蛋白質結構與功能的 關系

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1、蛋白質結構與功能的關系專業(yè)：植物學摘要：蛋白質特定的功能都是由其特定的構象所決定的，各種蛋白質特定的構象又與其一級結構密切相關。天然蛋白質的構象一旦發(fā)生變化，必然會影響到它的生物活性。由于蛋白質的構象的變化引起蛋白質功能變化，可能導致蛋白質構象紊亂癥，當然也能引起生物體對環(huán)境的適應性增強。而分子模擬技術為蛋白質的研究提供了一種嶄新的手段。在理論上解決了結構預測和功能分析以及蛋白質工程實施方面所面臨的難題。它在蛋白質的結構預測和模建工作中占有舉足輕重的地位，實現(xiàn)了生物技術與計算機技術的完美結合。關鍵詞：蛋白質的結構、功能；折疊/功能關系；蛋白質構象紊亂癥；分子模擬技術

2、；同源建模RNase是由124個氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中8個Cys的-SH構成4對二硫鍵，形成具有一定空間構象的蛋白質分子。在蛋白質變性劑和一些還原劑存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結構破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有的二硫鍵準確無誤地恢復原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個實驗表明，蛋白質的一級結構決定它的空間結構，而特定的空間結構是蛋白質具有生物活性的保證。前體與活性蛋白質一級結構的關系，由108個氨基酸殘基構成的前胰島素原，在合成的時

3、候完全沒有活性，當切去N-端的24個氨基酸信號肽，形成84個氨基酸的胰島素原，胰島素原也沒活性，在包裝分泌時，A、B鏈之間的33個氨基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素。功能不同的蛋白質總是有著不同的序列；種屬來源不同而功能相同的蛋白質的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構也總是相同。若一級結構變化，蛋白質的功能可能發(fā)生很大的變化。蛋白質特定的功能都是由其特定的構象所決定的，各種蛋白質特定的構象又與其一級結構密切相關。天然蛋白質的構象一旦發(fā)生變化，必然會影響到它的生物活性。由于蛋白質的構象的變化引起蛋白質功能變化，可能導致蛋白質構象紊亂癥，當然也能引起生物

4、體對環(huán)境的適應性增強。雖然蛋白質結構與生物功能的關系比序列與功能的關系更加緊密，但結構與功能的這種關聯(lián)亦若隱若現(xiàn)，并不能排除折疊差別懸殊的蛋白質執(zhí)行相似的功能，折疊相似的蛋白質執(zhí)行差別懸殊功能的現(xiàn)象的存在。無奈，該領域仍不得不將100多年前Fisher提出的“鎖一鑰匙”模型和50多年前Koshand提出的誘導契合模型(inducefitmodel)作為蛋白質實現(xiàn)功能的理論基礎。這2個略顯粗糙的模型只是認為蛋白質執(zhí)行功能的部位局限在結構中的一個或幾個小區(qū)域內(nèi)，此類區(qū)域通常是蛋白質表面上的凹洞或裂隙。這種凹洞或裂隙被稱為“活性部位”或“別構部位”，凹陷部位與配體分子在空

5、間形狀和靜電上互補。此外，在酶的活性部位中還存在著幾個作為催化基的氨基酸殘基。對蛋白質未來的研究應從實驗基本數(shù)據(jù)的歸納和統(tǒng)計入手，從原始的水平上發(fā)現(xiàn)蛋白質的潛藏機制。蛋白質結構與功能關系的研究主要是以力求刻畫蛋白質的3D結構的幾何學為基礎的。蛋白質結構既非規(guī)則的幾何形，又非完全的無規(guī)線團，而是有序(α一螺旋和β一折疊)與無序(線團或環(huán)域)的混合體。理解蛋白質3D結構的技巧是將結構簡化，只保留某種幾何特征或拓撲模式，并將其數(shù)字化。探求數(shù)字中所蘊含的規(guī)律，且根據(jù)這一規(guī)律將蛋白質進行分類，再將分類的結構與蛋白質的功能進行比較，以檢驗蛋白質抽象結構的合理性。如果一種對蛋白質

6、結構的簡化、比較和分類能與蛋自質的功能有較好地對應關系，那么這就是一種對蛋白質結構的有價值的理解。蛋白質結構中，多種弱力(氫鍵、范德華力、靜電相互作用、疏水相互作用、堆積力等)和可逆的二硫鍵使多肽鏈折疊成特定的構象。從某種意義上說，共價鍵維系了蛋白質的一級結構；主鏈上的氫鍵維系了蛋白質的二級結構；而氨基酸側鏈的相互作用和二硫橋維系著蛋白質的三級結構。亞基內(nèi)部的側鏈相互作用是構象穩(wěn)定的基礎，蛋白質鏈之間的側鏈的相互作用是亞基組裝(四級結構)的基礎，而蛋白質中側鏈與配體基團問的相互作用是蛋白質行使功能的基礎。牛胰核糖核酸酶(RNase)變性和復性的實驗是蛋白質結構與功能

7、關系的很好例證。蛋白質空間結構遭到破壞，可導致蛋白質的理比性質和生物學性質的變化，這就是蛋白質變性。變性的蛋白質，只要其一級結構仍然完好，可在一定條件下恢復其空間結構，隨之理化性質和生物學性質也可重現(xiàn)，這被稱為復性。RNase是由124個氨基酸殘基組成的一條肽鏈，分子中8個半胱氨酸的巰基構成4對二硫鍵，進而形成具有一定空間構象的活性蛋白質。天然RNase遇尿素和β巰基乙醇時發(fā)生變性，其分子中的氫鍵和4個二硫鍵解開，嚴密的空間結構遭破壞，喪失了生物學活性，但一級結構完整無損。若去除尿素和β巰基乙醇，RNase又可恢復其原有構象和生物學活性。RNase分子中的8個巰