蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)又稱化學(xué)結(jié)構(gòu)（primary structure）,是指氨基酸在肽鍵中的排列順序和二硫鍵的位置,肽鏈中氨基酸間以肽鍵為連接鍵.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu),它決定了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu),其三維結(jié)構(gòu)所需的全部信息都貯存于氨基酸的順序之中.
二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵星湖作用而形成的空間結(jié)構(gòu).
三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步折疊,盤曲而形成特定的球狀分子結(jié)構(gòu).
四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure）是由兩條或者兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)想.
不同的蛋白質(zhì),由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的生物學(xué)功能.蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象所具有的性質(zhì),功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān).
1．一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系
蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)功能有相適應(yīng)性和統(tǒng)一性,可從以下幾個方面說明：
（1）一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病
蛋白質(zhì)中的氨基酸序列與生物功能密切相關(guān),一級結(jié)構(gòu)的變化往往導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的變化.如鐮刀型細(xì)胞貧血癥,其病因是血紅蛋白基因中的一個核苷酸的突變導(dǎo)致該蛋白分子中β-鏈第6位谷氨酸被纈氨酸取代.這個一級結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差別使患者的血紅蛋白分子容易發(fā)生凝聚,導(dǎo)致紅細(xì)胞變成鐮刀狀,容易破裂引起貧血,即血紅蛋白的功能發(fā)生了變化.
（2）一級結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化
研究發(fā)現(xiàn),同源蛋白質(zhì)中有許多位置的氨基酸是相同的,而其它氨基酸差異較大.如比較不同生物的細(xì)胞色素C的一級結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)與人類親緣關(guān)系接近,其氨基酸組成的差異越小,親緣關(guān)系越遠(yuǎn)差異越大.
（3）蛋白質(zhì)的激活作用
在生物體內(nèi),有些蛋白質(zhì)常以前體的形式合成,只有按一 定方式裂解除去部分肽鏈之后才具有生物活性,如酶原的激活.
2．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系
蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能之間有密切相關(guān)性,其特定的空間結(jié)構(gòu)是行使生物功能的基礎(chǔ).以下兩方面均可說明這種相關(guān)性.
（1）核糖核酸酶的變性與復(fù)性及其功能的喪失與恢復(fù)
核糖核酸酶是由124個氨基酸組成的一條多肽鏈,含有四對二硫鍵,空間構(gòu)象為球狀分子.將天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-巰基乙醇處理,則分子內(nèi)的四對二硫鍵斷裂,分子變成一條松散的肽鏈,此時酶活性完全喪失.但用透析法除去β-巰基乙醇和脲后,此酶經(jīng)氧化又自發(fā)地折疊成原有的天然構(gòu)象,同時酶活性又恢復(fù).
（2）血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象
血紅蛋白是一個四聚體蛋白質(zhì),具有氧合功能,可在血液中運輸氧.研究發(fā)現(xiàn),脫氧血紅蛋白與氧的親和力很低,不易與氧結(jié)合.一旦血紅蛋白分子中的一個亞基與O2結(jié)合,就會引起該亞基構(gòu)象發(fā)生改變,并引起其它三個亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生變化,使它們易于和氧結(jié)合,說明變化后的構(gòu)象最適合與氧結(jié)合.
從以上例子可以看出,只有當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)以特定的適當(dāng)空間構(gòu)象存在時才具有生物活性.