結(jié)構(gòu)組成

1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：又稱為初級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中，由肽鍵連接起來(lái)的各種氨基酸的排列順序。目前可以運(yùn)用氨基酸自動(dòng)分析儀和氨基酸順序自動(dòng)分析儀，對(duì)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。

2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。近年來(lái)，通過(guò)研究知道，蛋白質(zhì)分子的多肽鏈本身一般都不是全部以松散的線性分子的狀態(tài)存在于生物體內(nèi)，而是部分卷曲盤旋成螺旋狀(一般呈所謂α螺旋),或折疊成片層狀(又稱β折疊),或呈β回折(發(fā)夾回折、U形轉(zhuǎn)折),或呈無(wú)規(guī)則卷曲。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要依靠氫鍵來(lái)維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈，按照一定方式再進(jìn)一步卷曲、盤繞、折疊成一種看來(lái)很不規(guī)則，而實(shí)際上有一定規(guī)律性的三維空間結(jié)構(gòu)，叫做三級(jí)結(jié)構(gòu)。這些肽鏈所以會(huì)卷曲、盤繞、折疊，主要是因?yàn)殡逆湹陌被醾?cè)鏈之間的相互作用。

4.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu):具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，通過(guò)一些非共價(jià)鍵結(jié)合起來(lái)，而成為具有生物功能的蛋白質(zhì)大分子，就是蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)成功能單位的每條肽鏈，稱為亞基。亞基雖然具有二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，但是在單獨(dú)存在時(shí)并沒(méi)有生物活力，只有完整的四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有生物活力。例如，磷酸化酶是由兩個(gè)亞基構(gòu)成的，馬血紅蛋白是由四個(gè)不同的亞基(2個(gè)α肽鏈,2個(gè)β肽鏈)構(gòu)成的，谷氨酸脫氫酶是由六個(gè)相同的亞基構(gòu)成的。

有些蛋白質(zhì)分子只有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，并無(wú)四級(jí)結(jié)構(gòu)，如肌紅蛋白、細(xì)胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白質(zhì)，則一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，如血紅蛋白、谷氨酸脫氫酶等。

介紹元素

蛋白質(zhì)分子

分子量為6103～106，其元素組成除含碳、氫、氧外，均含氮和少量硫。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，多肽鏈內(nèi)的多種α—氨基酸以一定順序排列，肽鏈上不直接相連的氨基之間通過(guò)特殊的分子間力(氫鍵)結(jié)合、盤旋、疊合呈空間結(jié)構(gòu)，因此蛋白質(zhì)是以多種氨基酸為單體的高聚酰胺。蛋白質(zhì)種類繁多，水解產(chǎn)物均是α—氨基酸的稱為單純蛋白質(zhì)。

單純蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)的結(jié)合物叫結(jié)合蛋白，如脂蛋白、糖蛋白、血紅蛋白等。單純蛋白質(zhì)又可分為不溶于水的纖維蛋白，如毛發(fā)、絲、爪甲等；可溶于水的球蛋白，如血清蛋白、酶等。研究蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和合成，進(jìn)一步探索生命現(xiàn)象，是科學(xué)研究的重要課題。1965年我國(guó)科學(xué)家在世界上第一次用人工方法合成了具有生命活力的蛋白質(zhì)—結(jié)晶牛胰島素。

生命物質(zhì)

蛋白質(zhì)分子

人體攝入

蛋白質(zhì)是人類生活中不可缺少的物質(zhì)。人類食用蛋白質(zhì)的70%來(lái)自糧食作物。農(nóng)業(yè)科研工作中一項(xiàng)重要的任務(wù)是通過(guò)育種工作更多地培育出蛋白質(zhì)含量高的優(yōu)良品種。許多蛋白質(zhì)可作藥物，如胰島素、干擾素、免疫球蛋白等等。許多疾病與蛋白質(zhì)分子病變有關(guān)，如鐮刀型紅細(xì)胞貧血癥就是由于血紅蛋白分子上某個(gè)氨基酸發(fā)生變異而引起的。儀器制造、酶制劑生產(chǎn)以及絲綢和皮革生產(chǎn)都與蛋白質(zhì)直接有關(guān)。80年代興起的蛋白質(zhì)工和將使人們可以按意愿設(shè)計(jì)并定向制造出新型的蛋白質(zhì)以造福于人類。

發(fā)展簡(jiǎn)史

蛋白質(zhì)分子

1912年英國(guó)布喇格父子建立了X射線晶體學(xué)，成功地測(cè)定了一些相當(dāng)復(fù)雜的分子以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。以后布喇格的學(xué)生阿斯特伯里和貝爾納又分別對(duì)毛發(fā)、肌肉等纖維蛋白以及胃蛋白酶、煙草花葉病毒等進(jìn)行了初步的結(jié)構(gòu)分析。他們的工作為后來(lái)生物大分子結(jié)晶學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)50年代是分子生物學(xué)作為一門獨(dú)立的分支學(xué)科脫穎而出并迅速發(fā)展的年代。首先在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方面，1951年提出了α-螺旋結(jié)構(gòu)，描述了蛋白質(zhì)分子中肽鏈的一種構(gòu)象。1955年桑格完成了胰島素的氨基酸序列的測(cè)定。接著肯德魯和佩魯茨在X射線分析中應(yīng)用重原子同晶置換技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，分別于1957和1959年闡明了鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)。1965年中國(guó)科學(xué)家合成了有生物活性的胰島素，首先實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的人工合成。

另一方面，德爾布呂克小組從1936年起選擇噬菌體為對(duì)象開始探索基因之謎。噬菌體感染寄主后半小時(shí)內(nèi)就復(fù)制出幾百個(gè)同樣的子代噬菌體顆粒，因此是研究生物體自我復(fù)制的理想材料。

1940年比德爾和塔特姆提出了“一個(gè)基因，一個(gè)酶”的假設(shè)，即基因的功能在于決定酶的結(jié)構(gòu)，且一個(gè)基因僅決定一個(gè)酶的結(jié)構(gòu)。但在當(dāng)時(shí)基因的本質(zhì)并不清楚。1944年埃弗里等研究細(xì)菌中的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。

1953年沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了分子生物學(xué)的新紀(jì)元。并在此基礎(chǔ)上提出的中心法則，描述了遺傳信息從基因到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的流動(dòng)。

遺傳密碼的闡明則揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的貯存方式。1961年雅各布和莫諾提出了操縱子的概念，解釋了原核基因表達(dá)的調(diào)控。到20世紀(jì)60年代中期，關(guān)于DNA自我復(fù)制和轉(zhuǎn)錄生成RNA的一般性質(zhì)已基本清楚，基因的奧秘也隨之開始解開了。

僅僅三十年左右的時(shí)間，分子生物學(xué)經(jīng)歷了從大膽的科學(xué)假說(shuō)，到經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，從而建立了本學(xué)科的理論基礎(chǔ)。進(jìn)入70年代，由于重組DNA研究的突破，基因工程已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中開花結(jié)果，根據(jù)人的意愿改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)工程也已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

水平研究

蛋白質(zhì)分子

（1）蛋白質(zhì)（包括酶）的結(jié)構(gòu)和功能。

（2）核酸的結(jié)構(gòu)和功能，包括遺傳信息的傳遞。

（3）生物膜的結(jié)構(gòu)和功能。

（4）生物調(diào)控的分子基礎(chǔ)。

（5）生物進(jìn)化。

分子生物學(xué)是第二次世界大戰(zhàn)后，由生物化學(xué)、`遺傳學(xué)、微生物學(xué)、病毒學(xué)、結(jié)構(gòu)分析及高分子化學(xué)等不同研究領(lǐng)域結(jié)合而形成的一門交叉科學(xué)。目前分子生物學(xué)已發(fā)展成生命科學(xué)中的帶頭學(xué)科。