三、蛋白质的结构与功能的关系
(一)蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系
蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持，在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。
Anfinsen以一条肽链的蛋白质核糖核酸酶为对象，研究二硫键的还原和氧化问题，发现该酶的124个氨基酸残基构成的多肽链中存在四对二硫键，在大量β－巯基乙醇和适量尿素作用下，四对二硫键全部被还原为桽H，酶活力也全部丧失，但是如将尿素和β－巯基乙醇除去，并在有氧条件下使巯基缓慢氧化成二硫键，此时酶的活力水平可接近于天然的酶。Anfinsen在此基础上认为蛋白质的一级结构决定了它的二级、三级结构，即由一级结构可以自动地发展到二、三级结构(图1-10)。
一级结构相似的蛋白质，其基本构象及功能也相似，例如，不同种属的生物体分离出来的同一功能的蛋白质，其一级结构只有极少的差别，而且在系统发生上进化位置相距愈近的差异愈小(表1-2，表1－3)。
表1-2 胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分
| 胰岛素来源 | 氨基酸残基的差异部分 | |||
| A5 | A6 | A10 | A30 | |
| 人 | Thr | Ser | Ile | Thr |
| 猪 | Thr | Ser | Ile | Ala |
| 狗 | Thr | Ser | Ile | Ala |
| 兔 | Thr | Ser | Ile | Ser |
| 牛 | Ala | Ser | Val | Ala |
| 羊 | Ala | Gly | Val | Ala |
| 马 | Thr | Gly | Ile | Ala |
| 抹香猄 | Thr | Ser | Ile | Ala |
| 鲤猄 | Ala | Ser | Thr | Ala |
表1-3 细胞色素C分子中氨基酸残基的差异数目及分歧时间
| 不同种属 | 氨基酸残基的差异数目 | 分歧时间(百万年) |
| 人-猴 | 1 | 50-60 |
| 人-马 | 12 | 70-75 |
| 人-狗 | 10 | 70-75 |
| 猪-牛-羊 | 0 | |
| 马-牛 | 3 | 60-65 |
| 哺乳类-鸡 | 10-15 | 280 |
| 哺乳类-猢 | 17-21 | 400 |
| 脊椎动物-酵母 | 43-48 | 1,100 |
图1-11 核糖核酸酶的变性和复性示意图
(A)天然核糖核酸酶(B)变性失活(C)“错乱”核糖核酸酶
促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(MSH)均为垂体分泌的多肽激素。α－MSH和ACTh 4～10位的氨基酸结构与β－MSH的11～17位一样，故ACTH有较弱的MSH的生理作用(图1-12)。
在蛋白质的一级结构中，参与功能活性部位的残基或处于特定构象关键部位的残基，即使在整个分子中发生一个残基的异常，那么该蛋白质的功能也会受到明显的影响。被称之为“分子病”的镰刀状红细胞性贫血仅仅是574个氨基酸残基中，一个氨基酸残基即β亚基N端的第6号氨基酸残基发生了变异所造成的，这种变异来源于基因上遗传信息的突变(如图1-13)。
图1-12 ACTH、α-MSH和β-MSH一级结构比较
| 正常 | DNA | ……TGt GGG CTT CTT TTT…… |
| mRNA | ACA CCC GAA GAA AAA | |
| DNA(β亚基) | N端…苏-脯-谷-谷-赖…… | |
| 异常 | DNA | ……TGT GGG GAT CTT TTT…… |
| mRNA | ……ACa CCC GUA GAA AAA…… | |
| hbs(β亚基) | N端…苏-脯-缬-谷-赖…… |
图1-13 镰刀状红细胞性贫血血红蛋白遗传信息的异常
