蛋白质的四级结构与变构现象

由两条或两条以上肽链通过非共价键构成的蛋白质称为寡聚蛋白。其中每一条多肽链称为亚基，每个亚基都有自己的一、二、三级结构。亚基单独存在时没有完整生物活性，只有相互聚合成特定构象时才具有完整的生物活性。四级结构就是寡聚蛋白天然构象中各个亚基的空间排布方式。

胰岛素的单体形式包含两条肽链，但二者之间以二硫键相连。因为二硫键是共价键，所以胰岛素不是寡聚蛋白。胰岛素还可以形成二聚体和六聚体，但它们不是胰岛素的功能单位。因为胰岛素的单体就具有完整的生物功能，所以二聚体和六聚体是多分子聚集体，不是寡聚蛋白。

胰岛素的两条肽链以共价键连接。引自百度百科

最常见的寡聚蛋白是血红蛋白。它是由两条α链和两条β链构成的四聚体，分子量65 KD。其分子呈四面体构型，肽链之间没有共价连接，所以每条肽链是一个亚基。每个亚基都和肌红蛋白类似，含有一个血红素辅基，可以结合一分子氧。

脱氧血红蛋白

当其中一个亚基与氧结合时，所有亚基都会发生运动，引起四个亚基相对空间位置的变化，使两个α亚基相互接近，两个β亚基则远离。这个变化会增加其余亚基对氧的亲和力，而第二、第三个亚基与氧结合同样增加剩下亚基对氧的亲和力。这样，第四个亚基对氧的亲和力可以达到第一个亚基的300多倍。所以血红蛋白在肺中可以迅速与氧结合。

血红蛋白氧合变构，引自PDB101

反之，当氧合血红蛋白的一个亚基发生解离时，也会使其余亚基更容易解离。这样，血液进入氧分压较低的组织中时，血红蛋白就会迅速将氧放出，起到高效运输氧气的作用。

血红蛋白的这种构象变化称为变构或别构现象。引起血红蛋白构象变化的氧分子称为变构效应物或配体。这种小分子效应物专一性地与蛋白质可逆结合，引起四级结构和生物功能发生改变的现象称为变构现象（allosteric effect）。

一个氧分子与血红蛋白的结合会促进其它氧的结合，称为正协同效应，它导致血红蛋白的氧合曲线为S形。这种S形曲线使血红蛋白的输氧能力得到加强，可在较窄的氧分压范围内完成输氧功能，使体内氧的分压不会发生很大起伏。

血红蛋白与肌红蛋白的氧合曲线

变构现象与蛋白质的生理功能密切相关。有很多酶属于别构蛋白，称为别构酶。这些别构酶控制着代谢反应进行的速度。通过别构效应进行的一个优点是速度快，因为构象的改变可以在极短时间内完成。当机体需要立即加速某个代谢途径时，经常会通过别构效应来实现。相对说来，酶的共价修饰速度就要慢一些，而酶量的调控则属于长期调控的范畴。