由兩條或兩條以上肽鏈通過非共價鍵構成的蛋白質稱為寡聚蛋白。其中每一條多肽鏈稱為亞基,每個亞基都有自己的一、二、三級結構。亞基單獨存在時沒有完整生物活性,只有相互聚合成特定構象時才具有完整的生物活性。四級結構就是寡聚蛋白天然構象中各個亞基的空間排布方式。

胰島素的單體形式包含兩條肽鏈,但二者之間以二硫鍵相連。因為二硫鍵是共價鍵,所以胰島素不是寡聚蛋白。胰島素還可以形成二聚體和六聚體,但它們不是胰島素的功能單位。因為胰島素的單體就具有完整的生物功能,所以二聚體和六聚體是多分子聚集體,不是寡聚蛋白。

胰島素的兩條肽鏈以共價鍵相連,引自百度百科

最常見的寡聚蛋白是血紅蛋白。它是由兩條α鏈和兩條β鏈構成的四聚體,分子量65 KD。其分子呈四面體構型,肽鏈之間沒有共價連接,所以每條肽鏈是一個亞基。每個亞基都和肌紅蛋白類似,含有一個血紅素輔基,可以結合一分子氧。

脫氧血紅蛋白

當其中一個亞基與氧結合時,所有亞基都會發生運動,引起四個亞基相對空間位置的變化,使兩個α亞基相互接近,兩個β亞基則遠離。這個變化會增加其餘亞基對氧的親和力,而第二、第三個亞基與氧結合同樣增加剩下亞基對氧的親和力。這樣,第四個亞基對氧的親和力可以達到第一個亞基的300多倍。所以血紅蛋白在肺中可以迅速與氧結合。

血紅蛋白氧合變構,引自PDB101

反之,當氧合血紅蛋白的一個亞基發生解離時,也會使其餘亞基更容易解離。這樣,血液進入氧分壓較低的組織中時,血紅蛋白就會迅速將氧放出,起到高效運輸氧氣的作用。

血紅蛋白的這種構象變化稱為變構或別構現象。引起血紅蛋白構象變化的氧分子稱為變構效應物或配體。這種小分子效應物專一性地與蛋白質可逆結合,引起四級結構和生物功能發生改變的現象稱為變構現象(allosteric effect)。

一個氧分子與血紅蛋白的結合會促進其它氧的結合,稱為正協同效應,它導致血紅蛋白的氧合曲線為S形。這種S形曲線使血紅蛋白的輸氧能力得到加強,可在較窄的氧分壓範圍內完成輸氧功能,使體內氧的分壓不會發生很大起伏。

血紅蛋白與肌紅蛋白的氧合曲線

變構現象與蛋白質的生理功能密切相關。有很多酶屬於別構蛋白,稱為別構酶。這些別構酶控制著代謝反應進行的速度。通過別構效應進行的一個優點是速度快,因為構象的改變可以在極短時間內完成。當機體需要立即加速某個代謝途徑時,經常會通過別構效應來實現。相對說來,酶的共價修飾速度就要慢一些,而酶量的調控則屬於長期調控的範疇。

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