蛋白质结构多样性的原因辨析  

刘聪 洪妍（黑龙江省大庆市，大庆铁人中学  163411）

1 问题的提出

最近听了一节公开课《生命活动的主要承担者——蛋白质》，授课教师能够把握住新课程的理念，充分调动学生的积极性。在进行蛋白质结构多样性时，采用了不同颜色曲别针表示各种氨基酸，从而展示蛋白质的形成过程。这种模型化抽象为具体，有效地突破了教学难点。但这位老师对蛋白质结构多样性的分析有误，本文就蛋白质多样性的原因进行了分析。

这位教师用曲别针分别模拟蛋白质结构多样性如下几方面原因：

用同种颜色不同数量的曲别针连接成两条链表示两条氨基酸数目不同的肽链，如图一。

图一 氨基酸数量不同示意图

用不同颜色相同数目的曲别针连接成两条链表示氨基酸种类不同的两条肽链，图图二。

图二 氨基酸种类不同示意图

用多种颜色的曲别针按不同顺序连接成两条链，表示两条氨基酸顺序不同的两条肽链；

图三 氨基酸排列顺序不同示意图

用两条相同排列顺序的曲别针链，盘曲折叠成不同的空间结构，表示两条相同排列顺序的氨基酸链形成了不同空间结构的蛋白质，如图四和图五。

图四 折叠示意图

图五 螺旋示意图

最后归纳了蛋白质结构多样性的原因：1.形成肽链时，氨基酸的数量不同。2.氨基酸种类多样，形成肽链时排列顺序不同。3.肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同。

我认为最后的空间结构表示及多样性原因的第三点有误，这种错误源自于对教材的错误理解。人教版生物必修1 P23关于蛋白质的叙述有这样一段话：“在细胞内，每种氨基酸的数目成百上千，氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，因此，蛋白质分子的结构是极其多样的。这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。[1]”文中叙述了不同蛋白质的每种氨基酸数量很多并且不同，其排列顺序也不同，导致肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构也不同，从而导致蛋白质的结构不同。这位教师误解为两条氨基酸排列顺序相同的肽链可以通过不同盘曲折叠方式形成不同空间结构的蛋白质。

2 蛋白质结构多样性原因分析

蛋白质的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起来的氨基酸的排列顺序。蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。蛋白质的三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。蛋白质的四级结构是指蛋白质的亚基聚合成大分子蛋白质的方式。20世纪60年代C.B. Anfinsen证明蛋白质的一级结构决定其立体结构，为此Anfinsen获得了1972年诺贝尔化学奖。蛋白质的一级结构只是肽链折叠并形成功能蛋白的特定三维结构的内因，多肽链在形成活性蛋白的过程中，受热力学因素和各种环境因素影响，每一步都有可能形成“不正确”的折叠。特别是在新生肽链延长过程中，因肽链序列的不完整，有可能形成一些成熟蛋白质不具有的中间物，这种中间物可以再形成正确的蛋白质，也可能形成无生物活性的蛋白质，甚至获形成凝集物。细胞中存在一种帮助肽链正确折叠的分子，称为分子伴侣。分子伴侣可以识别新生肽链形成的成熟蛋白质不具有的中间物，并与中间物结合形成复合物，有效地防止了这些中间物的错误折叠。如图五[2]所示。

图五 肽链折叠示意图

综上所述，氨基酸的排列顺序决定了其空间结构，蛋白质分子结构的多样性是由氨基酸的排列顺序多样性决定的，从基因控制蛋白质的角度看，基因中核苷酸的排列顺序从根本上决定了蛋白质分子结构的多样性。

主要参考文献

[1]朱正威，赵占良等．2007．分子与细胞．北京：人民教育出版社，23

[2]王志珍．2004．蛋白质折叠和分子伴侣．生物学通报，39(5)：1～6