你了解蛋白质吗
蛋白质是生命的物质基础，在我们的身体中进行各种各样的分工合作，承载着繁杂的生命活动。可是你是否知道，蛋白质要想在身体内实现这些功能，还依赖于它所表演的行为艺术吗？
蛋白质分子是微型的“瑜伽大师”
各种各样的蛋白质在生命个体中是分工合作的。它们有的当“砖瓦”，构建生物体；有的“搞运输”，自身作为载体运送其它物质；有的当“士兵”，与侵入的病原体作战；有的开“生化工厂”，作为酶催化各种生化反应；有的是“管理者”，作为激素调节各种生理反应；有的当“缓冲区”，组成结缔组织，让身体富有弹性，并作为“外包装”保护身体，如皮肤里的胶原蛋白；有的则是“传令兵”，在细胞间传递信息。
可是这些功能可不是一蹴而就的，只有通过蛋白质的行为艺术才能实现。蛋白质分子就是微型的“瑜伽大师”，它们婀娜的身姿要么扭曲，要么纠缠，如果不把身体舞成某个特定的姿态，就不能体现出这些生物活性。很多有机大分子都是柔性的，可以通过扭曲折叠及翻转做出很多高难度动作，像极了“瑜伽”大师。
在生物化学上，这些“瑜伽”叫做蛋白质的折叠，各类的折叠在一起，组成蛋白质的空间构象。对很多生物大分子来说，空间构象几乎和结构具有同样的重要性。把肉和鸡蛋煮熟，蛋白质的氨基酸序列没有变，肽链没有变，只是空间构象变化了，肉和蛋的性状和口感变化了，这叫做蛋白质的“变性”，即空间构象的坍塌。如果不幸被烧伤烫伤，皮肉虽然都在，却再也无法承担生理功能了。
蛋白质为什么要练“瑜伽”呢？一个生物大分子为何如此重视“姿态”呢？蛋白质只有正确地折叠，才会具有正常的生理功能。一旦错误折叠，要么被降解掉，要么蛋白质活性丧失，甚至有时会让人患病。比如困扰老年人的阿尔茨海默症，就是因为蛋白质构象变化了；囊性纤维病变是蛋白质不能折叠；家族性高胆固醇症是蛋白质错误折叠造成的；家族性淀粉样蛋白症，则是蛋白质沉淀产生的后果。
蛋白质的“瑜伽教练”是谁
蛋白质的折叠是随意发生，还是有内在的机制呢？有的时候，蛋白质折叠是自动的，不需要“瑜伽”教练，完全“自学成才”。一些小分子蛋白质在体外可逆的变性复性，就是一个证据。“热力学假说”认为，在一定的环境下，如不同的溶液组分、pH值、温度和离子强度下，蛋白质中的多肽链会自动调整空间位置，犹如水往低处走一样，让整个系统处于自由能最低的状态，这样蛋白质的结构最稳定，从而形成蛋白质的构象。
有的时候，蛋白质需要“瑜伽教练”辅导动作，这些“教练”叫做分子伴侣或者折叠酶。分子伴侣和折叠酶都属于蛋白质，它们的作用是帮助其他蛋白质正确折叠，就像一位优秀的瑜伽教练手把手地教你正确的动作一样，在发挥作用时，和所要帮助的蛋白质结合，折叠完毕后立即与其分离，不去参与这些蛋白质的生理功能。
蛋白质如果一旦错误折叠，舞姿出错，那就会给生命机体带去灾难。先让我们来看看蛋白质的“建筑结构”：氨基酸的序列叫做蛋白质的一级结构，肽链个体的“舞姿”是蛋白质的二级结构和三级结构；而肽链们的“集体舞”，就是蛋白质的独特“舞姿”，这是四级结构，因此蛋白质的结构更像是一座坚固有序的“建筑物”。
蛋白质的高级结构是由蛋白质的一级结构决定。有人将一级结构和蛋白质构象之间的这种关联，称之为“第二遗传密码”，蛋白质构象的重要性，由此可见一斑。如果蛋白质氨基酸序列发生突变，就会导致蛋白质的构象和功能发生很大的变化。例如镰刀形贫血病，即是一个氨基酸发生了突变。之后，两条血红蛋白链互相“锁”在一起，最终与其他血红蛋白链共同形成一个不溶的长柱形螺旋纤维束。于是红细胞被扭旋成了镰刀形，最终造成血液里的红细胞携氧能力下降，导致患者慢性溶血性贫血。这种基因突变造成蛋白质分子改变的疾病，称为“分子病”。
从拉丁舞到广场舞
假如你会跳拉丁舞，那么广场舞对你来说就不会太难。就好像你的“瑜伽”教练会教你不同的动作一样，同一种蛋白质也会在不同的构象中穿梭变换，挥洒出多样的舞姿，这叫做“变构效应”。到底谁是变构这门功课的好学生呢？它们分别是血红蛋白和肌红蛋白。这两种蛋白质的主要功能都是携带氧。血红蛋白在血液里，肌红蛋白则在肌肉组织中。
其实血红蛋白就藏身在红细胞中。不管氧的分压如何，肌红蛋白总是与氧分子保持高亲和性，亲密地拥抱，从不“嫌弃”。血红蛋白由于“变构效应”，却表现大大的不同，对氧分子“嫌贫爱富”。氧分压低时，与氧的亲和力降低，释放出氧，传递给肌红蛋白；氧分压高时，血红蛋白则多多益善，能携带多少氧分子就携带多少。为什么会这样？
原来血红蛋白的构象，随着氧分压的不同而有所变化。人的血红蛋白有4个亚基。当氧分压高时，一个亚基与氧结合后，会引起蛋白质构象的变化，让其他亚基与氧更容易结合，结合速度更快。而当氧分压低时，一个亚基上的氧分子脱离后，会带动更多的亚基解除氧分子，就像领头羊带着羊群一样，这种现象叫做正协同性。血红蛋白和肌红蛋白就这样形成了一个将氧分子从肺部带到组织肌肉中的有效机制。
蛋白质的行为艺术可谓是叹为观止吧？
