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蛋白质分子的结构与功能

2015-5-27 16:11| 发布者: admin| 查看: 1982| 评论: 0

摘要: 徐国恒. 蛋白质分子的结构与功能. 生物学通报, 2010,45(3):24-25.
 

徐国恒(北京大学医学部生理与病理生理系北京100191

摘 要:讨论蛋白质分子的结构特征。蛋白质分子是由约20种氨基酸残基组成的多肽。蛋白质的分子结构有4个层次,即一级、二级、三级和四级结构。蛋白质分子高度有序的结构是其执行特定生理功能基础。

关键词: 蛋白质   结构       功能

中国图书分类号:Q51          文献标识码:A

 

  在生命体内,蛋白质分子是由约20种氨基酸残基组成的单链或多链多肽。通常,把含50个氨基酸残基以上者称为蛋白质,含50个氨基酸残基以下者则常常被称为多肽(polypeptide)。

1 蛋白质分子的结构层次

  蛋白质具有特定和高度有序的结构。蛋白质的分子结构有4个层次,即一级、二级、三级和四级结构。

一级结构是指蛋白质肽链中的氨基酸共价结合的排列顺序,是最基本的结构。二级结构是指肽链骨架原子即氨基氮和碳原子的相对空间位置,主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲,并不涉及侧链基团的构象。由于分子量很大,一个蛋白质分子可含有多个或多种二级结构。三级结构是指肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,包括每一个原子在三维空间的排列位置。三级结构的形成和稳定主要靠非共价键,包括疏水键、离子键(盐键)、氢键和范德华引力等。例如,疏水性氨基酸的侧链疏水基团,具有避开水分子,相互聚集并将自身藏于蛋白质分子内部的自然趋势,这种结合力叫疏水键,帮助蛋白分子内部形成疏水区域。

  由单条肽链形成的蛋白质只有一级、二级和三级结构。然而,细胞内许多蛋白质分子含有2条或多条肽链才能全面地执行功能,单独的1条肽链一般没有生物学功能。每条肽链都有完整的三级结构,称为蛋白质的亚基(subunit)。这种蛋白质分子的各个亚基的空间位置及亚基接触部位的布局,即是蛋白质的四级结构。在四级结构中,各亚基间的结合与维持力主要是氢键和离子键等非共价键,但有时共价键对2个亚基的连接也起十分重要的作用。例如,胰岛素蛋白分子由AB2条肽链组成,除了A链内部有1个二硫键,A链和B链之间也通过2个二硫键连接在一起);免疫球蛋白的轻链(亚基)和重链(亚基)之间的结合,也是靠链间二硫键实现的。

蛋白质的二级、三级和四级结构,统称为高级结构或空间构象(conformation),是蛋白质功能多样性的结构基础。一级结构可理解为氨基酸排列的一维线性结构,高级结构可理解为蛋白质分子中各个基团的三维空间结构。与稳固的一级结构不同,蛋白质的高级结构只具有相对的稳定性,可以发生程度不等的变化,导致蛋白质构象改变,从而可使蛋白质正在执行的生理功能发生变化。