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。
1.1.
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。
1.2.
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。
2.1.
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。
2.2.
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。
2.3.
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。