二、  蛋白质的结构

1、  一级结构(primary structure)

蛋白质是由20多种-氨基酸以肽键相连而成的高分子化合物。所谓肽键是指一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基之间缩水而形成的酰胺键。

   此反应产物称为肽,由两个氨基酸组成的肽称为二肽,二肽中的游离氨基和羧基又可与另外的氨基酸的氨基及羧基作用,形成三肽、四肽、以至高分子多肽。

  氨基酸按一定的顺序以肽键相联形成的多肽链称为蛋白质的一级结构。

   实际上肽键的C-N键具有40%的双键特性,而C=0键有40%左右的单键性质,这是由于电子的非定域作用结果导致产生的共振稳定结构,使之肽键的C-N键具有部分双键性质。肽键的这个特性对蛋白质的结构具有重要的影响:其一,共振结构使-NH在pH 0~14之间不能被质子化;其二,肽键由于部分双键性质,-C-N键不能够像普通的C-N单键那样可以自由旋转,由于这种限制的结果,肽键的每一个-Cα-CO-NH-Cα-片段(包含6个原子)处在同一个平面上,称之为肽平面,于是,多肽主链可描述为通过Cα原子连接的一系列-Cα-CO-NH-Cα-平面(左图)。多肽主链的C=0和N-H基之间在适宜的条件下是可以形成氢键的。因为肽键在多肽主链中约占共价键总数的1/3,它们限制了多肽主链的转动自由度,从而显著减少了主链的柔顺性。;其三,电子的非定域作用使羰基的氧原子带有部分负电荷,N-H基的氢原子带有部分的正电荷。


    既然肽键具有部分双键特征,因此肽键上的取代基也就可能出现类似于烯烃那样的顺反异构体。然而,蛋白质中的肽键和多数顺反异构体一样,顺式因大基团间的相互作用,而处于高能态,是不稳定的;反式则因处于较低能态,在热力学上是较稳定的。因此,蛋白质中几乎所有的肽键都是以反式构型存在,顺式和反式的比例为1:1000,反式向顺式转变时肽键的自由能增加34.8kJ/mol,实际上在蛋白质中肽键的异构化作用是不存在的。但是在含有脯氨酸残基的肽键是例外,存在顺式构型。因为脯氨酸残基参与的肽键,反式向顺式转变的自由能仅约为7.8kJ/mol,在高温下这些键有时能发生反式向顺式转变的异构化作用,顺式和反式出现的几率之比为2:8。

    构成蛋白质的氨基酸单体虽然只有20多种,但是一个蛋白质分子中所含氨基酸的数目很多,这些氨基酸以不同顺序排列,就能构成很多种蛋白质,对每一种蛋白质来说,构成它的氨基酸的种类、数目和顺序都是一定的,如胰岛素的一级结构如图1所示。它由A、B两条肽链组成,它们分别含21、30个氨基酸。  

1表示胰岛素的一级结构。目前有许多更复杂的蛋白质的一级结构已经被确定。

  

 

 

 

 

 

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