第二章蛋白质生物化学 蛋白质生物化学研究的是蛋白质的结构、性质、和功能及结构与功能的关系 生物体最重要的组成物质是蛋白质和核酸。核酸是遗传大分子,负责遗传信息的储 存与传递。蛋白质是功能大分子,是生物体的结构、性质与功能的具体体现者。例 如:遗传信息的复制、传递和表达要依靠各种蛋白质才能完成;细胞的骨架是由许 多种蛋白质构成的三维网状结构,而细胞的各种生命活动都是在细胞骨架上进行 的:生命的运动依赖于各种运动蛋白:氧的运输要靠血红蛋白来完成;动物体对疾 病的抵抗力是由免疫球蛋白执行的;细胞能够认识“自己”与“非己”,是靠糖蛋 白的特殊功能:机体的代谢活动要依赖各种酶和激素来完成,酶是蛋白质,激素中 有相当一部分是肽类。可见蛋白质在生命活动中无所不在,无时无刻不在发挥着重 要功能。近年来发现的羊的瘙痒病( Scrapie)的病因是一种最简单的具有感染性的 蛋白因子( Prion)引起的,它是比类病毒还小的微生物,未检査出其含有核酸物 质,而只是一种蛋白质颗粒。这是值得人们思考的问题。 要研究蛋白质的功能,首先必须深入了解它们的结构,特别是空间结构(三维 结构),因为结构决定功能,生命物质的功能和它的结构二者是统一的,有什么样 的结构必有什么样的功能,反之亦然。例如,酶蛋白的催化功能只有在彻底弄清酶 的活性中心与底物如何结合,并如何反应,才真正了解那种酶的作用机理。再如 在彻底弄清楚血红蛋白的分子构象及与氧分子结合后的构象的变化之后,才能完整 地阐述动物机体中氧和二氧化碳的运载过程。因此,我们本章中首先介绍蛋白质结 构原理的最新进展,然后再介绍几类蛋白质的结构与功能的关系及其它的有关 蛋白质的结构很早就受到科学家的关注,但在50年代以前一直未能得到满意 的结果。直到1952年丹麦生物化学家林德斯洛姆一兰( Linderstrom-lang)第 次提出蛋白质结构的三级结构的概念,才使蛋白质结构的研究走上了正确的道路。 Linderstrom-lang的三级结构概念是:二级结构是指多肽链中氨基酸的顺序,而丕 涉及其空间排列状态;二级结构是指多肽链骨架(主链)的局部空间结 涉及 链构象,也不考虑与其它肽链片段之间的关系及整个肽链的空间排列状况:三级 结构是指整个肽链的折迭情况,或者说是指肽链中全部原子在空间的排列状态。这 概念一提出来,立即得到了科学家的认同。1958年,英国晶体学家在研究蛋白 质晶体时发现,有些蛋白质是由几条相同或不同的肽链组成,每条肽链都有完整的 三级结构,称之为亚基,几个亚基排列成空间几何状态,并匪共价键结合在二 起。他将这种结构称为四级结构。现在蛋白质的 三、四级结构的概念已由 国际生化协会(IUB)的生化命名委员会采纳并作出正式定义。到目前为止已有2000 多种蛋白质的一级结构被搞清楚。据1990年4月的统计,有488种蛋白质的三级 结构利用ⅹ—射线衍射技术在不同分辨率水平上得到了阐明。蛋白质三维结构的研 究资料大大丰富了人们对蛋白质空间结构规律的认识,同时,蛋白质四级结构水平 的概念也已不能满足人们的要求。因此,近年来蛋白质化学家又在四级结构水平7 第二章 蛋白质生物化学 蛋白质生物化学研究的是蛋白质的结构、性质、和功能及结构与功能的关系。 生物体最重要的组成物质是蛋白质和核酸。核酸是遗传大分子，负责遗传信息的储 存与传递。蛋白质是功能大分子，是生物体的结构、性质与功能的具体体现者。例 如：遗传信息的复制、传递和表达要依靠各种蛋白质才能完成；细胞的骨架是由许 多种蛋白质构成的三维网状结构，而细胞的各种生命活动都是在细胞骨架上进行 的；生命的运动依赖于各种运动蛋白；氧的运输要靠血红蛋白来完成；动物体对疾 病的抵抗力是由免疫球蛋白执行的；细胞能够认识“自己”与“非己”，是靠糖蛋 白的特殊功能；机体的代谢活动要依赖各种酶和激素来完成，酶是蛋白质，激素中 有相当一部分是肽类。可见蛋白质在生命活动中无所不在，无时无刻不在发挥着重 要功能。近年来发现的羊的瘙痒病（Scrapie）的病因是一种最简单的具有感染性的 蛋白因子（Prion）引起的，它是比类病毒还小的微生物，未检查出其含有核酸物 质，而只是一种蛋白质颗粒。这是值得人们思考的问题。 要研究蛋白质的功能，首先必须深入了解它们的结构，特别是空间结构（三维 结构），因为结构决定功能，生命物质的功能和它的结构二者是统一的，有什么样 的结构必有什么样的功能，反之亦然。例如，酶蛋白的催化功能只有在彻底弄清酶 的活性中心与底物如何结合，并如何反应，才真正了解那种酶的作用机理。再如， 在彻底弄清楚血红蛋白的分子构象及与氧分子结合后的构象的变化之后，才能完整 地阐述动物机体中氧和二氧化碳的运载过程。因此，我们本章中首先介绍蛋白质结 构原理的最新进展，然后再介绍几类蛋白质的结构与功能的关系及其它的有关问 题。 蛋白质的结构很早就受到科学家的关注，但在 50 年代以前一直未能得到满意 的结果。直到 1952 年丹麦生物化学家林德斯洛姆—兰（Linderstrom—lang）第一 次提出蛋白质结构的三级结构的概念，才使蛋白质结构的研究走上了正确的道路。 Linderstrom—lang 的三级结构概念是：一级结构是指多肽链中氨基酸的顺序，而不 涉及其空间排列状态；二级结构是指多肽链骨架（主链）的局部空间结构，不涉及 侧链构象，也不考虑与其它肽链片段之间的关系及整个肽链的空间排列状况；三级 结构是指整个肽链的折迭情况，或者说是指肽链中全部原子在空间的排列状态。这 一概念一提出来，立即得到了科学家的认同。1958 年，英国晶体学家在研究蛋白 质晶体时发现，有些蛋白质是由几条相同或不同的肽链组成，每条肽链都有完整的 三级结构，称之为亚基，几个亚基排列成空间几何状态，并靠非共价键结合在一 起。他将这种结构称为四级结构。现在蛋白质的一、二、三、四级结构的概念已由 国际生化协会（IUB）的生化命名委员会采纳并作出正式定义。到目前为止已有 2000 多种蛋白质的一级结构被搞清楚。据 1990 年 4 月的统计，有 488 种蛋白质的三级 结构利用 X—射线衍射技术在不同分辨率水平上得到了阐明。蛋白质三维结构的研 究资料大大丰富了人们对蛋白质空间结构规律的认识，同时，蛋白质四级结构水平 的概念也已不能满足人们的要求。因此，近年来蛋白质化学家又在四级结构水平的