蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)是臨床助理醫(yī)師考試復(fù)習(xí)需要了解的知識(shí)，醫(yī)學(xué)|教育網(wǎng)搜索整理了以下內(nèi)容供考生參考！

蛋白質(zhì)是生物大分子，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，人們用4個(gè)層次來(lái)描述，包括蛋白質(zhì)的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)描述的是蛋白質(zhì)的線性（或一維）結(jié)構(gòu)，即共價(jià)連接的氨基酸殘基的序列，又稱初級(jí)或化學(xué)結(jié)構(gòu)。二級(jí)以上的結(jié)構(gòu)稱高級(jí)結(jié)構(gòu)或構(gòu)象（conformation）。

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1953年，英國(guó)科學(xué)家F.Sanger首先測(cè)定了胰島素（insulin）的一級(jí)結(jié)構(gòu)，有51個(gè)氨基酸殘基，由一條A鏈和一條B鏈組成，分子中共有3個(gè)二硫鍵，其中兩個(gè)在A、B鏈之間，另一個(gè)在A鏈內(nèi)。

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)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(jīng)典的化學(xué)方法，比較復(fù)雜。首先要純化一定量的待測(cè)蛋白質(zhì)，分別作分子量測(cè)定、氨基酸組成分析、N-末端分析、C-末端分析；要應(yīng)用不同的化學(xué)試劑或特異的蛋白內(nèi)切酶水解將蛋白質(zhì)裂解成大小不同的肽段，測(cè)出它們的序列，對(duì)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(zhì)的完整序列。重組DNA法是基于分子克隆的分子生物學(xué)方法，比較簡(jiǎn)單而高效，不必先純化該種蛋白質(zhì)，而是先要得到編碼該種蛋白質(zhì)的基因（DNA片段），測(cè)定DNA中核苷酸的序列，再按三個(gè)核苷酸編碼一個(gè)氨基酸的原則推測(cè)蛋白質(zhì)的完整序列。這兩種方法可以相互印證和補(bǔ)充醫(yī)學(xué)|教育網(wǎng)搜集整理。

目前，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)已有3千多種一級(jí)結(jié)構(gòu)清楚。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。

二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指其分子中主鏈原子的局部空間排列，是主鏈構(gòu)象（不包括側(cè)鏈R基團(tuán)）。

構(gòu)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(zhuǎn)，構(gòu)象不同于構(gòu)型，一個(gè)蛋白質(zhì)的構(gòu)象在不破壞共價(jià)鍵情況下是可以改變的。但是蛋白質(zhì)中任一氨基酸殘基的實(shí)際構(gòu)象自由度是非常有限的，在生理?xiàng)l件下，每種蛋白質(zhì)似乎是呈現(xiàn)出稱為天然構(gòu)象的單一穩(wěn)定形狀。

20世紀(jì)30年代末，L.Panling和R.B.Corey應(yīng)用X射線衍射分析測(cè)定了一些氨基酸和寡肽的晶體結(jié)構(gòu)，獲得了一組標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)和鍵角，提出了肽單元（peptideunit）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(gè)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(zhǎng)為0.132nm，比相鄰的單鍵（0.147nm）短，而較C=N雙鍵（0.128nm）長(zhǎng)，有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽鍵平面上各原子呈順?lè)串悩?gòu)關(guān)系，肽鍵平面上的O、H以及2個(gè)α-碳原子為反式構(gòu)型（transconfiguration）。

主鏈中的Cα—C和Cα—N單鍵可以旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角φ、ψ決定了兩個(gè)相鄰的肽鍵平面相對(duì)關(guān)系。由于肽鍵平面的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，使主鏈可以以非常多的構(gòu)象出現(xiàn)。事實(shí)上，肽鏈在構(gòu)象上受到很大限制，因?yàn)橹麈溕嫌?/3不能自由旋轉(zhuǎn)的肽鍵，另外主鏈上有很多側(cè)鏈R的影響。蛋白質(zhì)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(guò)α-碳原子的相對(duì)旋轉(zhuǎn)形成的一種緊密螺旋盤繞，是有周期的一種主鏈構(gòu)象。其特點(diǎn)是：

①螺旋每轉(zhuǎn)一圈上升3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距約0.54nm（每個(gè)殘基上升0.15nm，旋轉(zhuǎn)100O）。

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

③螺旋的走向絕大部分是右手螺旋，殘基側(cè)鏈伸向外側(cè)。R基團(tuán)的大小、荷電狀態(tài)及形狀均對(duì)α-螺旋的形成及穩(wěn)定有影響。

3.β-折疊（β-pleatedsheet）

β-折疊是一種肽鏈相當(dāng)伸展的周期性結(jié)構(gòu)。

①相鄰肽鍵平面間折疊成110度角，呈鋸齒狀醫(yī)學(xué)|教育網(wǎng)搜集整理。

②兩個(gè)以上具β-折疊的肽鏈或同一肽鏈內(nèi)不同肽段相互平行排列，形成β-折疊片層，其穩(wěn)定因素是肽鏈間的氫鍵。

③逆向平行的片層結(jié)構(gòu)比順向平行的穩(wěn)定。

α-螺旋和β-折疊是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。毛發(fā)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(jié)構(gòu)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(wěn)定性。

4.β-轉(zhuǎn)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(fā)夾或β-轉(zhuǎn)角。其處由4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基構(gòu)成，常有Gly和Pro存在，穩(wěn)定β-轉(zhuǎn)角的作用力是第一個(gè)氨基酸殘基羰基氧（O）與第四個(gè)氨基酸殘基的氨基氫（H）之間形成的氫鍵。β-轉(zhuǎn)角常見(jiàn)于連接反平行β-折疊片的端頭。

5.無(wú)規(guī)卷曲（randomcoil）

多肽鏈的主鏈呈現(xiàn)無(wú)確定規(guī)律的卷曲。典型球蛋白大約一半多肽鏈?zhǔn)沁@樣的構(gòu)象。

6.超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域

超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)二級(jí)至三級(jí)結(jié)構(gòu)層次的一種過(guò)渡態(tài)構(gòu)象。

超二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中兩個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)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(jié)合蛋白質(zhì)中的螺旋-環(huán)-螺旋模序及鋅指結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位，是在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊有獨(dú)特構(gòu)象和部分生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)。對(duì)于較小的蛋白質(zhì)分子或亞基，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思，即這些蛋白質(zhì)是單結(jié)構(gòu)域的；對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上的相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)。

三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

指一條多肽鏈中所有原子的整體排布，包括主鏈和側(cè)鏈。維系三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是次級(jí)鍵（疏水相互作用、靜電力、氫鍵等）。在序列中相隔較遠(yuǎn)的氨基酸疏水側(cè)鏈相互靠近，形成“洞穴”或“口袋”狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合蛋白質(zhì)的輔基往往鑲嵌其內(nèi)，形成功能活性部位，而親水基團(tuán)則在外，這也是球狀蛋白質(zhì)易溶于水的原因醫(yī)學(xué)|教育網(wǎng)搜集整理。1963年Kendrew等從鯨肌紅蛋白的X射線衍射圖譜測(cè)定它的三級(jí)結(jié)構(gòu)（153個(gè)氨基酸殘基和一個(gè)血紅素輔基，相對(duì)分子質(zhì)量為17800）。由A→H8段α-螺旋盤繞折疊成球狀，氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部形成一個(gè)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(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

有些蛋白質(zhì)的分子量很大，由2條或2條以上具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵相互結(jié)合而成，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)成四級(jí)結(jié)構(gòu)的每條多肽鏈稱為亞基（subunit），亞基單獨(dú)存在時(shí)一般沒(méi)有生物學(xué)功能，構(gòu)成四級(jí)結(jié)構(gòu)的幾個(gè)亞基可以相同或不同。如血紅蛋白（hemoglobin，Hb）是由兩個(gè)α-亞基和兩個(gè)β-亞基形成的四聚體（α2β2）。

五、蛋白質(zhì)分子中的化學(xué)鍵

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由共價(jià)鍵形成的，如肽鍵和二硫鍵。而維持空間構(gòu)象穩(wěn)定的是非共價(jià)的次級(jí)鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力等。