你没看错：蛋白质也玩行为艺术

你喜欢蛋清还是蛋黄？转换成生化语言，你更喜欢蛋白质还是脂肪？

蛋白质和脂肪是好东西，只要它们比例合适，不要太多。蛋白质比脂肪有更好的名声，至少减肥的人不会放弃它。然而，如果吃得过多，体内多余的蛋白质会转化为脂肪，代谢的氮化合物会增加肾脏的负担。

健康的原则在于适度。蛋白质分子的原理在于行为艺术。

蛋白质主要由蛋白质组成，蛋黄主要由卵磷脂组成，卵磷脂是一种脂肪。

蛋白质是生命的物质基础。各种蛋白质通过分工和合作承载大部分生命活动。有些是建造有机体的“砖块和瓦片”。有些人把自己“运输”成运输其他物质的载体；一些人成了抗击入侵病原体的“士兵”。一些开放的“生化工厂”以酶的形式催化各种生化反应；有些人是“管理者”，他们充当荷尔蒙来调节各种生理反应。一些作为“缓冲区”形成结缔组织，使身体有弹性，并作为“外包装”保护身体，如皮肤中的胶原蛋白。有些是在细胞间传递信息的“传令官”...

为了实现这些功能，蛋白质必须表演表演艺术。无论是折叠、扭曲还是缠绕，如果不将身体扭曲成特定的姿势，这些生物活动都无法反映出来。

蛋白质分子是微型瑜伽大师。

蛋白质是“建筑”吗？

脂肪是生吃，煮熟后和由脂肪酸和胆固醇组成的脂肪分子一起吃的。蛋白质是不同的。吃生的，你吃一个站着的“建筑”，吃熟的，你吃一个倒塌的“建筑”。煎炸大鱼、炖大肉不仅能满足人们对食物的胃口，只要你愿意思考，你就能看到结构生物学的影子。

食物煮熟后，蛋白质结构崩溃了。

蛋白质仍然是相同的蛋白质，氨基酸序列仍然是相同的序列，但是生的和熟的味道是不同的。这是为什么？这是因为蛋白质“变性”

这从蛋白质的组成开始。

生物体中的蛋白质由20多种α-氨基酸组成。一些蛋白质含有磷，另一些含有碘和金属离子，如铁、铜、锌、锰、钴和钼。氨基酸的最大特点是分子既含有碱性氨基(-NH2)又含有酸性羧基(-COOH)。植物可以自己合成所有需要的氨基酸，从动物身上提取的氨基酸，有些是自己制造的，有些是“进口”的，依靠食物获得。

相同或不同的氨基酸给你一个氨基，我给你一个羧基，去掉一个水分子，然后连接成一个有或没有分支的长链，即肽链，不同的肽链组装在一起，即蛋白质。

氨基酸序列被称为蛋白质的初级结构。肽链的“舞蹈”是蛋白质的二级结构和三级结构。肽链的“集体舞蹈”是蛋白质的“舞蹈”，这是四级结构。所以蛋白质是一个“建筑”。

蛋白质的结构组成

蛋白质也练习瑜伽。

决定蛋白质功能的不仅是氨基酸序列，还有蛋白质的“舞蹈”。在化学课上，老师们组装的分子模型总是很硬，但事实上，许多有机部分是灵活和柔软的，可以通过扭曲、折叠和转动做出许多困难的动作，很像“瑜伽”大师。

蛋白质就像人体的“动作艺术”，灵活多变的“瑜伽”是其功能的前提。在生物化学中，这些“瑜伽”被称为蛋白质折叠，各种折叠在一起形成蛋白质的空间构象。对于许多生物大分子来说，空间构象几乎和结构一样重要。当肉和蛋被烹饪时，蛋白质的氨基酸序列不变，肽链不变，但是空间构象改变，肉和蛋的性质和口感改变。这被称为蛋白质的“变性”，即空间构象的崩溃。如果你不幸被烧伤和烫伤，尽管你的皮肤和肉都在那里，你不能再承担生理功能。

为什么蛋白质需要练习“瑜伽”，为什么生物大分子如此重视“姿势”？只有当蛋白质正确折叠时，它们才能具有正常的生理功能。一旦错误折叠，要么降解，要么蛋白质活性丧失，有时会让人生病。困扰老年人的阿尔茨海默病是由于蛋白质构象的变化。囊性纤维化是蛋白质不能折叠。家族性高胆固醇血症是蛋白质折叠错误。家族性淀粉样变是蛋白质沉淀...

蛋白质错误折叠，有时会导致疾病。

蛋白质的高级结构由其初级结构决定。有些人把一级结构和蛋白质构象之间的这种联系称为“第二遗传密码”，这表明了蛋白质构象的重要性。

蛋白质氨基酸序列的突变将极大地改变蛋白质的构象和功能。例如，镰状贫血是一种氨基酸突变。此后，两条血红蛋白链相互“锁定”，最终与其他血红蛋白链一起形成不溶性长圆柱螺旋纤维束。结果，红细胞扭曲成镰刀状，这最终导致血液中红细胞的携氧能力降低，导致患者的慢性溶血性贫血。这种由基因突变引起的疾病被称为“分子疾病”。

谁是蛋白质瑜伽教练？

蛋白质折叠是随机的还是有内部机制？

在某些情况下，蛋白质折叠是自动的，不需要“瑜伽”教练，完全是“自学的”

一些小分子蛋白质在体外的可逆变性和复性是一个证据。“热力学假说”认为，在某些情况下，如不同的溶液成分、酸碱度、温度和离子强度，蛋白质中的多肽链会自动调节其空间位置，就像水落到地面，使整个系统处于最低*能的状态，从而使蛋白质的结构最稳定，形成蛋白质的构象。

有时候，蛋白质需要“瑜伽教练”来指导它们的运动。这些“指导者”被称为分子伴侣或折叠酶。分子伴侣和折叠酶都是蛋白质。它们的功能是帮助其他蛋白质正确折叠，就像教练教你手牵手的正确动作一样。当它们发挥作用时，它们与想要帮助的蛋白质结合，折叠后与它们分离，并且不参与这些蛋白质的生理功能。

蛋白质的“瑜伽阵”和“八卦阵”有一个咒语。

正如行军作战要注意部队的安排，每一场战斗的胜利不能归于一个士兵，蛋白质的生命功能也是“部队和阵列的安排”的结果。因此，每一种蛋白质都应该努力做“瑜伽”，并把氨基酸排列成一列。

头发角蛋白含有大量的α螺旋结构，头发具有弹性。丝绸有大量的β螺旋。蚕丝柔软易拉伸……与氨基酸序列信息相比，根据蛋白质构象可以更准确地预测蛋白质功能。活细胞中的各种生理功能并不总是被执行，各种生理功能需要随时间和空间而转换，因此这些功能的执行蛋白需要“开”和“关”。蛋白质的构象不是恒定的，它会随着功能的转换而改变。

结构蛋白质，像“钢筋”，大多是纤维状的；酶是一个“媒人”，大部分是球形的，里面有一个小空间，有机物质可以通过反应聚集在一起，亲密地“谈论爱情”。承担细胞内外物质运输的“膜蛋白”变成了交通繁忙的“隧道”。

从广场舞到拉丁舞

如果你会跳拉丁文，方块舞对你来说并不难。你的瑜伽教练会教你不同的运动，同一种蛋白质会在不同的构象间穿梭，这被称为“变构效应”。

谁是变质过程中的好学生？血红蛋白和肌红蛋白。这两种蛋白质的主要功能是携带氧气。血红蛋白在血液中，肌红蛋白在肌肉组织中。

血红蛋白隐藏在红细胞中。

不管氧的分压是多少，肌红蛋白总是与氧分子保持高亲和力，紧紧拥抱，永不“放弃”。由于“变构效应”，血红蛋白非常不同，而且对氧分子来说“太穷而不爱富”。当氧含量低时，与氧的亲和力降低，释放氧并将其转化为肌红蛋白；当氧分压高时，血红蛋白越多越好，携带尽可能多的氧分子。为什么会这样？

血红蛋白的构象随着氧分压的不同而变化。人类血红蛋白有4个亚单位。当氧分压高时，一个亚基与氧的结合将导致蛋白质的构象变化，从而使其他亚基更容易和更快地与氧结合。然而，当氧含量较低时，一个亚基上的氧分子将被释放，这将驱使更多的亚基释放氧分子，就像一个羊的领导者。这种现象被称为积极协同。因此，血红蛋白和肌红蛋白形成了将氧分子从肺带到组织和肌肉的有效机制。

蛋白质结构预测已经成为生命科学的一个热门研究课题，因此出现了一个新的术语——结构生物学。什么是结构生物学？它是一门基于生物大分子的特定空间结构、结构的特定运动和生物功能之间的关系来阐明生命现象及其应用的科学。

如果你喜欢折纸，如果你喜欢折叠餐巾，如果你灵巧的手总能把普通物体变成瑜伽，你不能肯定你将来会成为一名优秀的结构生物学家。