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二硫键与蛋白质的结构

2015-2-1 17:29| 发布者: admin| 查看: 5651| 评论: 0

摘要: 文章来源:徐国恒. 二硫键与蛋白质的结构. 生物学通报. 2010, 45(5):5-7.

 

徐国恒  (北京大学医学部生理与病理生理系 北京 100191

摘 要  二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键,具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键 不同,二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要 。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问。

关键词  蛋白质  二硫键  高级结构  功能

二硫键(disulifide bond)即S-S键,是2个巯基被氧化而形成的-S-S-形式的硫原子间的共价键 。肽链上的2个半胱氨酸(cysteine,简称 Cys)残基的巯基基团,可发生氧化反应形成二硫键;伴随二硫键的形成,半胱氨酸残基转变为胱氨酸残基。二硫键对维持蛋白质的分子结构具有十分重要的作用。

1  链内二硫键和链间二硫键 

同一条肽链上的2个半胱氨酸残基之间形成的二硫键 ,称为链内二硫键,例如胰岛素A链内有1个二硫键。不同的肽链上的2个半胱氨酸之间可形成链间二硫键,例如胰岛素蛋白分子由AB 2条肽链组成,除了A链内部有1个链内二硫键外。A链和 B链之间也通过 2个二硫键连接在一起(图 1)。另外 ,免疫球蛋白 lgG的轻链和重链也是通过链间二硫键结合的。

2  二硫键的作用

二硫键对蛋白质的正确折叠和高级结构的形成与维持十分重要 。二硫键的形成迫使同一或不同肽链的不同区域的氨基酸残基向一起靠拢集合,由此肽链迅速折叠并形成稳定的空间拓扑结构,该区域的氨基酸残基数量是高度密集的;同时疏水氨基酸残基围绕着二硫键 ,可形成局部疏水中心,拒绝水分子进入肽的内部破坏氢键 。利于形成稳定的高级结构区域。由于二硫键可以桥接肽链的不同区域,有时候也被称为二硫桥(disulifide bridge)。  

3  二硫键是一个动态变化的化学键

二硫键由 2个巯基通过氧化反应生成。二硫键虽然是共价键,但并不十分牢靠。二硫键很容易被还原而断裂,断裂后可以再次氧化重新形成二硫键。因而,二硫键是可以动态变化的,只具有相对的稳定性,这一特征与氨基酸氮原子间形成的十分牢靠的共价键不同。许多蛋白质需要二硫键维持其特定的高级结构和生物学功能。当二硫键被断开还原为巯基基团时,蛋白质结构必然发生改变,可能完全或部分失去原有的生物功能。但有些蛋白质可能因为二硫键的还原,发生构象变化导致生物活性反而增强或出现新 的功能。无论是二硫键断裂或是二硫键重新形成,均可调节蛋白质执行某种特定的功能。