第14章 核酸結(jié)構(gòu)

第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)復(fù)雜的組成和結(jié)構(gòu)是其多種多樣生物學(xué)功能的基礎(chǔ)；而蛋白質(zhì)獨特的性質(zhì)和功能則是其結(jié)構(gòu)的反映。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)包含了其分子的所有信息，并決定其高級結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)和其功能密切相關(guān)。一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與同源性

實例：細(xì)胞色素Ｃ2、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病

實例：血紅蛋白質(zhì)異常病變

鐮刀型貧血病1.同源蛋白質(zhì)(不同生物中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)）一級結(jié)構(gòu)的種屬差異性

細(xì)胞色素C是真核細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上一種含F(xiàn)e的蛋白質(zhì)，在生物氧化中起傳遞電子的作用。通過數(shù)百種生物的細(xì)胞色素C一級結(jié)構(gòu)的研究表明：

（1）親緣關(guān)系越近，AA順序的同源性（相似性）越大。

不同生物與人的細(xì)胞色素C相比較AA差異數(shù)目黑猩猩0雞、火雞13牛豬羊10海龜15狗驢11小麥35粗糙鏈孢霉43酵母菌44

（2）盡管不同不同生物間親緣關(guān)系差別很大，但與細(xì)胞色素C功能密切相關(guān)的AA順序卻有共同之處，即保守順序不變。細(xì)胞色素c的一級結(jié)構(gòu)與生物進化的關(guān)系2.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病

（1）分子病—指蛋白質(zhì)分子中由于AA排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變造成的)。鐮刀狀細(xì)胞貧血病：病人體內(nèi)血紅蛋白的含量乃至紅細(xì)胞的量都較正常人少，且紅細(xì)胞的形狀為新月形，即鐮刀狀。此種細(xì)胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；再者，發(fā)生鐮變的細(xì)胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機能降低，使臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡。病因：血紅蛋白AA順序的細(xì)微變化

正常人HbA—

N6Glu

病人HbS—N6Val

HbAH2NVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-COOH

HbSH2NVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-COOH形成分子表面的疏水小區(qū)鐮刀形紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白的構(gòu)象變化

研究表明，HbS和HbA在氧合狀態(tài)下沒有多大區(qū)別。但在脫氧情況下，HbS的溶解度劇烈下降（1/25HbA

）。

二、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)與功能（一）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（二）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（一）、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）肌紅蛋白的功能：哺乳動物肌肉中儲存氧并運輸氧的蛋白。（2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點：1963年，Kendrew

a.一條多肽鏈，153個氨基酸殘基，一個血紅素輔基，分子量17600。

b.肌紅蛋白的整個分子具有外圓中空的不對稱結(jié)構(gòu)，肽鏈共折疊成8段-螺旋體（A-H），最長的有23個氨基酸殘基，最短的有7個氨基酸殘基。拐彎處多由Pro、Ser、Ile、Thr等組成。

c.具有極性側(cè)鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而帶非極性側(cè)鏈的氨基酸殘基多分布于分子內(nèi)部，使肌紅蛋白成為可溶性蛋白。肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)血紅素（鐵卟啉）輔基的結(jié)構(gòu)及其氧合部位肌紅蛋白的氧合曲線Y=[Mbo2][Mbo2]+[Mb](Y代表在給定的氧壓下肌紅蛋白的氧飽和度)Y=PO2K+PO2（1）（2）由（1）可見：Y=1時，表明所有肌紅蛋白的氧合位置均被占據(jù)，即肌紅蛋白為氧飽和。由（2）可見：Y=0.5時，肌紅蛋白的一半被飽和，PO2=K

解離常數(shù)為肌紅蛋白一半被飽和時的氧壓。Po2Y1.00.51020304050（二）、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）血紅蛋白的功能：存在動物血液的紅細(xì)胞中，具有運輸O2和CO2的功能；血紅蛋白還能和H+結(jié)合，從而可以維持體內(nèi)pH.（2）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點：a.是四個亞基的寡聚蛋白，574個AA殘基，分子量65000b.成人的血紅蛋白為

2

2c.鏈由141AA殘基組成，鏈由146AA殘基組成。

四種肽鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似，各自內(nèi)部有一個血紅素輔基。血紅蛋白含有四條肽鏈，每一條肽鏈各與一個血紅素相連接。血紅素同肽鏈的連接是血紅素的Fe原子以配價鍵與肽鏈分子中的組氨酸咪唑基的氮原子相連。氧合引起血紅蛋白的構(gòu)象變化別構(gòu)蛋白：蛋白質(zhì)分子中不止有一個配基的結(jié)合部位（活性部位），還有別的配基的結(jié)合部位（別構(gòu)部位）。別構(gòu)蛋白都有別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)效應(yīng)：蛋白質(zhì)與配基結(jié)合后改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進而改變蛋白質(zhì)的生物活性的現(xiàn)象。別構(gòu)蛋白一般都是寡聚蛋白質(zhì)。同促效應(yīng)：不同亞基之間發(fā)生作用的部位是相同的，如都是活性部位，則產(chǎn)生同促效應(yīng).同促效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)S形曲線類似雙曲線（血紅蛋白）非氧合蛋白中四個亞基間的相互作用NH3+COO-94146AspHisNH3+COO-NH3+COO-141126ArgAsp40LysLys40Arg141Asp126HisA