级结构中的每条具有独立三级结构的多肽称为亚基（subunit）。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。

在四级结构中，亚基之间不含有共价键，各亚基之间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本身的构象仍可不变。一种蛋白质，各亚基可以是相同的，也可以是不同的。由相同的类型的亚基构成的四级结构称均―四级结构，如过氧化氢酶是由四个相同的亚基构成的。由不同亚基构成的四级结构，称非均一的四级结构。如血红蛋白是由2个α亚基和2个β个亚基构成（图2-14）。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构才具有生物学功能，如果四级结构解聚成为亚基，蛋白质就不能执行正常的功能。

某些蛋白质分子可进一步聚合成聚合体（polymer）。聚合体的重复单位称为单体（monomer），聚合体可按其中所含单体的数量不同而分为二聚体、三聚体??寡聚体（oligomer）和多聚体（polymer）而存在。

图2-14 血红蛋白四级结构 第三节 蛋白质的结构与功能的关系

体内存在种类众多的蛋白质，各种蛋白质的一级结构和空间构象各不相同，而且每一种蛋白质都执行各自特异的生物学功能，可见蛋白质结构与功能之间存在密切的关系。

一、蛋白质一级结构与功能的关系

（一）一级结构是空间结构的基础

20世纪60年代，Anfinsen在研究牛胰岛核糖核酸酶A（RNase A）的变性和复性时发现，蛋白质的功能与其三级结构密切相关。而特定的三级结构是以蛋白质的一级结构即氨基酸的排列顺序为基础的。

RNase A是由124个氨基酸残基组成的一条多肽链，分子中8个半胱氨酸的巯基形成4对二硫键，多肽链进一步折叠成为具有特定空间构象的三级结构。

在天然RNase A溶液中加入适量变性剂尿素和还原剂β?巯基乙醇，分别破坏次级键和二硫键，从而使蛋白质的空间结构破坏，酶即变性失去活性。由于肽键未受影响，故蛋白质的一级结构仍存在。将尿素和β?巯基乙醇经透析除去，酶活性及其一系列性质均可恢复到与天然酶一样（图2-15）。牛胰RNase A的变性、复性及其酶活性变化充分说明，蛋白质的一级结构是空间结构的基础，而只有具备了特定的空间结构的蛋白质才具有生物学活性。

图2-15 RNase A变性与复性

蛋白质的空间结构除一级结构和溶液环境为决定因素外，大多数蛋白质的折叠还需要一类称为分子伴侣（molecular chaperon）的蛋白质参与。分子伴侣广泛存在于从细菌到人的细胞中。在新生肽链的折叠和穿膜进入细胞器的转位过程中起关键作用。有些分子伴侣可结合在多肽链上，从而防止多肽链的降解或侧链的

非特异性聚集；有的则可诱导肽链正确折叠。

（二）一级结构是功能的基础

经过对大量蛋白质结构与功能关系的研究，发现凡有相似一级结构的多肽或蛋白质，其功能也相似。例如腺垂体分泌的多肽激素，39肽的促肾上腺素（ACTH）和促黑素（MSH）之间有一段相同的氨基酸序列，因此ACTH具有较弱的促黑素作用。

对蛋白质一级结构的比较可以反映分子的进化。如广泛存在于生物界的细胞色素c(cytochrome c)，物种间亲缘关系越近，则细胞色素c的一级结构越相似，其空间结构和功能就越相似。

一级结构的测定还应用在临床医学中，许多先天性疾病是由于某一重要蛋白质一级结构发生改变而引起。例如镰刀型贫血是由于血红蛋白β亚基的第6位氨基酸缬氨酸被谷氨酸取代所致；只是一个氨基酸改变导致蛋白质功能异常，其异常的表现为：促使血红蛋白在低氧状态溶解性降低，聚集成丝，相互粘着，导致红细胞形成镰刀状极易碎裂。蛋白质一级结构改变引起疾病称为分子病，因为蛋白质一级结构中氨基酸排列顺序是由于遗传密码所决定，氨基酸的改变最根本原因是DNA碱基顺序的改变所致，因此了解一级结构的就能从分子水平诊断和治疗遗传病。

二、蛋白质的空间结构与功能的关系 （一）蛋白质的空间结构决定其生物学功能

蛋白质的空间结构决定其生物学功能，如酶是具有催化作用的蛋白质，若用一定方法将酶的正常空间结构破坏，而不破坏其一级结构，酶的活性也丧失。酶原的激活或各种蛋白质前体的加工和激活也证明，蛋白质只有具备适当的空间结构形式才能执行其功能。经研究证明，有的蛋白质的功能的发挥仅与其某部位的特定构象有关，通常将这种特定构象称蛋白质的功能区，只要蛋白质功能区维持完整，分子中其它部位构象的改变也不影响它的功能。但是对于蛋白质功能区特定构象的维持来说，它的一级结构中的某些氨基酸残基是必需的，如果这些必需的氨基酸残基发生改变，蛋白质特定构象将会被破坏。蛋白质生物学活性也会丧失。因此，一级结构与空间结构对维持蛋白质功能的作用是统一的。

（二）蛋白质的空间构象变化与功能

蛋白质空间结构并不是固定不变的，由于蛋白质分子可与某些小分子物质相互作用，致使其构象发生轻微的改变，而蛋白质生物学效应则会随之发生较大的改变。这种作用称为变构作用或别构效应。如血红蛋白（hemoglobin）是具有变构效应的蛋白质，血红蛋白未与O2结合时，其亚基处于某一种空间紧密构象，称为紧张态（tense state,T态），与O2的亲和力小,致使血红蛋白可以快速的脱氧，供组织利用。在氧丰富的肺里，随着与O2结合，Hb亚基之间的氢键断裂，血红蛋白空间结构变得松弛，称为松弛态（relaxed state T态），此时与O2的亲和力变大。因此血红蛋白的变构作用对调节血红蛋白运输氧的功能有重要的作用。

近年来已发现蛋白质一级结构不变而仅构象发生改变也可引发疾病，有人称此类疾病为蛋白质构象病。蛋白质构象病产生的根本原因是蛋白质错误折叠或不能折叠导致构象异常变化。如朊病毒病就是蛋白质构象病中的一种。肌萎缩性脊髓侧索硬化症也是构象病，患者体内的超氧化物歧化酶在合成过程中，发现蛋白质错误折叠而使构象改变，尽管此酶一级结构不变，但其功能改变而发病。 第四节 蛋白质的理化性质 一、蛋白质的两性解离和等电点

蛋白质同氨基酸一样，都具有两性解离的特性，因此均为两性电解质，蛋白质分子中的肽链两个末端，有可结合氢离子的α－氨基和解离出氢离子α－羧基。更主要的是侧链上有不少的基团，也可以解离形成正离子或负离子。如赖氨酸残基中的ε－ 氨基、精氨酸残基的胍基和组氨酸残基的咪唑基都可结合氢离子而形成正离子，而谷氨酸残基和天冬氨酸残基 r－和β－羧基都可解离出氢离子而形成负离子。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质分子解离形成的正、负电荷相等，净电荷为零，此时蛋白质成为兼性离子。此时溶液的PH值称为该蛋白质的等电点（isoelectric point,pI）。各种蛋白质分子由于所含的碱性氨基酸和酸性氨基酸的数目不同，因而有各自的等电点。等电点是蛋白质特征性常数。含碱性氨基酸较多的蛋白质，等电点偏碱，如组蛋白，鱼精蛋白等；相反，含酸性氨基酸较多的蛋白质，等电点偏酸，如酪蛋白．胃蛋白酶等。当溶液的PH＞PI时，蛋白质带负电荷，作为带电颗粒在电场中向正极移动。当溶液PH＜PI时，蛋白质带正电荷，在电场中向负极移动（图2-16）。人体绝大部分蛋白质的等电点在pH5左右，故在生理情况下（pH7.4），大多数蛋白质以负离子形式存在。