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　　有些蛋白质仅由一条多肽链构成，如溶菌酶和肌红蛋白，这些蛋白质称为单体蛋 白质(monomeric protein)。有些蛋白质是由两条或多条多肽链构成，如血红蛋白（两 条a链和两条B链)和己糖激酶(4条a链)，这些蛋白质称为寡聚(oligomeric)或 多聚(multimeric)蛋白质；其中每条多肽链称为亚基或亚单位(subunit),亚基之间 通过非共价键相互缔合。如果把这些寡聚蛋白质看作一个分子，那么蛋白质相对分子 质量可达百万，例如谷氨酰胺合成酶(12个亚基)，相对分子质量600×103。如果连同 辅基也算进去，像烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)由2130个亚基和一条 RNA链构成的超分子复合体(supramolecular complex),其相对分子质量约为400x103。这些寡聚蛋白质或复合体虽然不是由共价键连接成的整体分子，而在一定条件下可以解离成它们的亚基，但是它们在生物体内是相当稳定的，可以从细胞或组织中以均一的甚至结晶的形式分离出来，并且有一些蛋白质只有以这种寡聚蛋白质的形式存在，其活性才能得到或充分得到表现。

　　在许多钙结合蛋白分子中通常有一个结合钙离子的模块，它由螺旋一环-螺旋 三个肽段组成（图2-12a),在环中有几个恒定的亲水侧链，侧链末端的氧原子通过氢 键而结合钙离子。近年发现的锌指结构(zinc finger)也是一个常见的模块例子。此模 块由一个a螺旋和两个反平行的3折叠三个肽段组成（图2-12b)。它形似手指，具 有结合锌离子的功能。此模块的N端有一对半胱氨酸残基，C端有一对组氨酸残基， 此四个残基在空间上形成一个洞穴，恰好容纳一个Zn2+。由于Zn2+可稳固模块中ax 螺旋结构，致使此Q螺旋能镶嵌于DNA的大沟中，因此含锌指结构的蛋白质都能与 DNA或RNA结合。可见模块的特征性空间构象是其特殊功能的结构基础。有些蛋白 质的模块含有几个氨基酸残基，例如纤连蛋白中能与其受体结合的肽段，只是RGD 三肽。

　　结构域(domain)是位于超二级结构和三级结构间的一个层次。结构域是在蛋白 质的三级结构内的独立折叠单元，通常都是几个超二级结构单元的组合。在较大的蛋 白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个 相对独立的致密三维实体，即结构域。结构域与分子整体以共价键相连，一般难以分 离，这是它与蛋白质亚基结构的区别。一般每个结构域由100~200个氨基酸残基组成， 各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。如免疫球蛋白(IgG)由12个结构 域组成，其中两个轻链上各有2个，两个重链上各有4个；补体结合部位与抗原结合 部位处于不同的结构域（图2-13）。一般说，较小蛋白质的短肽链如果仅有1个结构 域，则此蛋白质的结构域和三级结构即为同一结构层次。较大的蛋白质为多结构域， 它们可能是相似的，也可能是完全不同的。

　　蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间 位置，也就是分子中所有原子在三维空间的排布位置。这是具有二级结构、超二级结 构或结构域的一条多肽链，由于其序列上相隔较远的氨基酸残基侧链的相互作用，而 进行范围更广泛的盘曲与折叠，形成包括主、侧链在内的空间排列，构成结构紧密的 三级结构（图2-14）。已知球状蛋白质的三级结构具有某些共同特征，如分子中含有 多种二级结构元件（包括螺旋、β折叠、β转角和无规卷曲等）；球状蛋白折叠成球 状或椭球状；球状蛋白三维结构有明显的折叠层次，即在一级结构相邻的二级结构需 在三级结构中彼此靠近并形成超二级结构，进一步折叠成相对独立的三维空间结构； 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露于分子表面。

　　生物体中有许多蛋白质是以无活性的蛋白质原的形式在体内合成、分泌。这些肽 链只有以特定的方式断裂后，才呈现出它的生物学活性。这是生物体内一种自我保护 及调控的重要方式，是在长期生物进化过程中发展起来的，也是蛋白质分子结构与功 能高度统一的表现。这类蛋白质主要包括消化系统中的一些蛋白水解酶、蛋白激素和 参与血液凝固作用的一些蛋白质分子等。除酶原外，还发现许多蛋白质（如蛋白类激 素)在体内往往以前体形式贮存，这些蛋白质前体无活性或活性很低。研究已发现分 泌性蛋白质除含有特征性的信号肽外，几乎所有的蛋白质都有其前体，即原蛋白 (proprotein),含有前导肽或插入肽，这些需最终切除的肽段是在蛋白质生物合成过程 中生成转运以及形成独特生理活性所需的空间结构所必需的。但一旦其相应的功能完 成，肽段便被切除。如胰岛素的前体是胰岛素原，猪胰岛素原是由84个氨基酸残基组 成的一条多肽链，其活性仅为胰岛素活性的10%。在体内胰岛素原经两种专一性水解 酶的作用，将肽链的31、32和62、63位的四个碱性氨基酸残基切掉，结果生成一分子 C肽(29个氨基酸残基)和另一分子由A链(21个氨基酸残基)同B链(30个氨基 酸残基)两条多肽链经两对二硫键连接的胰岛素分子。胰岛素分子具有特定的空间结 构，从而表现其完整的生物活性。胰岛素在合成过程中除有一段信号肽外，合成完毕 未修饰前还有一段C肽。含信号肽和肽的胰岛素前体叫做前胰岛素原(preproinsulin);前胰岛素原在内质网腔切除信号肽后叫做胰岛素原(proinsulin);胰 岛素原切除A、B链间的C肽后才形成有活性的胰岛素（图2-19）。

　　一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化， 导致其生物学功能的改变，称为蛋白质的变构效应(allosteric effect)或别构作用。变 构效应是蛋白质表现其生物学功能的一种普遍而十分重要的现象，也是调节蛋白质生 物学功能极有效的方式。研究表明，相对分子质量较大的(55×10^3)蛋白质多为具 有四级结构的多聚体。具有四级结构的酶或蛋白质常处于某些代谢通路的关键部位， 所以具有调节整个反应过程的作用，它们常是通过多聚体的变构作用而实现的。组成 蛋白质的各个亚基共同控制着蛋白质分子完整的生物活性，并对信息（变构效应物） 做出反应，信息与一个亚基的结合可传递到整个蛋白质分子，这个传递是通过亚基构 象的改变而实现的。如血红蛋白是由α11和224个亚基构成的四级结构，其一个亚 基构象的变化可以影响其他亚基与氧的结合。在Hb未结合O2时，Hb的a1B1和a2B2 呈对角排列，结构较为紧密，称为紧张态(T态)，T态的H与O2亲和力小，随着O2 的结合，4个亚基羧基末端之间的盐键断裂，使4个亚基的结构发生变化，结构变为松 弛态(R态)，通过与O2的逐个结合完成H的构象从T态变成R态，这是一种典型 的变构效应。变构效应不仅发生在H阳与O2之间，一些酶与变构剂的结合，配体与受 体的结合也存在变构效应，所以变构效应是具有普遍生物学意义的蛋白质变构现象。

　　疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经的退行性病 变，这类疾病具有传染性、遗传性或散在发病的特点，其在动物间的传播是由PrP组 成的传染性颗粒（不含核酸）完成的。PP是染色体基因编码的蛋白质。正常动物和 人的PrP为相对分子质量33×103~35×103的蛋白质，其水溶性强、对蛋白酶敏感，二 级结构为多个a螺旋，称为PPC。富含a螺旋的PPC在某种未知蛋白质的作用下可 转变成全为B折叠的PrP致病分子，称为PrPSc。但PrPC和PrPSc两者的一级结构完 全相同。可见PrPC转变成PrPSc涉及蛋白质分子a螺旋重新排布成B折叠的过程。外 源或新生的PrPSc可以作为模板，通过复杂的机制使仅含a螺旋的PrPC重新折叠成为 仅含B折叠的PrPSc。PPSc对蛋白酶不敏感，水溶性差，而且对热稳定，可以相互聚 集，最终形成淀粉样纤维沉淀而致病。所以疯牛病是一种蛋白质构象疾病。

　　总之，构象熵变化（△S链）是阻碍折叠，而疏水熵变化（△S溶剂）和分子内侧链 相互作用引起的总焓变化（△H链+△H溶剂）是有利于折叠。对于一个典型的蛋白质来 看，对折叠结构的稳定性做出单项最大贡献的是疏水残基引起的熵变化（△S溶剂）。对 所有蛋白质其结果是一样的，则在生理条件下，折叠结构是自由能最低的构象，因此 肽链的折叠是自发过程。显然蛋白质折叠不是通过“随机搜索”找到自由能最低的构 象，但蛋白质折叠途径中可以形成一系列特殊的部分折叠的中间产物，最终生成天然 蛋白质的特定三维结构。对于从核糖体上合成出来的新生肽链其折叠在合成早期就已 开始，而不是合成完成之后才开始的。在蛋白质翻译过程，随着肽链的延伸同时进行 折叠，又不断进行构象的调整；先形成的结构会作用于后合成的肽链的折叠，而后形 成的结构又会影响前面已经形成的结构的调整，因此在肽链延伸过程中形成的结构往 往不一定是最终功能蛋白中的结构。这样，新生肽链的合成、延伸、折叠、构象调整， 直到最终三维结构的形成，是一个同时进行着的、协调的动态过程，显然这与一条变 性伸展的完整肽链的重折叠的情况是完全不同的。也就是说在蛋白质合成过程中，肽 链边延伸边折叠，而已经合成的肽段的空间结构可以随肽链的继续延伸进行不断调整， 这一调整过程直到肽链合成终了，并在共价化学修饰也完成之后才最后结束。所以说， 折叠是在肽链合成到一定长度时，即已开始，在转译过程全部完成之后才结束。

　　1.变性的本质 蛋白质变性的学说最早由中国生化学家吴宪(1931年)提出，他 认为天然蛋白质分子受环境因素的影响，从有规则的紧密结构变为无规则的松散状态， 即变性作用。由于研究技术特别是射线衍射技术的应用，使对蛋白质变性的研究从 变性现象的观察、分子形状的改变，深入到分子构象变化的分析。现代分析研究的结 果表明，由于蛋白质分子空间构象的形成与稳定的基本因素是各种次级键，蛋白质变 性作用的本质是破坏了形成与稳定蛋白质分子空间构象的次级键从而导致蛋白质分子 空间构象的改变或破坏，而不涉及一级结构的改变或肽键的断裂。生物活性的丧失是 变性的主要表现，这说明了变性蛋白质与天然分子的根本区别。构象的破坏是蛋白质 变性的结构基础。

　　4.变性作用的意义 蛋白质的变性作用不仅对研究蛋白质的结构与功能方面有重 要的理论价值，而且对药品生产和应用亦有重要的指导作用。实践中对蛋白质的变性 作用有不同的要求，有时必须尽力避免，而有时则必须充分利用。如乙醇（酒精）、紫 外线消毒，高温、高压灭菌等是使细菌蛋白变性而失去活性；中草药有效成分的提取 或其注射液的制备也常用变性的方法（加热、浓乙醇等）除去杂蛋白；在制备有生物 活性的酶、蛋白质、激素或其他生物制品（疫苗、抗毒素等）时，要求所需成分不变 性，而不需要的杂蛋白应使其变性或沉淀除去。此时，应选用适当的方法，严格控制 操作条件，尽量防止所需蛋白质的变性。有时还可加些保护剂、抑制剂等以增强蛋白 质的抗变性能力。

　　1.中性盐沉淀反应蛋白质溶液中加入中性盐后，因盐浓度的不同可产生不同的 反应。低盐浓度可使蛋白质溶解度增加，称为盐溶作用。因为低盐浓度可使蛋白质表 面吸附某种离子，导致其颗粒表面同性电荷增加而排斥加强，同时与水分子作用也增 强，从而提高了蛋白质的溶解度；高盐浓度时，因破坏蛋白质的水化层并中和其电荷， 促使蛋白质颗粒相互聚集而沉淀，这称为盐析作用。不同蛋白质因分子大小、电荷多 少不同，盐析时所需盐的浓度各异。混合蛋白质溶液可用不同的盐浓度使其分别沉淀， 这种方法称为分级沉淀。常用的无机盐有(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4等。本法的主 要特点是沉淀出的蛋白质不变性，因此本法常用于酶、激素等具有生物活性蛋白质的 分离制备。

　　(2)抗体(antibody,Ab) 近年来随着对抗体理化性质、结构及免疫化学的深 入研究，将具有抗体活性以及化学结构与抗体相似的球蛋白统称免疫球蛋白 (immunoglobulin,Ig)。应注意到抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白不一定是抗体。 即抗体是生物学和功能的概念，而免疫球蛋白是化学结构的概念。抗体具有高度特异 性，它仅能与相应抗原发生反应，抗体的特异性取决于抗原分子表面的特殊化学基团 称为抗原决定簇(antigenic determinant)。各抗原分子具有许多抗原决定簇。因此，由 它免疫动物所产生的抗血清实际上是多种抗体的混合物，称为多克隆抗体(polyclonal antibodies)。用这种传统的方法制备抗体，其效价不稳定而产量有限，要想将这些不同 抗体分离纯化是极其困难的。单克隆抗体(monoclonal antibody,McAb)是针对一个抗原决定簇、又是由单一的淋巴细胞克隆产生的抗体。它是结构和特异性完全相同的高纯度抗体。制备单克隆抗体是采用淋巴细胞杂交瘤技术。单克隆抗体具有高度特异性、均一性，又有来源稳定可大量生产等特点，这为抗体的制备和应用提供了全新 的手段，同时还促进了生命科学领域里众多学科的发展。