【正文】 個Cys殘基上重建4對二硫鍵共有105 種不同的組合，但只有一種是正確的形式，如果決定蛋白質構象的信息一直存在于氨基酸序列之中，那么，最后重折疊得到的總是那種正確的形式。顯然，第一種情形能完全恢復去折疊過程中喪生的酶活性，而后一種情況只能恢復很少的酶活性。經(jīng)過一段時間以后，發(fā)現(xiàn)核糖核酸酶活性得以恢復，這意味著它原來的構象恢復了（圖247）。很快，Anfinsen的研究成果被發(fā)表在1954年 《生物化學雜志》（Journal of Biological Chemistry，JBC）上。根據(jù)此假說，一個蛋白質的天然三維構象對應于在生理條件下其所處的熱力學最穩(wěn)定的狀態(tài)。圖2－47到現(xiàn)在為止，我們仍然不能根據(jù)一個蛋白質的一級結構推斷出它的三維結構。氨基酸是構成肽的基本單位。肽鍵具有部分雙鍵的性質，多為反式，也有順式。Φ和ψ決定了相鄰兩個肽單位在空間上的相對位置。天然存在的活性肽有的是在核糖體上合成，有的在核糖體以外的地方由特定的酶依次催化而成。蛋白質的結構一般包括一級結構、二級結構、三級結構和四級結構，二級結構、三級結構和四級結構被稱為高級結構，一種蛋白質的全部三維結構一般被稱為它的構象。蛋白質的二級結構是指多肽鏈的主鏈骨架本身在空間上有規(guī)律的折疊和盤繞，它是由氨基酸殘基非側鏈基團之間的氫鍵決定的。α螺旋中肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展，它可能是極性的、疏水的或兩親的。如果β股交替出現(xiàn)極性殘基和非極性殘基，那么就可以形成兩親的β折疊。的U形回折結構而改變了肽鏈的方向。無規(guī)卷曲是在蛋白質分子中的一些極不規(guī)則的二級結構的總稱。從結構的穩(wěn)定性上看，右手α螺旋＞β折疊＞ U型回折＞無規(guī)卷曲，但在功能上，酶與蛋白質的活性中心通常由無規(guī)卷曲充當，α右手螺旋和β折疊一般只起支持作用。三級結構通常由模體和結構域組成。模體可用在一級結構上，特指具有特殊生化功能的序列模體，也可被用于功能模體或結構模體，相當于超二級結構。常見的模體包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α 螺旋環(huán)α 螺旋、Rossmann卷曲和希臘鑰匙模體。一個結構域通常由一段連續(xù)的氨基酸序列組成。以上每一類結構域的二級結構元件可能有不同的組織方式，每一種組織就是一種結構模體。確定一個蛋白質的三級結構的方法有X射線晶體衍射和NMR。具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質或多聚蛋白質才會有四級結構。蛋白質的四級結構內容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。具有四級結構的蛋白質具有特殊的優(yōu)勢，不適當?shù)乃募壗Y構的相互作用會影響到某些蛋白質的功能。三級結構的柔性允許蛋白質適應它們的配體。蛋白質折疊的基本規(guī)律包括：一級結構決定高級結構；蛋白質的折疊伴隨著自由能的降低，但是并不通過隨機嘗試找到自由能最低的構象；是協(xié)同和有序的過程；絕大多數(shù)需要分子伴侶的幫助。蛋白質折疊經(jīng)過啟動過程形成結構域，再經(jīng)熔球態(tài)中間體最終形成完整的三維結構。細胞內錯誤折疊的蛋白質來不及處理就可能導致機體的病變。蛋白質高級結構可以通過預測來進行研究。對于兩種主要的二級結構而言，α 螺旋可被視為多肽鏈的默認二級結構狀態(tài)，因為α 螺旋與β折疊相比具有熵的優(yōu)勢。獲得一種蛋白質精確的三級結構仍然需要借助于X射線衍射和NMR。第三章 蛋白質結構與功能的關系科學故事：一種多功能蛋白質的發(fā)現(xiàn)以前分子生物學里有一個基本觀點，就是一個基因決定一條多肽鏈，而一條多肽鏈只具有一種特殊的功能。1987年，芬蘭Oulu大學的Pihlajaniemi在研究人體膠原蛋白的時候就發(fā)現(xiàn)了這樣的例外。膠原蛋白三股螺旋結構的穩(wěn)定性與Y位置上脯氨酸有多少被羥基化有關，因此，催化Pro羥基化的脯氨酸羥化酶（prolyl4hydroxylase）是決定膠原蛋白穩(wěn)定性的一個十分重要的酶。α 亞基和β 亞基分別由不同的基因編碼。但奇怪的是，α 及β 亞基在細胞內的表達并不一致。那么單獨的β 亞基會有其他的功能嗎？既然蛋白質的一級結構決定蛋白質的高級結構，而蛋白質的高級結構又決定它的功能，那么如果知道了一種蛋白質的一級結構，不僅可以預測和解釋這個蛋白質的高級結構和功能，同時還可以將這個蛋白與其他已知功能的蛋白質進行序列比對，從而有可能發(fā)現(xiàn)新的功能。出乎意料的是，她發(fā)現(xiàn)人類脯氨酸羥化酶β亞基中94%的氨基酸與小鼠的蛋白質二硫鍵異構酶（protein disulfide isomerase，PDI）相同。因此PDI很可能就是單獨的脯氨酸羥化酶的β亞基。PDI早在1963年就在鼠肝和胰腺組織中被發(fā)現(xiàn)，其主要功能是催化蛋白質上二硫鍵的交換反應，具有較廣的底物特異性。當一個蛋白質的天然構象遭尿素破壞，而其二硫鍵也被還原劑打破以后，若要恢復這個蛋白質原來正確的構象，不僅要除去尿素，同時還要讓二硫鍵重新形成，并恢復到原來正確的連接，PDI就可以加速這個“嘗試錯誤、發(fā)現(xiàn)正確”的過程。有了這個后知之明，再去看PDI在體內分布的情形，發(fā)現(xiàn)PDI的活性主要集中在內質網(wǎng)，這很容易讓人們想起它可能在分泌蛋白折疊過程中起作用，因為許多分泌蛋白都含有二硫鍵。那么，β亞基的功能是不是就到此為止了呢？1991年，J. R. Wetteran 等使用氨基酸序列分析和免疫化學分析發(fā)現(xiàn)一種由大小兩個亞基組成的微粒體三酰甘油轉移蛋白（microsomal triglyceride transfer protein,MTP）的小亞基與脯氨酸羥化酶的β亞基一模一樣。后來又有人發(fā)現(xiàn)，單獨的β亞基在細胞內還充當甲狀腺素結合蛋白（thyroid hormone binding protein,THP）。多功能蛋白質的存在不僅可以提高基因的編碼功能，而且還可能有利于對蛋白質的活性進行調控。蛋白質的主要功能包括分子識別、酶、分子開關和結構支持。配體與蛋白質的特異性結合受到形狀、互補性和極性相互作用的控制。蛋白質和配體結合的親和力主要歸于無方向性的疏水作用，結合的特異性主要歸于具有方向性的力，如氫鍵。每一種蛋白質都具有特定的結構和特定的功能，高級結構決定其功能。功能相似的蛋白往往在進化上具親緣關系，一級結構相似的蛋白質往往具有共同的起源。纖維狀蛋白質由幾條肽鏈鉸合而成，難溶于水，它們傾向于形成規(guī)則的長的曲線結構，這是由其一級結構的高度規(guī)律性決定的。α角蛋白來源于動物的毛發(fā)、角、鳥喙和爪子。兩個α角蛋白分子通過疏水的R基團的結合，相互纏繞形成雙股的卷曲螺旋，這大大地提高了α 螺旋的穩(wěn)定性。β角蛋白主要來源于蠶絲和蜘蛛絲中的絲心蛋白，其一級結構具