二硫键与蛋白质的结构(精)

2010年第45卷第5期生物学通报5二硫键与蛋白质的结构徐国恒*(100191摘要二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键,具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同,二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问。关键词蛋白质二硫键高级结构功能中国图书分类号:Q51文献标识码:A(disulfidebondS-S,2-S-S-2(cysteineCys,;,链内二硫键和链间二硫键2,A12,A、B2条肽链组成,除了A链内部有1个链内二硫,AB2(1,免lgG二硫键的作用二硫键对蛋白质的正确折叠和高级结构的形,,;,可形成局部疏水中心,拒绝水分子进入肽的内部破坏氢键,利于形成稳定的高级结构区域。由于二硫键可以桥接肽链的不同区域,有时候也被称为二硫桥(disulfidebridge[1,2]。二硫键是一个动态变化的化学键二硫键由2个巯基通过氧化反应生成。二硫,,断裂后可,,,,,,,[1~3]。*医学博士,教授,本刊编委烫发前烫发后SSSSHSHSHSSS巯基SSS还原剂SHSHSH氧化剂SSSSSSSHSHSHSSSSSSSHSHSHSSS6生物学通报2010年第45卷第5期构和,(即,?细胞中普遍存在一种三肽即谷胱甘肽,,,,作为巯基供体的还原型,,,以维护,,,,所以具有解在体外,多肽的二硫键的形成可使蛋白质分子发生凝集、沉淀、活性降DNA,,,,,,要加入高浓度的巯基还原剂增溶[4,5]。蛋白质的完全变性需要打断二硫键物理因素如高温和放射线,化学变性剂如SDS、尿素、盐酸胍,能够破坏疏水键、盐键、氢键、范,,,(denaturation,,,2(2-Mercapto-ethanol和二硫代苏糖醇(dithiothreitol[4,5]。6:90%,(keratin,很大差别,这些差别与毛发的柔韧程度有关。日常生活中的烫发和发型保持,主要原理是操纵毛发角蛋白二硫键的还原和再氧化,即二硫键的断开和重新键合。图2,S-S,SH如图2所示,烫发前毛发角蛋白中的大量二硫键以某种特定的方式排列。烫发过程中,先使用还原剂如硫代乙醇酸盐处理头发,使角蛋白中的二硫键断裂还原,然后使用氧化剂如双氧水,,,,,上述还原氧化,但只有,,,,7二硫键是构成一级结构的共价键,还是构成高级结构的共价键?在蛋白质分子结构中,二硫键归属于蛋白质的一级结构,还是归属于高级结构?在中国,有不少参加生物学奥赛的中学生和教师提出过这样的问题,看似简单实则难以回答。基本上,在大学生物化学关于蛋白质分子结构教材里,这样的问题似乎未曾被强调过,也没有简单的答案或者没有唯一正确的答案。作者试图讨论如下。,,那么氨基,,2(2010年第45卷第5期生物学通报7,;,,而局限在一个非常有限的,基因工程与植物的遗传改良吴福彪(山东省菏泽市第一中学山东菏泽274035,,,,关键词基因工程植物遗传改良常规遗传改良中国图书分类号:Q789文献标识码:A,,,,,A(1,AB2(1,lgG,维持蛋白质高级结构,,二硫键参与一级结构,,,,,,有利于蛋白质分子8结语,,?这一问,,二硫键被关注的焦,我们的中学生物学常提出,;,,ABCD,,对于,很多概念可能,致谢:承蒙与北京大学医学部生物化学与分子生物学系毛泽斌教授讨论本文内容,特此致谢。主要参考文献1WedemeyerW.J.,WelkerE.,NarayanM.etal.Disulfidebondsandproteinfolding.Biochemistry.2000,39(15:4207—4216.2HoggP.J..Disulfidebondsasswitchesforproteinfunction.TrendsinBiochemicalSciences.2003,28(4:210—214.3MatthewsC.K.andvanHoldeK.E..Theroleofdisulfidebonds.In:Bowen,D.,Editor,Biochemistry,TheBenjaminCumm-ingsPublishingCo.,Re