蛋白质的分子虽然是由一个个氨基酸基串联而成的一条链，但它并不是笔直的，而是三维立体的。
哦，对了，地球上所有生物的蛋白质都是由氨基酸基构成的，而且这些氨基酸种类不多，一共只有二十种。
有一种观测微观世界物质结构的方法，叫X射线衍射法。利用X射线照射被测物质，根据折射出来的射线所形成的影像来判断物体内部原子排列情况。人们据此对一种角蛋白的结构做出了解析，提出了蛋白质的螺旋结构学说。
进一步分析其原因是一种键能为共价键10%左右的弱键——氢键——所起的作用。多肽链受到本身诸多氢键的牵引，形成螺旋形的走向。虽然单个氢键较弱，但是许多氢键共同作用，使得多肽链处于一种稳定状态。
这种立体形状的结构被称为蛋白质的二级结构。是不是想到了DNA的双螺旋结构，道理是一样一样的。
氨基酸结合成肽链后，各个氨基酸基上的R基团就成为主链的侧链。这些侧链有不同的性质。像丙氨酸、苯丙氨酸等，他们的基团没有电极性，和水分子没有吸引力，是疏水性的。但有的氨基酸的侧链，如丝氨酸、苏氨酸，它们的基团和水分子会产生吸引力，是亲水性的。还有如谷氨酸、天冬氨酸，不仅亲水，而且显酸性。而赖氨酸，不仅是亲水的，而且显碱性。
所以，在不同氨基酸序列的多肽分子上，各种侧链处于不同的位置和空间关系，相互吸引或排斥。有的可以形成一定的化学键而结合起来；有的侧链由于是疏水性的，所以疏离外部的水环境而卷入分子的内部；有的侧链则由于亲水性，而贴近外部的水环境。这些因素会使多肽在二级结构的基础上进一步弯曲缠绕，形成蛋白质的团块形的三级结构。
如果几条这样的肽链团块聚合到一起，构成一个固定的分子集团，就成为蛋白质的四级结构。
这样，高级结构的蛋白质分子可能形成各种凸凹的立体形状，通过各种化学键，能与各种对象的大大小小的分子形成特异性的立体嵌接，发挥着各种不可替代的生物作用。而造成这些立体形状的最根本的条件还在于蛋白质的一级结构。
如果举个例子，我们就可以更容易地理解这些结构的意义。
人们曾深入地研究血液中的红色物质，现在我们都知道，那是血红蛋白。这种含有铁的蛋白质是血液呈红色的原因。
血红蛋白的作用是把肺里的氧气搬运到组织里去，再帮助把组织里的二氧化碳运到肺里排出体外。
人类的血红蛋白的分子量为66800，也就是说，有66800个氢原子那么重。由两种肽链各两条组成，一种肽链由141个氨基酸基组成，一种肽链由146个氨基酸基组成。
这些氨基酸基的排列顺序，就是人类血红蛋白的一级结构。
这些肽链呈现螺旋形结构，这就是二级结构。
而这些肽链在本身呈螺旋形结构的同时，又按照一定的走向卷曲着，形成了三级结构。每个血红蛋白的肽链卷曲之后大致形成一个球形。
三级结构的肽链之间，许多侧链能够近距离对接起来，起到一定的连接作用，使肽链进一步聚集起来，形成四级结构。对于血红蛋白来说，四条肽链相互链接在一起，像四个小球粘在一起，呈一个正四面体的阵形。每个小球被称为血红蛋白的亚单元。
最重要的一点是，人类血红蛋白的三级结构和四级结构是非常稳定的。不会这个血红蛋白亚单元是球形的，另一个是饼形的，这个四级结构是正四面体的，另一个是一条龙的。三级结构和四级结构非常稳定且完全一致，所以所有的血红蛋白都具有相同的生理功能。
其实从生理学上来说，血红蛋白的作用就是把氧气从肺里搬运到组织中，再把组织中的二氧化碳搬运到肺里。为什么在生物进化的过程中，要形成如此大型而结构又如此复杂的分子呢？
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