蛋白質是生物大分子，結構比較復雜，人們用4個層次來描述，包括蛋白質的一級、二級、三級和四級結構。一級結構描述的是蛋白質的線性(或一維)結構，即共價連接的氨基酸殘基的序列，又稱初級或化學結構。二級以上的結構稱高級結構或構象(conformation)。

　　一、蛋白質的一級結構(primary structure)www.examw.com

　　1953年，英國科學家F. Sanger首先測定了胰島素(insulin)的一級結構，有51個氨基酸殘基，由一條A鏈和一條B鏈組成，分子中共有3個二硫鍵，其中兩個在A、B鏈之間，另一個在A鏈內。

　　蛋白質的一級結構測定或稱序列分析常用的方法是Edman降解和重組DNA法。Edman降解是經典的化學方法，比較復雜。首先要純化一定量的待測蛋白質，分別作分子量測定、氨基酸組成分析、N-末端分析、C-末端分析;要應用不同的化學試劑或特異的蛋白內切酶水解將蛋白質裂解成大小不同的肽段，測出它們的序列，對照不同水解制成的兩套肽段，找出重疊片段，最后推斷蛋白質的完整序列。重組DNA法是基于分子克隆的分子生物學方法，比較簡單而高效，不必先純化該種蛋白質，而是先要得到編碼該種蛋白質的基因(DNA片段)，測定DNA中核苷酸的序列，再按三個核苷酸編碼一個氨基酸的原則推測蛋白質的完整序列。這兩種方法可以相互印證和補充。

　　目前，國際互聯網蛋白質數據庫已有3千多種一級結構清楚。蛋白質一級結構是空間結構和特異生物學功能的基礎。

　　二、蛋白質的二級結構(secondary structure)

　　蛋白質的二級結構是指其分子中主鏈原子的局部空間排列，是主鏈構象(不包括側鏈R基團)。

　　構象是分子中原子的空間排列，但這些原子的排列取決于它們繞鍵的旋轉，構象不同于構型，一個蛋白質的構象在不破壞共價鍵情況下是可以改變的。但是蛋白質中任一氨基酸殘基的實際構象自由度是非常有限的，在生理條件下，每種蛋白質似乎是呈現出稱為天然構象的單一穩定形狀。

　　20世紀30年代末，L.Panling 和R.B.Corey應用X射線衍射分析測定了一些氨基酸和寡肽的晶體結構，獲得了一組標準鍵長和鍵角，提出了肽單元(peptide unit)的概念, 還提出了兩種主鏈原子的局部空間排列的分子模型(α-螺旋)和(β-折疊)。

　　1.肽單位

　　肽鍵及其兩端的α-C共6個原子處于同一平面上，組成了肽單位(所在的平面稱肽鍵平面)。

　　肽鍵C—N鍵長為0.132nm，比相鄰的單鍵(0.147nm)短，而較C=N雙鍵(0.128nm)長，有部分雙鍵的性質，不能自由旋轉。肽鍵平面上各原子呈順反異構關系，肽鍵平面上的O、H以及2個α-碳原子為反式構型(trans configuration)。

　　主鏈中的Cα—C和Cα—N單鍵可以旋轉，其旋轉角φ、ψ決定了兩個相鄰的肽鍵平面相對關系。由于肽鍵平面的相對旋轉，使主鏈可以以非常多的構象出現。事實上，肽鏈在構象上受到很大限制，因為主鏈上有1/3不能自由旋轉的肽鍵，另外主鏈上有很多側鏈R的影響。蛋白質的主鏈骨架由許多肽鍵平面連接而成。

　　2.α-螺旋(α-helix)

　　α-螺旋是肽鍵平面通過α-碳原子的相對旋轉形成的一種緊密螺旋盤繞，是有周期的一種主鏈構象。其特點是：

　�、� 螺旋每轉一圈上升3.6個氨基酸殘基，螺距約0.54nm(每個殘基上升0.15nm，旋轉100O)。

　　② 相鄰的螺圈之間形成鏈內氫鍵，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。典型α-螺旋一對氫鍵O與N之間共有13個原子(3.613)，前后間隔3個殘基。

　�、勐菪�的走向絕大部分是右手螺旋，殘基側鏈伸向外側。R基團的大小、荷電狀態及形狀均對α-螺旋的形成及穩定有影響。

　　3.β-折疊(β-pleated sheet)

　　β-折疊是一種肽鏈相當伸展的周期性結構。

　　① 相鄰肽鍵平面間折疊成110O角，呈鋸齒狀。

　�、� 兩個以上具β-折疊的肽鏈或同一肽鏈內不同肽段相互平行排列，形成β-折疊片層，其穩定因素是肽鏈間的氫鍵。

　　③ 逆向平行的片層結構比順向平行的穩定。

　　α-螺旋和β-折疊是蛋白質二級結構的主要形式。毛發中的α-角蛋白和蠶絲中的絲心蛋白是其典型，在許多球蛋白中也存在，但所占比例不一樣。

　　膠原蛋白中存在的螺旋結構不同于一般的α-螺旋，是由3條具有左手螺旋的鏈相互纏繞形成右手超螺旋分子。鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞維持其穩定性。

　　4.β-轉角(β-turn)

　　為了緊緊折疊成球蛋白的緊密形狀，多肽鏈180O回折成發夾或β-轉角。其處由4個連續的氨基酸殘基構成，常有Gly和Pro存在，穩定β-轉角的作用力是第一個氨基酸殘基羰基氧(O)與第四個氨基酸殘基的氨基氫(H)之間形成的氫鍵。β-轉角常見于連接反平行β-折疊片的端頭。

　　5.無規卷曲(random coil)

　　多肽鏈的主鏈呈現無確定規律的卷曲。典型球蛋白大約一半多肽鏈是這樣的構象。

　　6.超二級結構和結構域

　　超二級結構和結構域是蛋白質二級至三級結構層次的一種過渡態構象。

　　超二級結構指蛋白質中兩個或三個具有二級結構的肽段在空間上相互接近，形成一特殊的組合體，又稱為模體(motif)。通常有αα，ββ，βαβ等，例如鈣結合蛋白質中的螺旋-環-螺旋模序及鋅指結構。

　　結構域是球狀蛋白質的折疊單位，是在超二級結構基礎上進一步繞曲折疊有獨特構象和部分生物學功能的結構。對于較小的蛋白質分子或亞基，結構域和三級結構是一個意思，即這些蛋白質是單結構域的;對于較大的蛋白質分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上的相對獨立的結構域締合成三級結構。

　　三、蛋白質的三級結構(tertiary structure)

　　指一條多肽鏈中所有原子的整體排布，包括主鏈和側鏈。維系三級結構的作用力主要是次級鍵(疏水相互作用、靜電力、氫鍵等)。在序列中相隔較遠的氨基酸疏水側鏈相互靠近，形成“洞穴”或“口袋”狀結構，結合蛋白質的輔基往往鑲嵌其內，形成功能活性部位，而親水基團則在外，這也是球狀蛋白質易溶于水的原因。1963年Kendrew等從鯨肌紅蛋白的X射線衍射圖譜測定它的三級結構(153個氨基酸殘基和一個血紅素輔基，相對分子質量為17800)。由A→H 8段α-螺旋盤繞折疊成球狀，氨基酸殘基上的疏水側鏈大都在分子內部形成一個袋形空穴，血紅素居于其中，富有極性及電荷的則在分子表面形成親水的球狀蛋白。

　　四、蛋白質的四級結構 (quaternary structure)

　　有些蛋白質的分子量很大，由2條或2條以上具有獨立三級結構的多肽鏈通過非共價鍵相互結合而成，稱為蛋白質的四級結構。構成四級結構的每條多肽鏈稱為亞基 (subunit)，亞基單獨存在時一般沒有生物學功能，構成四級結構的幾個亞基可以相同或不同。如血紅蛋白(hemoglobin,Hb) 是由兩個α-亞基和兩個β-亞基形成的四聚體(α2β2)。

　　五、蛋白質分子中的化學鍵

　　蛋白質的一級結構是由共價鍵形成的，如肽鍵和二硫鍵。而維持空間構象穩定的是非共價的次級鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力等。

　　 以上是小編輯為大家準備的生理學相關的輔導資料，希望對大家有幫助。