蛋白质分子中氨基酸的排列顺序

本节热门考点

1.氨基酸的分类：其中酸性氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸；碱性氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸。

2.蛋白质的结构：一级结构的主要化学键是肽键。二级结构主要掌握α螺旋，维系蛋白质二级结构的因素是氢键。并不是所有的蛋白质都有四级结构。

3.蛋白质的理化性质：溶液pH＞pI时蛋白质带负电，溶液pH＜pI时蛋白质带正电。

一、氨基酸与多肽

（一）氨基酸的结构与分类

蛋白质的元素组成相似，主要有碳、氢、氧、氮和硫。各种蛋白质含氮量很接近，平均为16%。

1.氨基酸的结构　氨基酸是组成蛋白质的基本单位。组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，而且均属L-α-氨基酸（除甘氨酸外）。连在－COO−基上的碳称为α-碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除外）。不同氨基酸的侧链（R）各异。

2.分类　根据侧链的结构和理化性质可分为四类。①非极性、疏水性：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸；②极性中性：丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸；③酸性：天冬氨酸、谷氨酸；④碱性：赖氨酸、精氨酸、组氨酸。

（二）肽键与肽链

1.肽键　由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的酰胺键，称肽键。

2.肽链　由两分子氨基酸脱水缩合成最简单的二肽，二肽通过肽键与另一个氨基酸缩合生成三肽，此反应可依次生成四肽、五肽……。由十个以内氨基酸相连而形成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连而形成的肽称为多肽。肽链分子中的氨基酸相互衔接，形成的长链，称为多肽链。多肽链有两端。N-端：自由氨基的一端。C-端：自由羧基的一端。

二、蛋白质的结构

（一）一级结构

在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构。一级结构的主要化学键是肽键。此外，蛋白质分子中所有二硫键的位置也属于一级结构范畴。

（二）二级结构

蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。主要化学键是氢键。

α-螺旋：在α螺旋结构中，多肽链的主链围绕中心轴作有规律的螺旋式上升，螺旋的走向为顺时针方向，右手螺旋。氨基酸侧链伸向螺旋外侧。每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。α-螺旋的每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。肽链中的全部肽键都可形成氢键，以稳固α-螺旋结构。

（三）三级和四级结构

1.蛋白质的三级结构　是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键——疏水作用、离子键、氢键和Van der Waals力等。

2.蛋白质的四级结构　蛋白质的二级、三级结构只涉及由一条多肽链卷曲而形成的蛋白质。而有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条具有完整的三级结构的多肽链称为蛋白质的亚基，蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。

三、蛋白质结构与功能的关系

（一）蛋白质一级结构与功能的关系

已有大量实验结果证明，一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。但是，有时蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被代替，都会影响空间构象乃至生理功能，甚至导致疾病的产生。这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，被称为“分子病”，其病因为基因突变所致。

（二）蛋白质高级结构与功能的关系

以肌红蛋白（Mb）和血红蛋白（Hb）为例阐述蛋白质的空间结构与功能的关系。

1.Mb和Hb都是含有血红素辅基的蛋白质，Mb是一个只有三级结构的单链蛋白质，Hb具有4个亚基（α2β2）组成的四级结构，一分子Hb共结合4分子氧。

2.Mb和Hb均与O2可逆性结合，Mb与O2结合曲线呈直角形，Hb与O2结合曲线呈S形。根据S形曲线的特征可知，Hb中第一个亚基与O2结合以后，促进第二及第三个亚基与O2结合后，又促进第四个亚基与O2结合，称为正协同效应。协同效应的定义是指一个亚基及其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力，如果是促进作用称为正协同效应，反之则为负协同效应。

四、蛋白质的理化性质

（一）蛋白质的等电点

蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质溶液的pH大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，反之则带正电荷。

（二）蛋白质的变性

在某些物理或化学因素作用下，蛋白质特定的空间结构破坏，导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。主要发生二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。变性后，蛋白质溶解度下降，黏度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。

（三）蛋白质的沉淀

蛋白质变形后，疏水侧链暴露，肽链融汇相互缠绕而聚集，因而从溶液中析出，这一现象称为蛋白质沉淀。变性蛋白质容易沉淀，但有时蛋白质沉淀并不是变性。