蛋白質概論簡介培訓課件大綱要求蛋白質的重要功能及其元素組成氨基酸氨基酸的結構特點以及分類必須氨基酸蛋白質的稀有氨基酸氨基酸的性質肽肽鍵以及肽鏈肽的命名及結構天然存在的活性寡肽蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構蛋白質的一級結構蛋白質的二級結構超二級結構和結構域蛋白質的三級結構蛋白質的四級結構蛋白質結構與功能的關系蛋白質一級結構與功能的關系蛋白質空間結構與功能的關系蛋白質的重要性質蛋白質的兩性性質和等電點蛋白質的膠體性質與蛋白質的沉淀蛋白質的變性與復性蛋白質的顏色反應蛋白質的分類蛋白質的分離提純及分子量測量一.概念簡單蛋白、結合蛋白、基本氨基酸、等電點、甲醛滴定法、Edman降解、一級結構、肽鍵、構型與構象、二面角、二級結構、超二級結構、結構域、三級結構、四級結構、亞基、別構蛋白、分子病、水化層、雙電層、蛋白質的變性與復性、鹽析與鹽溶二.氨基酸分類、基本氨基酸的結構、分類、名稱、符號、化學反應、鑒定、蛋白質的水解三.蛋白質的結構一級結構結構特點、測定步驟、常用方法、酶二級結構四種結構特點、數據、超二級結構三級結構主要靠疏水鍵維持四級結構變構現象結構與功能的適應、結構變化對功能的影響、典型蛋白質四.蛋白質的性質分子量的測定方法、酸堿性、溶解性、變性、顏色反應第一節蛋白質通論一、蛋白質的功能（催化、調節、轉運、貯存、運動、結構成分、支架作用、防御和進攻、異常功能）氨基酸的序列異構是蛋白質生物功能多樣性和物種特異性的結構基礎蛋白質和核酸是原生質的主要成分，任何生物都含有蛋白質。自然界中最小、最簡單的生物是病毒，它是由蛋白質和核酸組成的。沒有蛋白質也就沒有生命。自然界的生物多種多樣，因而蛋白質的種類和功能也十分繁多。概括起來，蛋白質主要有以下功能：1.催化功能生物體內的酶都是由蛋白質構成的，它們有機體新陳代謝的催化劑。沒有酶，生物體內的各種化學反應就無法正常進行。例如，沒有淀粉酶，淀粉就不能被分解利用。2.結構功能蛋白質可以作為生物體的結構成分。在高等動物里，膠原是主要的細胞外結構蛋白，參與結締組織和骨骼作為身體的支架，占蛋白總量的1/4。細胞里的片層結構，如細胞膜、線粒體、葉綠體和內質網等都是由不溶性蛋白與脂類組成的。動物的毛發和指甲都是由角蛋白構成的。3.運輸功能脊椎動物紅細胞中的血紅蛋白和無脊椎動物體內的血藍蛋白在呼吸過程中起著運輸氧氣的作用。血液中的載脂蛋白可運輸脂肪，轉鐵蛋白可轉運鐵。一些脂溶性激素的運輸也需要蛋白，如甲狀腺素要與甲狀腺素結合球蛋白結合才能在血液中運輸。4.貯存功能某些蛋白質的作用是貯存氨基酸作為生物體的養料和胚胎或幼兒生長發育的原料。此類蛋白質包括蛋類中的卵清蛋白、奶類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存起來，供缺鐵時使用。5.運動功能肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白是運動系統的必要成分，它們構象的改變引起肌肉的收縮，帶動機體運動。細菌中的鞭毛蛋白有類似的作用，它的收縮引起鞭毛的擺動，從而使細菌在水中游動。6.防御功能高等動物的免疫反應是機體的一種防御機能，它主要也是通過蛋白質（抗體）來實現的。凝血與纖溶系統的蛋白因子、溶菌酶、干擾素等，也擔負著防御和保護功能。7.調節功能某些激素、一切激素受體和許多其他調節因子都是蛋白質。8.信息傳遞功能生物體內的信息傳遞過程也離不開蛋白質。例如，視覺信息的傳遞要有視紫紅質參與，感受味道需要味覺蛋白。視桿細胞中的視紫紅質，只需1個光子即可被激發，產生視覺。9.遺傳調控功能遺傳信息的儲存和表達都與蛋白質有關。DNA在儲存時是纏繞在蛋白質（組蛋白）上的。有些蛋白質，如阻遏蛋白，與特定基因的表達有關。β－半乳糖苷酶基因的表達受到一種阻遏蛋白的抑制，當需要合成β－半乳糖苷酶時經過去阻遏作用才能表達。10.其他功能某些生物能合成有毒的蛋白質，用以攻擊或自衛。如某些植物在被昆蟲咬過以后會產生一種毒蛋白。白喉毒素可抑制生物蛋白質合成。二、蛋白質的分類（一）按分子形狀以及溶解度分類1.球狀蛋白外形近似球體，多溶于水，大都具有活性，如酶、轉運蛋白、蛋白激素、抗體等。球狀蛋白的長度與直徑之比一般小于10。2.纖維狀蛋白外形細長，分子量大，大都是結構蛋白，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，角蛋白等結構蛋白。3.膜蛋白：與細胞的各種系統結合而存在，疏水氨基酸側鏈伸向外部。因此不溶于水但能溶于去污溶劑。（二）按分子組成分類1.簡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。根據溶解性的不同，可將簡單蛋白分為以下7類：清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。2.結合蛋白（綴合蛋白質）由蛋白質和非蛋白成分組成，后者稱為輔基或配體。才如果非蛋白成分是通過共價鍵于蛋白質，必須通過水解才能釋放它。如果不是，變性就可以。根據輔基的不同，可將結合蛋白分為以下7類：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。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，其中每條多肽鏈叫做或亞單位。亞基之間通過非共價鍵連接。三、蛋白質的元素組成與分子量1.元素組成所有的蛋白質都含有碳氫氧氮四種元素，有些蛋白質還含有硫、磷和一些金屬元素。蛋白質平均含碳50％，氫7％，氧23％，氮16％。其中氮的含量較為恒定，而且在糖和脂類中不含氮，所以常通過測量樣品中氮的含量來測定蛋白質含量。如常用的凱氏定氮：蛋白質含量＝蛋白氮×6.25其中6.25是16％的倒數。2.蛋白質的分子量蛋白質的分子量變化范圍很大，從6000到100萬或更大。這個范圍是人為規定的。一般將分子量小于6000的稱為肽。不過這個界限不是絕對的，如牛胰島素分子量為5700，一般仍認為是蛋白質。蛋白質煮沸凝固，而肽不凝固。較大的蛋白質如煙草花葉病毒，分子量達4000萬。四、蛋白質的水解氨基酸是蛋白質的基本結構單位，這個發現是從蛋白質的水解得到的。蛋白質的水解主要有三種方法：1.酸水解用6MHCl或4MH2SO4，105℃回流20小時即可完全水解。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，在酸水解過程中常產生腐黑質，使水解液變黑。用3mol/L對甲苯磺酸代替鹽酸，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小時可水解完全。堿水解使氨基酸消旋，許多氨基酸被破壞，產生DL氨基酸的混合物，稱消旋物。但色氨酸不被破壞。常用于測定色氨酸含量。可加入淀粉以防止氧化。3.酶水解酶水解既不破壞氨基酸，也不引起消旋。但酶水解時間長，反應不完全。一般用于部分水解，若要完全水解，需要用多種酶協同作用。主要用于蛋白質分析以獲得蛋白質的部分水解產物。第二節氨基酸一、氨基酸的結構與分類（一）基本氨基酸組成蛋白質的20種氨基酸稱為基本氨基酸。它們中除脯氨酸（亞氨基酸）外都是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一個氨基。基本氨基酸都符合通式，都有單字母和三字母縮寫符號。氨基酸在中性PH時，羧基以形式存在，氨基以形式存在，這樣的氨基酸有一個正電荷有一個負電荷，稱為兼性離子蛋白質中發現的氨基酸都是L型的，并且阿爾法氨基酸都是白體晶體，熔點很高。每種氨基酸都有自己特殊的結晶形狀，利用結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乙醇與乙醚。按照氨基酸的側鏈結構，可分為三類：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環氨基酸。1.脂肪族氨基酸共15種。側鏈只是烴鏈（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，它還在蛋白質與糖類及磷酸的結合中起重要作用。側鏈含硫原子：Cys（半胱氨酸）,Met（甲硫氨酸）兩個半胱氨酸可通過形成二硫鍵結合成一個胱氨酸。二硫鍵對維持蛋白質的高級結構有重要意義。半胱氨酸也經常出現在蛋白質的活性中心里。甲硫氨酸的硫原子有時參與形成配位鍵。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。側鏈含有羧基：Asp（天冬氨酸）,Glu（谷氨酸）側鏈含酰胺基：Asn（天冬酰胺）,Gln（谷氨酰胺）側鏈顯堿性：Arg（精氨酸）,Lys（賴氨酸）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，都有紫外吸收(280nm)。所以可通過測量蛋白質的紫外吸收來測定蛋白質的含量。組氨酸也是堿性氨基酸，但堿性較弱，在生理條件下是否帶電與周圍內環境有關。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。基本氨基酸也可按側鏈極性分類：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帶負電荷：Asp,Glu（二）不常見的蛋白質氨基酸某些蛋白質中含有一些不常見的氨基酸，它們是基本氨基酸在蛋白質合成以后經羥化、羧化、甲基化等修飾衍生而來的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸、鎖鏈素等。其中羥脯氨酸和羥賴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）非蛋白質氨基酸自然界中還有150多種不參與構成蛋白質的氨基酸。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物，如瓜氨酸和鳥氨酸是合成精氨酸的中間產物，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沖動的化學介質。二、氨基酸的性質（一）物理性質α-氨基酸都是白色晶體，每種氨基酸都有特殊的結晶形狀，可以用來鑒別各種氨基酸。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增高，而有機溶劑則降低。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手性碳原子。從蛋白質水解得到的氨基酸都是L-型。但在生物體內特別是細菌中，D-氨基酸也存在，如細菌的細胞壁和某些抗菌素中都含有D-氨基酸。三個帶苯環的氨基酸有紫外吸收，F:257nm,ε=200;Y:275nm,ε=1400;W:280nm,ε=5600。通常蛋白質的紫外吸收主要是后兩個氨基酸決定的，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，熔點在200℃以上。氨基酸是兩性電解質，各個解離基的表觀解離常數按其酸性強度遞降的順序，分別以K1’、K2’來表示。當氨基酸分子所帶的凈電荷為零時的pH稱為氨基酸的等電點(pI)。等電點的值是它在等電點前后的兩個pK’值的算術平均值。氨基酸完全質子化時可看作多元弱酸，各解離基團的表觀解離常數按酸性減弱的順序，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，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，增強了的解離，滴定終點由PH=12左右移至PH9左右。氨基酸的化學反應１.－氨基參加的反應（1）酰化氨基可與酰化試劑，如酰氯或酸酐在堿性溶液中反應，生成酰胺。該反應在多肽合成中可用于保護氨基。（2）與亞硝酸作用氨基酸在室溫下與亞硝酸反應，脫氨，生成羥基羧酸和氮氣。因為伯胺都有這個反應，所以賴氨酸的側鏈氨基也能反應，但速度較慢。常用于蛋白質的化學修飾、水解程度測定及氨基酸的定量。（3）與醛反應氨基酸的α-氨基能與醛類物質反應，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的中間物。賴氨酸的側鏈氨基也能反應。氨基還可以與甲醛反應，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定含量。與甲醛反應后，氨基酸不再是偶極離子，其滴定終點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，可用于測定氨基酸。（4）與異硫氰酸苯酯(PITC)反應α-氨基與PITC在弱堿性條件下形成相應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生環化，生成相應的苯乙內酰硫脲衍生物（PTH-AA）。這些衍生物是無色的，可用層析法加以分離鑒定。這個反應首先為Edman用來鑒定蛋白質的N-末端氨基酸，在蛋白質的氨基酸順序分析方面占有重要地位。（5）磺酰化氨基酸與5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反應，生成DNS-氨基酸。產物在酸性條件下(6NHCl)100℃也不破壞，因此可用于氨基酸末端分析。DNS-氨基酸有強熒光，激發波長在360nm左右，比較靈敏，可用于微量分析。（6）與DNFB反應（Sangｅｒ反應）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）。這一反應是定量轉變的，產物黃色，可經受酸性100℃高溫。該反應曾被英國的Sanger用來測定胰島素的氨基酸順序，也叫桑格爾試劑，現在應用于蛋白質N-末端測定。（7）轉氨反應在轉氨酶的催化下，氨基酸可脫去氨基，變成相應的酮酸。2.羧基的反應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，此反應常用于多肽合成中的羧基保護。某些酯有活化作用，可增加羧基活性，如對硝基苯酯。將氨基保護以后，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，氨基酸的氨基通過酰加以保護，羧基經酯化轉變為甲酯，然后肼和亞硝酸反應即變成疊氮化合物，此反應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茚三酮反應：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，最后茚三酮與反應產物——氨和還原茚三酮發生作用，成紫色物質。用紙層析或柱層析把各種氨基酸分開后，利用茚三酮顯色反應可以定性堅定并用分光光度發在５７０納米定量測定各種氨基酸。根據這個反應可通過二氧化碳測定氨基酸含量。兩個亞氨基酸，脯氨酸與羥脯氨酸與茚三酮反應并不生成氨氣，而是直接生成黃亮色化合物成肽反應側鏈的反應酪氨酸的酚基在3位和5位上容易發生親電取代反應，例如碘化或硝化，可以與重氮化合物結合生成橘黃色化合物，即Pauly反應，可用于檢測酪氨酸。組氨酸也可以發生此反應，只不過顏色稍有差異，呈棕紅色。絲氨酸、蘇氨酸含羥基，能形成酯或苷。半胱氨酸側鏈巰基反應性高：（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的構象上起很大的作用。氧化劑和還原劑都可以打開二硫鍵。在研究蛋白質結構時，氧化劑過甲酸可以定量地拆開二硫鍵，生成相應的磺酸。還原劑如巰基乙醇、巰基乙酸也能拆開二硫鍵，生成相應的巰基化合物。由于半胱氨酸中的巰基很不穩定，極易氧化，因此利用還原劑拆開二硫鍵時，往往進一步用碘乙酰胺、氯化芐、N-乙基丁烯二亞酰胺和對氯汞苯甲酸等試劑與巰基作用，把它保護起來，防止它重新氧化。（2）烷化半胱氨酸可與烷基試劑，如碘乙酸、碘乙酰胺等發生烷化反應。半胱氨酸與丫丙啶反應，生成帶正電的側鏈，稱為S-氨乙基半胱氨酸（AECys）。（3）與重金屬反應微量的某些重金屬離子，如Ag+、Hg2+，就能與巰基反應，生成硫醇鹽，導致含巰基的酶失活。5.以下反應常用于氨基酸的檢驗：l酪氨酸、組氨酸能與重氮化合物反應(Pauly反應)，可用于定性、定量測定。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，生成深紅色，稱為坂口反應。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，生成白色沉淀，加熱后變紅，稱為米倫（Millon）反應，是鑒定酚基的特性反應。l色氨酸中加入乙醛酸后再緩慢加入濃硫酸，在界面會出現紫色環，用于鑒定吲哚基。（Ehrlish反應）在蛋白質中，有些側鏈基團被包裹在蛋白質內部，因而反應很慢甚至不反應。氨基酸的光學活性與光譜分析從蛋白質的酸水解液或酶促水解液中分離獲得的氨基酸都屬于L型旋光物質在化學反應中，只要不對稱原子經過對稱狀態的中間階段，便將發生消旋作用，并轉變為型和L型的等摩爾，稱外消旋物。內消旋物：胱氨酸是一種特殊情況，因為兩個不對稱中心是相同的。其有L-胱氨酸、D-胱氨酸、以及內消旋三種立體異構體。氨基酸的旋光符號和大小它的基性質，并且與測定溶液PH有關，這是因為在不同的PH條件下氨基與羧基的解離狀態不同。紫外光譜：參與蛋白質組成的20多種氨基酸在電磁波譜的可見光區都沒有光吸收，在紅外區和遠紫外區都有光吸收。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）的發展史最早的層析實驗是俄國植物學家Цвет在1903年用碳酸鈣分離葉綠素，屬于吸附層析。40年代出現了分配層析，50年代出現了氣相色譜，60年代出現HPLC，80年代出現了超臨界層析，90年代出現的超微量HPLC可分離ng級的樣品。2.色譜的分類：按流動相可分為氣相、液相、超臨界色譜等；按介質可分為紙層析、薄層層析、柱層析等；按分離機制可分為吸附層析、分配層析、分子篩層析等3.色譜的應用可用于分離、制備、純度鑒定等。定性可通過保留值、內標、標準曲線等方法，定量一般用標準曲線法。氨基酸的分析分離是測定蛋白質結構的基礎。在分配層析和離子交換層析法開始應用于氨基酸成分分析之后，蛋白質結構的研究才取得了顯著的成就。現在這些方法已自動化。氨基酸從強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第三節蛋白質的共價結構蛋白質是生物大分子，具有明顯的結構層次性，由低層到高層可分為一級結構（多肽鏈的氨基酸）、二級結構（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高級組織層次）、三級結構（多肽鏈在三維排列中的另一高級組織層次）和四級結構（寡聚的蛋白質中各亞基在空間上的相互關系和結合方式）。蛋白質的一級結構由多肽鏈主鏈上連接的氨基酸殘疾所決定的。二級結構和其他高級結構主要是由非共價力如氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水作用決定的。必須強調的是，一個蛋白質分子為獲得結構所需的全部信息都含于一級結構即多肽鏈的氨基酸序列中。構型：是指在具有相同結構式的立體異構體中取代基團空間的取向，不同的構型如果沒有共價鍵的破裂是不能互變的。構象：值具有相同結構式和相同構型的分子在空間里的可能的多種形態，構象形態的改變不涉及共價鍵的破裂。一、肽鍵和肽一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基縮水形成的共價鍵，稱為肽鍵。在蛋白質分子中，氨基酸借肽鍵連接起來，形成肽鏈。蛋白質和多肽分子中連接氨基酸殘基共價鍵肽鍵之外，還有一個比較常見的是兩個半胱氨酸殘基側鏈之間形成的二硫鍵。它可以使單獨的肽鏈共價交聯起來，或使一條鏈的某一部分成環。最簡單的肽由兩個氨基酸組成，稱為二肽。含有三、四、五個氨基酸的肽分別稱為三肽、四肽、五肽等。肽鏈中的氨基酸由于形成肽鍵時脫水，已不是完整的氨基酸，所以稱為殘基。肽的命名是根據組成肽的氨基酸殘基來確定的。一般從肽的氨基端開始，稱為某氨基酰某氨基酰…某氨基酸。肽的書寫也是從氨基端開始。肽鍵象酰胺鍵一樣，由于鍵內原子處于共振狀態而表現出較高的穩定性。在肽鍵中C－N單鍵具有約40％雙鍵性質，而C=O雙鍵具有40％單鍵性質。這樣就產生兩個重要結果：（1）肽鍵的亞氨基在pH0-14的范圍內沒有明顯的解離和質子化的傾向；（2）肽鍵中的C－N單鍵不能自由旋轉，具有平面性，使蛋白質能折疊成各種三維構象。（3）肽鏈中的肽鍵一般是反式構型，而Pro的肽鍵可能出現順兩種結構。（順式構型會引起R之間的空間位阻，Pro是因為四氫吡咯環引起的空間位阻消除了反式構型的優勢。除了蛋白質部分水解可以產生各種簡單的多肽以外，自然界中還有長短不等的小肽，它們具有特殊的生理功能。動植物細胞中含有一種三肽，稱為谷胱甘肽，即δ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。因其含有巰基，故常以GSH來表示。它在體內的氧化還原過程中起重要作用。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，緩沖肌肉產生的乳酸對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，如催產素、加壓素、舒緩激肽等。二、肽的理化性質短肽的理化性質與氨基酸類似。許多小肽已經結晶。晶體的熔點很高，說明是離子晶體，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、羧基和側鏈上的基團。在長肽或蛋白質中，可解離的基團主要是側鏈上的。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。側鏈基團變化不大。肽的滴定曲線和氨基酸的很相似。肽的等電點也可以根據它的pK’值確定。一般小肽的旋光度等于各個氨基酸旋光度的總和，但較大的肽或蛋白質的旋光度不等于其組成氨基酸的旋光度的簡單加和。肽的化學性質和氨基酸一樣，但有一些特殊的反應，如雙縮脲反應（是肽和蛋白質所特有的）。一般含有兩個或兩個以上肽鍵的化合物都能與CuSO4堿性溶液發生雙縮脲反應而生成紫紅色或藍紫色的復合物。利用這個反應借助可見光度計，可以測定蛋白質的含量。三、天然存在的活性肽除了蛋白質部分水解可以產生長短不一的各種肽段之外，生物體內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物質。有些抗生素也屬于肽類或肽的。小的活性肽中一類稱腦啡肽的物質。-鵝膏蕈堿（ 肽類化合物）四、一級結構的測定蛋白質的一級結構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分子結構的基礎，它決定蛋白質的高級結構。現在大多數的氨基酸序列是根據編碼蛋白質的核苷酸序列推導出來的一級結構可用氨基酸的三字母符號或單字母符號表示，從N-末端向C-末端書寫。采用三字母符號時，氨基酸之間用連字符（－）隔開。測定步驟測定蛋白質的一級結構，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。一般的測定步驟是：1.通過末端分析確定蛋白質分子中多肽鏈的數目：根據蛋白質N-末端或C-末端殘基的摩爾數和蛋白質的相對分子質量可以確定蛋白質分子中多肽鏈數目2.拆分蛋白質分子的多肽鏈，并分離純化：如果是寡聚蛋白質，多肽鏈之間是借助非共價相互作用締合的，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的亞基分開。如果多肽鏈之間是通過共價二硫橋交聯的，則可用氧化劑或還原劑將二硫鍵斷裂。3.斷開多肽鏈內的二硫鍵4.分析每一多肽鏈的氨基酸組成：肽鏈的一部分樣品進行完全水解，測定其氨基酸組成和比例。5.肽鏈的另一部分樣品進行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肽碎片。每套肽段進行分離純化，并對每一純化了的肽段進行氨基酸組成和末端殘基的分析7.測定每個肽段的氨基酸順序：目前最常用的肽段測序方法是Edman降解法，并有自動序列分析儀可供利用。此外尚有酶解法和質譜法。8.重建完整多肽鏈的一級結構：利用兩套或多套肽段的氨基酸序列彼此間有交錯重疊可以拼湊出原來的完整多肽鏈的氨基酸序列。9.測定原來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（DNP-蛋白質）。產物黃色，可經受酸性100℃高溫。水解時，肽鏈斷開，但DNP基并不脫落。DNP-氨基酸能溶于有機溶劑（如乙醚）中，這樣可與其他氨基酸和ε-DNP賴氨酸分開。再經雙向濾紙層析或柱層析，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。蛋白質的末端氨基與5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反應，生成DNS-蛋白質。DNS-氨基酸有強熒光，激發波長在360nm左右，比DNFB法靈敏100倍。３.苯異硫氰酸苯酯(PITC)法：目前應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的苯氨基硫甲酰衍生物，后者在硝基甲烷中與酸作用發生環化，生成相應的苯乙內酰硫脲衍生物而從肽鏈上掉下來。產物可用氣-液色譜法進行鑒定。這個方法最大的優點是剩下的肽鏈仍是完整的，可依照此法重復測定新生的N末端氨基酸。現在已經有全自動的氨基酸順序分析儀，可測定含20個以上氨基酸的肽段的氨基酸順序。缺點是不如丹磺酰氯靈敏，可與之結合使用。４.氮肽酶法：N末端氨基酸也可用酶學方法即氨肽酶法測定。氮肽酶是一類外切酶或叫外肽酶，它們能從多肽鏈的Ｎ－逐個向里切。根據不同的反應時間測出水酶解所釋放的氨基酸的種類和數量，按反應時間和殘基釋放量作動力學曲線，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：是目前測定C末端最重要的方法。多肽與肼在無水條件下加熱，可以斷裂所有的肽鍵，除C末端氨基酸外，其他氨基酸都轉變為相應的酰肼化合物。肼解下來的C末端氨基酸可用紙層析鑒定。精氨酸會變成鳥氨酸，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。將蛋白質在pH8.0,30℃與羧肽酶一起保溫，按一定時間間隔取樣，用紙層析測定釋放出來的氨基酸，根據氨基酸的量與時間的關系，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、賴氨酸和脯氨酸外所有肽鍵，羧肽酶B水解精氨酸和賴氨酸。二硫鍵的拆開和肽鏈的分離一般情況下，蛋白質分子中肽鏈的數目應等于N末端氨基酸殘基的數目，可根據末端分析來確定一種蛋白質由幾條肽鏈構成。必須設法把這些肽鏈分離開來，然后測定每條肽鏈的氨基酸順序。如果這些肽鏈之間不是共價交聯的，可用酸、堿、高濃度的鹽或其他變性劑處理蛋白質，把肽鏈分開。如果肽鏈之間以二硫鍵交聯，或肽鏈中含有鏈內二硫鍵，則必須用氧化或還原的方法將二硫鍵拆開。主要是過氧化法和巰基化物還原法，最普遍的方法是用過量的巰基乙醇處理，是Ｓ－Ｓ定量還原成－ＳＨ，然后用碘乙酸保護生成的半胱氨酸的巰基，防止重新氧化。二硫鍵拆開后形成的個別肽鏈，可用紙層析、離子交換柱層析、電泳等方法進行分離。肽鏈的完全水解和氨基酸組成的測定。在測定氨基酸順序之前，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，再分離測定氨基酸。目前用氨基酸自動分析儀，2－4小時即可完成。蛋白質的氨基酸組成，一般用每摩爾蛋白質中所含的氨基酸殘基的摩爾數表示，或用每１００ｇ中氨基酸的克數表示。不同種類的蛋白質，其氨基酸組成相差很大。肽鏈的部分水解和肽段的分離當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。這是測序工作的關鍵步驟。這一步通常用專一性很強的蛋白酶來完成。酶裂解法：最常用的是胰蛋白酶（trypsin），它專門水解賴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末端是賴氨酸或精氨酸。用丫丙啶處理，可增加酶切位點（半胱氨酸）；用馬來酸酐（順丁烯二酸酐）保護賴氨酸的側鏈氨基，或用1,2-環己二酮修飾精氨酸的胍基，可減少酶切位點。經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。其他疏水殘基反應較慢。化學裂解法：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變為C末端高絲氨酸殘基。以上三種方法經常使用。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定，所以經常用胃蛋白酶確定蛋白質二硫橋的位置。金葡菌蛋白酶，又稱谷氨酸蛋白酶或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，又稱精氨酸蛋白酶。耐變性劑，可經受6M尿素2小時。可用于水解不易溶解的蛋白。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，降解成長短不一的小肽段，可用層析或電泳加以分離提純。經常用雙向層析或電泳分離，再用茚三酮顯色，所得的圖譜稱為肽指紋譜。多肽鏈中氨基酸順序的測定多肽鏈中部分水解得到的肽段可用Ｅｄｍａｎ化學降解法（最初用于Ｎ－末端分析，稱苯異硫氰酸酯法PITC）或酶法（氨肽酶或羧肽酶）測序，然后比較用不同方法獲得的兩套肽段的氨基酸順序，根據它們彼此跨國切口重疊的部分（重疊肽），確定每個肽段的適當位置，拼湊出整個多肽鏈的氨基酸順序。還有質譜法以及根據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，從部分水解產物中分離出含二硫鍵的肽段，再拆開二硫鍵，將兩個肽段分別測序，再與整個多肽鏈比較，即可確定二硫鍵的位置。常用胃蛋白酶，因其專一性低，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），此時二硫鍵穩定。肽段的分離可用對角線電泳，將混合物點到濾紙的中央，在pH6.5進行第一次電泳，然后用過甲酸蒸汽斷裂二硫鍵，使含二硫鍵的肽段變成一對含半胱氨磺酸的肽段。將濾紙旋轉90度后在相同條件下進行第二次電泳，多數肽段遷移率不變，處于對角線上，而含半胱氨磺酸的肽段因負電荷增加而偏離對角線。用茚三酮顯色，分離，測序，與多肽鏈比較，即可確定二硫鍵位置。蛋白質的氨基酸序列與生物學功能在不同生物體中行使或相似功能的蛋白質稱同源蛋白質。同源蛋白質的氨基酸序列具有明顯的相似性，這種相似性稱作同源性，通過比較同源蛋白質氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親緣關系進化，親緣關系越遠，同源的氨基酸順序差異越大。據估計，氨基酸以某個恒定的速率進化，來自任兩個物種的同源蛋白質，序列間的氨基酸差異數目與這些物種間的系統發生差異成比例的，也即在進化上相差越遠，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的某些生物化學過程中，蛋白質分子的部分肽鏈必須按照特定的方式斷裂才能呈現生物學，例如血液凝固血纖蛋白原和凝血酶原的復雜變化，消化液中很多蛋白水解酶原的激活以及許多蛋白質和多肽激素前體轉變為有活性的激素都屬于這種，蛋白質的這一特性有著它的重要生物學意義，它是在生物進化過程發展起來的，是蛋白質結構與功能具有統一性的表現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，而是以活性的前體或酶原形式存在，當機體受傷流血時，這些前體立即被，使傷口的血液凝固。血液凝固是一個極其復雜的生物化學過程，它是涉及氨基酸序列斷裂的一系列被激活的。酶促激活的級聯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：內在凝血途徑：以及最后的共同凝血途徑肽與蛋白質的人工合成多肽的人工合成有兩種類型，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。控制合成的一個困難是進行接肽反應所需的試劑，能同時和其他官能團反應。因此在接肽以前必須首要得到較長的肽鏈就必須每步都有較高的產率。如果每一步反應產率都是90%，那么30次反應后總產率只有4.24%。保護基必須在接肽時起保護作用，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、叔丁氧甲酰基等，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。保護基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形成，因此這兩個基團中必須有一個轉變為更加活潑的狀態；通常是把羧基活化，在這樣的羧基活化中，共同的驅動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，即把氨基保護后的氨基酸用五氯化磷處理。方法反應條件劇烈，現在已經不采用疊氮法：由小肽進一步縮合成大肽時，常用疊氮法。此法不引起消旋，因此產物的光學純度較高活化酯法：氨基被保護的氨基酸對硝基苯酯能與另一個氨基酸的氨基縮合成肽，此法作用溫和，產率高。混合酸酐法：氨基酸被保護的氨基酸，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。缺點是容易產生消旋，但在無水溶劑中消旋可以保持較低水平。還常用縮合劑促進肽鍵形成。接肽用的縮合劑最有效的是N,N’-二環己基碳二亞胺(DCCI)。DCCI從兩個氨基酸分子中奪取一分子水，自身變為不溶的N,N’-二環己基脲，從反應液中沉淀出來，可過濾除去。接肽反應除用縮合劑以外，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，通常在接肽時加入有機堿，如三乙胺，保證氨基在自由狀態即可。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兩條鏈經還原、氧化連接成牛胰島素。近年來固相多肽合成迅速發展。在固相合成中，肽鏈的逐步延長是在不溶的聚苯乙烯樹脂小圓珠上進行的。合成多肽的羧基端先和氯甲基聚苯乙烯樹脂反應，形成芐酯。第二個氨基酸的氨基用叔丁氧甲酰基保護后，以DCCI為縮合劑，接在第一個氨基酸的氨基上。重復這個方法，可使肽鏈按一定順序延長。最后把樹脂懸浮在無水三氟乙酸中，通入干燥HBr，使多肽與樹脂分離，同時除去保護基。整個合成過程現在已經可以在自動化固相多肽合成儀上進行。平均合成每個肽鍵只需三小時。此法可用于醫藥工業。人工合成的催產素沒有混雜的加壓素，比提取的天然藥品好。已經成功合成含124個殘基的蛋白。第一個人工合成的酶是牛胰核糖核酸酶。第四節蛋白質的高級結構蛋白質的多肽鏈并不是線形伸展的，而是按一定方式折疊盤繞成特有的空間結構，并且一個特定蛋白質形式其功能的能力通常是由它的三維結構或構象決定的。蛋白質的這種天然折疊結構決定于三個因素：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.蛋白質的氨基酸序列，最后一個是最重要的因素。蛋白質的三維構象，也稱空間結構或高級結構，是指蛋白質分子中原子和基團在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。高級結構是蛋白質表現其生物功能或活性所必須的，包括二級、三級和四級結構。Primarystructure,secondary,tertiary,quaternarystructure至今研究蛋白質的三維結構取得的成就主要是應用間接的X射線衍射法取得的研究溶液中蛋白質構象的光譜學方法有：紫外差光譜熒光和熒光偏振圓二色性核磁共振穩定蛋白質三維結構的作用力穩定蛋白質三維結構的作用力主要是一些所謂弱的相互作用或稱非共價鍵或次級鍵，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定核酸構象、生物膜結構的作用力。此外共價二硫鍵在穩定某些蛋白質的構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，它們是穩定蛋白質二級結構的主要作用力。除此之外，氫鍵還可以在側鏈與側鏈、側鏈與介質水、主鏈肽基與側鏈或主鏈肽基與水之間形成。大多數蛋白質所采取的折疊策略是使主鏈肽基之間形成最大數目的分子內氫鍵（如-螺旋，折疊）與此同時保持大多數能成氫鍵的側鏈處于蛋白質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、誘導效應、分散效應定向效應：發生在極性分子或極性基團之間，它是永久偶極間的靜電相互作用，氫鍵被認為可以屬于這種范德華力。誘導效應：發生在極性物質與非極性物質之間，這是永久偶極與由它誘導而來的誘導偶極之間的靜電相互作用，分散效應：在多數情況在多數情況下起主要作用的范德華力；它是非極性分子或基團間僅有的一種范德華力即下一的范德華力，也稱London分散力，通常范德華力就是值這種力。雖然就個別來說范德華力是很弱的，但是范德華相互作用數量大并且具有加和效應和位相效應（當分子或基團相同時，其瞬時偶極矩同位相，從而產生最大的相互作用），因此就成為一種不可忽視的作用力。疏水效應（熵效應）水介質中球狀蛋白質的折疊縱使傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內部。這一現象被稱為疏水作用或疏水效應。疏水基團或疏水側鏈出自避開水的需要而被迫接近。蛋白質溶液系統的熵增加是疏水作用的主要動力。疏水基團的聚集（相互作用)本事是有序化的過程，造成熵減少.當疏水化合物或基團計入水中，它周圍的水分子將排列成剛性的剛性結構，即所謂籠型結構，這種結構認為比冰更加有序化。與此相反的過程（疏水作用），排列有序的水分子（籠型結構）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動的自發過程。疏水作用在生理溫度范圍內隨溫度升高而加強，但超過一定溫度，又趨漸減弱。因為超過這個溫度，疏水基團周圍的水分子有序度降低，因而有利于疏水基團進入水中。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，因此是強變性劑。鹽鍵又稱鹽橋或離子鍵，是正電荷與負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程。升高溫度時，因而增加鹽橋的穩定性，此外，鹽鍵因加入非極性溶劑而加強，加入鹽類而減弱。二硫鍵二硫鍵的形成并不規定多肽鏈的折疊，然而蛋白質一旦采取了它的三維結構則二硫鍵的形成將對此構象起穩定作用。假如蛋白質中所有二硫鍵相繼被還原，將引起蛋白質天然構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，但與維持蛋白質的穩定有關，在絕大多數情況下，二硫鍵是在多肽鏈的轉角附件形成的。多肽鏈折疊的空間限制因為肽鍵不能自由旋轉，所以肽鍵的四個原子和與之相連的兩個α碳原子共處一個平面，稱肽平面。肽平面內的C=O與N－H呈反式排列，各原子間的鍵長和鍵角都是固定的。肽鏈可看作由一系列剛性的肽平面通過α碳原子連接起來的長鏈，主鏈的構象就是由肽平面之間的角度決定的。主鏈上只有α碳原子連接的兩個鍵是單鍵，可自由旋轉。繞Cα－N1旋轉的角稱Φ，而繞Cα－C2旋轉的角稱Ψ。這兩個角稱為二面角。規定當旋轉鍵兩側的肽鏈成順式時為0度。取值范圍是正負180度，當二面角都是180度時肽鏈完全伸展。由于空間位阻，實際的取值范圍是很有限的（拉氏構象圖）。二級結構：多肽鏈折疊的規則方式一般認為，驅動蛋白質折疊的主要動力是熵效應。折疊的結果是疏水基團埋藏在蛋白質分子內部，親水集團暴漏在分子表面。在形成分子疏水核心的同時，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。原因是處于分子內部的主鏈極性基團（c=o，N-H)也被氫鍵中和。蛋白質主鏈的折疊產生由氫鍵維系的有規則的構象，稱二級結構。蛋白質的二級結構是指肽鏈主鏈的空間走向（折疊和盤繞方式），是有規則重復的構象。肽鏈主鏈具有重復結構，其中氨基是氫鍵供體，羰基是氫鍵受體。通過形成鏈內或鏈間氫鍵可以使肽鏈卷曲折疊形成各種二級結構單元。復雜的蛋白質分子結構，就由這些比較簡單的二級結構單元進一步組合而成。肽鏈卷曲折疊形成四種二級結構單元螺旋(α-helix)是蛋白質中最常見、最典型、含量最豐富的二級結構原件。螺旋是一種重復性結構，螺旋中國每個-碳的那兩個二面角值在-57和-47附近。每圈螺旋占3.6個氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升0.15nm。殘基的側鏈伸向外側。如果側鏈不計在內，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端第四個羰基上的氧之間形成的。α螺旋的結構允許所有的肽鍵都參與鏈內氫鍵的形成，因此相當穩定。α-螺旋由氫鍵構成一個封閉環，其中包括三個殘基，共13個原子，稱為3.613（n=3）螺旋。螺旋幾乎都是右手的，右手的比左手的穩定。右手螺旋與左右螺旋不是對映體。螺旋是手性結構，具有旋光能力。但是螺旋的比旋不等于構成自身的氨基酸比旋的簡單加和，而是無規卷曲的比旋與這種加和相等。其旋光性是碳原子的構型不對稱性和螺旋的構象不對稱性的總反映。肽鏈能否形成α螺旋，以及螺旋的穩定性怎樣，與其一級結構有極大關系。R基小，并且不帶電的多聚丙氨酸在PH7的水溶液中能自發地卷曲成螺旋，但是多聚賴氨酸在同樣的Ph條件下卻不能形成螺旋，這是因為多聚賴氨酸在PH7時R基具有脯氨酸由于其亞氨基少一個氫原子，無法形成氫鍵，而且Cα－N鍵不能旋轉，所以是α螺旋的破壞者，肽鏈中出現脯氨酸就中斷α螺旋，形成一個“結節”。此外，側鏈帶電荷及側鏈基團過大的氨基酸不易形成α螺旋，甘氨酸由于側鏈太小，構象不穩定，也是α螺旋的破壞者。脯氨酸由于其亞氨基少一個氫原子，無法形成氫鍵，而且Cα－N鍵不能旋轉，所以是α螺旋的破壞者，肽鏈中出現脯氨酸就中斷α螺旋，形成一個“結節”。此外，側鏈帶電荷及側鏈基團過大的氨基酸不易形成α螺旋，甘氨酸由于側鏈太小，構象不穩定，也是α螺旋的破壞者。α螺旋模型是Pauling和Corey等研究α-角蛋白時于1951年提出的。角蛋白是動物的不溶性纖維狀蛋白，是由動物的表皮衍生而來的。它包括皮膚的表皮以及毛發、鱗、羽、甲、蹄、角、絲等。角蛋白可分為兩類，一類是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22％；另一類是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。α角蛋白，如頭發，暴露于濕熱環境中幾乎可以伸長一倍，冷卻干燥后又收縮到原來長度。β角蛋白則無此變化。α角蛋白的X射線衍射圖案極其相似，沿長軸方向都有一個大周期結構或重復單位，其長度為5－5.5埃。Pauling等考慮到肽平面對多肽鏈構象的限制作用，設計了多肽鏈折疊的各種可能模型，發現其中一種α螺旋模型能很好地說明α角蛋白的X射線衍射圖案中的5－5.5埃重復單位。在這個模型中，每隔3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，相當于向上平移5.4埃。螺旋的直徑是11埃。螺旋上升時，每個氨基酸殘基沿軸旋轉100°，向上平移1.5埃，比完全伸展的構象壓縮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鏈伸向外側，相鄰的螺圈之間形成鏈內氫鍵由L型氨基酸構成的多肽鏈可以卷曲成右手螺旋，也可卷曲成左手螺旋，但右手螺旋比較穩定。因為在左手螺旋中β碳與羰基過于接近，不穩定。在天然蛋白質中，幾乎所有α螺旋都是右手螺旋。只在嗜熱菌蛋白酶中發現一圈左手螺旋。在α角蛋白中，3或7個α螺旋可以互相擰在一起，形成三股或七股的螺旋索，彼此以二硫鍵交聯在一起。α螺旋不僅是α角蛋白的主要構象，在其他纖維蛋白和球狀蛋白中也廣泛存在，是一種常見的二級結構。α螺旋是一種不對稱的分子結構，具有旋光能力。α螺旋的比旋不等于其中氨基酸比旋的簡單加和，因為它的旋光性是各個氨基酸的不對稱因素和構象本身不對稱因素的總反映。天然α螺旋的不對稱因素引起偏振面向右旋轉。利用α螺旋的旋光性，可以測定它的相對含量。根據各種殘基的特性，可以預測蛋白質的二級結構。目前常見的預測方法有Chou-Fasman法、GOR法、Lim法等，都是根據統計信息進行預測的。如果二級結構的預測成功率大于80％，就可以用來預測高級結構，但目前只能達到70％左右。Chou-Fasman法比較直觀，與二級結構形成的實際過程接近，但成功率不高。Chou-Fasman法根據各個氨基酸在一些已知結構的蛋白質中的表現，按構象參數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最強的破壞者(Bα)：Gly、Pro如肽鏈中6個連續的殘基中有4個hα即可形成核心，然后向兩側延伸，遇到四肽破壞者時中止。形成α螺旋時有協同性，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射線衍射圖案與α-角蛋白拉伸后的圖案很相似。在此結構中，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。氫鍵與鏈的長軸接近垂直。為形成最多的氫鍵，避免相鄰側鏈間的空間障礙，鋸齒狀的主鏈骨架必須作一定的折疊(φ=－139°,ψ=＋135°)，以形成一個折疊的片層。側鏈交替位于片層的上方和下方，與片層垂直。折疊有兩種類型，一種是平行式，相鄰肽鏈是同向的的，即所有肽鏈的氨基端在同一端；另一種是反平行式，相鄰肽鏈是反向的，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。反平行式的重復距離是7.0埃（兩個殘基），平行式是6.5埃。折疊片中每條肽鏈稱為折疊股或股，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則。平行折疊片一般是大結構，少于5個股的很少。平行折疊片中疏水側鏈分布在折疊片平面的兩側。而反平行折疊片中通常所有的疏水側鏈都排列在折疊片的一側。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，因為交替的側鏈伸向折疊片的同一側。在纖維狀蛋白質中，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。球狀蛋白質則沒那么。在絲心蛋白中，每隔一個氨基酸就是甘氨酸，所有在片層的一面都是氫原子；在另一面，側鏈主要是甲基，因為除甘氨酸外，丙氨酸是主要成分。如果肽鏈中側鏈過大，并帶有同種電荷，則不能形成β折疊。拉伸后的α角蛋白之所以不穩定，容易復原，就是因為側鏈體積大，電荷高。轉角自然界的蛋白質大多數是球狀蛋白質。因此多肽鏈必須具有彎曲、回折和重新定向的能力，以便生成結實、球狀的結構。在很多球狀蛋白質中觀察到一種簡單的二級結構元件，成轉角或彎曲或發夾結構。這是一種非重復性結構。在轉角中第一個殘基的C=O與第四個殘基的N-H氫鍵結合，形成一個緊密的環，使轉角成為一個比較穩定的環。某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸經常在轉角序列中存在，并且轉角的特定構象在一定程度上取決于它的組成氨基酸。由于甘氨酸缺少側鏈，在轉角中能很好地調整其他殘基的空間阻礙，因此是立體化學上最合適的氨基酸。轉角使肽鏈形成約180°的回轉，第一個氨基酸的羰基與第四個氨基酸的氨基形成氫鍵。轉角多數都處在蛋白質分子的表面，在這里改變多肽鏈方向的阻力比較小，這種結構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性結構，能單獨存在，但大多數經常作為反平行折疊片中的一種不規則情況而存在。可認為是折疊股中額外插入的一個殘基，它使得在兩個正常氫鍵之間、在凸起折疊股上是兩個殘基，另一側的正常股上是一個殘基。可引起多肽鏈方向的改變，但改變的程度不如轉角。以上所述的二級結構都是在天然蛋白質中常見的，實際上，很難找到不含一種或幾種這樣的結構。螺旋、折疊片、轉角多提供的能量上的（主要是H-鍵）穩定性是很重要的，蛋白質都會盡一切可能地抓住機會形成這些結構。無規卷曲或稱卷曲，它泛指那些不能被歸入明確二級結構如折疊片、螺旋的多肽段區。指沒有一定規律的松散肽鏈結構。此結構看來雜亂無章，但對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規卷曲，傾向于產生球狀構象。這種結構有高度的特異性，與生物活性密切相關，對外界的理化因子極為敏感。酶的活性中心往往位于無規卷曲中。除以上常見二級結構單元外，還有其他新發現的結構，如Ω環，由10個殘基組成，象希臘字母Ω。超二級結構在蛋白質分子中特別是在球狀蛋白質分子中經常可以看到相鄰的二級結構單元可組合在一起，相互作用，形成有規則，在空間上能辨認的二級結構組合體，充當三級結構的構件，稱為超二級結構。常見的有三種：：由兩股或三股右手α螺旋彼此纏繞形成的左手超螺旋，重復距離約為140埃。由于超螺旋，與獨立的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如-角蛋白質，肌球蛋白和原肌球蛋白的主要結構原件。：β折疊之間由α螺旋或無規卷曲連接。：由一級結構上連續的反平行β折疊通過緊湊的β轉角連接而成。包括β曲折和回形拓撲。結構域多肽鏈在二級結構或超二級結構de基礎上形成三級結構的局部折疊區，它是相對獨立的緊密球狀實體，稱為結構域。結構域有時也值功能域。一般說，功能域是蛋白質分子中能獨立存在的功能單位。功能域可以是一個結構域，也可以是由兩個結構域或者兩個以上的結構域組成。從結構的角度看，一條長的多肽鏈先分別折疊成幾個相對獨立的區域，再締合成三級結構要比整條多肽鏈直接折疊成三級結構在動力學上是更為合理的途徑。從功能角度看，許多結構域的酶，其活性中心都位于結構域之間，因為通過結構域容易構建具有特定三維排布的活性中心。由于結構域之間常常只有一段柔性的肽鏈連接，形成所謂的鉸鏈區，使結構域容易發生相對移動，這是結構域的一大特點。結構域可大體分為四類：反平行螺旋結構域（全-結構）、平行或混合型折疊片結構域（，-結構），反平行折疊片結構域（全-結構）、富含金屬或二硫鍵結構域（不規則小蛋白結構）纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質的氨基酸序列很有規律，它們形成比較單一的、有規律的二級結構，結果整個分子形成有規律的線性結構，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。是動物體的基本支架和外保護成分，占脊椎動物體內蛋白質總量的一半或一半以上。可分為不溶性（硬蛋白）和可溶性兩類，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例。角蛋白是毛發中主要蛋白質，其亞基的氨基酸序列是由富含螺旋的中央棒狀區和兩側的非螺旋區構成。毛發角蛋白中，三股右手螺旋向左纏繞，擰成一根稱為初原纖維的超螺旋結構，直徑為2nm，初原纖維再排列成“9+2”電纜式結構，稱微原纖維。成百根微原纖維再結合成一不規則的纖維束，稱大原纖維，這是毛發的結構原件。其結構的穩定性是靠二硫鍵保證的。這種交聯鍵既可以抵抗張力又可以作為外力除去后使纖維復原的恢復力。根據含硫量大小，角蛋白可分為硬角蛋白和軟角蛋白兩類。燙發燙發是一項生物化學工程，-角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉變為構象，但在冷卻干燥時又可自發得恢復原狀。這是因為-角蛋白的側鏈R基一般都比較大，不太適合處在構象狀態。此外-角蛋白中的螺旋多肽鏈間有許多的二硫鍵交聯，這些交聯鍵也是外力解除后使肽鏈恢復原狀的重要力量。這是卷發行業的生化基礎。首先把頭發卷成一定的形狀，然后涂上還原劑（一般是含巰基的化合物）溶液并加熱。還原劑可以打開鏈間的二硫鍵。濕熱破壞氫鍵使頭發角蛋白的螺旋結構伸展成構象。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（但不是處理前的殘基對）之間建立新的二硫鍵。當洗滌并冷卻時，多肽鏈回到原來的螺旋構象。這時頭發將以所希望的形式卷曲，因為新的二硫交聯鍵形成使得頭發纖維的螺旋束發生扭曲。絲心蛋白和其他角蛋白質：折疊片蛋白質絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質。絲心蛋白具有抗張強度高，質地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白是典型的反平行折疊片。絲心蛋白的一級結構顯示，它主要是具有小側鏈的甘氨酸、絲氨酸和丙氨酸組成，每隔一個殘基就是甘氨酸。這就意味著所有的甘氨酸位于折疊片平面的一側，絲氨酸和丙氨酸都在平面的一側。結構中各相鄰的Gly片層表面彼此連鎖起來。由于這種結構方式使得絲所承擔的張力并不直接放在多肽鏈的共價鍵上，因此使絲纖維具有很高的抗張強度。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膠原，是很多脊椎動物和無脊椎動物體內含量最豐富的蛋白質，屬結構蛋白質，能使各種接地組織具有機械強度。在體內膠原蛋白以膠原原纖維或稱膠原纖維的形式存在。膠原纖維的基本結構單位是原膠原分子，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構。膠原纖維可以通過分子內和分子間的交聯得到進一步加強和穩定。分子內交聯是在原膠原的N-末端區內賴氨酸殘基之間進行的。反應中含銅的賴氨酰氧化酶在吡哆醛磷酸參與下催化賴氨酸側鏈氧化脫氨。兩個這樣的賴氨酸側鏈醛基發生醛醇縮合而共價交聯。原膠原的分子間交聯涉及一個特有的吡啶啉結構。共價交聯對提高膠原蛋白的機械強度很重要。隨著年齡的增長，在原膠原的三股螺旋內和三股螺旋之間形成的共價交聯鍵越來越多，因此使得結締組織中膠原纖維越來越硬而脆，結果改變了肌腱、韌帶和軟骨的機械性能，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，但是能被梭菌或動物膠原酶斷裂。斷裂的片段自動變性，可被普通蛋白酶水解。膠原于水中煮沸轉變為明膠或動物膠，它是一種混合性的多肽混合物。從營養角度看，膠原蛋白并不是理想的，因為它缺少很多人體中所必需的氨基酸。彈性蛋白是結締組織當中的另一種蛋白質，其最重要的性質就是彈性，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，稱原彈性蛋白，原彈性蛋白是由纖維細胞和其他結締組織細胞分泌的。彈性蛋白纖維中原彈性蛋白分子按兩種方式交聯在一起，一種與膠原蛋白中的相似，即通過賴氨酸正亮氨酸衍生物交聯。另一種是原彈性蛋白中特定的Lys側鏈賴氨酰氧化酶催化下氧化脫氨成醛基后，由三個這樣的醛基和一個未被修飾的Lys側鏈形成類似吡啶啉的鎖鏈素和異鎖鏈素交聯體，它們是彈性蛋白的標志。蛋白質的三級結構整個多肽鏈在二級結構、超二級結構和結構域的基礎上盤旋、折疊，形成的特定的整個空間結構，或者說三級結構是多肽鏈中所有原子的空間排布。其結構特點有：許多在一級結構上相差很遠的氨基酸堿基在三級結構上相距很近球形蛋白質的三級結構很緊實，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團間以及非極性基團間的相互作用成為可能大的求習慣蛋白常常含有幾個結構域，結構域是一種緊密的結構體，典型情況下常常含有特定的功能（如結合離子和小分子）球狀蛋白質雖然纖維狀蛋白質在各種生物體內含量豐富也很重要，但是它們的種類只占自然界中蛋白質的很小一部分，球狀蛋白質遠比它們多得多。蛋白質結構的復雜性和宮呢個的多樣性也主要體現在球狀蛋白質。一個蛋白質的三級結構是指由二級結構元件構建成的總三維結構，包括一級結構中相距遠的肽段之間的幾何相互關系和側鏈在三維空間中彼此的相互關系。球狀蛋白質根據其結構域可分為四大類：反平行螺旋結構域（全-結構）：平行或混合型折疊片結構域（，-結構）反平行折疊片結構域（全-結構）含金屬或二硫鍵結構域（不規則小蛋白結構）：如胰島素啥的球狀蛋白質三維結構的特征雖然每種球狀蛋白質都有自己獨特的三維結構，但是它們仍有某些共同特征。球狀蛋白質分子含多種二級結構原件：一種纖維轉蛋白質（肌球蛋白除外）只含一種二級結構原件。然而球狀蛋白質含有兩種或兩種以上的二級結構原件。球狀蛋白質三維結構具有明顯的折疊層次：與纖維狀蛋白質相比球狀蛋白質的結構更具有明顯而豐富的層次。多肽主鏈在熵驅動下折疊成靠氫鍵維系的二級結構原件，在一級序列上相鄰的二級結構往往在三維折疊中彼此靠近并相互作用成超二級結構。由超二級結構進一步裝配成相對獨立的球狀實體——結構域或三級結構(對于單結構域蛋白質或亞基）或再由兩個或多個結構域（對于多結構蛋白質或亞基）裝配成緊密的球狀或橢球狀的三級結構如己糖激酶。球狀蛋白質分子是緊密的球狀或橢球狀實體：多肽鏈折疊過程中各種二級結構彼此緊密裝配，它們之間也插入松散的肽段。即使裝配緊密，蛋白質的總體積也有25%不被蛋白質原子所占據，幾乎這個空間的全部都處于很小的空腔形式。臨近活性部位的區域密度比平均值低得多，這意味著在這較松散的區域有較大的空間可塑性，使構象容易發生變化，可允許活性部位的結合基團和催化基團有較大的活動范圍。這是酶與底物，別構酶與調節物，其他功能性蛋白與效應物相互作用的結構基礎。球狀蛋白質疏水側鏈埋藏在分子內部，親水側鏈暴露在分子表面：隱藏疏水殘基避免與水接觸是安排二級結構單元形成特定三級結構的主要動力。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結構形成很好的氫鍵網，主鏈極性已經被很好的中和，因而能夠穩定得處于疏水核心區域。多數螺旋是兩親螺旋，它們一個面向外暴漏于溶劑另一個面朝向蛋白質的疏內部。球狀蛋白質分子約80%-90%的疏水側鏈被埋藏，分子表面主要是親水側鏈，因此球狀蛋白質是水溶性的。球狀蛋白質分子的表面有一個空穴：（也稱裂溝、凹槽或口袋），這種空穴常是結合底物、效應物等配體并行使生物功能的活性部位。膜蛋白的結構已知膜脂雙層是所有生物膜的結構基礎，而膜蛋白幾乎負責膜的全部活性功能。膜在外型上不同于纖維狀蛋白質，也不同于球狀蛋白質，三維結構上也有它們的特點。大多數膜蛋白可以分為膜周邊蛋白質和膜內在蛋白質兩類。膜周邊蛋白實際上屬于可溶性球狀蛋白質，它們分布在膜雙脂層的表面，主要是通過與膜內在蛋白質的靜電相互作用和氫鍵鍵合相互作用與膜結合的。膜內在蛋白或內在膜蛋白是與脂雙層強締合的膜蛋白，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，它們在不同細胞和組織的多種功能中起著重要作用，這些蛋白質與膜的締合是通過各種共價連接的脂錨鉤實現的。它具有瞬時性，能可逆得與蛋白質連接和脫離。現發現4種類型的脂錨定結構。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-連接糖基磷脂酰基醇錨鉤蛋白質的變性定義：天然蛋白質分子受到某些物理因素如熱、紫外線照射、高壓和表面張力等或化學因素如有機溶劑、脲胍、酸堿等的影響，生物活性喪失，溶解度降低，不對稱性增高以及其它的物理化學常數發生改變，這種過程稱為蛋白質變性。變性的實質就是蛋白質分子中的次級鍵被破壞，引起天然構象解體。變性不涉及共價鍵（肽鍵和二硫鍵）的破裂，一級結構保持完好。蛋白質一旦變性，往往發生下列現象：生物活性的喪失：蛋白質的生物活性是指蛋白質所具有的酶、激素、毒素、抗原與抗體等活性，以及其他特殊性質如血紅蛋白的載氧能力。生物活性的喪失是蛋白質變性的主要特征。有時空間結構只有輕微的局部改變，而且這些變化還沒反映到其他物理化學性質上時，生物活性就已經喪失。一些側臉集團的暴露：蛋白質在變性時，有些原來在分子內包藏而不易與化學試劑起反應de側鏈基團，由于結構的伸展而暴露出來。一些物理化學性質的改變：蛋白質變性后，疏水基外露，溶解度降低。球狀蛋白質變性后，蛋白質分子延伸，不對成程度增高，反映在您都增加、擴散系數降低以及旋光和紫外吸收的變化生物化學性質的改變：蛋白質變性后，分子結構松散，易被蛋白水解酶分解。變性蛋白質比天然蛋白質更容易受到蛋白質水解酶作用。這就是熟食易于消化的道理。變性劑：尿素和鹽酸胍，能與多肽主鏈競爭氫鍵，因此破壞蛋白質的二級結構。可能更重要的原因是尿素和鹽酸胍增加非極性側鏈在水中的溶解度，因而降低了維持蛋白質三級結構的疏水相互作用。去污劑：十二烷基硫酸鈉（SDS）也是蛋白質的變性劑，其能破壞蛋白質分子內的疏水相互作用使非極性基團暴露于介質水當中。變性是一個協同過程。它是在所加變性劑的很窄濃度范圍內或很窄pH或溫度間隔內突然發生的，例如牛胰核糖核酸酶。蛋白質的復性：當變性因素除去后，變性蛋白質又可重新回到天然構象，這一現象稱為蛋白質的復性。氨基酸序列決定蛋白質的三維結構蛋白質的氨基酸序列規定它的三維結構這一結論最直接有力的證據來自某些蛋白質可逆變性試驗，首先是牛胰核糖核酸酶（RNA酶）復性的實驗。牛胰核糖核酸酶（RNA酶）復性的實驗：當天然的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，分子內的4個二硫鍵則被斷裂，緊密的球狀結構伸展成松散的無規卷曲構象，然而當用透析方法將尿素（或鹽酸胍）的巰基乙醇除去后，RNA酶活性又可恢復。蛋白質折疊的動力學蛋白質折疊式熱力學有利的過程，蛋白質折疊朝向自由能方向最小的方向。因此肽鏈折疊額度本質可以簡單地理解為將肽鏈中絕大多數的疏水殘基包裹到分子內部，即疏水作用驅動著蛋白質折疊。蛋白質不是通過隨機搜索找到自由能最低的構象。在于積累選擇，所謂積累選擇就是在每次搜索的時候把正確折疊的那部分結構保留下來。蛋白質的折疊結果熔球態的中間體階段，它含有二級結構，但無完整的三級結構。這里的球字是突出它的凝縮狀態，熔字強調它的二級結構單元之間相互作用的變動性質。目前已知球狀蛋白質的折疊涉及以下幾個步驟：1.由完全伸展態快速可逆形成局部二級結構，此謂成核過程；2.通過折疊核（局部二級結構）的協同聚集形成初始的結構域3.并由這些結構域配裝成熔球態4.對結構域的構象進行調整5.最后形成具有完整三級結構的蛋白質單體或天然蛋白質。在體外蛋白質的重折疊不需要額外分子的參與，然而在體內蛋白質確實另一種情形。在體外許多蛋白質的折疊要比在體內慢得多，效率很低。其原因就是體內蛋白質的折疊是在催化劑的幫助下進行的:新生蛋白質中正確配對的二硫鍵形成受蛋白質二硫鍵異構酶（PDI）的催化（比如脯氨酸異構酶以及二硫鍵異構酶），PDI廣泛的底物專一性能夠使它加速多種含二硫鍵蛋白質的折疊。還有一個稱分子伴侶的蛋白質家族，它們通過抑制新生肽鏈不恰當的聚集并排除與其他蛋白質不合理的結合，協助多肽鏈的正確折疊。亞基締合和四級結構自然界中很多蛋白質都是以獨立折疊的球狀蛋白質的聚集體形式存在的。這些球狀蛋白質頭通過非共價鍵彼此締合在一起。締合形成聚集體的方式構成蛋白質的四級結構。四級結構的蛋白質中每個球狀蛋白質稱為亞基，亞基一般是一條多肽鏈。亞基有時也稱單體。由兩個或兩個以上亞基組成的蛋白質統稱為寡聚蛋白。同一類型亞基組成的蛋白質稱同多聚蛋白，否則雜多聚蛋白。蛋白質的四級結構涉及亞基種類和數目以及各亞基或原聚體在整個分子中的空間排布，包括亞基間的接觸位點和作用力。穩定蛋白質四級結構的作用力是肽鏈間的非共價鍵，主要是疏水作用，其次是氫鍵和鹽鍵。對于某些蛋白質對亞基締合的穩定性作出貢獻的還有一個重要因素是亞基之間二硫橋的形成。大多數寡聚蛋白質分子其亞基的排列都是對稱的。對稱性是四級結構蛋白質最重要額性質之一。對稱性是那些含有兩個或多個相同亞基或原聚體的聚集體的性質。四級結構在結構和功能上的優越性增強結構穩定性：亞基締合的一個優點就是蛋白質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溶劑水。提高遺傳經濟性和效率使催化基團匯聚到一起具有協同性和別構效應“大多數寡聚蛋白質調節他們的生物活性都是借助于亞基相互作用，多亞基蛋白質一般有多個結合部位，結合在蛋白質分子上的配體對其他部位所產生的影響（如改變親和力或催化能力）稱別構效應。蛋白質結構與功能的關系（Important）球狀蛋白質的構象不是剛性靜止的，而是柔性動態的，蛋白質的功能縱使跟蛋白質與其它分子相互作用聯系。在蛋白質與其他分子的相互作用中能被它可逆結合的其他分子稱為配體。配體可以是任何一種分子，包括另一種蛋白質分子。蛋白質——配體的瞬時性對生命至關重要，因為它允許生物體在內外環境發生變化時能快速、可逆地做出反應。蛋白質上的配體結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的。肌紅蛋白(Mb)的肌紅和功能肌紅蛋白主要是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋白質。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輔基血紅素構成。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱珠蛋白。它與血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性。它們的構象和功能也極為相似。分子中多肽主鏈由長短不等的8段直的螺旋組成，幾乎80%的氨基酸都處于螺旋區內。8個螺旋段大體上組裝成兩層。肌紅蛋白的整個分子顯得十分致密結實，分子內部只有一個能容納4個水分子的空間。含親水基團側鏈的氨基酸殘基幾乎全部分布在分子表面，疏水側鏈的氨基酸幾乎全部被埋在分子內部不與水接觸。在分子表面的親水側鏈正好與水結合，使肌紅蛋白成為可溶性蛋白。輔基血紅素作為有機化合物的蛋白質不能直接與氧放生可逆結合，但是某些過