蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C端的氨基酸排列順序。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的主鏈骨架本身在空間上有規(guī)律的折疊和盤繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團(tuán)之間的氫鍵決定的。常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)有“螺旋、三股螺旋、3折疊、3轉(zhuǎn)角、3凸起和無規(guī)卷曲。“螺旋中肽鏈骨架圍繞一個(gè)軸以螺旋的方式伸展，它可能是極性的、疏水的或兩親的。3折疊是肽鏈的一種相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)， 有平行和反平行兩種。 如果3股交替出現(xiàn)極性殘基和非極性殘基， 那么就可以形

2、成兩親的 3折疊。3轉(zhuǎn)角指伸展的肽鏈 形成180。的U形回折結(jié)構(gòu)而改變了肽鏈的方向。 3凸起是由于3折疊股中額外插入一個(gè)氨 基酸殘基而形成的，它也能改變多肽鏈的走向。無規(guī)卷曲是在蛋白質(zhì)分子中的一些極不規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)的總稱。無規(guī)卷曲無固定走向，有時(shí)以環(huán)的形式存在，但不是任意變動(dòng)的。從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上看，右手 “螺旋3折疊U型回折無規(guī)卷曲，但在功能上，酶與蛋白質(zhì) 的活性中心通常由無規(guī)卷曲充當(dāng)，a右手螺旋和3折疊一般只起支持作用。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞、卷曲和折疊，形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通常由模體和結(jié)構(gòu)域組成。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)

3、構(gòu)的化學(xué)鍵包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力、金屬配位鍵和二硫鍵。 模體可用在一級(jí)結(jié)構(gòu)上，特指具有特殊生化功能的序列模體，也可被用于功能模體或結(jié)構(gòu)模體，相當(dāng)于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)模體是結(jié)構(gòu)域的組分，基本形式有aa、3"3和333等。常見的模體包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、a螺旋-環(huán)-a螺旋、 Rossmann卷曲和希臘鑰匙模體。結(jié)構(gòu)域是在一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對(duì)獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊，由若干個(gè)結(jié)構(gòu)模體組成的相對(duì)獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨(dú)自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。一個(gè)結(jié)構(gòu)域通常由一段連續(xù)的氨基酸序列組成。根據(jù)其占優(yōu)勢的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件的類型，結(jié)構(gòu)域可分

4、為五大類：a結(jié)構(gòu)域、3結(jié)構(gòu)域、a / 3結(jié)構(gòu)域、a + 3結(jié)構(gòu)域、交聯(lián)結(jié)構(gòu)域。以上每一類結(jié)構(gòu)域的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件可能有不同的組織方式，每一種組織就是一種結(jié)構(gòu)模體。這些結(jié)構(gòu)域都有疏水的核心，疏水核心是結(jié)構(gòu)域穩(wěn)定所必需的。具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個(gè)亞基都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、 空間排布以及亞基之間的相互作用。驅(qū)動(dòng)四級(jí)結(jié)構(gòu)形成或穩(wěn)定四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力包括氫鍵、疏水鍵、范德華力和離子鍵。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的不同結(jié)構(gòu)，從而使蛋白質(zhì)具有各種不同的功能，像催化、運(yùn)輸、調(diào)節(jié)、運(yùn)動(dòng)、防御、營養(yǎng)等等。以下是幾個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)

5、構(gòu)影響功能的舉例一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能：胰島素氨基酸殘基序號(hào)A5A6A10B30人ThrSerlleThr豬ThrSerlleAla狗ThrSerlleAla兔ThrGlylleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerlleAla一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的功能。功能相似的蛋白往往在進(jìn)化上具親緣關(guān)系，一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)往往具有共同的起源。許多疾病是由相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常引起的。a -角蛋白來源于動(dòng)物的毛發(fā)、角、鳥喙和爪子。每一個(gè)a -角蛋白分子在其中央形成典型的a螺旋，而兩端為非螺旋區(qū)。 兩個(gè)a -角蛋白分子通過疏水的R基團(tuán)的結(jié)合，相互

6、纏繞形成雙股的卷曲螺旋，這大大地提高了a螺旋的穩(wěn)定性。鏈間形成的多個(gè)二硫鍵還可進(jìn)一步提高a-角蛋白的強(qiáng)度。3 -角蛋白主要來源于蠶絲和蜘蛛絲中的絲心蛋白，其一級(jí)結(jié)構(gòu)具有重復(fù)序列Gly 一Ala/Ser Gly Ala/Ser ;二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是反平行 3折疊。Gly和Ala/Ser分別分布于折疊 片層的兩側(cè)，使得相鄰的3折疊更加緊密地堆積形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予蛛絲較高的抗張強(qiáng)度，同時(shí)“螺旋又賦予蛛絲一定的柔軟性。相鄰的 3角蛋白之間無共價(jià)交聯(lián)。肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)是由一簇八個(gè)a-螺旋組成的，螺旋之間通過一些片段連接。肌紅蛋白中的四分之三氨基酸殘基都處于a-螺旋中。盡管肌紅蛋白中的高螺旋含量不是球蛋白結(jié)

7、構(gòu)中的普遍現(xiàn)象，但肌紅蛋白的一些結(jié)構(gòu)還是代表了球蛋白的典型結(jié)構(gòu)特征。肌紅蛋白的內(nèi)部幾乎都是由疏水氨基酸殘基組成的，特別是一些疏水性強(qiáng)的氨基酸，如繳氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸。而表面既含有親水的氨基酸殘基，也含有疏水的氨基酸殘基， 通常水分子被排除在球蛋白內(nèi)部，大多數(shù)可離子化的殘基都位于表面。血紅素輔基處于一個(gè)象個(gè)籠子似的裂隙內(nèi)，血紅素中的鐵原子是氧結(jié)合部位。無氧的肌紅蛋白稱之脫氧肌紅蛋白，而載氧的分子稱之氧合肌紅蛋白，可逆結(jié)合氧的過程稱之氧合作用。血紅蛋白的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧。它存在于紅細(xì)胞中，每個(gè)成熟紅細(xì)胞約含 3 億個(gè)血紅蛋白分子。血紅蛋白從肺部經(jīng)心臟到達(dá)外圍組織的動(dòng)脈血中有96%氧飽和度。在靜脈血中的飽和度為64%。因此，每 100ml 的血經(jīng)過組織約釋放1/3 的氧或相當(dāng)于大氣壓和體溫下6.5ml 氧氣 。氧合血紅蛋白顯著改變Hb 的四級(jí)結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的微小移動(dòng)導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換，氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構(gòu)象態(tài).生物膜的各種功能是由各種結(jié)構(gòu)不同的膜蛋白完成的。膜蛋白可分為外