蛋白质分子结构与功能的关系

（一）蛋白质一级结构与功能的关系

蛋白质分子的一级结构决定其空间构象，进而决定其特有的生物学功能。一级结构主要从两方面影响蛋白质功能。一方面蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变会影响其生理功能。这些氨基酸残基有的直接参与构成蛋白质的功能活性区域，有的在维系蛋白质构象中起关键的作用。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的谷氨酸被缬氨酸取代所致，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能降低。若切除了促肾上腺皮质激素或胰岛素A链N端的部分氨基酸，它们的生物活性也会降低或丧失。可见关键部位的氨基酸残基对蛋白质和多肽功能的重要作用。另一方面，一些非关键部位氨基酸残基的改变或缺失，则不会影响蛋白质的生物活性。如不同哺乳动物来源的胰岛素分子A链中8、9、10和B链30位的氨基酸残基各不相同，有种族差异，但这并不影响它们都具有降低血糖浓度的共同生理功能。即使在人群的不同个体之间，同一种蛋白质有时也会有氨基酸残基的微小差异，但这也不影响它们在不同个体中担负相同的生理功能。一般来讲，不同生物体中或同一种生物体内具有相似功能的蛋白质，其一级结构往往相似。

（二）蛋白质分子空间结构和功能的关系

蛋白质分子特定的空间构象是其表现生物学功能的基础，构象发生变化，其生物学活性也随之改变。如毛发、指甲中的α－角蛋白分子中的二级结构几乎全是α－螺旋，从而使富含它的组织具有坚韧性和弹性，这是和α－角蛋白的保护功能分不开的；而丝心蛋白分子中几乎含100%的β折叠结构，致使蚕丝具有伸展和柔软的特性，却没有多大的延伸性；细胞质膜上的离子通道是由蛋白质构成的，在这些蛋白质多肽链中的一些α螺旋或β折叠结构中，一侧多由亲水性氨基酸残基组成，另一侧却多由疏水性氨基酸残基组成，因而具有“两亲性”的结构特点，亲水侧之间构成离子通道，而疏水侧通过疏水键与质膜上的脂类结合，从而形成了质膜上的离子通道。

具有四级结构的蛋白质在表现其生物学功能时往往发生构象的改变，即变构效应。所谓变构效应是指一些小分子化合物与具有四级结构的蛋白质活性中心以外的特定部位结合时，引起蛋白质亚基间的非共价键的改变，从而引起蛋白质构象发生变化，导致蛋白质的生物活性升高或降低。如血红蛋白在运输氧的过程中构象的改变就是一个典型例子。血红蛋白是由2个α亚基和2个β亚基组成的四聚体，具有稳定的空间结构，和氧的亲和力很弱，但当氧和血红蛋白分子中一个亚基的血红素铁结合后，即引起该亚基构象发生改变，一个亚基的构象改变又会引起另外三个亚基构象相继发生变化，亚基间的盐键断裂，使所有亚基血红素铁原子的位置都变得适宜于与氧结合，使血红蛋白与氧的结合能力大大加强。

另外，蛋白质变性、酶原激活等也是蛋白质构象改变导致其生物活性改变的例子。