許多海蛇毒和眼鏡蛇毒中都含有兩類較小分子量的神經毒素——I型(短鏈)神經毒素和I型(長鏈)神經毒素。這兩類神經毒素都屬於突觸後神經毒素。I型神經毒素由60個〜62個胺基酸殘基組成,含有5對二硫鍵。到目前為止已有40多種突觸後神經毒素的一級結構被測定出來。通過對一級結構的比較發現,雖然它們來自不同的種屬,但在一級結構上有很大的同源性。而且,不但同型神經毒素內各毒素同源,I型和I型神經毒素之間也有較大的同源性。根據半胱氨酸在胺基酸序列上的位置,可將I型神經毒素分成8個區段:I區,只含有2個胺基酸,不同來源的毒素相差很大;I區,由13個胺基酸組成,同源性較大;JI區,由4個〜5個胺基酸組成;IV區,由16個胺基酸組成,這些胺基酸有高度同源性,第1個總是酪氨酸,最後2個是精氨酸和甘氨酸;V區,只有1個胺基酸,總是甘氨酸,無一例外;W區,由10個胺基酸組成,無論來源如何,第1個胺基酸總是脯氨酸;W區,由4個〜5個胺基酸組成;W區,由2個胺基酸組成,第1個胺基酸總是天門冬氨酸。
I型神經毒素同樣可以分成8個區段,由於該類毒素中多2個半胱氨酸,所以IV區又分為亞區,它們的特點為:I區,與I型毒素相同;I區由10個〜12個胺基酸組成,與I型毒素相比,各種屬間的同源性較差;m區,由5個〜6個胺基酸組成,同源性較强;W區,由18個胺基酸組成,其中IVt含5個胺基酸,第1比特總是酪氨酸,Wb含3個胺基酸,IV。含10個胺基酸,同源性較差;V區,是最保守的區域,無論哪種來源,其順序都是Ala-Ala-Thr;VI區,由10個胺基酸組成,第1個胺基酸總是脯氨酸;VI[區,含4個胺基酸,同源性很强;W區,由9個〜10個胺基酸組成,第1個胺基酸總是天門冬氨酸或天門冬醯胺。
除上述順序相似外,兩種神經毒素都是鹼性很强的蛋白質,這說明它們分子中含有較多的鹼性胺基酸,酸性胺基酸可能以醯胺的形式存在。另外,它們都含有豐富的蘇氨酸和絲氨酸,提示這些胺基酸在分子中可能形成大量的氫鍵。有趣的是突觸後神經毒素在結構上與膜毒素同源,它們來源於同一個祖先,而與突觸前神經毒素相差甚遠。錶3-15-1例舉了部分突觸後神經毒素、膜毒素和結構同源非毒素的一級結構比較。
從錶中可以看出,所有的神經毒素、膜毒素和非毒素有10個位置上胺基酸殘基相同,為Asn,這兩個蛋白質的Asn比特上的胺基酸可能在測定順序時遺失,使在這個位置上是相應的Asp。這些胺基酸(共11個)對所有蛋白質都是需要的,被稱為結構不變胺基酸。這裡還要說明的是25比特上的胺基酸,對神經毒素來說,這個位置是Thr,對於其他膜毒素和非毒素而言,該位置被與Thr性質相似的疏水胺基酸Phe保守地取代,這個位置上的胺基酸也可以認為是結構不變胺基酸。結構不變胺基酸或稱保守胺基酸是蛋白形成特定高級結構以及二硫鍵正確配對必需的。一個有趣的現象是,在二硫鍵的一端總有一個不變或保守胺基酸。可以設想一下,假如不是這樣,二硫鍵會不會按現在這種情況配對?如不按這樣配對,那麼神經毒素是否還具有活性?
假如把I型和II型神經毒素進行比較,可以發現有22個〜23個位置上的胺基酸相同,也就是說神經毒素有22個〜23個不變胺基酸,其中只有3個起功能基團的作用,其他胺基酸可能是維持結構必不可少$,由於它們的作用,使功能基團維持在最合適的空間位置上。一般認為,酶的活性位點只是少數胺基酸組成的,其他胺基酸維持空間結構,在這一點上酶和神經毒素相似。
在兩類突觸後神經毒素中都是不變的胺基酸,而膜毒素相應的位置上不是這些胺基酸殘基。經其他方面的測定知道,這三個不變胺基酸殘基在維持突觸後神經毒素的功能方面起重要作用,被稱為功能不變胺基酸。第31比特一般是天冬氨酸,現在發現有3個例夕蔔,分別是長鏈神經毒素LsII、短鏈神經毒素CM-10和CM-12,它們在31比特分別為天門冬醯胺、甘醯胺和甘氨酸。這3種毒素的毒性都很小,這種毒性下降的原因部分是由於31比特不是天門冬氨酸,部分由於其他部位的突變。1^327和LyS/Arg53這兩個位置上的胺基酸殘基一般也是高度保守的,但它們的正電荷可以被中和而不影響其活性,對於短鏈神經毒素而言,這兩個部位上的胺基酸是對修飾敏感的。形成二硫鍵的半胱氨酸都是些不變胺基酸,這一點是可以理解的,因為它們突變就會引起二硫鍵配對混亂,從而引起整個分子結構的改變。
以上所述的不變胺基酸適合於兩類神經毒素,有些位置上的不變胺基酸僅對短鏈神經毒素適用,它們是Ser3、Gki42、Arg43、Gly48、ValS2、Lys5^Gly56;適用於長鏈神經毒素的不變胺基酸有GlyiCyswCys^Lys^Ala^Thr^Sers:^Asp66。在所有不變胺基酸中,Gly所占的數量較大,Gly38在所有神經毒素中都是不變胺基酸,Gly44在神經毒素和非神經毒素中都為不變胺基酸;Gly2。在長鏈神經毒素中屬於不變胺基酸;Gly48*Gly56在短鏈神經毒素中屬於不變胺基酸,Gly48處在第2和第3個二硫鍵之間,這個位置上的胺基酸顯然不能有側鏈,因為引入了側鏈後立體結構會發生變化。
現在對神經毒素的順序問題仍有費解的地方,例如短鏈神經毒素的分子中有5個〜10個二肽片段的順序,其中常見的是Gln-Gln,Ser-Sei.和Thr-Thr,有時甚至出現三肽片段順序,Thr-Thr-Thr。這些重要序列一般出現在Cys3〜CySl7之間。長鏈神經毒素一般有2個〜3個重複序列,有一種長鏈毒素有4個重複序列,a-Bungarotoxin有10個重複序列。神經毒素的分子量較小,為什麼在較小的分子中出現如此多的重複序列,它們的作用是什麼現在無人能做出滿意的解釋。還有一個問題是,短鏈神經毒素在C-端總是Asn-Asn,這兩個胺基酸的前面是第8個半胱氨酸,而膜毒素在C-端只含Asn,人們一定會對這種現象感到驚奇。