天然水蛭素是由65或66個氨基酸殘基組成的單鏈多肽,分子量約為7 000,能在極端的pH和熱條件下穩(wěn)定存在。水蛭素的形狀類似蝌蚪,蝌蚪頭部是多肽的N端,富含半胱氨酸(cys),半胱氨酸間相互作用形成3個二硫鍵(Cys6-Cys14,Cys16-Cys28,Cys22-Cys39)。使N末端結(jié)構(gòu)緊密;蝌蚪尾部是含有多個酸性氨基酸和一個被磺酸化的酪氨酸(Tyr63)的多肽C末端。凝血酶(thrombin)是血液凝固和止血過程中的中心酶,它不但能剪切纖維蛋白原,將纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白;還能激活其它的凝固血液的酶類,如凝血因子Ⅴ、Ⅷ、ⅩⅢ和抗凝血酶蛋白C(Fenton,1981)等。凝血酶與大分子底物的相互作用取決于三個不同的區(qū)域:催化反應(yīng)位點(diǎn)的初級結(jié)合位C(Magnusen,1971),鄰近催化位點(diǎn)的非極性結(jié)合位點(diǎn)AB(Brlinr and Shen,1977;Sonder and Fenton,1984)和負(fù)責(zé)凝血酶與纖維蛋白原專一性作用的陰離子結(jié)合位點(diǎn)(識別位點(diǎn))R(Fenton et al.1989;Henriksen and Mann,1988)。水蛭素的N端能封阻凝血酶的活性位點(diǎn),其疏水結(jié)構(gòu)域與凝血酶的非極性結(jié)合位點(diǎn)(AB)互補(bǔ),該非極性結(jié)合位點(diǎn)靠近凝血酶的催化中心。水蛭素C末端有6個酸性氨酸,能與帶正電的凝血酶識別位點(diǎn)形成許多離子鍵。N端、C端兩個功能域以協(xié)同的方式結(jié)合到凝血酶上,在凝血酶的活性部位形成一個帽子,阻止底物的結(jié)合。

為了更好地了解水蛭素結(jié)構(gòu)對性能的影響,人們對于水蛭素的N端、C端和各位點(diǎn)做了大量研究,得出許多結(jié)論,為水蛭肽的設(shè)計打了堅實的理論基礎(chǔ)。各種研究表明水蛭素C末端的10個氨基酸是必需的最小結(jié)構(gòu),C末端的最佳大小至少是12個氨基酸(Hir54-65),在這一序列中每個氨基酸都非常重要。幾個疏水殘基和酸性殘基對于維持水蛭素C末端的功能非常重要。