蛋白质结构与功能的关系.docVIP

- . - . . -可修编- 蛋白质构造与功能的关系 专业：植物学 摘要：蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级构造密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强。而分子模拟技术为蛋白质的研究提供了一种崭新的手段。在理论上解决了构造预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题。它在蛋白质的构造预测和模建工作中占有举足轻重的地位，实现了生物技术与计算机技术的完美结合。 关键词：蛋白质的构造、功能；折叠/功能关系；蛋白质构象紊乱症；分子模拟技术；同源建模 RNase是由124个氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个Cys的-SH构成4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂和一些复原剂存在下，酶分子中的二硫键全部被复原，酶的空间构造破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大局部活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。假设用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验说明，蛋白质的一级构造决定它的空间构造，而特定的空间构造是蛋白质具有生物活性的保证。前体与活性蛋白质一级构造的关系 ，由108个氨基酸残基构成的前胰岛素原，在合成的时候完全没有活性，当切去N-端的24个氨基酸信号肽，形成84个氨基酸的胰岛素原，胰岛素原也没活性，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。 功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；种属来源不同而功能一样的蛋白质的一级构造，可能有某些差异，但与功能相关的构造也总是一样。假设一级构造变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级构造密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强。 虽然蛋白质构造与生物功能的关系比序列与功能的关系更加严密，但构造与功能的这种关联亦假设隐假设现，并不能排除折叠差异悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差异悬殊功能的现象的存在。无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙〞模型和50多年前Koshand提出的诱导契合模型(induce fitmodel)作为蛋白质实现功能的理论根底。这2个略显粗糙的模型只是认为蛋白质执行功能的部位局限在构造中的一个或几个小区域，此类区域通常是蛋白质外表上的凹洞或裂隙。这种凹洞或裂隙被称为“活性部位〞 或“别构部位〞，凹陷部位与配体分子在空间形状和静电上互补。此外，在酶的活性部位中还存在着几个作为催化基的氨基酸残基。对蛋白质未来的研究应从实验根本数据的归纳和统计入手，从原始的水平上发现蛋白质的潜藏机制。 蛋白质构造与功能关系的研究主要是以力求刻画蛋白质的3D构造的几何学为根底的。蛋白质构造既非规那么的几何形，又非完全的无规线团，而是有序(α一螺旋和β一折叠)与无序(线团或环域)的混合体。理解蛋白质3D构造的技巧是将构造简化，只保存某种几何特征或拓扑模式，并将其数字化。探求数字中所蕴含的规律，且根据这一规律将蛋白质进展分类，再将分类的构造与蛋白质的功能进展比拟，以检验蛋白质抽象构造的合理性。如果一种对蛋白质构造的简化、比拟和分类能与蛋自质的功能有较好地对应关系，那么这就是一种对蛋白质构造的有价值的理解。蛋白质构造中，多种弱力(氢键、德华力、静电相互作用、疏水相互作用、堆积力等)和可逆的二硫键使多肽链折叠成特定的构象。从某种意义上说，共价键维系了蛋白质的一级构造；主链上的氢键维系了蛋白质的二级构造；而氨基酸侧链的相互作用和二硫桥维系着蛋白质的三级构造。亚基部的侧链相互作用是构象稳定的根底，蛋白质链之间的侧链的相互作用是亚基组装(四级构造)的根底，而蛋白质中侧链与配体基团问的相互作用是蛋白质行使功能的根底。 牛胰核糖核酸酶(RNase)变性和复性的实验是蛋白质构造与功能关系的很好例证。蛋白质空间构造遭到破坏，可导致蛋白质的理比性质和生物学性质的变化，这就是蛋白质变性。变性的蛋白质，只要其一级构造仍然完好，可在一定条件下恢复其空间构造，随之理化性质和生物学性质也可重现，这被称为复性。RNase是由124个氨基酸残基组成的一条肽链，分子中8个半胱氨酸的巯基构成4对二硫键，进而形成具有