（一）一级结构是空间构象的基础
20世纪60年代，Anfinsen在研究核糖核酸酶时发现，蛋白质的功能与其三级结构密切相关，而特定三级结构是以氨基酸顺序为基础的。核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键（Cys26和Cys84、Cys40和Cys95、Cys58和Cys110、Cys65和Cys72）（图1－17a）。用尿素（或盐酸胍）和β－巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏次级键和二硫键，使其二、三级结构遭到破坏，但肽键不受影响，一级结构仍存在，此时该酶活性丧失殆尽。核糖核酸酶中4对二硫键被β－巯基乙醇还原后，若要再形成4对二硫键，从理论上推算有105种不同配对方式，唯有与天然核糖核酸酶完全相同的配对方式，才能呈现酶活性。当用透析方法去除尿素和β－巯基乙醇后，松散的多肽链循其特定的氨基酸序列，卷曲折叠成天然酶的空间构象，4对二硫键也正确配对，这时酶活性又逐渐恢复至原来水平（图1－17b）。这充分证明空间构象遭破坏的核糖核酸酶只要其一级结构（氨基酸序列）未被破坏，就有可能回复到原来的三级结构，且功能依然存在。
图1－17 牛核糖核酸酶一级结构与空间结构的关系
（a）牛核糖核酸酶的氨基酸序列；（b）β－巯基乙醇及尿素对核糖核酸酶的作用
（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
蛋白质一级结构的比较，常被用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性。同源性较高的蛋白质之间，可能具有相类似的功能。值得指出的是，同源蛋白质是指由同一基因进化而来的相关基因所表达的一类蛋白质。已有大量实验结果证明，一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象及功能也相似。例如不同哺乳类动物的胰岛素分子结构都由A和B两条链组成，且二硫键的配对位置和空间构象也极相似，一级结构也相似，仅有个别氨基酸差异，因此它们都执行着相同的调节糖代谢等的生理功能（表1－3）。
表1－3 哺乳动物胰岛素氨基酸序列的差异
A为A链，B为B链；A8表示A链第8位氨基酸，其余类推
（三）氨基酸序列与生物进化信息
通过比较一些广泛存在于生物界不同种系间的蛋白质的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。如细胞色素C（cytochrome C），物种间越接近，则一级结构越相似，其空间构象和功能也相似。猕猴与人类很接近，两者一级结构只相差1个氨基酸残基，即第102位氨基酸猕猴为精氨酸，人类为酪氨酸；人类和黑猩猩的细胞色素C一级结构完全相同。面包酵母与人类从物种进化看，两者相差极远，所以细胞色素C一级结构相差达51个氨基酸。灰鲸是哺乳类动物，由陆上动物演化，它与猪、牛及羊只差2个氨基酸。
（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被替代，都会严重影响空间构象乃至生理功能，甚至导致疾病产生。例如正常人血红蛋白β－亚基的第6位氨基酸是谷氨酸，而镰刀形红细胞贫血患者的血红蛋白中，谷氨酸变成了缬氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代。仅此一个氨基酸之差，原是水溶性的血红蛋白就聚集成丝，相互粘着，导致红细胞变形成为镰刀状而极易破碎，产生贫血。这种由基因引起蛋白质分子或水平发生变异所导致的疾病，称为“分子病”，其病因为基因突变。表1－4列举了若干分子病及其因突变基因而受影响的蛋白质。但并非一级结构中的每个氨基酸都很重要，如细胞色素C在某些位点即使置换10个氨基酸残基，其功能依然不变。
表1－4 若干分子病及其受影响蛋白质
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