问答题 回答以下关于蛋白质结构与功能的问题:(1)请列举两个例子证明“蛋白质的一级结构决定高级结构”这一基本原理;(2)血红蛋白的α、β亚基和肌红蛋白并不具有相同的一级结构,但具有相似的生物学功能(都能够结合氧分子),为什么?(3)同样都是氧结合蛋白,为什么肌红蛋白的氧结合曲线是一双曲线,而血红蛋白的氧结合曲线是S形曲线?
【正确答案】正确答案:(1)蛋白质的一级结构是指氨基酸残基的排列顺序。各种蛋白质中氨基酸排列顺序是由该生物遗传信息决定的,一级结构是蛋白质分子的基本结构,它是决定蛋白质空间构象的基础,而蛋白质的空间构象则是实现其生物学功能的基础。 例如,核糖核酸酶含124个氨基酸残基,含4对二硫键,在尿素和还原剂β一巯基乙醇存在下松解为非折叠状态。通过透析法可以去除尿素和β-巯基乙醇,该酶有正确一级结构的肽链,4对二硫键重建在原来的位置,盘曲成天然三级结构构象并恢复生物学功能。 又例如,镰刀形红细胞贫血症。正常红细胞血红蛋白的β亚基N末端第六位氨基酸残基为谷氨酸。正常红细胞为双凹圆盘彤,不正常红细胞血红蛋白的β亚基N末端第六位氨基酸残基由谷氨酸变为缬氨酸。谷氨酸在生理条件下带负电,而缬氨酸的侧链是一个非极性基团,因此,不正常红细胞血红蛋白一级结构氨基酸序列的突变不仪使血红蛋白三维结构表面的电荷性质改变了,而且多了一个疏水尾巴,创造了一个“黏性”突起,促使细胞在脱氧情况下相互黏连形成纤维状多聚体。血红蛋白的这种变化,促使红细胞变为镰刀状,易在毛细血管处发牛堵塞,引起炎症;镰刀形红细胞易碎裂溶血,导致贫血。 (2)虽然血红蛋白的α、β亚基和肌红蛋白并不具有相同的一级结构,但肽链折叠后的三维结构非常相似,肌红蛋白甚至与血红蛋白的β亚基几乎有相同的三维结构,三维结构的相似使它们具有相似的生物学功能。 (3)肌红蛋白的氧结合曲线呈双曲线,而血红蛋白呈S形曲线,这是因为每个肌红蛋白分子仅有一个O 2 的结合位置,因此每一肌红蛋白分子和O 2 的结合均是独立的,和其他肌红蛋白分子无关。而血红蛋白分子是由四个亚基所组成,每一亚基均有一个O 2 的结合位置,血红蛋白分子对O 2 的结合是四个亚基的协同作用的结果。 这也反映了两种蛋白质的生理功能是不同的。肌红蛋白的功能是储备氧,只有当剧烈活动时血液输氧不足以补偿肌肉消耗而致局部氧分压很低的情况下,才放出氧来应急。而血红蛋白的功能是运输氧,所以它既能在肺筛泡的高氧分压条件下充分结合氧,又能在周围组织的低氧分压条件下将大部分氧释放出来。
【答案解析】