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  蛋白質構造

 

 

四級構造

四級構造

 

血中氧分子的運送

四級構造的意義

原態與變性

網路漫畫

      

四級構造

血紅蛋白是解釋蛋白質分子四級構造的範例。

上圖由左至右依序說明,如何一級一級組合成血紅蛋白的最後構形,而形成一個有活性的分子。有很多蛋白質在三級構造即有完整或性,但有些則需要再組成四級構造,以利更複雜的生理功能。

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血中氧分子的運送

為何血紅蛋白要有第四級構造,而肌紅蛋白只需有三級構造?

四級構造 的妙用,可以 血紅蛋白 (Hb) 與 肌紅蛋白 (Mb) 的例子說明。

Hb 是四元體,有所謂的四級構造;Mb 為單元體,只有三級構造。Hb 在血中循環,由肺泡中取得氧分子,運送到肌肉中,下載給 Mb。 因此 Hb 必須得知,何時該吸收氧分子,何時該放出;也就是說 Hb 必須有感應氧分子濃度的能力,同時還得做出吸收或放出的動作。這些能力都源自其四級構造的組成。

在靜脈中 Hb 都不載有氧分子,這時候它的四個次體分子都處於一種休息狀態,結合區不容易張開讓 heme 接受氧分子。 當 Hb 循環到肺部時,環境的氧分子濃度提高了,四個次體的任何一個分子接上一個氧分子後,馬上會牽動其它次體,使得其它次體的分子構造舒張,變得很容易接受氧分子。因此在肺部的 Hb 都很容易地滿載氧分子,經動脈輸送至肌肉。若當時肌肉相當勞累,需要大量氧分子的補充,其酸鹼度會降得比較低,Hb 就更容易釋出氧分子,而 Mb 則一昧地吸收 Hb 所下的氧分子,並無調節作用。放下氧分子的 Hb 就回復休息狀態,循著靜脈流回肺部。

蛋白質的構形事實上都不是固定不動,其分子會有某些程度的運動,上述的 Hb 分子也是如此。當其處於休息狀態時,是分子較為緊密的一種構形,稱之為 tense (T) 型;反之,若其構造較為疏鬆,則基質或其結合對象比較容易進入,稱之為 relaxed (R) 型。 T 與 R 型的變化,在酵素分子的活性調節也很重要。

下載動畫檔 Hb.pps (MS PowerPoint)

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四級構造的意義

級構造賦予蛋白質調節自身活性的智慧。

蛋白質的四級構造區分,似乎不只是在構造上的一種組織單位,而有其在生理功能上的重大意義。

光看一級構造時,其胺基酸序列只是一條胺基酸的連續排列,沒有人能說它是有生命的。 當此胺基酸序列漸漸捲成二級構造,生成 a helix 及 b sheet 等固定結構,再集合成三級的獨立單位,蛋白質因為有了固定的構形,產生了催化活性或生理功能。而當數個如此的三級構造進一步組成四級構造,分子似乎會有辨認的能力,知道何時該有較大的活性,何時該休息。具有活性的蛋白質巨分子,已經是生命細胞的基礎;而具有辨別力的四級構造,則似乎有所謂的智慧了。

回想一下宇宙的生成,起先是基本粒子的組成,接著是一連串的 組合,由小分子組成巨分子,到了巨分子的蛋白質,竟然還是以組合來達成某些特定的功能。這些大大小小的分子,組成了細胞膜、染色體、器官組織等,也組成了生命。

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原態與變性

保持原態的構形,是蛋白質所有功能性質的基本。

雖然 部份蛋白質經變性後可以在變性條件去除後,回復原態蛋白質,但並非所有蛋白質均可如此。 請如下表整理出組成蛋白質四級構造的鍵結力量,然後看哪些因素可以破壞這些力量,就是使蛋白質變性的方法。

           構成力量:         共價鍵       非共價鍵

       一級構造

       二級構造

       三級構造

       四級構造

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網路漫畫

說明蛋白質四級構造組成的漫畫。 

我以漫畫方式,說明蛋白質如何由胺基酸開始,一步一步組合成具有立體構形的活性分子;除了這個漫畫之外,還有解釋 基因重組單株抗體、以及 免疫系統 的漫畫故事。這些網頁,都可從 莊榮輝首頁 中連結。

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下一節︰ 蛋白質純化  鹽溶及鹽析

 構  造     .     純  化     .     分  析

  

  Protein/Structure/S4

本網頁最近修訂日期: 2001/07/19