構(gòu)中，一側(cè)多由親水性氨基酸組成，而 另一側(cè)卻多由疏水性氨基酸組成， 因此是具有“兩親性” (amphipathic) 的特點，幾段-螺旋或-折疊的親水側(cè)之間就構(gòu)成了離子通道，而其 疏水側(cè)，即通過疏水鍵將離子通道蛋白質(zhì)固定在細胞質(zhì)膜上。 載脂蛋 白也具有兩親性， 既能與血漿中脂類結(jié)合， 又使之溶解在血液中進行 脂類的運輸。3、折疊 / 功能關(guān)系 體內(nèi)各種蛋白質(zhì)都有特殊的生理功能，這與空間構(gòu)象有著密切的 關(guān)系。肌紅

5、蛋門和血紅蛋白是闡述空間結(jié)構(gòu)與功能關(guān)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(jié)合蛋白質(zhì)。Mb有一條肽鏈，經(jīng)盤曲折折疊形成三級結(jié)構(gòu)，整條肽鏈由AH8段螺旋盤曲折疊成為球狀， 疏水氨基酸側(cè)鏈在分子內(nèi)部， 親水氨基酸側(cè)鏈 在分子外部，形成親水的球狀蛋白，血紅素輔基位于Mb分子內(nèi)部的袋狀空穴中。Hb有四條肽鏈，兩條鏈也有與Mb相似的AH8段 螺旋，有兩條鏈只有7段螺旋。Hb與Mb的折疊方式相似，也都 能與氧進行可逆的結(jié)合。 Hb 的一個亞基與氧結(jié)合后可引起構(gòu)象變化， 是另一個亞基更易于與氧結(jié)合， 這種帶氧的亞基協(xié)助不帶氧的亞基去 結(jié)合氧的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)。氧與 Hb 結(jié)合后可

6、引起 Hb 構(gòu)象變化， 這種蛋白質(zhì)分子在表現(xiàn)功能的過程中引起的構(gòu)象變化的現(xiàn)象稱為變 構(gòu)效應(yīng)。 小分子的氧稱為變構(gòu)劑， Hb 則稱為變構(gòu)蛋白。 Hb 的這種變 構(gòu)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(gòu)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。4、蛋白質(zhì)構(gòu)象紊亂癥 生物體內(nèi)蛋白質(zhì)錯誤折疊概率很高，但是強大的質(zhì)量控制系統(tǒng)， 如分子伴侶、蛋白質(zhì)的泛素降解途徑、 DNA 修復(fù)、無義介導(dǎo)的 mRNA 降解等，能在遺傳信息表達的各個時期減少錯誤折疊蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。 當然如果這些蛋白質(zhì)不能及時清理， 它們將發(fā)送聚集， 導(dǎo)致多種神經(jīng) 退行性疾病。國外對與多肽錯誤折疊后聚

7、集的毒性機制及相應(yīng)對策的 研究日益重視。錯誤折疊蛋白質(zhì)通常產(chǎn)生三種效應(yīng)： （1）被細胞防御 機制降解，導(dǎo)致功能缺失 （2）發(fā)生錯誤定位， 導(dǎo)致細胞功能紊亂 （3）錯誤折疊蛋白質(zhì)相互聚集形，成淀粉樣沉積物【 9】。近年來發(fā)現(xiàn)一些疾病總伴隨有蛋白質(zhì)錯誤折疊并發(fā)生聚集的現(xiàn)象， 這類疾病統(tǒng)稱為蛋 白質(zhì)構(gòu)象紊亂癥(Protein Conformational disorder, PCD)。所有涉及 PCD 的蛋白質(zhì)都是一級結(jié)構(gòu)不變而二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。 這些蛋白質(zhì)各不相同 在序列和結(jié)構(gòu)上都沒有任何同源性。但是這些 發(fā)生聚集的錯誤折疊蛋白質(zhì)都具有極其穩(wěn)定的折疊構(gòu)象。折疊是致病的錯誤折疊蛋白質(zhì)中最常

8、見的一種構(gòu)象。 同一蛋白質(zhì)或不同蛋白 質(zhì)的折疊片之間通過肽鍵的氨基(一NH )和羰基(一CO)形成氫 鍵。這種結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，在患 PCD 的個體組織中錯誤折疊的蛋白質(zhì) 以這種方式相互交聯(lián)，形成不溶性纖維狀聚集體( insoluble fibril-like aggregate)s。蛋白質(zhì)功能被研究得最為詳細的當推酶蛋白(enZyme PrOtein，酶 委員會(enZyme Committee, EC)對酶的4個層次的分類是迄今最完備 的蛋白質(zhì)功能分類系統(tǒng)。每個酶都能用一個EC數(shù)(EC nUmber來表示。參考文獻：參考文獻1 黃積濤 . 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、運動、功能 . 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 . 20022 胡敏 . 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間分布特征研究 . 浙江大學(xué)博士學(xué)位 論文 . 20083 韋日生、王佩蓉、尹長城 . 骨骼肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng) Ca 離子泵裝運 Ca 離 子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) . 生物化學(xué)與生物物理進展 . 20064 董彩華、王志強、王延枝 . 大豆液泡膜 H+-ATPase 功能與構(gòu)象 關(guān)系的初步研究 . 生物化學(xué)與生物物理進展 . 20005 方慧生、吳梧桐、王旻、余江河、鄭珩 . 蛋白質(zhì)天然構(gòu)象預(yù)測 的研究進展 . 中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報 . 20056 白曉蘇、任偉、張素華 .