蛋白質的結構與功能

蛋白質分子中關鍵活性部位氨基酸殘基的改變，會影響其生理功能，甚至造成分子病（molecular
disease）。例如鐮狀細胞貧血，就是由于血紅蛋白分子中兩個β亞基第6位正常的谷氨酸變異成了纈氨酸，從酸性氨基酸換成了中性支鏈氨基酸，降低了血紅蛋白在紅細胞中的溶解度，使它在紅細胞中隨血流至氧分壓低的外周毛細血管時，容易凝聚并沉淀析出，從而造成紅細胞破裂溶血和運氧功能的低下。另實驗證明，若切除了促腎上腺皮質激素或胰島素A鏈N端的部分氨基酸，它們的生物活性也會降低或喪失，可見關鍵部分氨基酸殘基對蛋白質和多肽功能的重要作用。
所謂“分子病”，首先是蛋白質一級結構的改變，從而引起其功能的異常或喪失所造成的疾病。可見蛋白質關鍵部位甚至僅一個氨基酸殘基的異常，對蛋白質理化性質和生理功能均會有明顯的影響。分子病是基因突變引起的遺傳性疾病，當然首先就是DNA分子結構的改變，是其分子編碼相應蛋白質基因結構的改變，這是1949年美國科學家Pauling在研究血紅蛋白時首先提出來的。目前已知血紅蛋白分子異常有500多種，其中約一半在臨床上可造成分子病。分子病也包括整條多肽鏈在合成時的缺失，如血紅蛋白分子病中的地中海貧血，可缺失血紅蛋白α－亞基或β－亞基等。現在已知人類有幾千種先天遺傳性疾病，其中大多是由于相應蛋白質分子異常或缺失所致。今舉一些并不是十分罕見的分子病實例如下（表2－9）
另一方面，在蛋白質結構和功能關系中，一些非關鍵部位氨基酸殘基的改變或缺失，則不會影響蛋白質的生物活性。例如人、豬、牛、羊等哺乳動物胰島素分子A鏈中8、9、10位和B鏈30位的氨基酸殘基各不相同，有種族差異，但這并不影響它們都具有降低生物體血糖濃度的共同生理功能。又如在人群的不同個體之間，同一種蛋白質有時也會有氨基酸殘基的不同或差異，個體之間，同一種蛋白質中有時會存在一級結構的微小差異，但這也并不影響不同個體中它們擔負相同的生理功能。但差異的氨基酸，若是在氨基酸分類中從脂肪族換成芳香族氨基酸等，即蛋白質之間的免疫原性就會差異較大，由這些蛋白質組成人體組織、器官，在臨床上進行移植時，就可產生排異反應。
蛋白質一級結構與功能間的關系十分復雜。不同生物中具有相似生理功能的蛋白質或同一種生物體內具有相似功能的蛋白質，其一級結構往往相似，但也有時可相差很大。如催化DNA復制的DNA聚合酶，細菌的和小鼠的就相差很大，具有明顯的種族差異，可見生命現象十分復雜多樣。