蛋白质的三级结构

（一）蛋白质三级结构的概念

蛋白质三级结构（tertiary structure）是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。已知球状蛋白质的三级结构有某些共同特征，如折叠成紧密的球状或椭球状；含有多种二级结构并具有明显的折叠层次，即一级结构上相邻的二级结构常在三级结构中彼此靠近并形成超二级结构，进一步折叠成相对独立的三维空间结构；以及疏水侧链常分布在分子内部等。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键如疏水键、盐键、氢键和Van der Waals力等（图1－13）。

肌红蛋白是由153个氨基酸残基构成的单一肽链蛋白质（图1－14），含有1个血红素辅基。图1－14显示肌红蛋白的三级结构。肌红蛋白分子中α－螺旋占75％，构成A～H 8个螺旋区，两个螺旋区之间有一段无规卷曲，脯氨酸位于转角处。由于侧链R基团的相互作用，多肽链缠绕，形成一个球状分子（4．5nm×3．5nm×2．5nm），球表面主要有亲水侧链，疏水侧链则位于分子内部。

图1－13 维持蛋白质分子构象的各种化学键

a．氢键 b．离子键 c．疏水键

图1－14 肌红蛋白中血红素与肽链的关系

（二）结构域

分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能，称为结构域（domain）。大多数结构域含有序列上连续的100～200个氨基酸残基，若用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能。超二级结构则不具备这种特点。因此，结构域也可看作是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构。

3－磷酸甘油醛脱氢酶含有2个相同的亚基，每个亚基由2个结构域组成、第1个结构域（N－端第1～146位氨基酸残基）能与NAD＋结合；第2个结构域（第147～333位氨基酸残基）与底物3－磷酸甘油醛结合（图1－15）。有些蛋白质各结构域之间接触较多并紧密，从结构上很难划分。因此，并非所有蛋白质的结构域都明显可分。

图1－15 3－磷酸甘油醛脱氢酶亚基的结构示意图

（三）蛋白质分子的折叠

如果蛋白质的多肽链随机折叠，可能产生成千上万种可能的空间构象。而实际上，蛋白质合成后，基本只形成一种正确的空间构象。除一级结构为决定因素外，还需要在一类称为分子伴侣（molecular chaperone）的蛋白质辅助下，合成中的蛋白质才能折叠成正确的空间构象（详见第十一章）。只有当蛋白质折叠形成正确的空间构象后，才具有生物学功能。