以多种蛋白为例阐述蛋白质结构与功能的关系

举例说明蛋白质结构和功能的关系

答：

1.蛋白质的一级结构与功能的关系

蛋白质的一级机构指：肽链中氨基酸残基（包括二硫键的位置）的排列顺序。一级结构是蛋白质空间机构的基础，包含分子所有的信息，且决定蛋白质高级结构与功能。

①一级结构的变异与分子病

蛋白质一级结构是空间结构的基础，与蛋白质的功能密切相关，一级机构的改变，往往引起蛋白质功能的改变。

例如：镰刀形细胞贫血病

镰刀形细胞贫血病的血红蛋白（HbS）与正常人的血红蛋白（HbA）相比，发现，两种血红蛋白的差异仅仅来源于一个肽段的位置发生了变化，这个差异肽段是位于β链N端的一个八肽。在这个八肽中，β链N端第6位氨基酸发生了置换，HbA中的带电荷的谷氨酸残基在HbS中被置换成了非极性缬氨酸残基，即蛋白质的一级机构发生了变化。

②序列的同源性

不同生物中执行相同或相似功能的蛋白质称为同源蛋白质，同源蛋白质的一级机构具有相似性，称为序列的同源性。最为典型的例子，

例如：细胞色素C（Cyt c）

Cyt c是古老的蛋白质，是线粒体电子传递链中的组分，存在于从细菌到人的所有需氧生物中。通过比较Cyt c的序列可以反映不同种属生物的进化关系。亲缘越近的物种，Cyt c中氨基酸残基的差异越小。如人与黑猩猩的Cyt c完全一致，人与绵羊的Cyt c有10个残基不同，与植物之间相差更多。蛋白质的进化反映了生物的进化。

2.蛋白质空间结构与功能的关系

天然状态下，蛋白质的多肽链紧密折叠形成蛋白质特定的空间结构，称为蛋白质的天然构象或三维构象。三维构象与蛋白质的功能密切相关。

①一级结构与高级结构的关系：

一级结构决定高级机构，当特定构象存在时，蛋白质表现出生物功能；当特定构象被破坏时，即使一级构象没有发生改变，蛋白质的生物学活性丧失。例如：牛胰核糖核苷酸酶A（RNase A）的变性与复性

当RNase A处于天然构象是，具有催化活性；

当RNase A处于去折叠状态时，二硫键被还原不具有催化活性；当RNase A恢复天然构象时，二硫键重新形成，活性恢复。

②变构效应

变构效应：是寡聚蛋白质分子中亚基之间存在相互作用，这种相互作用通过亚基构象的改变来实现。蛋白质在执行功能是时，构象发生一定变化。

例如：肌红蛋白、血红蛋白与氧的结合

两种蛋白质有很多相同之处，结构相似表现出相似功能。这两钟蛋白质都含有血红素

辅基，都能与氧进行可逆结合，因此存在着氧合与脱氧的两种结构形式。但是肌红蛋白几乎在任何氧分压情况下都保持对氧分子的高亲和性。血红蛋白则不同，在氧分压较高时，血红蛋白几乎被氧完全饱和；而在氧分压较低时，血红蛋白与氧的亲和力降低，释放出携带的氧并转移给肌红蛋白。

原因是：在氧分压高环境时，血红蛋白的一个亚基与氧分子结合后产生构象改变，这种构象改变通过亚基间的相互作用，引起其他亚基也发生构象改变，是其他亚基转变为有利于氧分子结合的构象，加速了其他亚基与氧分子结合。在氧分压较低是，血红蛋白中结合的氧分子可能脱去，当分子中的一个亚基脱去氧后，也发生构象改变，并通过亚基间相互作用虚实其他亚基改变为不利于结合氧分子的结构，从而迅速地脱去氧。

③朊病毒与构象病构象病：指的是由于蛋白质构象异常而产生的疾病。构象

病是由肽链的错误折叠而引起的例如：动物身上的：疯牛病、羊瘙痒病等人类身上的：库鲁病、克-雅氏病、帕金森症、阿兹海默症等综上所述：蛋白质的结构决定其功能。