蛋白质结构与变性简谈

由Holger87 - 自己的作品，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20899169

上图为蛋白质四级结构的示意图

高分子的结构十分复杂：高分子的链结构可以分为近程结构与远程结构（亦即一级结构与二级结构），一级结构是指链的化学组成，而二级结构包括高分子的大小形态、构象、链的柔顺性；三级结构又称聚集态结构，描述高分子聚集体内部的分子堆砌；四级结构是在生物体内高分子所具有的更高级结构。

对于蛋白质来说，蛋白质的链是由肽键形成的，一级结构是多肽链的线性氨基酸序列，蛋白质变性不涉及这一结构；二级结构则是不同氨基酸的酰氧与氮氢基团之间的形成的氢键而成的结构，分为α折叠和β折叠，早在1951年，第一个蛋白质结构解出前7年，鮑林和他的同事就利用已知的键长和键角提出了α螺旋和β折叠的结构。蛋白质二级结构还包括转角、Loop和其他一些不常见的二级结构元素（如310螺旋等）；

由无法识别作者，根据版权声明推断作者为WillowW - 无法识别来源，根据版权声明推断为其自己的作品。CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1288160

从侧面看一个α螺旋，紫色细线表示氢键

由Olaf Lenz - The picture was created from the PDB structure 1DX0 using VMD: Humphrey, W., Dalke, A. and Schulten, K., "VMD - Visual Molecular Dynamics", J. Molec. Graphics, 1996, vol. 14, pp. 33-38 by Olaf Lenz，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=225980

两条反平行的β链所形成的β折叠，虚线表示氢键，箭头表示从氨基端到羧基端的方向

三级结构是通过多个二级结构元素在三维空间的排列所形成的一个蛋白质分子的三维结构，三级结构的形成驱动力通常是疏水残基的包埋，但其他相互作用，如氢键、离子键和二硫键等同样也可以稳定三级结构；蛋白质四级结构是由两个或多个多肽链通过相互作用形成的结构。其中，单独的一条链就被称为亚基，亚基之间不一定要共价连接，但有一些亚基之间是通过二硫键来连接的。不是所有的蛋白质都有四级结构，许多蛋白可以以单体形式来发挥功能。蛋白质四级结构的稳定性与其三级结构处于同一水平。

由RMADLA - 自己的作品，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24606372

图上半部分为蛋清在加热下变性凝固的过程，下半部分为对蛋白质（微观）变性的概念类比演示。

变性（Denaturation）在生物化学中是指蛋白质或核酸受到某些理化因素的作用，其高级结构发生破坏从而丧失生物活性的现象，变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次级键，二硫键的破坏，并不涉及一级结构的变化。变性蛋白质和天然蛋白质最明显的区别是溶解度降低，同时蛋白质的粘度增加，结晶性破坏，生物学活性丧失，易被蛋白酶分解。

能使蛋白质变性的化学方法有加强酸、强碱、重金属盐、尿素、丙酮等；能使蛋白质变性的物理方法有加热、紫外线及X射线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。重金属盐使蛋白质变性，是因为重金属阳离子可以和蛋白质中游离的羧基形成不溶性的络合物；强酸、强碱使蛋白质变性，是因为强酸、强碱可以使蛋白质中的氢键断裂，也可以和游离的氨基或羧基形成盐；尿素、乙醇、丙酮等，它们可以提供自己的羟基或羰基上的氢或氧去形成氢键，从而破坏了蛋白质中原有的氢键，使蛋白质变性；加热、紫外线照射、剧烈振荡等物理方法使蛋白质变性，主要是破坏蛋白质分子中的氢键。

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变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，变性的可逆变化称为复性（Renaturation）。例如胃蛋白酶加热至80～90℃时，失去溶解性，也无消化蛋白质的能力，如将温度再降低到37℃，则又可恢复溶解性和消化蛋白质的能力。

1.何曼君，张红东，陈维孝，董西侠(2006).高分子物理(第三版).复旦大学出版社

2.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%9B%8B%E7%99%BD%E8%B4%A8%E7%BB%93%E6%9E%84

3.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%98%E6%80%A7_(%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%8C%96%E5%AD%A6)

4.https://baike.baidu.com/item/%E8%9B%8B%E7%99%BD%E8%B4%A8%E5%8F%98%E6%80%A7