结构生物化学/蛋白质/蛋白质
蛋白质是重要的有机化合物，作为结构元素、运输通道、信号受体和传递者以及催化剂；它们是生物体中用途最广泛的大分子。蛋白质的组成是由一个或多个多肽组成，这些多肽由 20 种不同的氨基酸亚基组合而成。这些多肽是氨基酸的线性聚合物链，通过肽键连接在一起，肽键是在相邻氨基酸残基的羧基和氨基之间形成的。每个氨基酸都有自己的大小、形状和一组性质，蛋白质有 50 到 2000 个氨基酸以许多不同的组合连接在一起（生命的结构 3）。由于蛋白质可以有许多不同的结构和形状，因此它们在体内可以具有不同的功能和作用。蛋白质的一个特殊特征是，只有氨基酸的 L 型异构体存在于自然界中并被用在蛋白质中。目前没有证据解释为什么会这样。蛋白质上有许多不同的活性官能团附着在上面，以帮助定义它们的性质和功能。蛋白质执行许多重要的功能，从作为非常坚硬的结构元素到在细胞之间传递信息。此外，由于蛋白质彼此之间以及与其他大分子相互作用，形成了复杂的组装体。蛋白质根据官能团之间的分子内键合折叠成二级、三级和四级结构，并根据氨基酸序列呈现各种三维形状。
例如，胶原蛋白是一种纤维状结构蛋白，是动物体内含量最丰富的蛋白质。胶原蛋白的结构由三螺旋组成，主要由三个多肽链组成，这些链通过氢键结合在一起，类似于 DNA 的双螺旋。胶原蛋白的这种结构是通过 X 射线晶体学方法确定的。蛋白质能够执行各种重要功能，这得益于几个重要的性质。
1. 线性聚合物：蛋白质由单体单元（氨基酸）构成：根据氨基酸的顺序，蛋白质自发地折叠成三维结构。
2. 包含广泛的官能团：蛋白质包含官能团，如醇、硫醇、硫醚、羧酸等。这些官能团是蛋白质可以执行的各种功能的关键。
3. 蛋白质相互作用以形成复杂的组装体：在复杂的组装体中，蛋白质协同作用以实现特定功能。
4. 结构：蛋白质的柔韧性不同。蛋白质的刚性单元可以充当细胞骨架或结缔组织中的结构元素。蛋白质结构分为四类，是蛋白质功能特异性的重要因素。
蛋白质通常以 3D 结构显示。它们通常分为 4 种不同的特征和级别
一级：多肽的一级结构是指它的氨基酸顺序，从头到尾。多肽的一级结构由编码基因决定。基因携带制造具有特定氨基酸顺序的多肽的信息。一个平均的多肽长度约为 300 个氨基酸，有些基因编码的多肽长度为数千个氨基酸。
二级：多肽的氨基酸顺序以及化学和物理定律导致多肽折叠成更紧凑的结构。氨基酸可以在蛋白质内的键周围旋转。这就是蛋白质具有柔韧性并可以折叠成多种形状的原因。折叠可以是不规则的，或者某些区域可以呈现重复的折叠模式。这种重复模式称为二级结构。两种类型是 α-螺旋和 β-折叠。在 α-螺旋中，多肽主链形成一个重复的螺旋结构，该结构通过氢键稳定。这些氢键以规律的间隔发生，导致多肽主链形成螺旋。在 β-折叠中，多肽主链的区域彼此平行。当这些区域形成氢键时，多肽主链形成一个重复的锯齿形，称为 β-折叠。
三级：由于一级结构导致二级结构的建立，多肽会折叠并重新折叠自身，以呈现一种复杂的三维形状，称为蛋白质三级结构。三级结构是单个多肽的三维形状。对于某些蛋白质，如核糖核酸酶，三级结构是功能蛋白的最终结构。其他蛋白质由两个或多个多肽组成，并形成四级结构。
四级：大多数功能蛋白由两个或多个多肽组成，每个多肽都形成三级结构，然后彼此组装。单个多肽称为蛋白质亚基。亚基可以是相同的多肽，也可以是不同的多肽。当蛋白质由不止一条多肽链组成时，它们被称为具有四级结构，也称为多聚体蛋白，意味着有多个部分。这些蛋白质通过氢键、盐桥和二硫键等相互作用以特定的形状结合在一起。蛋白质的两个主要结构类别是纤维状和球状。角蛋白是一种纤维状蛋白，它存在于羊毛、头发、肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白、毛皮、指甲和用于血液凝固的纤维蛋白原中。球状蛋白的例子包括胰岛素、血红蛋白和大多数酶。
几个因素决定了多肽形成二级、三级和四级结构的方式。多肽的氨基酸序列是区分一种蛋白质与另一种蛋白质结构的决定性特征。当多肽在细胞中合成时，它们会折叠成二级和三级结构，对于大多数蛋白质，这些结构会组装成四级结构。如前所述，化学和物理定律以及氨基酸序列共同控制着这一过程。五个因素对于蛋白质折叠和稳定性至关重要
1. 氢键
2. 离子键和其他极性相互作用
3. 疏水相互作用
4. 范德华力
5. 二硫键
蛋白质的功能，如分子识别和催化，取决于它们互补的结合位点。它们还取决于蛋白质三级结构产生的特殊微环境。这种结合位点的特殊微环境最终有助于催化。结合位点具有不同的电荷分布，允许底物结合。
添加热量后，蛋白质开始变性。变性发生在三级和二级结构中。如果发生变性，这会导致蛋白质失活，甚至导致细胞死亡并失去功能。
热量能够使蛋白质变性的原因是它会破坏键，因为它会导致这些分子快速振动。
热量会影响三级和二级结构。蛋白质的一级结构只是肽键，热量不足以破坏这些肽键，因此热量不会影响一级结构。
肥胖症患者表现出暴食以及胰岛素和瘦素水平升高，尽管瘦素应该是一种抑制进食的物质，同时降低胰岛素水平并抑制胰岛素的产生。由于暴食可能会导致瘦素抵抗，瘦素可能无法像预测的那样发挥作用。这可能也与胰岛素抵抗有关。瘦素是生化途径和代谢通量的强效调节剂，进而导致葡萄糖通量的重新分布。研究表明，早期由于过度进食而分泌的瘦素可能与肥胖和葡萄糖耐受不良有关。过度进食会降低维持正常血糖水平所需的葡萄糖输注率。因此，碳水化合物的摄入量发生了巨大变化，因为在过度进食 7 天后，葡萄糖摄入率降低了。过度进食显着降低了胰岛素对葡萄糖生成的抑制作用。自愿过度进食降低了瘦素对食物消耗的影响程度。在一个用过度喂食的大鼠和对照组大鼠进行的实验中，通过向两组注射瘦素证明了这一点。过度喂食的大鼠组对瘦素没有反应，因此它们的食量没有减少，但对照组则出现了瘦素的预期结果。在对照组中，瘦素按预期发挥作用，抑制了食物摄入。由于食物摄入量增加导致的体重增加可能与胰岛素抵抗以及暴食期间葡萄糖生成早期增加有关。因此，证明了食物消耗量的增加在瘦素系统瘫痪/下降以及胰岛素对碳水化合物代谢作用下降中发挥作用。
Matthew D. Shoulders 和 Ronald T. Raines. "胶原蛋白结构和稳定性" http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.biochem.77.032207.120833?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%3dpubmed "四级蛋白。"埃尔姆赫斯特学院：伊利诺伊州埃尔姆赫斯特。网络。2011 年 11 月 12 日。<http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/567quatprotein.html>。 http://diabetes.diabetesjournals.org/content/50/12/2786.full.pdf+html