第三节 蛋白质结构与功能的关系（2学时）

一、蛋白质的主要功能

二、蛋白质执行功能的主要方式

什么是protein-protein interaction（PPI）？

是指两个或两个以上的蛋白质分子通过非共价键相互作用并发挥功能的过程。

蛋白质是生命活动的执行者，蛋白质需要通过与其它蛋白质相互作用实现功能。例如：激素与受体的相互作用；抗原和抗体的特异性识别等。

三、蛋白质一级结构与功能的关系

一级结构是空间结构的基础；一级结构相似，空间结构相似，生物学功能相似。

1.Anfinsen实验

牛核糖核酸酶变性和复性实验，证明蛋白质氨基酸序列决定其构象。

这个经典的生化实验是由美国科学家Anfinsen所设计的，所以也叫做Anfinsen实验。实验的对象实际上是一个酶，就是来源于牛的胰脏里面的一种专门水解RNA的核糖核酸酶。

（请注意！这个酶作为研究的对象完全出于偶然。因为当时Anfinsen所工作的研究所旁边有一家大型的宰牛场，这家宰牛场每天都会宰杀大量的牛，牛的胰脏作为废弃物被扔掉。那Anfinsen就以它作为实验对象，从中纯化出高纯度的牛胰核糖核酸酶。）

整个实验实际上分为两个方面：第一个方面就是首先用两种化学试剂，尿素和还原剂（二苏糖醇，也可以用β巯基乙醇）大家注意，在这两个化学试剂的作用下，原来的牛胰核糖核酸酶的三维结构会被完全破坏。

大家想一想：为什么这两种化学试剂可以破坏这种酶的三维结构?

那我们是怎么知道它的三维结构被破坏的？

第二个部分实际上更重要，就是当Anfinsen使用透析的方法把这两种小分子物质除掉，之后发现原来的牛胰核糖核酸酶可以获得差不多绝大多数酶活性。也就是说它可以重新获得水解RNA的能力。

大家想一想：这个酶为什么在三维结构已经破坏的情况下，可以重新回复它水解RNA的这个能力？

肯定是它重新折叠得到它原来正确的三维结构，但是这里有一个非常重要的问题，就是在折叠的时候，如何保证它原来的四个二硫键能够正确地配对？假如说无法保证原来四个二硫键正确配对的话，那么即使它重新折叠，折叠出来的三维结构也极有可能是不正确的 。这样就很难使得它获得原来水解RNA的这个活性。但是实验证明它几乎所有的酶活性都恢复了。这说明一点，就是这个蛋白质在一级结构没有被破坏的情况下，能够重新折叠。换句话说，就是这个蛋白质的一级结构包含了它重新折叠所需要的全部的化学信息。

由此Anfinsen就得出了一个非常重要的结论：蛋白质的一级结构决定蛋白质的空间结构，也就是说一个蛋白质的一级结构中已经包含了这个蛋白质折叠所需要的全部信息。

http://www.kunlunce.com/ssjj/guojipinglun/2018-08-06/127067.html

2.胰岛素及功能

哺乳动物的胰岛素都由A链和B链组成。由下图我们可以看到，牛胰岛素与人胰岛素有三个氨基酸的差别（绿色），而猪胰岛素相对更接近人，仅有一个氨基酸的差别（红色）。不同种族哺乳动物（人、牛、羊、猪等）的胰岛素分子的氨基酸序列和结构虽稍有差异，但关键氨基酸序列都相同，都具有相同生物学功能。

3.细胞色素c的氨基酸序列揭示物质进化关系

细胞色素c是电子传递链中的关键蛋白，在生物氧化中发挥重要的作用，在各种生物中的氨基酸序列相对保守，尽管经历了15亿年的进化，细胞色素c的104个aa.中仍有21个保持不变，甚至黑猩猩和智人的序列完全相同。通过对多种生物细胞色素c的氨基酸序列差异程度的分析，可以绘制生物进化树。

4.一级结构改变与分子病一级结构中关键氨基酸改变会导致疾病的发生，称为分子病，如镰刀状红细胞贫血症。

四、蛋白质空间结构与功能的关系

1．构象决定性质和功能：纤维蛋白和球状蛋白性质和功能的差异；Mb和Hb结构及功能的差异。

2．别构改变活性：Hb的变构

协同效应（cooperative effect）：寡聚蛋白质中的一个亚基与配体结合后，影响其它亚基与该配体结合能力的现象。分为正协同效应与负协同效应。（四联邮票）

别构效应（allosteric effect）：当别构效应剂或别构配体与寡聚蛋白质中的一个亚基或单体蛋白质的别构部位结合后，改变该亚基或单体蛋白质的局部构象，随后引起其它亚基或单体蛋白质的其它部位构象，从而改变它们与配体结合能力的现象。

3．蛋白质的构象改变与疾病：阮病毒（Prp.），如疯牛病。

本节重点内容：氨基酸序列与功能的关系；变构效应。

本节难点内容：如何理解结构是功能的基础，变构改变功能

本节新进展：相关疾病发生发展的生化机制