蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系
蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和其性質(zhì)及生理功能的關(guān)系也十分密切。不同的蛋白質(zhì)，正因?yàn)榫哂胁煌目臻g結(jié)構(gòu)，因此具有不同的理化性質(zhì)和生理功能。如指甲和毛發(fā)中的角蛋白，分子中含有大量的α-螺旋二級結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)穩(wěn)定堅(jiān)韌又富有彈性，這是和角蛋白的保護(hù)功能分不開的；而膠原蛋白的三股π螺旋平行再幾股擰成纜繩樣膠原微纖維結(jié)構(gòu)，使其性質(zhì)穩(wěn)定而具有強(qiáng)大的抗張力作用，因此是組成肌腱、韌帶、骨骼和皮膚的主要蛋白質(zhì)；絲心蛋白正因?yàn)榉肿又懈缓?片層結(jié)構(gòu)，因此分子伸展，蠶絲柔軟卻沒有多大的延伸性。事實(shí)上不同的酶，催化不同的底物起不同的反應(yīng)，表現(xiàn)出酶的特異性，也是和不同的酶具有各自不相同且獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。
又如細(xì)胞質(zhì)膜上一些蛋白質(zhì)是離子通道，就是因?yàn)樵谄涠嚯逆溨械囊恍│?螺旋或β－折疊二級結(jié)構(gòu)中，一側(cè)多由親水性氨基酸組成，而另一側(cè)卻多由疏水性氨基酸組成，因此是具有“兩親性”（amphipathic）的特點(diǎn)，幾段α-螺旋或β-折疊的親水側(cè)之間就構(gòu)成了離子通道，而其疏水側(cè)，即通過疏水鍵將離子通道蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞質(zhì)膜上。載脂蛋白也具有兩親性，既能與血漿中脂類結(jié)合，又使之溶解在血液中進(jìn)行脂類的運(yùn)輸。
兩親性使蛋白質(zhì)間形成二聚體也十分重要。
具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，尚有重要的別構(gòu)作用（allosteric effect），又稱變構(gòu)作用。別構(gòu)作用是指一些生理小分子物質(zhì)，作用于具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，與其活性中心外別的部位結(jié)合，引起蛋白質(zhì)亞基間一些副鍵的改變，使蛋白質(zhì)分子構(gòu)象發(fā)生輕微變化，包括分子變得疏松或緊密，從而使其生物活性升高或降低的過程。具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的別構(gòu)作用，其活性得到不斷調(diào)正，從而使機(jī)體適應(yīng)千變?nèi)f化的內(nèi)、外環(huán)境，因此推斷這是蛋白質(zhì)進(jìn)化到具有四級結(jié)構(gòu)的重要生理意義之一。
血紅蛋白運(yùn)氧中也有別構(gòu)作用：當(dāng)血紅蛋白分子第一個亞基與氧結(jié)合后，該亞基構(gòu)象的輕微改變，可導(dǎo)致4個亞基間鹽鍵的斷裂，使亞基間的空間排布和四級結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微改變，血紅蛋白分子從較緊密的T型轉(zhuǎn)變成較松弛的R型構(gòu)象，從而使血紅蛋白其他亞基與氧的結(jié)合容易化，產(chǎn)生了正協(xié)同作用，呈現(xiàn)出與肌紅蛋白不同的“S”形氧解離曲線，完成其更有效的運(yùn)氧功能（圖2－21）。氧對生命十分重要，但氧又難溶于水，生物進(jìn)化到脊椎動物，產(chǎn)生了血紅蛋白與肌紅蛋白，尤其是血紅蛋白具有四級結(jié)構(gòu)和別構(gòu)作用，使之能更有效地完成運(yùn)氧功能。它就像撕一張四聯(lián)郵票，當(dāng)撕第一張時較費(fèi)力，但撕第二、三張時就容易些了，當(dāng)撕到第四張郵票時幾乎可以不費(fèi)力氣一樣，即血紅蛋白變構(gòu)到第四個亞基與氧的結(jié)合時就更容易了（圖2－22）。當(dāng)然，血紅蛋白是由四個亞基聚合而成的蛋白質(zhì)，在變構(gòu)中亞基是絕對不能分開的，只是整個構(gòu)象的改變。
蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和其性質(zhì)及生理功能的關(guān)系也十分密切。不同的蛋白質(zhì)，正因?yàn)榫哂胁煌目臻g結(jié)構(gòu)，因此具有不同的理化性質(zhì)和生理功能。如指甲和毛發(fā)中的角蛋白，分子中含有大量的α-螺旋二級結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)穩(wěn)定堅(jiān)韌又富有彈性，這是和角蛋白的保護(hù)功能分不開的；而膠原蛋白的三股π螺旋平行再幾股擰成纜繩樣膠原微纖維結(jié)構(gòu)，使其性質(zhì)穩(wěn)定而具有強(qiáng)大的抗張力作用，因此是組成肌腱、韌帶、骨骼和皮膚的主要蛋白質(zhì)；絲心蛋白正因?yàn)榉肿又懈缓?片層結(jié)構(gòu)，因此分子伸展，蠶絲柔軟卻沒有多大的延伸性。事實(shí)上不同的酶，催化不同的底物起不同的反應(yīng)，表現(xiàn)出酶的特異性，也是和不同的酶具有各自不相同且獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。
又如細(xì)胞質(zhì)膜上一些蛋白質(zhì)是離子通道，就是因?yàn)樵谄涠嚯逆溨械囊恍│?螺旋或β－折疊二級結(jié)構(gòu)中，一側(cè)多由親水性氨基酸組成，而另一側(cè)卻多由疏水性氨基酸組成，因此是具有“兩親性”（amphipathic）的特點(diǎn)，幾段α-螺旋或β-折疊的親水側(cè)之間就構(gòu)成了離子通道，而其疏水側(cè)，即通過疏水鍵將離子通道蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞質(zhì)膜上。載脂蛋白也具有兩親性，既能與血漿中脂類結(jié)合，又使之溶解在血液中進(jìn)行脂類的運(yùn)輸。
兩親性使蛋白質(zhì)間形成二聚體也十分重要。
具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，尚有重要的別構(gòu)作用（allosteric effect），又稱變構(gòu)作用。別構(gòu)作用是指一些生理小分子物質(zhì)，作用于具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，與其活性中心外別的部位結(jié)合，引起蛋白質(zhì)亞基間一些副鍵的改變，使蛋白質(zhì)分子構(gòu)象發(fā)生輕微變化，包括分子變得疏松或緊密，從而使其生物活性升高或降低的過程。具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的別構(gòu)作用，其活性得到不斷調(diào)正，從而使機(jī)體適應(yīng)千變?nèi)f化的內(nèi)、外環(huán)境，因此推斷這是蛋白質(zhì)進(jìn)化到具有四級結(jié)構(gòu)的重要生理意義之一。
血紅蛋白運(yùn)氧中也有別構(gòu)作用：當(dāng)血紅蛋白分子第一個亞基與氧結(jié)合后，該亞基構(gòu)象的輕微改變，可導(dǎo)致4個亞基間鹽鍵的斷裂，使亞基間的空間排布和四級結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微改變，血紅蛋白分子從較緊密的T型轉(zhuǎn)變成較松弛的R型構(gòu)象，從而使血紅蛋白其他亞基與氧的結(jié)合容易化，產(chǎn)生了正協(xié)同作用，呈現(xiàn)出與肌紅蛋白不同的“S”形氧解離曲線，完成其更有效的運(yùn)氧功能（圖2－21）。氧對生命十分重要，但氧又難溶于水，生物進(jìn)化到脊椎動物，產(chǎn)生了血紅蛋白與肌紅蛋白，尤其是血紅蛋白具有四級結(jié)構(gòu)和別構(gòu)作用，使之能更有效地完成運(yùn)氧功能。它就像撕一張四聯(lián)郵票，當(dāng)撕第一張時較費(fèi)力，但撕第二、三張時就容易些了，當(dāng)撕到第四張郵票時幾乎可以不費(fèi)力氣一樣，即血紅蛋白變構(gòu)到第四個亞基與氧的結(jié)合時就更容易了（圖2－22）。當(dāng)然，血紅蛋白是由四個亞基聚合而成的蛋白質(zhì)，在變構(gòu)中亞基是絕對不能分開的，只是整個構(gòu)象的改變。