蛋白质一级结构决定空间结构和功能

如何理解蛋白质一级结构决定空间结构和功能:

蛋白质的一级结构主要描述蛋白质氨基酸的排列顺序以及连接氨基酸残基的所有共价键，而不同的氨基酸排列顺序使得各种氨基酸R基之间以及与多肽主链之间能够形成不同的弱相互作用，也就是说弱相互作用由蛋白质的一级结构决定，这些许许多多的弱相互作用会引起蛋白质的特定的折叠，这种折叠趋向于能量最低原则，而这些折叠会形成特定的空间结构，而这些弱相互作用又有助于稳定蛋白质的这种天然构像。现以一下几点证明：

1.不同的一级结构决定自然界蛋白质的多样性：氨基酸的一级结构由基因决定，氨基

酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，自然界中物种基因的多样性导致了自然界中有10^12-10^14种的蛋白质，这种蛋白质的多样性来自于由遗传信息多样性决定的蛋白质一级结构中氨基酸种类和排列顺序的多样性。就大肠杆菌而言，其有3000种不同的蛋白质，而人类有50000-100000种。每种蛋白质都有其独特的三维结构，形成独特的功能。每种蛋白质也各有特殊的氨基酸序列。

2.不同的一级结构导致蛋白质空间结构的改变，从而导致功能的改变：对成千中人类

遗传疾病的跟踪研究表明，发病是由于产生了缺陷型蛋白质而造成的，这些蛋白质中三分之一是由于氨基酸序列的一个残基发生了改变，典型的是镰刀型贫血症的产生，是由于正常的血红蛋白中两条β链的第6位Val取代了Glu，使脱氧血红蛋白S 之间发生不正常的缔合，形成长链。也就是说一级结构中氨基酸的改变导致了空间结构的变化，从而导致蛋白质功能的改变。

3.一级结构一定程度的差异，空间结构相同，蛋白质有相同的功能：对于不同物种间

功能相似的蛋白质，这些蛋白质也有相似的氨基酸序列，一些微小的差异并不导致蛋白质结构的太大改变而失去其功能。比如细胞色素C，它是一个含铁的线粒体蛋白质，在真核生物氧化过程中传递电子。细胞色素C由104个左右的氨基酸组成，其中27个位置的氨基酸在所有物种中保持不变，而另外位置发生的大多是保守替换（如带正电的精氨酸变为同样带正电的赖氨酸），正是这样细胞色素C在不同的真核生物间保持着相近的空间结构，行使着相同的功能。

4.蛋白质可逆性实验：蛋白质的复性是指变性的蛋白质若恢复其天然构想稳定的条件，

那么蛋白质的天然构想和生物活性将再次回复。复性实验可以证明蛋白质的一级结构是决定了蛋白质的空间结构和功能，因为如果不是，那么变形的蛋白质在撤去其不利因素后就无法回复到原先的天然构像，也就无法回复到原先的功能。核糖核酸酶的变性复性实验很好的证明了，纯化的核糖核酸酶在还原剂存在的条件下，可被高浓度的尿素溶液完全变性。当除去尿素和还原剂后，变形的核糖核酸酶自发折叠成它的原先的正确的三级结构，回复其全部功能。