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蛋白质的结构与功能制作人：韩晗StructureandFunctionofprotein蛋白质的结构蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。二级结构：蛋白质分子局区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。三级结构：蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的空间构象。四级结构：多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维结构。用约20种氨基酸作原料，在细胞质中的核糖体上，将氨基酸分子互相连接成肽链。一个氨基酸分子的氨基，脱去一分子水而连接起来，这种结合方式叫做脱水缩合。通过缩合反应，在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键。由肽键连接形成的化合物称为肽。蛋白质结构模型蛋白质的功能1．构造人的身体：蛋白质是一切生命的物质基础，是机体细胞的重要组成部分，是人体组织更新和修补的主要原料。人体的每个组织：毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成，所以说饮食造就人本身。蛋白质对人的生长发育非常重要。比如大脑发育的特点是一次性完成细胞增殖，人的大脑细胞的增长有二个高峰期。第一个是胎儿三个月的时候；第二个是出生后到一岁，特别是0---6个月的婴儿是大脑细胞猛烈增长的时期。到一岁大脑细胞增殖基本完成，其数量已达成人的9/10。所以0到1岁儿童对蛋白质的摄入要求很有特色，对儿童的智力发展尤关重要。2．结构物质：人的身体由百兆亿个细胞组成，细胞可以说是生命的最小单位，它们处于永不停息的衰老、死亡、新生的新陈代谢过程中。例如年轻人的表皮28天更新一次，而胃黏膜两三天就要全部更新。所以一个人如果蛋白质的摄入、吸收、利用都很好，那么皮肤就是光泽而又有弹性的。反之，人则经常处于亚健康状态。组织受损后，包括外伤，不能得到及时和高质量的修补，便会加速肌体衰退。3．载体的运输：维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的。可以在体内运载各种物质。比如血红蛋白—输送氧（红血球更新速率250万/秒）、脂蛋白——输送脂肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白等。4.维持机体内的渗透压的平衡及体液平衡：白蛋白。5．维持体液的酸碱平衡。6．抗体的免疫：有白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等。七天更新一次。当蛋白质充足时，这个部队就很强，在需要时，数小时内可以增加100倍。7．酶的催化：构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。我们身体有数千种酶，每一种只能参与一种生化反应。人体细胞里每分钟要进行一百多次生化反应。酶有促进食物的消化、吸收、利用的作用。相应的酶充足，反应就会顺利、快捷的进行，我们就会精力充沛，不易生病。否则，反应就变慢或者被阻断。8．激素的调节：具有调节体内各器官的生理活性。胰岛素是由51个氨基酸分子合成。生长素是由191个氨基酸分子合成。9．构成神经递质乙酰胆碱、五羟色氨等。维持神经系统的正常功能：味觉、视觉和记忆。10．胶原蛋白：占身体蛋白质的1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑（在大脑脑细胞中，很大一部分是胶原细胞，并且形成血脑屏障保护大脑）11．能源物质：提供生命活动的能量。1.虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密，但结构与功能的这种关联亦若隐若现，并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在。无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙”模型(“lock—key”model)和50多年前Koshand提出的诱导契合模型(inducefitmodel)作为蛋白质实现功能的理论基础。这2个略显粗糙的模型只是认为蛋白质执行功能的部位局限在结构中的一个或几个小区域内，此类区域通常是蛋白质表面上的凹洞或裂隙。这种凹洞或裂隙被称为“活性部位(activesite)”或“别构部位（fallostericsite）”，凹陷部位与配体分子在空间形状和静电上互补。2.此外，在酶的活性部位中还存在着几个作为催化基团(catalyticgroup)的氨基酸残基。对蛋白质未来的研究应从实验基本数据的归纳和统计入手，从原始的水平上发现蛋白质的潜藏机制【1】。蛋白质结构与功能关系的研究主要是以力求刻画蛋白质的3D结构的几何学为基础的。蛋白质结构既非规则的几何形，又非完全的无规线团(randomcoil)，而是有序(α一螺旋和β一折叠)与无序(线团或环域loop)的混合体。理解蛋白质3D结构的技巧是将结构简化，只保留某种几何特征或拓扑模式，并将其数字化。探求数字中所蕴含的规律，且根据这一规律将蛋白质进行分类，再将分类的结构与蛋白质的功能进行比较，以检验蛋白质抽象结构的合理性。如果一种对蛋白质结构的简化、比较和分类能与蛋自质的功能有较好地对应关系，那么这就是一种对蛋白质结构的有价值的理解。蛋白质结构中，多种弱力(氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用、堆积力等)和可逆的二硫键使多肽链折叠成特定的构象。3.从某种意义上说，共价键维系了蛋白质的一级结构；主链上的氢键维系了蛋白质的二级结构；而氨基酸侧链的相互作用和二硫桥维系着蛋白质的三级结构。亚基(subunit)内部的侧链相互作用是构象稳定的基础，蛋白质链之间的侧链的相互作用是亚基组装(四级结构)的基础，而蛋白质中侧链与配体基团问的相互作用是蛋白质行使功能的基础。在蛋白质合成过程中还需有形成空间结构的控制因子，称为分子伴侣(molecularchaperons)。在蛋白质合成时，尚未折叠的肽段有许多疏水基团暴露在外，因此具有分子内或分子间聚集的倾向，从而影响蛋白质的正确折叠。分子伴侣可以与未折叠的肽段进行可逆的结合，引导肽链的正确折叠，并集合多条肽链成为较大的结构。例如，热休克蛋白就是分子伴侣的一个家族。蛋白质一定的结构执行一定的功能，功能不同的蛋白质总是有不同的序列；一级结构相似的蛋白质，其空间构象和功能也相近；若一级结构变化，蛋白质的功能将发生很大的变化。4.例如，哺乳动物胰岛素分子结构都是由A链和B链构成，且二硫键配对和一级结构均相似，它们都执行相同的调节血糖代谢等功能。比较来源不同的胰岛素的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构却总是相同。不同种属来源的胰岛素，其一级结构的差异可能是分子进化的结果。细胞色素C是研究蛋白质一级结构的种属差异与分子进化的又一例证。不同来源的细胞色素C功能相同，即参加线粒体呼吸链的组成，并在细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶之间传递电子。比较60种不同种属来源细胞色素C的一级结构，其中有些氨基酸残基易变，但却有27个氨基酸残基不变。这27个不变的氨基酸残基是保证结合血红素、识别与结合细胞色素氧化酶和细胞色素还原酶、维持构象和传递电子所必需的。若蛋白质的—级结构发生变化影响其正常功能，进一步引起疾病，被称为分子病。镰状红细胞贫血症就是分子病典型的例子。目前已知数千种分子病与某些蛋白质的分子结构改变有关。5.蛋白质是生物体各种功能的执行者，同时也是生物体结构的构建者，蛋白质只有正确折叠并形成相应的高级结构，才能正常行使其生物学功能，因此蛋白质结构的研究一直是生物学领域的热点，蛋白质的一级结构决定其高级结构和功能。参考文献：1黄积涛.蛋白质结构、运动、功能.天津大学博士学位论文.20022胡敏.蛋白质结构的空间分布特征研究.浙江大学博士学位论文.20083韦日生、王佩蓉、尹长城.骨骼肌内质网Ca离子泵装运Ca离子的结构基础.生物化学与生物物理进展.20064董彩华、王志强、王延枝.大豆液泡膜H+-ATPase功能与构象关系的初步研究.生物化学[1]张部昌.生物化学.合肥：安徽教育出版社，2010.6.[2]王镜岩，朱圣庚，徐长发.生物化学.第三版.北京：高等教育出版社，2002.[3]王希成.生物化学.北京：清华大学出版社，2001.[4]王克夷.蛋白质导论.北京：教育出版社，2007.[5]余瑞元.生物化学.北京：北京大学出版社，2007.[6]王金胜，王冬梅，等.生物化学.北京：科学出版社，2007.[1]廉德君许根俊蛋白质结构与功能中的结构域生物化学与生物物理进展.1997,24(6).-482-486[2]郑集普通化学高教出版社[3]张庭芳生物化学（工科类）化工出版社[4]王镜岩，朱圣庚，徐长法主编，生物化学，北京：高等教育出版社。ISBN7-04-011088-1，2002年9月第三版。[5]夏其昌主编，蛋白质化学研究技术与进展，北京：科学出版社，ISBN7-03-005806-2，科技新书目：423-284。1997年10月第一版。[6]王林嵩．生物化学实验技术[M]．北京：科学出版社，2001,29—32谢谢观赏