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蛋白质的折叠 赵顺拮 摘要：蛋白质是生命机体的基本组成局部，它是连接分子运作和生物功能的一个主要组成局部，在生物 体内占有特殊的地位。而蛋白质作为生命信息的表达载体，它折叠所形成的特定空间结构是其具有生物学功 能的基础。然而，蛋白质通过什么方式折叠的问题却由于理论和实践的种种困难成为当今科学界的一大难 题。本文简要介绍了蛋白质折叠的基础知识，折叠机理研究的几个理论模型，以及研究的进展。 关键词：组织层次、理论模型、天然态、去折叠态、熔球态 前言：蛋白质分子的折叠过程是指蛋白质分子从一般的状态变化到基态的复杂过程.它能使我们了解氨 基酸序列是如何决定蛋白质分子结构，预测其结构及结构所表现出来的蛋白质分子的性能?在这个过程中氨 基酸与氨基酸紧密接触（Residue -residue contact）的相互作用起着十分重要的作用。 蛋白质在生物体内,生命信息的流动可以分为两个局部:第一局部是储存于DNA序列中的遗传信息通过 转录和翻译传入蛋白质的一级序列中，这是一维信息之间的传递，三联子密码介导了这一传递过程;第二局部 是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧链叠集等折叠过程形成非常特定的复杂的空间结构,同时获得生物活性, 从而将生命信息表达出来;因此这个一维信息向三维信息的转化过程是表现生命活力所必需的。 .蛋白质的组织层次 蛋白质有着各异的三维空间结构，这种结构称之为天然态结构，并且其内部结构组织具有 层次性，因此我们引入组织层次的概念。蛋白质结构可以分为四个组织层次，即一级结构、二 级结构、三级结构和四级结构。 一级结构 一级结构乂称初级结构（primarystructure）,指形成肽链的氨基酸序列，即指蛋白质 分子中氨基酸残基的顺序，包括肽链中氨基酸的数目、种类和顺序。肽键是蛋白质中氨基 酸之间的主要连接方式，肽键具有局部双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结 构。 蛋白质的一级结构是由编码它的基因确定的，不同生物同种（或同源）蛋白质一级结 构之间的差异可以反映出进化关系。 二级结构 二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型 有a.螺旋结构和B.折叠结构，两种构象均由氢键维持。此外还有小转角和自由回转（指没 有一定规律的松散肽链结构）。蛋白质分子主链的紧密填埋使a螺旋和P片层结构更加稳 定；同时;也只有a螺旋和p片层结构这样的规那么结构才能使氨基酸多肽链在空间排布 更紧密。 a-螺旋是蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，一 般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。每个氨基酸残基（第n个）的谈基氧与 多肽链C端方向的第4个残基（第n+4个）的酰胺氮形成氢键。螺旋中的每个肽键均参与 氢键的形成以维持螺旋的稳定。 a ■螺旋B-折叠 B-折叠也是蛋白质中的常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。折叠片的构象是 通过一个肽键的皴基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持 的。氢键几乎都垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）； 或者是反平行排列（肽链反向排列）。 三级结构 蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一 步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白 质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分 子内部的空间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性R基都分布在分子外外表，形成亲水 的分子外壳，而非极性的基团那么被埋在分子内部，不与水接触。 四级结构 蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键（盐键、氢键、 疏水键作用和范德华力等）相互连接而成的聚合体结构°在具有四级结构的蛋白质中，每 一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。 四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。 生物秀 的）加比屈?既y $HH,icturc(b) Secondary structure (b) Secondary structure a helixLy V/ B sheet (b) Secondary structurea helixLy V/B sheet(d) Quaternary structure-Ala-Glu-Val-Thr-Asp-Pro-Gly- (b) Secondary structure a helixLy V/ B sheet (d) Quaternary structure 天然态结构 熔球态结构熔球态是大多大分子蛋白质的折叠中间态，具有一定稳定性。 该态整体大小接近折叠态；其二级结构含量与天然态相仿；由于体系内部一定程度的 分散，使得内部氨基酸