蛋白質(zhì)為什么擺造型

1、NO.*蛋白質(zhì)為什么擺造型？蛋白質(zhì)其實很藝術(shù)我們經(jīng)常聽說“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)” “蛋白質(zhì)變性”之類的話。通常所說的“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)”是指蛋白質(zhì)擺出的空間造型， “變性”就是它們本來造型的改變。那么，蛋白質(zhì)如何擺出造型？又為什么要擺造型？這對人類有什么意義嗎？、搭出蛋白質(zhì)的材料一一氨基酸要說蛋白質(zhì)擺造型，不能不說氨基酸。氨基酸，顧名思義，就是帶了氨基的酸。在有機物里 面，一個碳原子通常有四個胳膊，每個胳膊可以抓一樣東西。氨基酸里最核心的那個碳原子，一個胳膊抓了一個短基（竣基是是一個碳原子上接了一個氧原子，還有一個帶著一個氫原子的氧原子），這個竣基使它稱為“酸”，跟女同胞們愛吃的那個醋之所以被稱為“醋酸”的化

2、學原因是一樣的；另一只胳膊抓了一個氨基， 所以叫“氨基”酸； 還有一只胳膊比較低調(diào)， 只抓了一個氫原子；所有的氨基酸都有三只胳膊所抓的東西是一樣的。而另一只胳膊，所抓的東西各不同，也就是“同為氨基酸家族的一員，差距咋就那么大”的原因?？梢哉f，不同氨基酸在化學結(jié)構(gòu)上的差別只在于四只胳膊中的一只抓的東西不同。這個不同的東西，通常被稱為“側(cè)鏈基團”。側(cè)鏈基團雖然只占了一只胳膊，其個頭有時候比這個氨基酸的其它部分加起來還大。氨基酸的性格，也就取決于這個基團。如果它疏水，這個氨基酸也就被稱為疏水氨基酸；反之，如果這個基團親水，就被稱為親水氨基酸。當然，也有些 側(cè)鏈基團奉行中庸之道，即不明顯親水也不明顯疏

3、水。“氨基酸”牌積木當一個氨基酸碰到另一個氨基酸，一個會提供自己氨基上的氫原子，一個會提供自己較基上的一個羥基一一羥基就是前面說的那個帶著氫原子的氧原子（“羥”這個字很有意思，各取了 “氫”和“氧”的一部分， 讀音差不多是這兩個字的反切音一一前一個字的聲母加后一個 字的韻母），合成一個水分子招待客人，而去了氫的氨基和去了羥基的竣基（叫作“?；?，一個碳一個氧）勾結(jié)起來，原來的兩個氨基酸就變成了一個大的分子，被稱為“二肽"。相應的二者勾結(jié)的那個地方就被稱為“肽鍵”，而原來的兩個氨基酸則被稱為“氨基酸殘 基”一一各自缺了一部分，要搭幫才能生存。這個跟人類社會差不多，不同的人要團結(jié)成一個整

4、體，總是需要每個成員作出一些犧牲或者磨平一些棱角。這個二肽還有一個竣基一個氨基，可以分別繼續(xù)勾結(jié)別的氨基酸。到最后，可以形成一長串的氨基酸。最小的蛋白質(zhì)由幾十個氨基酸勾結(jié)而成，而大的蛋白質(zhì)則多達幾百上千?；?、造型的產(chǎn)生一一為了和諧這樣的一串氨基酸殘基， 被稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。 也就是說，它告訴我們這個蛋白質(zhì)含有 哪些氨基酸，是怎樣連結(jié)的。被連在了一起的氨基酸殘基難免與鄰居們形成各種各樣的鄰里 關系。有的地方形成一個像彈簧的那樣的形狀，叫做“阿爾法螺旋”，是一種比較穩(wěn)定的鄰里關系；有的地方形成類似上下折疊的樣子，叫做“倍塔折疊”；還有一種直接拐彎的樣子，稱為“轉(zhuǎn)折”。這些都是有序的結(jié)構(gòu)，類似鄰

5、里之間有不同程度的聯(lián)系。螺旋是很緊密一種聯(lián)系，就象中國傳統(tǒng)社會，早上誰家的雞下了個雙黃蛋，中午就傳遍了全村。氨基酸序列上還有一些部分就象現(xiàn)代社會，鄰里之間雞犬之聲相聞老死不相往來，同一單元住了幾年還是不知道隔壁的男女是夫妻還是父女。這種結(jié)構(gòu)叫做“無規(guī)卷曲”。這四種鄰里關系的結(jié)構(gòu)， 在蛋白質(zhì)科學上被稱為“二級結(jié)構(gòu)”，通俗說來就是鄰里之間的關系。氨基酸殘基之間的連接雖然很緊密，但還是可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。不難想象，幾十上百個殘基都有一定的活動范圍，總體來看那些相距比較遠的殘基還可以通過一定的作用力互相接 近。疏水作用是最常見的一中，那些疏水的的殘基，不喜歡外界的水而互相靠近；而那些親水的殘基則使勁

6、往外擠去尋找更多的水。另一種重要的相互作用是靜電力，有的側(cè)鏈基團是帶電的，同性相斥異性相吸的作用也造成序列上相距較遠的氨基酸殘基發(fā)生排斥或吸引。由于受到身邊鄰居的牽連和空間距離的限制，這些作用力最后會達到一種合適的平衡?？偟膩碚f，這種關系是基于大家高興而存在的，沒有太強的利益關聯(lián)，也不很緊密。就象網(wǎng)絡上的一群人，由于共同的愛好，經(jīng)常互相來往，探討一下共同感興趣的問題什么的。由于空間的限制，比如這些人可能在北京、西北、華南、山東、四川、浙江。甚至在地球的另一面， 聯(lián)系很松散。但是有的氨基酸含有硫原子，如果另一個也含有硫原子，這兩個硫原子就可能發(fā)生很緊密的聯(lián)結(jié)。這樣的一種相互作用遠比疏水或靜電作用

7、強烈，被稱為“二硫鍵”。就象一個在北京，一個在芝加哥，月老在倆人中間搭了根紅線，他們之間的的關系就遠比其它氨基酸在一起探討科學問題強烈得多。這樣的幾種遠距離作用，使得氨基酸殘基在空間里排列組合，再加上空間的限制和鄰居的牽絆，最后會形成一個穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)被稱為蛋白質(zhì)的“三級結(jié)構(gòu)”。兩個或者多個具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，還可能組合成更大的結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的“四級結(jié)構(gòu)”?？偟膩碚f，蛋白質(zhì)的氨基酸就象積木塊，它的一級結(jié)構(gòu)確定了它們按照什么順序鏈接起來， 二級結(jié)構(gòu)決定了氨基酸的鄰里之間關系如何，三級結(jié)構(gòu)則是為了讓氨基酸們處于一種和諧舒服的狀態(tài)而擺出的造型，而四級結(jié)構(gòu)，就類似兩個以上造型的組合。

8、三、蛋白質(zhì)擺造型的意義一一結(jié)構(gòu)決定功能酶蛋白，看家本領是搞催化自然界有數(shù)不清的蛋白質(zhì)。到2006年，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫 PDB里已經(jīng)有了四萬個造型被搞清楚的蛋白質(zhì)，而這一數(shù)字還在以越來越快的速度增加。此外，還有無數(shù)個人類知道其存在，卻不知道擺什么造型的蛋白。至于人類還不知道的蛋白，就更無法估量了。就象人的長相一樣， 每個蛋白質(zhì)的造型都各不相同一一即使是一卵雙生的兄弟，還是有細微的差別。蛋白質(zhì)擺出各種造型當然不是為了照相或者裝酷。蛋白質(zhì)是最重要的生命物質(zhì)，生物體靠它們來進行各種各樣的生命活動。這些活動的進行，最關鍵的一步就是靠近“行動目標”。比如，一個蛋白要解毒，必須要擺出一個“陷阱造型”把毒素裝進去

9、；一個蛋白要清除自由基，也得有一個造型正好把自由基抓住。很多蛋白質(zhì)是催化某個生化反應的酶，通常的作用方式就是擺出一個象鎖一樣的造型，正好讓被催化的反應物作鑰匙。一般一把鑰匙開一把鎖，只有那種特定的反應物能夠進入這個酶構(gòu)成的鎖，從而發(fā)生反應。否則，一個酶逮誰滅誰，實在是很危險一一比如說本來是要讓它殺癌細胞的，結(jié)果一路殺將過去， 把正常細胞也殺個干凈。 不過也有的蛋白質(zhì)造型比較牛，除了作自己最擅長的工作，也能客串一下把類似的東西也干掉。還有一些酶擺的是最普通的造型，只要底物差不多，就照單全收。 最典型的就是消化酶， 比如淀粉酶不管你吃的是什么淀粉，它都一概分解； 而蛋白酶不管什么蛋白，也都一概切開

10、。四、人類為什么關心蛋白質(zhì)的造型人類進行的許多科學研究，主要是為了滿足好奇心。 世界各國紛紛拍出以“億”為單位的經(jīng)費來研究蛋白質(zhì)擺造型，顯然不屬此列一一這實在有著很大的“功利”的原因。比如說，如果一種蛋白質(zhì)能夠治療某種疾病，那么我們通常需要把它提純一一很多情況下， 熟吃生吃蘸了醬吃都不能起作用，需要注射。但是從自然界的東西中提純蛋白質(zhì)實在很一件很費勁的事情一一想想那么多的成分，想要的蛋白怎么會乖乖出來？如果純度不夠高，或者殘留了一點致命的雜質(zhì)，再注射進血液里，可能把舊病治好了，卻又產(chǎn)生了新病。而且，提 純過程中還要小心輕放，不能磕不能碰，搞不好把造型破壞了就沒有用了。對，你沒看錯，這就是牛筋面

11、一一里面有一堆“留”下來的蛋白質(zhì)。所以，現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)上喜歡把控制蛋白質(zhì)合成的基因弄出來，放進細胞里，培養(yǎng)細胞來生產(chǎn)該蛋白。如果在該蛋白上加個標簽而不影響造型的話，就可以用那標簽來點名，把這個蛋白和別的雜蛋白很容易地分開，從而大大降低生產(chǎn)成本。 比如人們經(jīng)常在某個蛋白質(zhì)的頭上加上六個連續(xù)的組氨酸，在細菌合成這個蛋白之后，人們把細菌打成漿，去掉殘渣，讓“細菌汁”通過一層特定材料做成的“樹脂”。那種材料專門拉住那六個組氨酸不讓走，而別的東西都能通過。然后再拿一些樹脂材料更喜歡的東西去“洗脫”，那層固體立刻“喜新厭舊”，就讓需要的蛋白質(zhì)下來了。這樣的提純操作就要簡單多了?，F(xiàn)在，許多醫(yī)藥、食品以及其它工

12、業(yè)用的酶就是這么生產(chǎn)出來的。但是，有的蛋白質(zhì)被寵壞了， 要借助生物體中別的東西幫助才能擺出正確的造型。這樣的蛋白在細菌中合成出來的話就只有正確的氨基酸序列，而沒有正確的造型，也就不能勝任它們的工作。要有正確的造型，就只能放到動物細胞中去生產(chǎn)。而動物細胞比較嬌氣，養(yǎng)起來成本更高，因而生產(chǎn)出來的蛋白也就比較值錢了。如果只是如此的話，搞清楚蛋白質(zhì)的造型都還不是那么重要。畢竟，不知道它們的造型，也可以做上面的這些事情，只要每一步都把蛋白拿出來試試還能不能完成它的工作就行了。研究蛋白造型更重要的意義在于可以按照需要去改造和設計它們。比如說，一個能治病的蛋白質(zhì)，通常只是造型中的一小塊起作用。知道了那一小塊

13、的情況，就可以把那些湊熱鬧的部分去掉，只生產(chǎn)有用的那一小塊。個頭越小，在醫(yī)藥上的使用就越方便。再比如，一個酶只能 在某個溫度下工作，到了別的溫度下就失去了功力。如果我們明白了它起作用的那個造型和導致造型改變的氨基酸，就可以給它做各種手術(shù)，在保證造型不變的前提下把“不穩(wěn)定因 素”替換掉，那么這個酶就可能在其它的溫度環(huán)境中保持戰(zhàn)斗力了。五、蛋白造型也有不重要的時候所謂奶酪，不過是牛奶蛋白變了性許多人都知道“蛋白質(zhì)變性”這個詞一一就是在某種條件下，它擺不出正確的造型了。 所以，經(jīng)常有人說“什么什么會導致蛋白質(zhì)變性，影響營養(yǎng)價值”， 忽悠人的廣告也說“某某食品運用高科技手段，保留了蛋白活性”絕大多數(shù)的蛋白，在高溫下都會失去本來的造型，也就是“變性” 了。但是人們吃蛋白，是為了獲取氨基酸，所有的蛋白到了肚子里，絕大多數(shù)被分解成了單個氨基酸，只有極少一部分能保留幾個氨基酸而成為“多肽”。人體只需要這些積木的塊，到了體內(nèi)再重新連接，重擺造型。所以，有沒有它本來的造型，在營養(yǎng)上