生物化學 第四節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能(P82)一．蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、一級結(jié)構(gòu)不同，生物學功能不同一級結(jié)構(gòu)指氨基酸種類數(shù)量以及排列順序，一級結(jié)構(gòu)的差異可表現(xiàn)為生物學活性的不同，如p58，加壓素與催產(chǎn)素。都是9個氨基酸，但只有3位和8位兩個氨基酸不同：加壓素：Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly

催產(chǎn)素：Cys-Tyr-Ile-Glu-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly

加壓素能促進血管收縮，升高血壓，促進腎小管對水的重吸收，表現(xiàn)為抗利尿的功能。催產(chǎn)素能刺激子宮平滑肌收縮，表現(xiàn)為催產(chǎn)的功能。2、一級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部分相同，其功能也相同如促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）是39肽激素，其1-24位氨基酸是活性所必須的關(guān)鍵部分，切去其后的25-39位氨基酸后的片斷仍具有全部活性。不同動物來源的ACTH，表現(xiàn)出相同的生化功能，其氨基酸順序差異主要在25-33位（種族差異）。

31-AA33-AA

人 Ser Glu

豬 Leu Glu

牛 Ser Gln

啟示：化學合成ACTH時，只需要合成其活性所必須的關(guān)鍵部位。3、一級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部分的變化，其生物學活性也改變。實驗表明，多肽鏈中重要的氨基酸變化，其生物學活性也發(fā)生改變。p82表4-7可見：有的增加，有的降低。有些關(guān)鍵氨基酸變化可使活性增加，如腦啡肽；而有些關(guān)鍵氨基酸變化可使活性大大降低，如促黃體生成釋放素。4、一級結(jié)構(gòu)的變化與疾病的關(guān)系

最常見，最經(jīng)典的例子使1949年美國科學家L.Pauling提出的鐮狀細胞貧血癥（sicklecellanemia），在美國黑人中流行的一種致命的血液疾病Hbs。

Hb是由兩種異型亞基α與β構(gòu)成的四聚體（α2β2

）正常人Hb為α2β2與輔基共同構(gòu)成，紅細胞（RBC）呈盤狀。而Hbs僅僅是因為β鏈中6位的Glu突變?yōu)閂al而導(dǎo)致RBC呈鐮刀狀，產(chǎn)生溶血性貧血癥。

糖尿病胰島細胞損傷—胰島素合成下降，血糖升高導(dǎo)致尿糖腎臟受損，糖從尿中排出胰島素原的活化(空間結(jié)構(gòu)與功能)

胰島素分子病，由于一個氨基酸變異，胰島素活性下降以上是一級結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，下面再看看高級結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。二．蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

蛋白質(zhì)生物學活性（生物學功能）與其空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，空間結(jié)構(gòu)的變化往往會影響其生物學功能，表現(xiàn)在兩個方面：

1）、蛋白質(zhì)變性，生物學活性喪失（重點內(nèi)容）。

2）、蛋白質(zhì)前體活化以及酶原的激活（酶的化學中講述）。1、蛋白質(zhì)前體的活化

許多蛋白質(zhì)前體并無活性或活性很低。在一定條件下，才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛刑囟?gòu)象的蛋白質(zhì)而表現(xiàn)其活性。如胰島素前體---胰島素原，經(jīng)水解酶切，除去部分氨基酸（C肽，31個氨基酸）并在A鏈（21個氨基酸）和B鏈（30個氨基酸）兩條肽鏈之間形成兩對二硫鍵，在A肽鏈上形成另一對鏈內(nèi)二硫鍵，使胰島素分子具有特定的空間結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)其完整的生物活性。詳見下頁的兩張圖：2、蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象

一些蛋白質(zhì)由于受到某些因素的影響，其一級結(jié)構(gòu)不變而空間構(gòu)象發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致其生物學功能的改變，稱蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象或別構(gòu)現(xiàn)象（allostericeffect。變構(gòu)現(xiàn)象是蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物學功能的一種普遍而又重要的現(xiàn)象，也是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生物學功能極有效的方法。舉例如下：Hb通過其變構(gòu)作用來達到其結(jié)合氧和釋放氧的能力。

Hb的主要功能之一是體內(nèi)氧的運輸。它與氧氣的結(jié)合的飽和度隨著氧分壓的升高而增加，但不是直線關(guān)系，而是呈S型曲線。意義：曲線上部比較平坦，pO2由100mmHg降至80mmHg時，pO2下降少，所以，當血液經(jīng)pO2高的肺時，即使pO2有相當大改變，也不影響肺部Hb與氧氣結(jié)合功能。但S型曲線中段坡度較大，意味著組織中pO2稍微有下降就可引起HbO2的解離明顯增加，保證組織的氧供應(yīng)。Hb的氧飽和曲線三．蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與生物進化

P86

蛋白質(zhì)的合成是由DNA控制的，DNA的變化從蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)出來。1.變異發(fā)生在蛋白質(zhì)的非“關(guān)鍵”部位，對其生物學活性無影響，變異蛋白被保留下來。2.變異發(fā)生在蛋白質(zhì)的“關(guān)鍵”部位，生物學功能受到影響或完全尚失。3.DNA突變使產(chǎn)生的蛋白質(zhì)功能更加完善，或更加適應(yīng)