蛋白質(zhì)概論簡(jiǎn)介培訓(xùn)課件

蛋白質(zhì)概論簡(jiǎn)介培訓(xùn)課件大綱要求蛋白質(zhì)的重要功能及其元素組成氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及分類(lèi)必須氨基酸蛋白質(zhì)的稀有氨基酸氨基酸的性質(zhì)肽肽鍵以及肽鏈肽的命名及結(jié)構(gòu)天然存在的活性寡肽蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)與蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)的分類(lèi)蛋白質(zhì)的分離提純及分子量測(cè)量一.概念簡(jiǎn)單蛋白、結(jié)合蛋白、基本氨基酸、等電點(diǎn)、甲醛滴定法、Edman降解、一級(jí)結(jié)構(gòu)、肽鍵、構(gòu)型與構(gòu)象、二面角、二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)、亞基、別構(gòu)蛋白、分子病、水化層、雙電層、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性、鹽析與鹽溶二.氨基酸分類(lèi)、基本氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、名稱(chēng)、符號(hào)、化學(xué)反應(yīng)、鑒定、蛋白質(zhì)的水解三.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、測(cè)定步驟、常用方法、酶二級(jí)結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)主要靠疏水鍵維持四級(jí)結(jié)構(gòu)變構(gòu)現(xiàn)象結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化對(duì)功能的影響、典型蛋白質(zhì)四.蛋白質(zhì)的性質(zhì)分子量的測(cè)定方法、酸堿性、溶解性、變性、顏色反應(yīng)第一節(jié)蛋白質(zhì)通論一、蛋白質(zhì)的功能（催化、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)成分、支架作用、防御和進(jìn)攻、異常功能）氨基酸的序列異構(gòu)是蛋白質(zhì)生物功能多樣性和物種特異性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)和核酸是原生質(zhì)的主要成分，任何生物都含有蛋白質(zhì)。自然界中最小、最簡(jiǎn)單的生物是病毒，它是由蛋白質(zhì)和核酸組成的。沒(méi)有蛋白質(zhì)也就沒(méi)有生命。自然界的生物多種多樣，因而蛋白質(zhì)的種類(lèi)和功能也十分繁多。概括起來(lái)，蛋白質(zhì)主要有以下功能：1.催化功能生物體內(nèi)的酶都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，它們有機(jī)體新陳代謝的催化劑。沒(méi)有酶，生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)就無(wú)法正常進(jìn)行。例如，沒(méi)有淀粉酶，淀粉就不能被分解利用。2.結(jié)構(gòu)功能蛋白質(zhì)可以作為生物體的結(jié)構(gòu)成分。在高等動(dòng)物里，膠原是主要的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)蛋白，參與結(jié)締組織和骨骼作為身體的支架，占蛋白總量的1/4。細(xì)胞里的片層結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜、線(xiàn)粒體、葉綠體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等都是由不溶性蛋白與脂類(lèi)組成的。動(dòng)物的毛發(fā)和指甲都是由角蛋白構(gòu)成的。3.運(yùn)輸功能脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞中的血紅蛋白和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)的血藍(lán)蛋白在呼吸過(guò)程中起著運(yùn)輸氧氣的作用。血液中的載脂蛋白可運(yùn)輸脂肪，轉(zhuǎn)鐵蛋白可轉(zhuǎn)運(yùn)鐵。一些脂溶性激素的運(yùn)輸也需要蛋白，如甲狀腺素要與甲狀腺素結(jié)合球蛋白結(jié)合才能在血液中運(yùn)輸。4.貯存功能某些蛋白質(zhì)的作用是貯存氨基酸作為生物體的養(yǎng)料和胚胎或幼兒生長(zhǎng)發(fā)育的原料。此類(lèi)蛋白質(zhì)包括蛋類(lèi)中的卵清蛋白、奶類(lèi)中的酪蛋白和小麥種子中的麥醇溶蛋白等。肝臟中的鐵蛋白可將血液中多余的鐵儲(chǔ)存起來(lái)，供缺鐵時(shí)使用。5.運(yùn)動(dòng)功能肌肉中的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的必要成分，它們構(gòu)象的改變引起肌肉的收縮，帶動(dòng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)。細(xì)菌中的鞭毛蛋白有類(lèi)似的作用，它的收縮引起鞭毛的擺動(dòng)，從而使細(xì)菌在水中游動(dòng)。6.防御功能高等動(dòng)物的免疫反應(yīng)是機(jī)體的一種防御機(jī)能，它主要也是通過(guò)蛋白質(zhì)（抗體）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。凝血與纖溶系統(tǒng)的蛋白因子、溶菌酶、干擾素等，也擔(dān)負(fù)著防御和保護(hù)功能。7.調(diào)節(jié)功能某些激素、一切激素受體和許多其他調(diào)節(jié)因子都是蛋白質(zhì)。8.信息傳遞功能生物體內(nèi)的信息傳遞過(guò)程也離不開(kāi)蛋白質(zhì)。例如，視覺(jué)信息的傳遞要有視紫紅質(zhì)參與，感受味道需要味覺(jué)蛋白。視桿細(xì)胞中的視紫紅質(zhì)，只需1個(gè)光子即可被激發(fā)，產(chǎn)生視覺(jué)。9.遺傳調(diào)控功能遺傳信息的儲(chǔ)存和表達(dá)都與蛋白質(zhì)有關(guān)。DNA在儲(chǔ)存時(shí)是纏繞在蛋白質(zhì)（組蛋白）上的。有些蛋白質(zhì)，如阻遏蛋白，與特定基因的表達(dá)有關(guān)。β－半乳糖苷酶基因的表達(dá)受到一種阻遏蛋白的抑制，當(dāng)需要合成β－半乳糖苷酶時(shí)經(jīng)過(guò)去阻遏作用才能表達(dá)。10.其他功能某些生物能合成有毒的蛋白質(zhì)，用以攻擊或自衛(wèi)。如某些植物在被昆蟲(chóng)咬過(guò)以后會(huì)產(chǎn)生一種毒蛋白。白喉毒素可抑制生物蛋白質(zhì)合成。二、蛋白質(zhì)的分類(lèi)（一）按分子形狀以及溶解度分類(lèi)1.球狀蛋白外形近似球體，多溶于水，大都具有活性，如酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、蛋白激素、抗體等。球狀蛋白的長(zhǎng)度與直徑之比一般小于10。2.纖維狀蛋白外形細(xì)長(zhǎng)，分子量大，大都是結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋白等。纖維蛋白按溶解性可分為可溶性纖維蛋白與不溶性纖維蛋白。前者如血液中的纖維蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等，后者如膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白。3.膜蛋白：與細(xì)胞的各種系統(tǒng)結(jié)合而存在，疏水氨基酸側(cè)鏈伸向外部。因此不溶于水但能溶于去污溶劑。（二）按分子組成分類(lèi)1.簡(jiǎn)單蛋白完全由氨基酸組成，不含非蛋白成分。如血清清蛋白等。根據(jù)溶解性的不同，可將簡(jiǎn)單蛋白分為以下7類(lèi)：清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。2.結(jié)合蛋白（綴合蛋白質(zhì)）由蛋白質(zhì)和非蛋白成分組成，后者稱(chēng)為輔基或配體。才如果非蛋白成分是通過(guò)共價(jià)鍵于蛋白質(zhì)，必須通過(guò)水解才能釋放它。如果不是，變性就可以。根據(jù)輔基的不同，可將結(jié)合蛋白分為以下7類(lèi)：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血紅素蛋白、黃素蛋白和金屬蛋白。有些蛋白質(zhì)僅由一條多肽鏈組成，如溶菌酶和肌紅蛋白，這些蛋白成為單體蛋白質(zhì)。有些是兩條或多條組成的，如血紅蛋白和己糖激酶，叫做寡聚或多聚蛋白質(zhì)，其中每條多肽鏈叫做或亞單位。亞基之間通過(guò)非共價(jià)鍵連接。三、蛋白質(zhì)的元素組成與分子量1.元素組成所有的蛋白質(zhì)都含有碳?xì)溲醯姆N元素，有些蛋白質(zhì)還含有硫、磷和一些金屬元素。蛋白質(zhì)平均含碳50％，氫7％，氧23％，氮16％。其中氮的含量較為恒定，而且在糖和脂類(lèi)中不含氮，所以常通過(guò)測(cè)量樣品中氮的含量來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)含量。如常用的凱氏定氮：蛋白質(zhì)含量＝蛋白氮×6.25其中6.25是16％的倒數(shù)。2.蛋白質(zhì)的分子量蛋白質(zhì)的分子量變化范圍很大，從6000到100萬(wàn)或更大。這個(gè)范圍是人為規(guī)定的。一般將分子量小于6000的稱(chēng)為肽。不過(guò)這個(gè)界限不是絕對(duì)的，如牛胰島素分子量為5700，一般仍認(rèn)為是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)煮沸凝固，而肽不凝固。較大的蛋白質(zhì)如煙草花葉病毒，分子量達(dá)4000萬(wàn)。四、蛋白質(zhì)的水解氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，這個(gè)發(fā)現(xiàn)是從蛋白質(zhì)的水解得到的。蛋白質(zhì)的水解主要有三種方法：1.酸水解用6MHCl或4MH2SO4，105℃回流20小時(shí)即可完全水解。酸水解不引起氨基酸的消旋，但色氨酸完全被破壞，絲氨酸和蘇氨酸部分破壞，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解。如樣品含有雜質(zhì)，在酸水解過(guò)程中常產(chǎn)生腐黑質(zhì)，使水解液變黑。用3mol/L對(duì)甲苯磺酸代替鹽酸，得到色氨酸較多，可像絲氨酸和蘇氨酸一樣用外推法求其含量。2.堿水解用5MNaOH，水解10－20小時(shí)可水解完全。堿水解使氨基酸消旋，許多氨基酸被破壞，產(chǎn)生DL氨基酸的混合物，稱(chēng)消旋物。但色氨酸不被破壞。常用于測(cè)定色氨酸含量?？杉尤氲矸垡苑乐寡趸?。3.酶水解酶水解既不破壞氨基酸，也不引起消旋。但酶水解時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)不完全。一般用于部分水解，若要完全水解，需要用多種酶協(xié)同作用。主要用于蛋白質(zhì)分析以獲得蛋白質(zhì)的部分水解產(chǎn)物。第二節(jié)氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)（一）基本氨基酸組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸稱(chēng)為基本氨基酸。它們中除脯氨酸（亞氨基酸）外都是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一個(gè)氨基?；景被岫挤贤ㄊ剑加袉巫帜负腿帜缚s寫(xiě)符號(hào)。氨基酸在中性PH時(shí)，羧基以形式存在，氨基以形式存在，這樣的氨基酸有一個(gè)正電荷有一個(gè)負(fù)電荷，稱(chēng)為兼性離子蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的氨基酸都是L型的，并且阿爾法氨基酸都是白體晶體，熔點(diǎn)很高。每種氨基酸都有自己特殊的結(jié)晶形狀，利用結(jié)晶性狀可以鑒別各種氨基酸。除了胱氨酸和酪氨酸之外，都能溶于水。脯氨酸和羥脯氨酸還能榮譽(yù)乙醇與乙醚。按照氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，可分為三類(lèi)：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。1.脂肪族氨基酸共15種。側(cè)鏈只是烴鏈（中性氨基酸）：Gly（甘氨酸）,Ala（丙氨酸）,Val（纈氨酸）,Leu（亮氨酸）,Ile（異亮氨酸）后三種帶有支鏈，人體不能合成，是必需氨基酸。側(cè)鏈含有羥基：Ser（絲氨酸）,Thr（蘇氨酸）許多蛋白酶的活性中心含有絲氨酸，它還在蛋白質(zhì)與糖類(lèi)及磷酸的結(jié)合中起重要作用。側(cè)鏈含硫原子：Cys（半胱氨酸）,Met（甲硫氨酸）兩個(gè)半胱氨酸可通過(guò)形成二硫鍵結(jié)合成一個(gè)胱氨酸。二硫鍵對(duì)維持蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)有重要意義。半胱氨酸也經(jīng)常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的活性中心里。甲硫氨酸的硫原子有時(shí)參與形成配位鍵。甲硫氨酸可作為通用甲基供體，參與多種分子的甲基化反應(yīng)。側(cè)鏈含有羧基：Asp（天冬氨酸）,Glu（谷氨酸）側(cè)鏈含酰胺基：Asn（天冬酰胺）,Gln（谷氨酰胺）側(cè)鏈顯堿性：Arg（精氨酸）,Lys（賴(lài)氨酸）2.芳香族氨基酸包括苯丙氨酸（Phe,F）和酪氨酸(Tyr,Y)兩種。酪氨酸是合成甲狀腺素的原料。3.雜環(huán)氨基酸包括色氨酸(Trp,W)、組氨酸(His)和脯氨酸(Pro)三種。其中的色氨酸與芳香族氨基酸都含苯環(huán)，都有紫外吸收(280nm)。所以可通過(guò)測(cè)量蛋白質(zhì)的紫外吸收來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。組氨酸也是堿性氨基酸，但堿性較弱，在生理?xiàng)l件下是否帶電與周?chē)鷥?nèi)環(huán)境有關(guān)。它在活性中心常起傳遞電荷的作用。組氨酸能與鐵等金屬離子配位。脯氨酸是唯一的仲氨基酸，是α-螺旋的破壞者。B是指Asx，即Asp或Asn；Z是指Glx，即Glu或Gln?；景被嵋部砂磦?cè)鏈極性分類(lèi)：非極性氨基酸：Ala,Val,Leu,Ile,Met,Phe,Trp,Pro共八種極性不帶電荷：Gly,Ser,Thr,Cys,Asn,Gln,Tyr共七種帶正電荷：Arg,Lys,His帶負(fù)電荷：Asp,Glu（二）不常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸某些蛋白質(zhì)中含有一些不常見(jiàn)的氨基酸，它們是基本氨基酸在蛋白質(zhì)合成以后經(jīng)羥化、羧化、甲基化等修飾衍生而來(lái)的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羥脯氨酸、5-羥賴(lài)氨酸、鎖鏈素等。其中羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸在膠原和彈性蛋白中含量較多。在甲狀腺素中還有3,5-二碘酪氨酸。（三）非蛋白質(zhì)氨基酸自然界中還有150多種不參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。它們大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或β、γ、δ-氨基酸。這些氨基酸中有些是重要的代謝物前體或中間產(chǎn)物，如瓜氨酸和鳥(niǎo)氨酸是合成精氨酸的中間產(chǎn)物，β-丙氨酸是遍多酸（泛酸，輔酶A前體）的前體，γ-氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)。二、氨基酸的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)α-氨基酸都是白色晶體，每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，可以用來(lái)鑒別各種氨基酸。除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中。脯氨酸和羥脯氨酸還能溶于乙醇或乙醚中。氨基酸可以使水的介電常數(shù)增高，而有機(jī)溶劑則降低。氨基酸在水中主要是以兼性離子或偶極離子的形式存在。除甘氨酸外，α-氨基酸都有旋光性，α-碳原子具有手性。蘇氨酸和異亮氨酸有兩個(gè)手性碳原子。從蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸都是L-型。但在生物體內(nèi)特別是細(xì)菌中，D-氨基酸也存在，如細(xì)菌的細(xì)胞壁和某些抗菌素中都含有D-氨基酸。三個(gè)帶苯環(huán)的氨基酸有紫外吸收，F(xiàn):257nm,ε=200;Y:275nm,ε=1400;W:280nm,ε=5600。通常蛋白質(zhì)的紫外吸收主要是后兩個(gè)氨基酸決定的，一般在280nm。氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，在水溶液中以偶極離子的形式存在。所以氨基酸晶體是離子晶體，熔點(diǎn)在200℃以上。氨基酸是兩性電解質(zhì)，各個(gè)解離基的表觀(guān)解離常數(shù)按其酸性強(qiáng)度遞降的順序，分別以K1’、K2’來(lái)表示。當(dāng)氨基酸分子所帶的凈電荷為零時(shí)的pH稱(chēng)為氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。等電點(diǎn)的值是它在等電點(diǎn)前后的兩個(gè)pK’值的算術(shù)平均值。氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)可看作多元弱酸，各解離基團(tuán)的表觀(guān)解離常數(shù)按酸性減弱的順序，以pK1’、pK2’、pK3’表示。氨基酸可作為緩沖溶液，在pK’處的緩沖能力最強(qiáng)，pI處的緩沖能力最弱。氨基酸的甲醛滴定，由于甲醛與氨基酸中的-NH2羥甲基衍生物，降低了氨基的堿性，增強(qiáng)了的解離，滴定終點(diǎn)由PH=12左右移至PH9左右。氨基酸的化學(xué)反應(yīng)１.－氨基參加的反應(yīng)（1）?；被膳c?；噭珲Ｂ然蛩狒趬A性溶液中反應(yīng)，生成酰胺。該反應(yīng)在多肽合成中可用于保護(hù)氨基。（2）與亞硝酸作用氨基酸在室溫下與亞硝酸反應(yīng)，脫氨，生成羥基羧酸和氮?dú)狻Ｒ驗(yàn)椴范加羞@個(gè)反應(yīng)，所以賴(lài)氨酸的側(cè)鏈氨基也能反應(yīng)，但速度較慢。常用于蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、水解程度測(cè)定及氨基酸的定量。（3）與醛反應(yīng)氨基酸的α-氨基能與醛類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)，生成西佛堿-C=N-。西佛堿是氨基酸作為底物的某些酶促反應(yīng)的中間物。賴(lài)氨酸的側(cè)鏈氨基也能反應(yīng)。氨基還可以與甲醛反應(yīng)，生成羥甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶極離子形式存在，所以不能用酸堿滴定測(cè)定含量。與甲醛反應(yīng)后，氨基酸不再是偶極離子，其滴定終點(diǎn)可用一般的酸堿指示劑指示，因而可以滴定，這叫甲醛滴定法，可用于測(cè)定氨基酸。（4）與異硫氰酸苯酯(PITC)反應(yīng)α-氨基與PITC在弱堿性條件下形成相應(yīng)的苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-AA），后者在硝基甲烷中與酸作用發(fā)生環(huán)化，生成相應(yīng)的苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH-AA）。這些衍生物是無(wú)色的，可用層析法加以分離鑒定。這個(gè)反應(yīng)首先為Edman用來(lái)鑒定蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸，在蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析方面占有重要地位。（5）磺?；被崤c5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成DNS-氨基酸。產(chǎn)物在酸性條件下(6NHCl)100℃也不破壞，因此可用于氨基酸末端分析。DNS-氨基酸有強(qiáng)熒光，激發(fā)波長(zhǎng)在360nm左右，比較靈敏，可用于微量分析。（6）與DNFB反應(yīng)（Sangｅｒ反應(yīng)）氨基酸與2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱堿性溶液中作用生成二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸）。這一反應(yīng)是定量轉(zhuǎn)變的，產(chǎn)物黃色，可經(jīng)受酸性100℃高溫。該反應(yīng)曾被英國(guó)的Sanger用來(lái)測(cè)定胰島素的氨基酸順序，也叫桑格爾試劑，現(xiàn)在應(yīng)用于蛋白質(zhì)N-末端測(cè)定。（7）轉(zhuǎn)氨反應(yīng)在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，氨基酸可脫去氨基，變成相應(yīng)的酮酸。2.羧基的反應(yīng)羧基可與堿作用生成鹽，其中重金屬鹽不溶于水。羧基可與醇生成酯，此反應(yīng)常用于多肽合成中的羧基保護(hù)。某些酯有活化作用，可增加羧基活性，如對(duì)硝基苯酯。將氨基保護(hù)以后，可與二氯亞砜或五氯化磷作用生成酰氯，在多肽合成中用于活化羧基。在氨基酸脫羧酶的催化下，可脫去羧基，放出二氧化碳，形成伯胺。疊氮反應(yīng)，氨基酸的氨基通過(guò)酰加以保護(hù)，羧基經(jīng)酯化轉(zhuǎn)變?yōu)榧柞ィ缓箅潞蛠喯跛岱磻?yīng)即變成疊氮化合物，此反應(yīng)使氨基酸的羧基活化，常用于肽的人工合成。3.－氨基與羧基共同參加的反應(yīng)茚三酮反應(yīng)：氨基酸與茚三酮在微酸性溶液中加熱，引起氨基酸氧化脫羧脫氨，最后茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物——氨和還原茚三酮發(fā)生作用，成紫色物質(zhì)。用紙層析或柱層析把各種氨基酸分開(kāi)后，利用茚三酮顯色反應(yīng)可以定性堅(jiān)定并用分光光度發(fā)在５７０納米定量測(cè)定各種氨基酸。根據(jù)這個(gè)反應(yīng)可通過(guò)二氧化碳測(cè)定氨基酸含量。兩個(gè)亞氨基酸，脯氨酸與羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)并不生成氨氣，而是直接生成黃亮色化合物成肽反應(yīng)側(cè)鏈的反應(yīng)酪氨酸的酚基在3位和5位上容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，例如碘化或硝化，可以與重氮化合物結(jié)合生成橘黃色化合物，即Pauly反應(yīng)，可用于檢測(cè)酪氨酸。組氨酸也可以發(fā)生此反應(yīng)，只不過(guò)顏色稍有差異，呈棕紅色。絲氨酸、蘇氨酸含羥基，能形成酯或苷。半胱氨酸側(cè)鏈巰基反應(yīng)性高：（1）二硫鍵(disulfidebond)半胱氨酸在堿性溶液中容易被氧化形成二硫鍵，生成胱氨酸。胱氨酸中的二硫鍵在形成蛋白質(zhì)的構(gòu)象上起很大的作用。氧化劑和還原劑都可以打開(kāi)二硫鍵。在研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，氧化劑過(guò)甲酸可以定量地拆開(kāi)二硫鍵，生成相應(yīng)的磺酸。還原劑如巰基乙醇、巰基乙酸也能拆開(kāi)二硫鍵，生成相應(yīng)的巰基化合物。由于半胱氨酸中的巰基很不穩(wěn)定，極易氧化，因此利用還原劑拆開(kāi)二硫鍵時(shí)，往往進(jìn)一步用碘乙酰胺、氯化芐、N-乙基丁烯二亞酰胺和對(duì)氯汞苯甲酸等試劑與巰基作用，把它保護(hù)起來(lái)，防止它重新氧化。（2）烷化半胱氨酸可與烷基試劑，如碘乙酸、碘乙酰胺等發(fā)生烷化反應(yīng)。半胱氨酸與丫丙啶反應(yīng)，生成帶正電的側(cè)鏈，稱(chēng)為S-氨乙基半胱氨酸（AECys）。（3）與重金屬反應(yīng)微量的某些重金屬離子，如Ag+、Hg2+，就能與巰基反應(yīng)，生成硫醇鹽，導(dǎo)致含巰基的酶失活。5.以下反應(yīng)常用于氨基酸的檢驗(yàn)：l酪氨酸、組氨酸能與重氮化合物反應(yīng)(Pauly反應(yīng))，可用于定性、定量測(cè)定。組氨酸生成棕紅色的化合物，酪氨酸為桔黃色。l精氨酸在氫氧化鈉中與1-萘酚和次溴酸鈉反應(yīng)，生成深紅色，稱(chēng)為坂口反應(yīng)。用于胍基的鑒定。l酪氨酸與硝酸、亞硝酸、硝酸汞和亞硝酸汞反應(yīng)，生成白色沉淀，加熱后變紅，稱(chēng)為米倫（Millon）反應(yīng)，是鑒定酚基的特性反應(yīng)。l色氨酸中加入乙醛酸后再緩慢加入濃硫酸，在界面會(huì)出現(xiàn)紫色環(huán)，用于鑒定吲哚基。（Ehrlish反應(yīng)）在蛋白質(zhì)中，有些側(cè)鏈基團(tuán)被包裹在蛋白質(zhì)內(nèi)部，因而反應(yīng)很慢甚至不反應(yīng)。氨基酸的光學(xué)活性與光譜分析從蛋白質(zhì)的酸水解液或酶促水解液中分離獲得的氨基酸都屬于L型旋光物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中，只要不對(duì)稱(chēng)原子經(jīng)過(guò)對(duì)稱(chēng)狀態(tài)的中間階段，便將發(fā)生消旋作用，并轉(zhuǎn)變?yōu)樾秃蚅型的等摩爾，稱(chēng)外消旋物。內(nèi)消旋物：胱氨酸是一種特殊情況，因?yàn)閮蓚€(gè)不對(duì)稱(chēng)中心是相同的。其有L-胱氨酸、D-胱氨酸、以及內(nèi)消旋三種立體異構(gòu)體。氨基酸的旋光符號(hào)和大小它的基性質(zhì)，并且與測(cè)定溶液PH有關(guān)，這是因?yàn)樵诓煌腜H條件下氨基與羧基的解離狀態(tài)不同。紫外光譜：參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸在電磁波譜的可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)都有光吸收。核磁共振波譜(NMR)氨基酸混合物的分離分析氨基酸分析分離方法主要是基于氨基酸的酸堿性質(zhì)和極性大小。常用的方法主要有離子交換柱層析、高效液相層析（HPLC）等。1.色譜（chromatography）的發(fā)展史最早的層析實(shí)驗(yàn)是俄國(guó)植物學(xué)家Цвет在1903年用碳酸鈣分離葉綠素，屬于吸附層析。40年代出現(xiàn)了分配層析，50年代出現(xiàn)了氣相色譜，60年代出現(xiàn)HPLC，80年代出現(xiàn)了超臨界層析，90年代出現(xiàn)的超微量HPLC可分離ng級(jí)的樣品。2.色譜的分類(lèi)：按流動(dòng)相可分為氣相、液相、超臨界色譜等；按介質(zhì)可分為紙層析、薄層層析、柱層析等；按分離機(jī)制可分為吸附層析、分配層析、分子篩層析等3.色譜的應(yīng)用可用于分離、制備、純度鑒定等。定性可通過(guò)保留值、內(nèi)標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)等方法，定量一般用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法。氨基酸的分析分離是測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在分配層析和離子交換層析法開(kāi)始應(yīng)用于氨基酸成分分析之后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究才取得了顯著的成就。現(xiàn)在這些方法已自動(dòng)化。氨基酸從強(qiáng)酸型離子交換柱的洗脫順序如下：Asp,Thr,Ser,Glu,Pro,Gly,Ala,Cys,Val,Met,Ile,Leu,Tyr,Phe,Lys,His,(NH3),Arg第三節(jié)蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是生物大分子，具有明顯的結(jié)構(gòu)層次性，由低層到高層可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈的氨基酸）、二級(jí)結(jié)構(gòu)（是值多肽鏈借助氫鍵排列成自己特有的螺旋、折疊，多肽鏈在三維排列中的一個(gè)高級(jí)組織層次）、三級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈在三維排列中的另一高級(jí)組織層次）和四級(jí)結(jié)構(gòu)（寡聚的蛋白質(zhì)中各亞基在空間上的相互關(guān)系和結(jié)合方式）。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由多肽鏈主鏈上連接的氨基酸殘疾所決定的。二級(jí)結(jié)構(gòu)和其他高級(jí)結(jié)構(gòu)主要是由非共價(jià)力如氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水作用決定的。必須強(qiáng)調(diào)的是，一個(gè)蛋白質(zhì)分子為獲得結(jié)構(gòu)所需的全部信息都含于一級(jí)結(jié)構(gòu)即多肽鏈的氨基酸序列中。構(gòu)型：是指在具有相同結(jié)構(gòu)式的立體異構(gòu)體中取代基團(tuán)空間的取向，不同的構(gòu)型如果沒(méi)有共價(jià)鍵的破裂是不能互變的。構(gòu)象：值具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子在空間里的可能的多種形態(tài)，構(gòu)象形態(tài)的改變不涉及共價(jià)鍵的破裂。一、肽鍵和肽一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基縮水形成的共價(jià)鍵，稱(chēng)為肽鍵。在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸借肽鍵連接起來(lái)，形成肽鏈。蛋白質(zhì)和多肽分子中連接氨基酸殘基共價(jià)鍵肽鍵之外，還有一個(gè)比較常見(jiàn)的是兩個(gè)半胱氨酸殘基側(cè)鏈之間形成的二硫鍵。它可以使單獨(dú)的肽鏈共價(jià)交聯(lián)起來(lái)，或使一條鏈的某一部分成環(huán)。最簡(jiǎn)單的肽由兩個(gè)氨基酸組成，稱(chēng)為二肽。含有三、四、五個(gè)氨基酸的肽分別稱(chēng)為三肽、四肽、五肽等。肽鏈中的氨基酸由于形成肽鍵時(shí)脫水，已不是完整的氨基酸，所以稱(chēng)為殘基。肽的命名是根據(jù)組成肽的氨基酸殘基來(lái)確定的。一般從肽的氨基端開(kāi)始，稱(chēng)為某氨基酰某氨基?！嘲被帷ｋ牡臅?shū)寫(xiě)也是從氨基端開(kāi)始。肽鍵象酰胺鍵一樣，由于鍵內(nèi)原子處于共振狀態(tài)而表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。在肽鍵中C－N單鍵具有約40％雙鍵性質(zhì)，而C=O雙鍵具有40％單鍵性質(zhì)。這樣就產(chǎn)生兩個(gè)重要結(jié)果：（1）肽鍵的亞氨基在pH0-14的范圍內(nèi)沒(méi)有明顯的解離和質(zhì)子化的傾向；（2）肽鍵中的C－N單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，具有平面性，使蛋白質(zhì)能折疊成各種三維構(gòu)象。（3）肽鏈中的肽鍵一般是反式構(gòu)型，而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順兩種結(jié)構(gòu)。（順式構(gòu)型會(huì)引起R之間的空間位阻，Pro是因?yàn)樗臍溥量┉h(huán)引起的空間位阻消除了反式構(gòu)型的優(yōu)勢(shì)。除了蛋白質(zhì)部分水解可以產(chǎn)生各種簡(jiǎn)單的多肽以外，自然界中還有長(zhǎng)短不等的小肽，它們具有特殊的生理功能。動(dòng)植物細(xì)胞中含有一種三肽，稱(chēng)為谷胱甘肽，即δ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。因其含有巰基，故常以GSH來(lái)表示。它在體內(nèi)的氧化還原過(guò)程中起重要作用。腦啡肽是天然止痛劑。肌肉中的鵝肌肽是一個(gè)二肽，即β-丙氨酰組氨酸。肌肽可作為肌肉中的緩沖劑，緩沖肌肉產(chǎn)生的乳酸對(duì)pH的影響。一種抗菌素叫做短桿菌酪肽，由12種氨基酸組成，其中有幾種是D-氨基酸。這些天然肽中的非蛋白質(zhì)氨基酸可以使其免遭蛋白酶水解。許多激素也是多肽，如催產(chǎn)素、加壓素、舒緩激肽等。二、肽的理化性質(zhì)短肽的理化性質(zhì)與氨基酸類(lèi)似。許多小肽已經(jīng)結(jié)晶。晶體的熔點(diǎn)很高，說(shuō)明是離子晶體，在水溶液中以偶極離子存在。肽鍵的亞氨基不解離，所以肽的酸堿性取決于肽的末端氨基、羧基和側(cè)鏈上的基團(tuán)。在長(zhǎng)肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團(tuán)主要是側(cè)鏈上的。肽中末端羧基的pK’比自由氨基酸的稍大，而末端氨基的pK’則稍小。側(cè)鏈基團(tuán)變化不大。肽的滴定曲線(xiàn)和氨基酸的很相似。肽的等電點(diǎn)也可以根據(jù)它的pK’值確定。一般小肽的旋光度等于各個(gè)氨基酸旋光度的總和，但較大的肽或蛋白質(zhì)的旋光度不等于其組成氨基酸的旋光度的簡(jiǎn)單加和。肽的化學(xué)性質(zhì)和氨基酸一樣，但有一些特殊的反應(yīng)，如雙縮脲反應(yīng)（是肽和蛋白質(zhì)所特有的）。一般含有兩個(gè)或兩個(gè)以上肽鍵的化合物都能與CuSO4堿性溶液發(fā)生雙縮脲反應(yīng)而生成紫紅色或藍(lán)紫色的復(fù)合物。利用這個(gè)反應(yīng)借助可見(jiàn)光度計(jì)，可以測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。三、天然存在的活性肽除了蛋白質(zhì)部分水解可以產(chǎn)生長(zhǎng)短不一的各種肽段之外，生物體內(nèi)還有很多活性肽游離，它們具有各種特殊的生理功能，很多激素是屬于肽類(lèi)物質(zhì)。有些抗生素也屬于肽類(lèi)或肽的。小的活性肽中一類(lèi)稱(chēng)腦啡肽的物質(zhì)。-鵝膏蕈堿（ 肽類(lèi)化合物）四、一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的氨基酸組成及其排列順序。氨基酸序列是蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它決定蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在大多數(shù)的氨基酸序列是根據(jù)編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列推導(dǎo)出來(lái)的一級(jí)結(jié)構(gòu)可用氨基酸的三字母符號(hào)或單字母符號(hào)表示，從N-末端向C-末端書(shū)寫(xiě)。采用三字母符號(hào)時(shí)，氨基酸之間用連字符（－）隔開(kāi)。測(cè)定步驟測(cè)定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，要求樣品必須是均一的（純度大于97％）而且是已知分子量的蛋白質(zhì)。一般的測(cè)定步驟是：1.通過(guò)末端分析確定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目：根據(jù)蛋白質(zhì)N-末端或C-末端殘基的摩爾數(shù)和蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量可以確定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈數(shù)目2.拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈，并分離純化：如果是寡聚蛋白質(zhì)，多肽鏈之間是借助非共價(jià)相互作用締合的，則可用變性劑如8mol/L尿素，6mol/L的鹽酸胍或高濃度鹽酸處理，就能夠使寡聚蛋白質(zhì)的亞基分開(kāi)。如果多肽鏈之間是通過(guò)共價(jià)二硫橋交聯(lián)的，則可用氧化劑或還原劑將二硫鍵斷裂。3.斷開(kāi)多肽鏈內(nèi)的二硫鍵4.分析每一多肽鏈的氨基酸組成：肽鏈的一部分樣品進(jìn)行完全水解，測(cè)定其氨基酸組成和比例。5.肽鏈的另一部分樣品進(jìn)行N末端和C末端殘基的鑒定。6.裂解多肽鏈成較小的片段：用兩種或幾種不同的斷裂方法（指斷裂點(diǎn)不一樣）將每條多肽鏈樣品降解成兩套或幾套重疊的肽段或稱(chēng)肽碎片。每套肽段進(jìn)行分離純化，并對(duì)每一純化了的肽段進(jìn)行氨基酸組成和末端殘基的分析7.測(cè)定每個(gè)肽段的氨基酸順序：目前最常用的肽段測(cè)序方法是Edman降解法，并有自動(dòng)序列分析儀可供利用。此外尚有酶解法和質(zhì)譜法。8.重建完整多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)：利用兩套或多套肽段的氨基酸序列彼此間有交錯(cuò)重疊可以拼湊出原來(lái)的完整多肽鏈的氨基酸序列。9.測(cè)定原來(lái)的多肽鏈中二硫鍵和酰胺基的位置。末端分析方法N末端1.二硝基氟苯（DNFB或FDNB）法：蛋白質(zhì)的末端氨基與2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱堿性溶液中作用生成二硝基苯基蛋白質(zhì)（DNP-蛋白質(zhì)）。產(chǎn)物黃色，可經(jīng)受酸性100℃高溫。水解時(shí)，肽鏈斷開(kāi)，但DNP基并不脫落。DNP-氨基酸能溶于有機(jī)溶劑（如乙醚）中，這樣可與其他氨基酸和ε-DNP賴(lài)氨酸分開(kāi)。再經(jīng)雙向?yàn)V紙層析或柱層析，可以鑒定黃色的DNP氨基酸。２.丹磺酰氯（DNS）法：是更靈敏的方法。蛋白質(zhì)的末端氨基與5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成DNS-蛋白質(zhì)。DNS-氨基酸有強(qiáng)熒光，激發(fā)波長(zhǎng)在360nm左右，比DNFB法靈敏100倍。３.苯異硫氰酸苯酯(PITC)法：目前應(yīng)用最廣泛的是異硫氰酸苯酯(PITC)法。末端氨基與PITC在弱堿性條件下形成相應(yīng)的苯氨基硫甲酰衍生物，后者在硝基甲烷中與酸作用發(fā)生環(huán)化，生成相應(yīng)的苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物而從肽鏈上掉下來(lái)。產(chǎn)物可用氣-液色譜法進(jìn)行鑒定。這個(gè)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是剩下的肽鏈仍是完整的，可依照此法重復(fù)測(cè)定新生的N末端氨基酸?，F(xiàn)在已經(jīng)有全自動(dòng)的氨基酸順序分析儀，可測(cè)定含20個(gè)以上氨基酸的肽段的氨基酸順序。缺點(diǎn)是不如丹磺酰氯靈敏，可與之結(jié)合使用。４.氮肽酶法：N末端氨基酸也可用酶學(xué)方法即氨肽酶法測(cè)定。氮肽酶是一類(lèi)外切酶或叫外肽酶，它們能從多肽鏈的Ｎ－逐個(gè)向里切。根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)出水酶解所釋放的氨基酸的種類(lèi)和數(shù)量，按反應(yīng)時(shí)間和殘基釋放量作動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，就能知道Ｎ－末端殘基序列。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶。C末端１.還原法：C末端氨基酸可用硼氫化鋰還原生成相應(yīng)的α氨基醇。肽鏈水解后，再用層析法鑒定。有斷裂干擾。２.肼解法：是目前測(cè)定C末端最重要的方法。多肽與肼在無(wú)水條件下加熱，可以斷裂所有的肽鍵，除C末端氨基酸外，其他氨基酸都轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的酰肼化合物。肼解下來(lái)的C末端氨基酸可用紙層析鑒定。精氨酸會(huì)變成鳥(niǎo)氨酸，半胱氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺被破壞。３．羧肽酶法：最有效、最常用。將蛋白質(zhì)在pH8.0,30℃與羧肽酶一起保溫，按一定時(shí)間間隔取樣，用紙層析測(cè)定釋放出來(lái)的氨基酸，根據(jù)氨基酸的量與時(shí)間的關(guān)系，就可以知道C末端氨基酸的排列順序。羧肽酶A水解除精氨酸、賴(lài)氨酸和脯氨酸外所有肽鍵，羧肽酶B水解精氨酸和賴(lài)氨酸。二硫鍵的拆開(kāi)和肽鏈的分離一般情況下，蛋白質(zhì)分子中肽鏈的數(shù)目應(yīng)等于N末端氨基酸殘基的數(shù)目，可根據(jù)末端分析來(lái)確定一種蛋白質(zhì)由幾條肽鏈構(gòu)成。必須設(shè)法把這些肽鏈分離開(kāi)來(lái)，然后測(cè)定每條肽鏈的氨基酸順序。如果這些肽鏈之間不是共價(jià)交聯(lián)的，可用酸、堿、高濃度的鹽或其他變性劑處理蛋白質(zhì)，把肽鏈分開(kāi)。如果肽鏈之間以二硫鍵交聯(lián)，或肽鏈中含有鏈內(nèi)二硫鍵，則必須用氧化或還原的方法將二硫鍵拆開(kāi)。主要是過(guò)氧化法和巰基化物還原法，最普遍的方法是用過(guò)量的巰基乙醇處理，是Ｓ－Ｓ定量還原成－ＳＨ，然后用碘乙酸保護(hù)生成的半胱氨酸的巰基，防止重新氧化。二硫鍵拆開(kāi)后形成的個(gè)別肽鏈，可用紙層析、離子交換柱層析、電泳等方法進(jìn)行分離。肽鏈的完全水解和氨基酸組成的測(cè)定。在測(cè)定氨基酸順序之前，需要知道多肽鏈的氨基酸組成和比例。一般用酸水解，得到氨基酸混合物，再分離測(cè)定氨基酸。目前用氨基酸自動(dòng)分析儀，2－4小時(shí)即可完成。蛋白質(zhì)的氨基酸組成，一般用每摩爾蛋白質(zhì)中所含的氨基酸殘基的摩爾數(shù)表示，或用每１００ｇ中氨基酸的克數(shù)表示。不同種類(lèi)的蛋白質(zhì)，其氨基酸組成相差很大。肽鏈的部分水解和肽段的分離當(dāng)肽鏈的氨基酸組成及N末端和C末端已知后，隨后的步驟是肽鏈的部分水解。這是測(cè)序工作的關(guān)鍵步驟。這一步通常用專(zhuān)一性很強(qiáng)的蛋白酶來(lái)完成。酶裂解法：最常用的是胰蛋白酶（trypsin），它專(zhuān)門(mén)水解賴(lài)氨酸和精氨酸的羧基形成的肽鍵，所以生成的肽段之一的C末端是賴(lài)氨酸或精氨酸。用丫丙啶處理，可增加酶切位點(diǎn)（半胱氨酸）；用馬來(lái)酸酐（順丁烯二酸酐）保護(hù)賴(lài)氨酸的側(cè)鏈氨基，或用1,2-環(huán)己二酮修飾精氨酸的胍基，可減少酶切位點(diǎn)。經(jīng)常使用的還有糜蛋白酶，水解苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等疏水殘基的羧基形成的肽鍵。其他疏水殘基反應(yīng)較慢?；瘜W(xué)裂解法：溴化氰處理，可斷裂甲硫氨酸的羧基形成的肽鍵。水解后甲硫氨酸殘基轉(zhuǎn)變?yōu)镃末端高絲氨酸殘基。以上三種方法經(jīng)常使用。胃蛋白酶和嗜熱菌蛋白酶。前者水解疏水殘基之間的肽鍵，后者水解疏水殘基的氨基形成的肽鍵。胃蛋白酶與糜蛋白酶不同的是酶作用的最適PH，前者是2，后者是8-9，由于二硫鍵在酸性條件下穩(wěn)定，所以經(jīng)常用胃蛋白酶確定蛋白質(zhì)二硫橋的位置。金葡菌蛋白酶，又稱(chēng)谷氨酸蛋白酶或V8蛋白酶，水解谷氨酸和天冬氨酸的羧基形成的肽鍵，但受緩沖液影響。在醋酸緩沖液中只水解谷氨酸，在磷酸緩沖液中還可水解天冬氨酸。梭狀芽孢桿菌蛋白酶，水解精氨酸羧基形成的肽鍵，又稱(chēng)精氨酸蛋白酶。耐變性劑，可經(jīng)受6M尿素2小時(shí)?？捎糜谒獠灰兹芙獾牡鞍?。凝血酶，水解Arg-Gly肽鍵。羥胺可水解Asn-Gly，但Asn-Leu和Asn-Ala也能部分裂解。以上方法中，酶不能水解脯氨酸參與形成的肽鍵。多肽部分水解后，降解成長(zhǎng)短不一的小肽段，可用層析或電泳加以分離提純。經(jīng)常用雙向?qū)游龌螂娪痉蛛x，再用茚三酮顯色，所得的圖譜稱(chēng)為肽指紋譜。多肽鏈中氨基酸順序的測(cè)定多肽鏈中部分水解得到的肽段可用Ｅｄｍａｎ化學(xué)降解法（最初用于Ｎ－末端分析，稱(chēng)苯異硫氰酸酯法PITC）或酶法（氨肽酶或羧肽酶）測(cè)序，然后比較用不同方法獲得的兩套肽段的氨基酸順序，根據(jù)它們彼此跨國(guó)切口重疊的部分（重疊肽），確定每個(gè)肽段的適當(dāng)位置，拼湊出整個(gè)多肽鏈的氨基酸順序。還有質(zhì)譜法以及根據(jù)核苷酸序列的推定法。二硫鍵位置的確定一般用蛋白酶水解帶有二硫鍵的蛋白質(zhì)，從部分水解產(chǎn)物中分離出含二硫鍵的肽段，再拆開(kāi)二硫鍵，將兩個(gè)肽段分別測(cè)序，再與整個(gè)多肽鏈比較，即可確定二硫鍵的位置。常用胃蛋白酶，因其專(zhuān)一性低，生成的肽段小，容易分離和鑒定，而且可在酸性條件下作用（pH2），此時(shí)二硫鍵穩(wěn)定。肽段的分離可用對(duì)角線(xiàn)電泳，將混合物點(diǎn)到濾紙的中央，在pH6.5進(jìn)行第一次電泳，然后用過(guò)甲酸蒸汽斷裂二硫鍵，使含二硫鍵的肽段變成一對(duì)含半胱氨磺酸的肽段。將濾紙旋轉(zhuǎn)90度后在相同條件下進(jìn)行第二次電泳，多數(shù)肽段遷移率不變，處于對(duì)角線(xiàn)上，而含半胱氨磺酸的肽段因負(fù)電荷增加而偏離對(duì)角線(xiàn)。用茚三酮顯色，分離，測(cè)序，與多肽鏈比較，即可確定二硫鍵位置。蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物學(xué)功能在不同生物體中行使或相似功能的蛋白質(zhì)稱(chēng)同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列具有明顯的相似性，這種相似性稱(chēng)作同源性，通過(guò)比較同源蛋白質(zhì)氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親緣關(guān)系進(jìn)化，親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，同源的氨基酸順序差異越大。據(jù)估計(jì)，氨基酸以某個(gè)恒定的速率進(jìn)化，來(lái)自任兩個(gè)物種的同源蛋白質(zhì)，序列間的氨基酸差異數(shù)目與這些物種間的系統(tǒng)發(fā)生差異成比例的，也即在進(jìn)化上相差越遠(yuǎn)，氨基酸序列之間的差別越大。血液凝固與氨基酸序列的斷裂在生物體內(nèi)的某些生物化學(xué)過(guò)程中，蛋白質(zhì)分子的部分肽鏈必須按照特定的方式斷裂才能呈現(xiàn)生物學(xué)，例如血液凝固血纖蛋白原和凝血酶原的復(fù)雜變化，消化液中很多蛋白水解酶原的激活以及許多蛋白質(zhì)和多肽激素前體轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘募に囟紝儆谶@種，蛋白質(zhì)的這一特性有著它的重要生物學(xué)意義，它是在生物進(jìn)化過(guò)程發(fā)展起來(lái)的，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能具有統(tǒng)一性的表現(xiàn)血液凝固涉及凝血因子的活化，一般情況下凝血因子并不處于活化狀態(tài)，而是以活性的前體或酶原形式存在，當(dāng)機(jī)體受傷流血時(shí)，這些前體立即被，使傷口的血液凝固。血液凝固是一個(gè)極其復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，它是涉及氨基酸序列斷裂的一系列被激活的。酶促激活的級(jí)聯(lián)放大使血迅速寧塊成為可能。血漿中有１２種凝血因子，有七種是絲氨酸蛋白酶。血液凝固存在兩條途徑外在凝血途徑：內(nèi)在凝血途徑：以及最后的共同凝血途徑肽與蛋白質(zhì)的人工合成多肽的人工合成有兩種類(lèi)型，一種是由不同氨基酸按照一定順序排列的控制合成，另一種是由一種或兩種氨基酸聚合或共聚合?？刂坪铣傻囊粋€(gè)困難是進(jìn)行接肽反應(yīng)所需的試劑，能同時(shí)和其他官能團(tuán)反應(yīng)。因此在接肽以前必須首要得到較長(zhǎng)的肽鏈就必須每步都有較高的產(chǎn)率。如果每一步反應(yīng)產(chǎn)率都是90%，那么30次反應(yīng)后總產(chǎn)率只有4.24%。保護(hù)基必須在接肽時(shí)起保護(hù)作用，在接肽后容易除去，又不引起肽鍵斷裂。最常用的氨基保護(hù)基Y是芐氧甲酰基，可用催化加氫或用金屬鈉在液氨中處理除去。其他還有三苯甲基、叔丁氧甲?；?，可用稀鹽酸或乙酸在室溫下除去。羧基一般以鹽或酯的加以保護(hù)。保護(hù)基Z通常用烷基，如乙基，可在室溫下皂化除去。如用芐基，可用催化加氫除去。在正常條件下，羧基和氨基之間的肽鍵不能自發(fā)形成，因此這兩個(gè)基團(tuán)中必須有一個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦踊顫姷臓顟B(tài)；通常是把羧基活化，在這樣的羧基活化中，共同的驅(qū)動(dòng)力就是碳原子的親電特性。羧基活化的方法：最早的方法是酰氯法，即把氨基保護(hù)后的氨基酸用五氯化磷處理。方法反應(yīng)條件劇烈，現(xiàn)在已經(jīng)不采用疊氮法：由小肽進(jìn)一步縮合成大肽時(shí)，常用疊氮法。此法不引起消旋，因此產(chǎn)物的光學(xué)純度較高活化酯法：氨基被保護(hù)的氨基酸對(duì)硝基苯酯能與另一個(gè)氨基酸的氨基縮合成肽，此法作用溫和，產(chǎn)率高?；旌纤狒ǎ喊被岜槐Ｗo(hù)的氨基酸，在低溫且有叔氨的存在下與氯甲酸乙酯生成混合酸酐，能與另一氨基酸酯縮合成肽。缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生消旋，但在無(wú)水溶劑中消旋可以保持較低水平。還常用縮合劑促進(jìn)肽鍵形成。接肽用的縮合劑最有效的是N,N’-二環(huán)己基碳二亞胺(DCCI)。DCCI從兩個(gè)氨基酸分子中奪取一分子水，自身變?yōu)椴蝗艿腘,N’-二環(huán)己基脲，從反應(yīng)液中沉淀出來(lái)，可過(guò)濾除去。接肽反應(yīng)除用縮合劑以外，還可用分別活化參加形成肽鍵的羧基和氨基的方法。氨基活化一般不需特殊手段，通常在接肽時(shí)加入有機(jī)堿，如三乙胺，保證氨基在自由狀態(tài)即可。合成牛胰島素的主要途徑是先分別合成A鏈二十一肽和B鏈三十肽，再將A、B兩條鏈經(jīng)還原、氧化連接成牛胰島素。近年來(lái)固相多肽合成迅速發(fā)展。在固相合成中，肽鏈的逐步延長(zhǎng)是在不溶的聚苯乙烯樹(shù)脂小圓珠上進(jìn)行的。合成多肽的羧基端先和氯甲基聚苯乙烯樹(shù)脂反應(yīng)，形成芐酯。第二個(gè)氨基酸的氨基用叔丁氧甲?；Ｗo(hù)后，以DCCI為縮合劑，接在第一個(gè)氨基酸的氨基上。重復(fù)這個(gè)方法，可使肽鏈按一定順序延長(zhǎng)。最后把樹(shù)脂懸浮在無(wú)水三氟乙酸中，通入干燥HBr，使多肽與樹(shù)脂分離，同時(shí)除去保護(hù)基。整個(gè)合成過(guò)程現(xiàn)在已經(jīng)可以在自動(dòng)化固相多肽合成儀上進(jìn)行。平均合成每個(gè)肽鍵只需三小時(shí)。此法可用于醫(yī)藥工業(yè)。人工合成的催產(chǎn)素沒(méi)有混雜的加壓素，比提取的天然藥品好。已經(jīng)成功合成含124個(gè)殘基的蛋白。第一個(gè)人工合成的酶是牛胰核糖核酸酶。第四節(jié)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的多肽鏈并不是線(xiàn)形伸展的，而是按一定方式折疊盤(pán)繞成特有的空間結(jié)構(gòu)，并且一個(gè)特定蛋白質(zhì)形式其功能的能力通常是由它的三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象決定的。蛋白質(zhì)的這種天然折疊結(jié)構(gòu)決定于三個(gè)因素：1.與溶劑分子（一般是水）的相互作用2.溶劑的PH和離子組成3.蛋白質(zhì)的氨基酸序列，最后一個(gè)是最重要的因素。蛋白質(zhì)的三維構(gòu)象，也稱(chēng)空間結(jié)構(gòu)或高級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。高級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物功能或活性所必須的，包括二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。Primarystructure,secondary,tertiary,quaternarystructure至今研究蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)取得的成就主要是應(yīng)用間接的X射線(xiàn)衍射法取得的研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜學(xué)方法有：紫外差光譜熒光和熒光偏振圓二色性核磁共振穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用或稱(chēng)非共價(jià)鍵或次級(jí)鍵，包括氫鍵、范德華力、疏水作用和鹽鍵（離子鍵），這些弱的相互作用也是穩(wěn)定核酸構(gòu)象、生物膜結(jié)構(gòu)的作用力。此外共價(jià)二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面也起著重要作用。氫鍵：多肽主鏈上的羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵，它們是穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。除此之外，氫鍵還可以在側(cè)鏈與側(cè)鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水、主鏈肽基與側(cè)鏈或主鏈肽基與水之間形成。大多數(shù)蛋白質(zhì)所采取的折疊策略是使主鏈肽基之間形成最大數(shù)目的分子內(nèi)氫鍵（如-螺旋，折疊）與此同時(shí)保持大多數(shù)能成氫鍵的側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子的表面將于水相互作用。范德華力：包括3種比較弱的作用力，即定向效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、分散效應(yīng)定向效應(yīng)：發(fā)生在極性分子或極性基團(tuán)之間，它是永久偶極間的靜電相互作用，氫鍵被認(rèn)為可以屬于這種范德華力。誘導(dǎo)效應(yīng)：發(fā)生在極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)之間，這是永久偶極與由它誘導(dǎo)而來(lái)的誘導(dǎo)偶極之間的靜電相互作用，分散效應(yīng)：在多數(shù)情況在多數(shù)情況下起主要作用的范德華力；它是非極性分子或基團(tuán)間僅有的一種范德華力即下一的范德華力，也稱(chēng)London分散力，通常范德華力就是值這種力。雖然就個(gè)別來(lái)說(shuō)范德華力是很弱的，但是范德華相互作用數(shù)量大并且具有加和效應(yīng)和位相效應(yīng)（當(dāng)分子或基團(tuán)相同時(shí)，其瞬時(shí)偶極矩同位相，從而產(chǎn)生最大的相互作用），因此就成為一種不可忽視的作用力。疏水效應(yīng)（熵效應(yīng)）水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊縱使傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。這一現(xiàn)象被稱(chēng)為疏水作用或疏水效應(yīng)。疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈出自避開(kāi)水的需要而被迫接近。蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是疏水作用的主要?jiǎng)恿?。疏水基團(tuán)的聚集（相互作用)本事是有序化的過(guò)程，造成熵減少.當(dāng)疏水化合物或基團(tuán)計(jì)入水中，它周?chē)乃肿訉⑴帕谐蓜傂缘膭傂越Y(jié)構(gòu)，即所謂籠型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)認(rèn)為比冰更加有序化。與此相反的過(guò)程（疏水作用），排列有序的水分子（籠型結(jié)構(gòu)）將被破壞，這部分水分子被排入到自由水中，這樣水的混亂度增加，即熵增加，因此疏水作用是熵驅(qū)動(dòng)的自發(fā)過(guò)程。疏水作用在生理溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而加強(qiáng)，但超過(guò)一定溫度，又趨漸減弱。因?yàn)槌^(guò)這個(gè)溫度，疏水基團(tuán)周?chē)乃肿佑行蚨冉档?，因而有利于疏水基團(tuán)進(jìn)入水中。非極性溶劑、去污劑是破壞疏水作用的試劑，因此是變性劑。尿素和鹽酸胍既能破壞氫鍵，又能破壞疏水作用，因此是強(qiáng)變性劑。鹽鍵又稱(chēng)鹽橋或離子鍵，是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。鹽鍵的形成不僅是靜電心音而且也是熵增的過(guò)程。升高溫度時(shí)，因而增加鹽橋的穩(wěn)定性，此外，鹽鍵因加入非極性溶劑而加強(qiáng)，加入鹽類(lèi)而減弱。二硫鍵二硫鍵的形成并不規(guī)定多肽鏈的折疊，然而蛋白質(zhì)一旦采取了它的三維結(jié)構(gòu)則二硫鍵的形成將對(duì)此構(gòu)象起穩(wěn)定作用。假如蛋白質(zhì)中所有二硫鍵相繼被還原，將引起蛋白質(zhì)天然構(gòu)象改變和生物活性丟失。某些二硫鍵是生物活性必須的，有一些則不是必須的，但與維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定有關(guān)，在絕大多數(shù)情況下，二硫鍵是在多肽鏈的轉(zhuǎn)角附件形成的。多肽鏈折疊的空間限制因?yàn)殡逆I不能自由旋轉(zhuǎn)，所以肽鍵的四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè)α碳原子共處一個(gè)平面，稱(chēng)肽平面。肽平面內(nèi)的C=O與N－H呈反式排列，各原子間的鍵長(zhǎng)和鍵角都是固定的。肽鏈可看作由一系列剛性的肽平面通過(guò)α碳原子連接起來(lái)的長(zhǎng)鏈，主鏈的構(gòu)象就是由肽平面之間的角度決定的。主鏈上只有α碳原子連接的兩個(gè)鍵是單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)。繞Cα－N1旋轉(zhuǎn)的角稱(chēng)Φ，而繞Cα－C2旋轉(zhuǎn)的角稱(chēng)Ψ。這兩個(gè)角稱(chēng)為二面角。規(guī)定當(dāng)旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的肽鏈成順式時(shí)為0度。取值范圍是正負(fù)180度，當(dāng)二面角都是180度時(shí)肽鏈完全伸展。由于空間位阻，實(shí)際的取值范圍是很有限的（拉氏構(gòu)象圖）。二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式一般認(rèn)為，驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)折疊的主要?jiǎng)恿κ庆匦?yīng)。折疊的結(jié)果是疏水基團(tuán)埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，親水集團(tuán)暴漏在分子表面。在形成分子疏水核心的同時(shí)，必然有一部分主鏈也被埋在里面。由于主鏈本身是高度親水的。原因是處于分子內(nèi)部的主鏈極性基團(tuán)（c=o，N-H)也被氫鍵中和。蛋白質(zhì)主鏈的折疊產(chǎn)生由氫鍵維系的有規(guī)則的構(gòu)象，稱(chēng)二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈主鏈的空間走向（折疊和盤(pán)繞方式），是有規(guī)則重復(fù)的構(gòu)象。肽鏈主鏈具有重復(fù)結(jié)構(gòu)，其中氨基是氫鍵供體，羰基是氫鍵受體。通過(guò)形成鏈內(nèi)或鏈間氫鍵可以使肽鏈卷曲折疊形成各種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，就由這些比較簡(jiǎn)單的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步組合而成。肽鏈卷曲折疊形成四種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元螺旋(α-helix)是蛋白質(zhì)中最常見(jiàn)、最典型、含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)原件。螺旋是一種重復(fù)性結(jié)構(gòu)，螺旋中國(guó)每個(gè)-碳的那兩個(gè)二面角值在-57和-47附近。每圈螺旋占3.6個(gè)氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升0.15nm。殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)。如果側(cè)鏈不計(jì)在內(nèi)，螺旋的直徑約為0.5nm。相鄰螺圈之間形成氫鍵，氫鍵的去向幾乎與螺旋軸平行。，氫鍵是由肽鍵中氮原子上的氫與其N(xiāo)端第四個(gè)羰基上的氧之間形成的。α螺旋的結(jié)構(gòu)允許所有的肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的形成，因此相當(dāng)穩(wěn)定。α-螺旋由氫鍵構(gòu)成一個(gè)封閉環(huán)，其中包括三個(gè)殘基，共13個(gè)原子，稱(chēng)為3.613（n=3）螺旋。螺旋幾乎都是右手的，右手的比左手的穩(wěn)定。右手螺旋與左右螺旋不是對(duì)映體。螺旋是手性結(jié)構(gòu)，具有旋光能力。但是螺旋的比旋不等于構(gòu)成自身的氨基酸比旋的簡(jiǎn)單加和，而是無(wú)規(guī)卷曲的比旋與這種加和相等。其旋光性是碳原子的構(gòu)型不對(duì)稱(chēng)性和螺旋的構(gòu)象不對(duì)稱(chēng)性的總反映。肽鏈能否形成α螺旋，以及螺旋的穩(wěn)定性怎樣，與其一級(jí)結(jié)構(gòu)有極大關(guān)系。R基小，并且不帶電的多聚丙氨酸在PH7的水溶液中能自發(fā)地卷曲成螺旋，但是多聚賴(lài)氨酸在同樣的Ph條件下卻不能形成螺旋，這是因?yàn)槎嗑圪?lài)氨酸在PH7時(shí)R基具有脯氨酸由于其亞氨基少一個(gè)氫原子，無(wú)法形成氫鍵，而且Cα－N鍵不能旋轉(zhuǎn)，所以是α螺旋的破壞者，肽鏈中出現(xiàn)脯氨酸就中斷α螺旋，形成一個(gè)“結(jié)節(jié)”。此外，側(cè)鏈帶電荷及側(cè)鏈基團(tuán)過(guò)大的氨基酸不易形成α螺旋，甘氨酸由于側(cè)鏈太小，構(gòu)象不穩(wěn)定，也是α螺旋的破壞者。脯氨酸由于其亞氨基少一個(gè)氫原子，無(wú)法形成氫鍵，而且Cα－N鍵不能旋轉(zhuǎn)，所以是α螺旋的破壞者，肽鏈中出現(xiàn)脯氨酸就中斷α螺旋，形成一個(gè)“結(jié)節(jié)”。此外，側(cè)鏈帶電荷及側(cè)鏈基團(tuán)過(guò)大的氨基酸不易形成α螺旋，甘氨酸由于側(cè)鏈太小，構(gòu)象不穩(wěn)定，也是α螺旋的破壞者。α螺旋模型是Pauling和Corey等研究α-角蛋白時(shí)于1951年提出的。角蛋白是動(dòng)物的不溶性纖維狀蛋白，是由動(dòng)物的表皮衍生而來(lái)的。它包括皮膚的表皮以及毛發(fā)、鱗、羽、甲、蹄、角、絲等。角蛋白可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是α角蛋白，胱氨酸含量豐富，如角、甲、蹄的蛋白胱氨酸含量高達(dá)22％；另一類(lèi)是β角蛋白，不含胱氨酸，但甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸的含量很高，蠶絲絲心蛋白就屬于這一類(lèi)。α角蛋白，如頭發(fā)，暴露于濕熱環(huán)境中幾乎可以伸長(zhǎng)一倍，冷卻干燥后又收縮到原來(lái)長(zhǎng)度。β角蛋白則無(wú)此變化。α角蛋白的X射線(xiàn)衍射圖案極其相似，沿長(zhǎng)軸方向都有一個(gè)大周期結(jié)構(gòu)或重復(fù)單位，其長(zhǎng)度為5－5.5埃。Pauling等考慮到肽平面對(duì)多肽鏈構(gòu)象的限制作用，設(shè)計(jì)了多肽鏈折疊的各種可能模型，發(fā)現(xiàn)其中一種α螺旋模型能很好地說(shuō)明α角蛋白的X射線(xiàn)衍射圖案中的5－5.5埃重復(fù)單位。在這個(gè)模型中，每隔3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，相當(dāng)于向上平移5.4埃。螺旋的直徑是11埃。螺旋上升時(shí)，每個(gè)氨基酸殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°，向上平移1.5埃，比完全伸展的構(gòu)象壓縮2.4倍。這與衍射圖案中的小周期完全一致。其二面角Φ=-57度，Ψ=-48度。在α螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)，相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵由L型氨基酸構(gòu)成的多肽鏈可以卷曲成右手螺旋，也可卷曲成左手螺旋，但右手螺旋比較穩(wěn)定。因?yàn)樵谧笫致菪笑绿寂c羰基過(guò)于接近，不穩(wěn)定。在天然蛋白質(zhì)中，幾乎所有α螺旋都是右手螺旋。只在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)一圈左手螺旋。在α角蛋白中，3或7個(gè)α螺旋可以互相擰在一起，形成三股或七股的螺旋索，彼此以二硫鍵交聯(lián)在一起。α螺旋不僅是α角蛋白的主要構(gòu)象，在其他纖維蛋白和球狀蛋白中也廣泛存在，是一種常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。α螺旋是一種不對(duì)稱(chēng)的分子結(jié)構(gòu)，具有旋光能力。α螺旋的比旋不等于其中氨基酸比旋的簡(jiǎn)單加和，因?yàn)樗男庑允歉鱾€(gè)氨基酸的不對(duì)稱(chēng)因素和構(gòu)象本身不對(duì)稱(chēng)因素的總反映。天然α螺旋的不對(duì)稱(chēng)因素引起偏振面向右旋轉(zhuǎn)。利用α螺旋的旋光性，可以測(cè)定它的相對(duì)含量。根據(jù)各種殘基的特性，可以預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。目前常見(jiàn)的預(yù)測(cè)方法有Chou-Fasman法、GOR法、Lim法等，都是根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)的。如果二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)成功率大于80％，就可以用來(lái)預(yù)測(cè)高級(jí)結(jié)構(gòu)，但目前只能達(dá)到70％左右。Chou-Fasman法比較直觀(guān)，與二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的實(shí)際過(guò)程接近，但成功率不高。Chou-Fasman法根據(jù)各個(gè)氨基酸在一些已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中的表現(xiàn)，按構(gòu)象參數(shù)Pα(表示形成α螺旋的能力)由大到小將他們分為六組，依次為：最強(qiáng)的形成者(Hα)：Glu、Met、Ala、Leu中等的形成者(hα)：Lys、Phe、Gln、Trp、Ile、Val很弱的形成者(Iα)：Asp、His中立者(iα)：Cys、Ser、Thr、Arg較弱的破壞者(bα)：Asn、Tyr最強(qiáng)的破壞者(Bα)：Gly、Pro如肽鏈中6個(gè)連續(xù)的殘基中有4個(gè)hα即可形成核心，然后向兩側(cè)延伸，遇到四肽破壞者時(shí)中止。形成α螺旋時(shí)有協(xié)同性，即一旦形成核心，其它殘基就容易加入。-折疊-折疊（β-pleatedsheet）β-折疊也叫β-片層，在β-角蛋白如蠶絲絲心蛋白中含量豐富。其X射線(xiàn)衍射圖案與α-角蛋白拉伸后的圖案很相似。在此結(jié)構(gòu)中，肽鏈較為伸展，若干條肽鏈或一條肽鏈的若干肽段平行排列，相鄰主鏈骨架之間靠氫鍵維系。氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。為形成最多的氫鍵，避免相鄰側(cè)鏈間的空間障礙，鋸齒狀的主鏈骨架必須作一定的折疊(φ=－139°,ψ=＋135°)，以形成一個(gè)折疊的片層。側(cè)鏈交替位于片層的上方和下方，與片層垂直。折疊有兩種類(lèi)型，一種是平行式，相鄰肽鏈?zhǔn)峭虻牡?，即所有肽鏈的氨基端在同一端；另一種是反平行式，相鄰肽鏈?zhǔn)欠聪虻?，即所有肽鏈的氨基端按正反方向交替排列。從能量上看，反平行式更為穩(wěn)定。絲心蛋白和多聚甘氨酸是反平行，拉伸α角蛋白形成的β角蛋白是平行式。反平行式的重復(fù)距離是7.0埃（兩個(gè)殘基），平行式是6.5埃。折疊片中每條肽鏈稱(chēng)為折疊股或股，氫鍵主要是在股間形成的，平行折疊片中形成的氫鍵有明顯的彎曲，且平行折疊片比反平行折疊片更規(guī)則。平行折疊片一般是大結(jié)構(gòu)，少于5個(gè)股的很少。平行折疊片中疏水側(cè)鏈分布在折疊片平面的兩側(cè)。而反平行折疊片中通常所有的疏水側(cè)鏈都排列在折疊片的一側(cè)。這就要求在參與反平行折疊片的多肽序列中親水殘基與疏水殘基交替排列，因?yàn)榻惶娴膫?cè)鏈伸向折疊片的同一側(cè)。在纖維狀蛋白質(zhì)中，折疊片主要是反平行式的，且氫鍵主要是在不同肽鏈之間形成。球狀蛋白質(zhì)則沒(méi)那么。在絲心蛋白中，每隔一個(gè)氨基酸就是甘氨酸，所有在片層的一面都是氫原子；在另一面，側(cè)鏈主要是甲基，因?yàn)槌拾彼嵬?，丙氨酸是主要成分。如果肽鏈中?cè)鏈過(guò)大，并帶有同種電荷，則不能形成β折疊。拉伸后的α角蛋白之所以不穩(wěn)定，容易復(fù)原，就是因?yàn)閭?cè)鏈體積大，電荷高。轉(zhuǎn)角自然界的蛋白質(zhì)大多數(shù)是球狀蛋白質(zhì)。因此多肽鏈必須具有彎曲、回折和重新定向的能力，以便生成結(jié)實(shí)、球狀的結(jié)構(gòu)。在很多球狀蛋白質(zhì)中觀(guān)察到一種簡(jiǎn)單的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，成轉(zhuǎn)角或彎曲或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。這是一種非重復(fù)性結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)角中第一個(gè)殘基的C=O與第四個(gè)殘基的N-H氫鍵結(jié)合，形成一個(gè)緊密的環(huán)，使轉(zhuǎn)角成為一個(gè)比較穩(wěn)定的環(huán)。某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸經(jīng)常在轉(zhuǎn)角序列中存在，并且轉(zhuǎn)角的特定構(gòu)象在一定程度上取決于它的組成氨基酸。由于甘氨酸缺少側(cè)鏈，在轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其他殘基的空間阻礙，因此是立體化學(xué)上最合適的氨基酸。轉(zhuǎn)角使肽鏈形成約180°的回轉(zhuǎn)，第一個(gè)氨基酸的羰基與第四個(gè)氨基酸的氨基形成氫鍵。轉(zhuǎn)角多數(shù)都處在蛋白質(zhì)分子的表面，在這里改變多肽鏈方向的阻力比較小，這種結(jié)構(gòu)在球狀蛋白中廣泛存在，可占全部殘基的1/4。多位于球狀蛋白的表面，空間位阻較小處。又分為Ⅰ型、Ⅱ型與III型。突起是一種小片的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，能單獨(dú)存在，但大多數(shù)經(jīng)常作為反平行折疊片中的一種不規(guī)則情況而存在。可認(rèn)為是折疊股中額外插入的一個(gè)殘基，它使得在兩個(gè)正常氫鍵之間、在凸起折疊股上是兩個(gè)殘基，另一側(cè)的正常股上是一個(gè)殘基?？梢鸲嚯逆湻较虻母淖?，但改變的程度不如轉(zhuǎn)角。以上所述的二級(jí)結(jié)構(gòu)都是在天然蛋白質(zhì)中常見(jiàn)的，實(shí)際上，很難找到不含一種或幾種這樣的結(jié)構(gòu)。螺旋、折疊片、轉(zhuǎn)角多提供的能量上的（主要是H-鍵）穩(wěn)定性是很重要的，蛋白質(zhì)都會(huì)盡一切可能地抓住機(jī)會(huì)形成這些結(jié)構(gòu)。無(wú)規(guī)卷曲或稱(chēng)卷曲，它泛指那些不能被歸入明確二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片、螺旋的多肽段區(qū)。指沒(méi)有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)看來(lái)雜亂無(wú)章，但對(duì)一種特定蛋白又是確定的，而不是隨意的。在球狀蛋白中含有大量無(wú)規(guī)卷曲，傾向于產(chǎn)生球狀構(gòu)象。這種結(jié)構(gòu)有高度的特異性，與生物活性密切相關(guān)，對(duì)外界的理化因子極為敏感。酶的活性中心往往位于無(wú)規(guī)卷曲中。除以上常見(jiàn)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元外，還有其他新發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，如Ω環(huán)，由10個(gè)殘基組成，象希臘字母Ω。超二級(jí)結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中特別是在球狀蛋白質(zhì)分子中經(jīng)?？梢钥吹较噜彽亩?jí)結(jié)構(gòu)單元可組合在一起，相互作用，形成有規(guī)則，在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的有三種：：由兩股或三股右手α螺旋彼此纏繞形成的左手超螺旋，重復(fù)距離約為140埃。由于超螺旋，與獨(dú)立的α螺旋略有偏差。為左手卷曲螺旋或超螺旋，卷曲螺旋式纖維狀蛋白質(zhì)如-角蛋白質(zhì)，肌球蛋白和原肌球蛋白的主要結(jié)構(gòu)原件。：β折疊之間由α螺旋或無(wú)規(guī)卷曲連接。：由一級(jí)結(jié)構(gòu)上連續(xù)的反平行β折疊通過(guò)緊湊的β轉(zhuǎn)角連接而成。包括β曲折和回形拓?fù)?。結(jié)構(gòu)域多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)de基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域有時(shí)也值功能域。一般說(shuō)，功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位。功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或者兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域組成。從結(jié)構(gòu)的角度看，一條長(zhǎng)的多肽鏈先分別折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，再締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)要比整條多肽鏈直接折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)上是更為合理的途徑。從功能角度看，許多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心都位于結(jié)構(gòu)域之間，因?yàn)橥ㄟ^(guò)結(jié)構(gòu)域容易構(gòu)建具有特定三維排布的活性中心。由于結(jié)構(gòu)域之間常常只有一段柔性的肽鏈連接，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，這是結(jié)構(gòu)域的一大特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)域可大體分為四類(lèi)：反平行螺旋結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)）、平行或混合型折疊片結(jié)構(gòu)域（，-結(jié)構(gòu)），反平行折疊片結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)）、富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白結(jié)構(gòu)）纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)的氨基酸序列很有規(guī)律，它們形成比較單一的、有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)果整個(gè)分子形成有規(guī)律的線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，呈纖維狀或棒狀，分子軸比大于10，軸比小于10的是球狀蛋白質(zhì)。是動(dòng)物體的基本支架和外保護(hù)成分，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的一半或一半以上。可分為不溶性（硬蛋白）和可溶性?xún)深?lèi)，前者有角蛋白、膠原蛋白、和彈性蛋白等。后者有肌球蛋白和血纖蛋白原等。角蛋白可分為角蛋白和角蛋白-角蛋白-角蛋白是螺旋的典型實(shí)例。角蛋白是毛發(fā)中主要蛋白質(zhì)，其亞基的氨基酸序列是由富含螺旋的中央棒狀區(qū)和兩側(cè)的非螺旋區(qū)構(gòu)成。毛發(fā)角蛋白中，三股右手螺旋向左纏繞，擰成一根稱(chēng)為初原纖維的超螺旋結(jié)構(gòu)，直徑為2nm，初原纖維再排列成“9+2”電纜式結(jié)構(gòu)，稱(chēng)微原纖維。成百根微原纖維再結(jié)合成一不規(guī)則的纖維束，稱(chēng)大原纖維，這是毛發(fā)的結(jié)構(gòu)原件。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是靠二硫鍵保證的。這種交聯(lián)鍵既可以抵抗張力又可以作為外力除去后使纖維復(fù)原的恢復(fù)力。根據(jù)含硫量大小，角蛋白可分為硬角蛋白和軟角蛋白兩類(lèi)。燙發(fā)燙發(fā)是一項(xiàng)生物化學(xué)工程，-角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)象，但在冷卻干燥時(shí)又可自發(fā)得恢復(fù)原狀。這是因?yàn)?角蛋白的側(cè)鏈R基一般都比較大，不太適合處在構(gòu)象狀態(tài)。此外-角蛋白中的螺旋多肽鏈間有許多的二硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也是外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀的重要力量。這是卷發(fā)行業(yè)的生化基礎(chǔ)。首先把頭發(fā)卷成一定的形狀，然后涂上還原劑（一般是含巰基的化合物）溶液并加熱。還原劑可以打開(kāi)鏈間的二硫鍵。濕熱破壞氫鍵使頭發(fā)角蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)伸展成構(gòu)象。然后除去還原劑，涂上氧化劑以便在相鄰多肽鏈的半胱氨酸殘基對(duì)（但不是處理前的殘基對(duì)）之間建立新的二硫鍵。當(dāng)洗滌并冷卻時(shí)，多肽鏈回到原來(lái)的螺旋構(gòu)象。這時(shí)頭發(fā)將以所希望的形式卷曲，因?yàn)樾碌亩蚪宦?lián)鍵形成使得頭發(fā)纖維的螺旋束發(fā)生扭曲。絲心蛋白和其他角蛋白質(zhì)：折疊片蛋白質(zhì)絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白是典型的反平行折疊片。絲心蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)顯示，它主要是具有小側(cè)鏈的甘氨酸、絲氨酸和丙氨酸組成，每隔一個(gè)殘基就是甘氨酸。這就意味著所有的甘氨酸位于折疊片平面的一側(cè)，絲氨酸和丙氨酸都在平面的一側(cè)。結(jié)構(gòu)中各相鄰的Gly片層表面彼此連鎖起來(lái)。由于這種結(jié)構(gòu)方式使得絲所承擔(dān)的張力并不直接放在多肽鏈的共價(jià)鍵上，因此使絲纖維具有很高的抗張強(qiáng)度。又由于堆積層之間是由非鍵合的范德華力維系的，因而使絲具有柔軟的特性。膠原蛋白：一種三股螺旋膠原蛋白或稱(chēng)膠原，是很多脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，屬結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，能使各種接地組織具有機(jī)械強(qiáng)度。在體內(nèi)膠原蛋白以膠原原纖維或稱(chēng)膠原纖維的形式存在。膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原分子，由三股纏繞的多肽鏈組成。每股鏈自身是一種左手螺旋，而整體是一個(gè)右手超螺旋。三股螺旋是一種能容納膠原蛋白特有的氨基酸組成和序列的結(jié)構(gòu)。膠原纖維可以通過(guò)分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)得到進(jìn)一步加強(qiáng)和穩(wěn)定。分子內(nèi)交聯(lián)是在原膠原的N-末端區(qū)內(nèi)賴(lài)氨酸殘基之間進(jìn)行的。反應(yīng)中含銅的賴(lài)氨酰氧化酶在吡哆醛磷酸參與下催化賴(lài)氨酸側(cè)鏈氧化脫氨。兩個(gè)這樣的賴(lài)氨酸側(cè)鏈醛基發(fā)生醛醇縮合而共價(jià)交聯(lián)。原膠原的分子間交聯(lián)涉及一個(gè)特有的吡啶啉結(jié)構(gòu)。共價(jià)交聯(lián)對(duì)提高膠原蛋白的機(jī)械強(qiáng)度很重要。隨著年齡的增長(zhǎng)，在原膠原的三股螺旋內(nèi)和三股螺旋之間形成的共價(jià)交聯(lián)鍵越來(lái)越多，因此使得結(jié)締組織中膠原纖維越來(lái)越硬而脆，結(jié)果改變了肌腱、韌帶和軟骨的機(jī)械性能，使骨頭變脆，眼球角膜透明度減小。膠原蛋白不易被一般的蛋白酶水解，但是能被梭菌或動(dòng)物膠原酶斷裂。斷裂的片段自動(dòng)變性，可被普通蛋白酶水解。膠原于水中煮沸轉(zhuǎn)變?yōu)槊髂z或動(dòng)物膠，它是一種混合性的多肽混合物。從營(yíng)養(yǎng)角度看，膠原蛋白并不是理想的，因?yàn)樗鄙俸芏嗳梭w中所必需的氨基酸。彈性蛋白是結(jié)締組織當(dāng)中的另一種蛋白質(zhì)，其最重要的性質(zhì)就是彈性，其是由可溶性的單體合成的，它是彈性蛋白纖維的基本單位，稱(chēng)原彈性蛋白，原彈性蛋白是由纖維細(xì)胞和其他結(jié)締組織細(xì)胞分泌的。彈性蛋白纖維中原彈性蛋白分子按兩種方式交聯(lián)在一起，一種與膠原蛋白中的相似，即通過(guò)賴(lài)氨酸正亮氨酸衍生物交聯(lián)。另一種是原彈性蛋白中特定的Lys側(cè)鏈賴(lài)氨酰氧化酶催化下氧化脫氨成醛基后，由三個(gè)這樣的醛基和一個(gè)未被修飾的Lys側(cè)鏈形成類(lèi)似吡啶啉的鎖鏈素和異鎖鏈素交聯(lián)體，它們是彈性蛋白的標(biāo)志。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)整個(gè)多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上盤(pán)旋、折疊，形成的特定的整個(gè)空間結(jié)構(gòu)，或者說(shuō)三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈中所有原子的空間排布。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：許多在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的氨基酸堿基在三級(jí)結(jié)構(gòu)上相距很近球形蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)很緊實(shí)，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團(tuán)間以及非極性基團(tuán)間的相互作用成為可能大的求習(xí)慣蛋白常常含有幾個(gè)結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域是一種緊密的結(jié)構(gòu)體，典型情況下常常含有特定的功能（如結(jié)合離子和小分子）球狀蛋白質(zhì)雖然纖維狀蛋白質(zhì)在各種生物體內(nèi)含量豐富也很重要，但是它們的種類(lèi)只占自然界中蛋白質(zhì)的很小一部分，球狀蛋白質(zhì)遠(yuǎn)比它們多得多。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和宮呢個(gè)的多樣性也主要體現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)。一個(gè)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指由二級(jí)結(jié)構(gòu)元件構(gòu)建成的總?cè)S結(jié)構(gòu)，包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距遠(yuǎn)的肽段之間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中彼此的相互關(guān)系。球狀蛋白質(zhì)根據(jù)其結(jié)構(gòu)域可分為四大類(lèi)：反平行螺旋結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)）：平行或混合型折疊片結(jié)構(gòu)域（，-結(jié)構(gòu)）反平行折疊片結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)）含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白結(jié)構(gòu)）：如胰島素啥的球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征雖然每種球狀蛋白質(zhì)都有自己獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，但是它們?nèi)杂心承┕餐卣鳌Ｇ驙畹鞍踪|(zhì)分子含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)原件：一種纖維轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)（肌球蛋白除外）只含一種二級(jí)結(jié)構(gòu)原件。然而球狀蛋白質(zhì)含有兩種或兩種以上的二級(jí)結(jié)構(gòu)原件。球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次：與纖維狀蛋白質(zhì)相比球狀蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)更具有明顯而豐富的層次。多肽主鏈在熵驅(qū)動(dòng)下折疊成靠氫鍵維系的二級(jí)結(jié)構(gòu)原件，在一級(jí)序列上相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)往往在三維折疊中彼此靠近并相互作用成超二級(jí)結(jié)構(gòu)。由超二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步裝配成相對(duì)獨(dú)立的球狀實(shí)體——結(jié)構(gòu)域或三級(jí)結(jié)構(gòu)(對(duì)于單結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)或亞基）或再由兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域（對(duì)于多結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)或亞基）裝配成緊密的球狀或橢球狀的三級(jí)結(jié)構(gòu)如己糖激酶。球狀蛋白質(zhì)分子是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體：多肽鏈折疊過(guò)程中各種二級(jí)結(jié)構(gòu)彼此緊密裝配，它們之間也插入松散的肽段。即使裝配緊密，蛋白質(zhì)的總體積也有25%不被蛋白質(zhì)原子所占據(jù)，幾乎這個(gè)空間的全部都處于很小的空腔形式。臨近活性部位的區(qū)域密度比平均值低得多，這意味著在這較松散的區(qū)域有較大的空間可塑性，使構(gòu)象容易發(fā)生變化，可允許活性部位的結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)有較大的活動(dòng)范圍。這是酶與底物，別構(gòu)酶與調(diào)節(jié)物，其他功能性蛋白與效應(yīng)物相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。球狀蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面：隱藏疏水殘基避免與水接觸是安排二級(jí)結(jié)構(gòu)單元形成特定三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)恿?。疏水核心幾乎全部由螺旋與折疊片組成。它們的肽主鏈雖然是極性的，但是由于這兩種二級(jí)結(jié)構(gòu)形成很好的氫鍵網(wǎng)，主鏈極性已經(jīng)被很好的中和，因而能夠穩(wěn)定得處于疏水核心區(qū)域。多數(shù)螺旋是兩親螺旋，它們一個(gè)面向外暴漏于溶劑另一個(gè)面朝向蛋白質(zhì)的疏內(nèi)部。球狀蛋白質(zhì)分子約80%-90%的疏水側(cè)鏈被埋藏，分子表面主要是親水側(cè)鏈，因此球狀蛋白質(zhì)是水溶性的。球狀蛋白質(zhì)分子的表面有一個(gè)空穴：（也稱(chēng)裂溝、凹槽或口袋），這種空穴常是結(jié)合底物、效應(yīng)物等配體并行使生物功能的活性部位。膜蛋白的結(jié)構(gòu)已知膜脂雙層是所有生物膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而膜蛋白幾乎負(fù)責(zé)膜的全部活性功能。膜在外型上不同于纖維狀蛋白質(zhì)，也不同于球狀蛋白質(zhì)，三維結(jié)構(gòu)上也有它們的特點(diǎn)。大多數(shù)膜蛋白可以分為膜周邊蛋白質(zhì)和膜內(nèi)在蛋白質(zhì)兩類(lèi)。膜周邊蛋白實(shí)際上屬于可溶性球狀蛋白質(zhì)，它們分布在膜雙脂層的表面，主要是通過(guò)與膜內(nèi)在蛋白質(zhì)的靜電相互作用和氫鍵鍵合相互作用與膜結(jié)合的。膜內(nèi)在蛋白或內(nèi)在膜蛋白是與脂雙層強(qiáng)締合的膜蛋白，它們有的一部分或大部分埋入脂雙層，有的橫跨脂雙層。還有一種是膜錨定蛋白，它們?cè)诓煌?xì)胞和組織的多種功能中起著重要作用，這些蛋白質(zhì)與膜的締合是通過(guò)各種共價(jià)連接的脂錨鉤實(shí)現(xiàn)的。它具有瞬時(shí)性，能可逆得與蛋白質(zhì)連接和脫離。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)4種類(lèi)型的脂錨定結(jié)構(gòu)。酰胺-連接豆蔻酰錨鉤硫酯-連接脂肪酰錨鉤硫醚-連接異物二烯基錨鉤酰胺-連接糖基磷脂?；煎^鉤蛋白質(zhì)的變性定義：天然蛋白質(zhì)分子受到某些物理因素如熱、紫外線(xiàn)照射、高壓和表面張力等或化學(xué)因素如有機(jī)溶劑、脲胍、酸堿等的影響，生物活性喪失，溶解度降低，不對(duì)稱(chēng)性增高以及其它的物理化學(xué)常數(shù)發(fā)生改變，這種過(guò)程稱(chēng)為蛋白質(zhì)變性。變性的實(shí)質(zhì)就是蛋白質(zhì)分子中的次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象解體。變性不涉及共價(jià)鍵（肽鍵和二硫鍵）的破裂，一級(jí)結(jié)構(gòu)保持完好。蛋白質(zhì)一旦變性，往往發(fā)生下列現(xiàn)象：生物活性的喪失：蛋白質(zhì)的生物活性是指蛋白質(zhì)所具有的酶、激素、毒素、抗原與抗體等活性，以及其他特殊性質(zhì)如血紅蛋白的載氧能力。生物活性的喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征。有時(shí)空間結(jié)構(gòu)只有輕微的局部改變，而且這些變化還沒(méi)反映到其他物理化學(xué)性質(zhì)上時(shí)，生物活性就已經(jīng)喪失。一些側(cè)臉集團(tuán)的暴露：蛋白質(zhì)在變性時(shí)，有些原來(lái)在分子內(nèi)包藏而不易與化學(xué)試劑起反應(yīng)de側(cè)鏈基團(tuán)，由于結(jié)構(gòu)的伸展而暴露出來(lái)。一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變：蛋白質(zhì)變性后，疏水基外露，溶解度降低。球狀蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)分子延伸，不對(duì)成程度增高，反映在您都增加、擴(kuò)散系數(shù)降低以及旋光和紫外吸收的變化生物化學(xué)性質(zhì)的改變：蛋白質(zhì)變性后，分子結(jié)構(gòu)松散，易被蛋白水解酶分解。變性蛋白質(zhì)比天然蛋白質(zhì)更容易受到蛋白質(zhì)水解酶作用。這就是熟食易于消化的道理。變性劑：尿素和鹽酸胍，能與多肽主鏈競(jìng)爭(zhēng)氫鍵，因此破壞蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)?？赡芨匾脑蚴悄蛩睾望}酸胍增加非極性側(cè)鏈在水中的溶解度，因而降低了維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的疏水相互作用。去污劑：十二烷基硫酸鈉（SDS）也是蛋白質(zhì)的變性劑，其能破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水相互作用使非極性基團(tuán)暴露于介質(zhì)水當(dāng)中。變性是一個(gè)協(xié)同過(guò)程。它是在所加變性劑的很窄濃度范圍內(nèi)或很窄pH或溫度間隔內(nèi)突然發(fā)生的，例如牛胰核糖核酸酶。蛋白質(zhì)的復(fù)性：當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)又可重新回到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為蛋白質(zhì)的復(fù)性。氨基酸序列決定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的氨基酸序列規(guī)定它的三維結(jié)構(gòu)這一結(jié)論最直接有力的證據(jù)來(lái)自某些蛋白質(zhì)可逆變性試驗(yàn)，首先是牛胰核糖核酸酶（RNA酶）復(fù)性的實(shí)驗(yàn)。牛胰核糖核酸酶（RNA酶）復(fù)性的實(shí)驗(yàn)：當(dāng)天然的RNA酶在8mol/L尿素或6mol/L的鹽酸胍存在下用-巰基乙醇處理后，分子內(nèi)的4個(gè)二硫鍵則被斷裂，緊密的球狀結(jié)構(gòu)伸展成松散的無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)象，然而當(dāng)用透析方法將尿素（或鹽酸胍）的巰基乙醇除去后，RNA酶活性又可恢復(fù)。蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)折疊式熱力學(xué)有利的過(guò)程，蛋白質(zhì)折疊朝向自由能方向最小的方向。因此肽鏈折疊額度本質(zhì)可以簡(jiǎn)單地理解為將肽鏈中絕大多數(shù)的疏水殘基包裹到分子內(nèi)部，即疏水作用驅(qū)動(dòng)著蛋白質(zhì)折疊。蛋白質(zhì)不是通過(guò)隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象。在于積累選擇，所謂積累選擇就是在每次搜索的時(shí)候把正確折疊的那部分結(jié)構(gòu)保留下來(lái)。蛋白質(zhì)的折疊結(jié)果熔球態(tài)的中間體階段，它含有二級(jí)結(jié)構(gòu)，但無(wú)完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)。這里的球字是突出它的凝縮狀態(tài)，熔字強(qiáng)調(diào)它的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元之間相互作用的變動(dòng)性質(zhì)。目前已知球狀蛋白質(zhì)的折疊涉及以下幾個(gè)步驟：1.由完全伸展態(tài)快速可逆形成局部二級(jí)結(jié)構(gòu)，此謂成核過(guò)程；2.通過(guò)折疊核（局部二級(jí)結(jié)構(gòu)）的協(xié)同聚集形成初始的結(jié)構(gòu)域3.并由這些結(jié)構(gòu)域配裝成熔球態(tài)4.對(duì)結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象進(jìn)行調(diào)整5.最后形成具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)單體或天然蛋白質(zhì)。在體外蛋白質(zhì)的重折疊不需要額外分子的參與，然而在體內(nèi)蛋白質(zhì)確實(shí)另一種情形。在體外許多蛋白質(zhì)的折疊要比在體內(nèi)慢得多，效率很低。其原因就是體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊是在催化劑的幫助下進(jìn)行的:新生蛋白質(zhì)中正確配對(duì)的二硫鍵形成受蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）的催化（比如脯氨酸異構(gòu)酶以及二硫鍵異構(gòu)酶），PDI廣泛的底物專(zhuān)一性能夠使它加速多種含二硫鍵蛋白質(zhì)的折疊。還有一個(gè)稱(chēng)分子伴侶的蛋白質(zhì)家族，它們通過(guò)抑制新生肽鏈不恰當(dāng)?shù)木奂⑴懦c其他蛋白質(zhì)不合理的結(jié)合，協(xié)助多肽鏈的正確折疊。亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)自然界中很多蛋白質(zhì)都是以獨(dú)立折疊的球狀蛋白質(zhì)的聚集體形式存在的。這些球狀蛋白質(zhì)頭通過(guò)非共價(jià)鍵彼此締合在一起。締合形成聚集體的方式構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個(gè)球狀蛋白質(zhì)稱(chēng)為亞基，亞基一般是一條多肽鏈。亞基有時(shí)也稱(chēng)單體。由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為寡聚蛋白。同一類(lèi)型亞基組成的蛋白質(zhì)稱(chēng)同多聚蛋白，否則雜多聚蛋白。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)涉及亞基種類(lèi)和數(shù)目以及各亞基或原聚體在整個(gè)分子中的空間排布，包括亞基間的接觸位點(diǎn)和作用力。穩(wěn)定蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是肽鏈間的非共價(jià)鍵，主要是疏水作用，其次是氫鍵和鹽鍵。對(duì)于某些蛋白質(zhì)對(duì)亞基締合的穩(wěn)定性作出貢獻(xiàn)的還有一個(gè)重要因素是亞基之間二硫橋的形成。大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子其亞基的排列都是對(duì)稱(chēng)的。對(duì)稱(chēng)性是四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要額性質(zhì)之一。對(duì)稱(chēng)性是那些含有兩個(gè)或多個(gè)相同亞基或原聚體的聚集體的性質(zhì)。四級(jí)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：亞基締合的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是蛋白質(zhì)的表面積與體積之比降低，可以屏蔽亞基表面上的疏水殘基以避開(kāi)溶劑水。提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率使催化基團(tuán)匯聚到一起具有協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)“大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)他們的生物活性都是借助于亞基相互作用，多亞基蛋白質(zhì)一般有多個(gè)結(jié)合部位，結(jié)合在蛋白質(zhì)分子上的配體對(duì)其他部位所產(chǎn)生的影響（如改變親和力或催化能力）稱(chēng)別構(gòu)效應(yīng)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（Important）球狀蛋白質(zhì)的構(gòu)象不是剛性靜止的，而是柔性動(dòng)態(tài)的，蛋白質(zhì)的功能縱使跟蛋白質(zhì)與其它分子相互作用聯(lián)系。在蛋白質(zhì)與其他分子的相互作用中能被它可逆結(jié)合的其他分子稱(chēng)為配體。配體可以是任何一種分子，包括另一種蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)——配體的瞬時(shí)性對(duì)生命至關(guān)重要，因?yàn)樗试S生物體在內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時(shí)能快速、可逆地做出反應(yīng)。蛋白質(zhì)上的配體結(jié)合部位和配體在大小、形狀、電荷以及疏水或親水性方面都是互補(bǔ)的。肌紅蛋白(Mb)的肌紅和功能肌紅蛋白主要是哺乳動(dòng)物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。肌肉中肌紅蛋白豐富以致它們的肌肉呈棕紅色。肌紅蛋白是由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素構(gòu)成。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱(chēng)珠蛋白。它與血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性。它們的構(gòu)象和功能也極為相似。分子中多肽主鏈由長(zhǎng)短不等的8段直的螺旋組成，幾乎80%的氨基酸都處于螺旋區(qū)內(nèi)。8個(gè)螺旋段大體上組裝成兩層。肌紅蛋白的整個(gè)分子顯得十分致密結(jié)實(shí)，分子內(nèi)部只有一個(gè)能容納4個(gè)水分子的空間。含親水基團(tuán)側(cè)鏈的氨基酸殘基幾乎全部分布在分子表面，疏水側(cè)鏈的氨基酸幾乎全部被埋在分子內(nèi)部不與水接觸。在分子表面的親水側(cè)鏈正好與水結(jié)合，使肌紅蛋白成為可溶性蛋白。輔基血紅素作為有機(jī)化合物的蛋白質(zhì)不能直接與氧放生可逆結(jié)合，但是某些過(guò)