蛋白质分子不经任何处理,直接用酶水解,检出其中含二硫键的肽段,然后将 二硫键拆开,分别测定两个肽段的顺序,将这两个肽段的顺序与测出的一级结构比 较,就能找出二硫键的位置。含二硫键肽段的检出方法如下 1.凝胶过滤或离子交换层析 用凝胶过滤或离子交换层析法分离各肽段,然后用特殊的二硫键显色反应找出 含二硫键的肽段 2.对角线电泳或层析 1966年布朗( Brown)和哈特菜( Hartly)用对角线电泳进行二硫键的定位, 此方法是将水解后的肽段混合物先进行第一向电泳,样品点在中间,电泳完毕后 将样品纸条剪下,置于装有过甲酸的器皿中,用过甲酸蒸汽处理2小时,使二硫键 断裂。此时含二硫键肽段的静电荷发生了改变。然后,将纸条缝在另一张纸上,进 行第二向电泳,电泳条件均与第一向相同,因此,电泳后各个不含二硫键的肽斑均 坐落在纸的对角线上。而那些含二硫键的肽段由于被氧化,电荷发生了改变,在第 二向电泳中,其迁移速度不同于在第一向电泳中的速度,所以就此肽斑就偏离对角 线。肽斑可用茚三酮显色。对角线法速度快,操作简便,并适用于小分子样品,是 直接分离含二硫键肽段的好方法。 二硫键断裂产生的肽段 蛋白质一级结构的分析正向着自动化 快速化和微量化的方向发展,关键的问题 仍然是进一步寻找蛋白质裂解和肽段分离 0 的方法。近年来又有许多新的方法和思路 第 出现,如X射线衍射法测定蛋白质一级 结构:分离出相应蛋白质的mRNA,测定出 mRNA的核苷酸排列顺序,再由mRNA的核 苷酸排列顺序通过密码子排出蛋白质的一 级结构等。这些大胆的设想必将有助于蛋 白质一级结构研究工作的发展,使人们掌 第一向 握更多的工具和方法去探索生命的奧秘。 对角线电泳图解 研究蛋白质一级结构的意义 研究蛋白质一级结构对我们了解蛋白质结构与功能的关系、生物进化、预测蛋 白质构象等生物学问题都具有重要的意义。在此我们做以简要概述 (一)、蛋白质一级结构与分子进化 自然界中的蛋白质有10—102种之多。不同的生物体各有自己的一套蛋白质, 但是自然界中还存在着许多同源蛋白质。所谓同源蛋白质是指不同种属的生物体中 执行同一功能的蛋白质,如动物体的血红蛋自都具有运输氧的功能,细胞色素C 都具有隻递曳子的功能。丛不同生物俠的同源蛋自质一级绩枃的比较研究中发现
15 蛋白质分子不经任何处理，直接用酶水解，检出其中含二硫键的肽段，然后将 二硫键拆开，分别测定两个肽段的顺序，将这两个肽段的顺序与测出的一级结构比 较，就能找出二硫键的位置。含二硫键肽段的检出方法如下： 1．凝胶过滤或离子交换层析 用凝胶过滤或离子交换层析法分离各肽段，然后用特殊的二硫键显色反应找出 含二硫键的肽段。 2．对角线电泳或层析 1966 年布朗（Brown）和哈特莱（Hartlay）用对角线电泳进行二硫键的定位。 此方法是将水解后的肽段混合物先进行第一向电泳，样品点在中间，电泳完毕后， 将样品纸条剪下，置于装有过甲酸的器皿中，用过甲酸蒸汽处理 2 小时，使二硫键 断裂。此时含二硫键肽段的静电荷发生了改变。然后，将纸条缝在另一张纸上，进 行第二向电泳，电泳条件均与第一向相同，因此，电泳后各个不含二硫键的肽斑均 坐落在纸的对角线上。而那些含二硫键的肽段由于被氧化，电荷发生了改变，在第 二向电泳中，其迁移速度不同于在第一向电泳中的速度，所以就此肽斑就偏离对角 线。肽斑可用茚三酮显色。对角线法速度快，操作简便，并适用于小分子样品，是 直接分离含二硫键肽段的好方法。 二硫键断裂产生的肽段 蛋白质一级结构的分析正向着自动化、 快速化和微量化的方向发展，关键的问题 + 仍然是进一步寻找蛋白质裂解和肽段分离 的方法。近年来又有许多新的方法和思路 第 出现，如 X—射线衍射法测定蛋白质一级 二 结构；分离出相应蛋白质的 mRNA，测定出 向 mRNA 的核苷酸排列顺序，再由 mRNA 的核 苷酸排列顺序通过密码子排出蛋白质的一 - 级结构等。这些大胆的设想必将有助于蛋 + - 白质一级结构研究工作的发展，使人们掌 第一向 握更多的工具和方法去探索生命的奥秘。 对角线电泳图解 三、研究蛋白质一级结构的意义 研究蛋白质一级结构对我们了解蛋白质结构与功能的关系、生物进化、预测蛋 白质构象等生物学问题都具有重要的意义。在此我们做以简要概述。 (一)、蛋白质一级结构与分子进化 自然界中的蛋白质有 1010—1012 种之多。不同的生物体各有自己的一套蛋白质， 但是自然界中还存在着许多同源蛋白质。所谓同源蛋白质是指不同种属的生物体中 执行同一功能的蛋白质，如动物体的血红蛋白都具有运输氧的功能，细胞色素 C 都具有传递电子的功能。从不同生物体的同源蛋白质一级结构的比较研究中发现
它们之间在氨基酸排列顺序上有许多异同,电此反映思了物种的进化,也证实了达 尔文进化论的正确。例如,从低等生物到高等生物细胞色素C一级绩构的比较史以 及丛脊樵动物血红蛋自级绩枃的比较史绘制的“进化树”与分类学研究的绩 果完全相同 同源蛋白质一级结构的比较研究工作开展最多的是细胞色素C。细胞色素C是 从微生物到植物、动物以及人体都具有的一种最古老的蛋白质,是传递电子的载体。 脊椎动物的细胞色素C由104个氨基酸残基组成,昆虫类的细胞色素C由108个氨 基酸残基组成,植物的细胞色素C则有112个氨基酸残基,所有生物的细胞色素C 都含有一个辅基一血红素。比较不同生物的细胞色素C的一级结构发现有35个氨 基酸残基是完全不变的,这35个氨基酸残基正是完成细胞色素C的生物学功能必 不可少的。这就是说,虽然生物不断进化,但只要细胞色素C仍然担负着传递电子 的作用,那么,为了完成这一功能所必须的氨基酸就始终不会改变 比较目前研究过的近百种生物的细胞色素C的氨基酸顺序,我们可以看出差异 的大少与亲缘关系密切相关。如下表 各种有机体细胞色素C中氨基酸顺序的差异 相互比较生物种类氨基酸顺序 氨基酸顺序 相互比较的生物种类 中差异的数目 中差异的数目 人一黑猩猩 哺乳动物内部 平均51 人一恒河猴 猪—牛羊 0 人一其它哺乳动物|平均约10马牛 人一禽类 平均约13哺乳动物一禽类 平均99 人一昆虫 平均约30哺乳动物一爬虫类 平均143 人一植物 「平均约40陆生脊推动物一鱼类「平均185 微生物 平均约50脊椎动物-无脊椎动物 平均260 源蛋自质分子中氨基酸提列顺底的秒属差异部分系生物进化过程史基因寒 变的结果。如果基因寒变景致蛋自质一级绩构改变,俱不影响功能,这种蛋自质就 被保貿下来,这正是同源蛋自质种属差异的原因 分子进化研究是随着蛋白质一级结构的研究发展起来的一个课题。我们知道生 物均由古生物进化而来,也就是说任何生物都有其祖先,那么,蛋白质是否也有祖 先蛋白的问题呢?从对几种不同蛋白质一级结构相似性的分析,可以说祖先蛋白的 概念是成立的。例如,丝氨酸蛋白水解酶与胰蛋白酶、糜蛋白酶A、弹性蛋白酶以 及凝血酶原的氨基酸顺序极其相似,虽然它们的祖先蛋白质的结构还不清楚,但是 人们认为这些蛋白质是来自于一个共同的祖先。再如,动物的肌红蛋白与血红蛋白 的α、β链的一级结构和三级结构是非常相似的,甚至植物的豆血红蛋白的结构也 与它们很相似,这是因为它们有共同的祖先。它们是由同一祖先(珠蛋白)的基因 发生变异形成的。又如,含有51个氨基酸残基的胰岛素是由84个氨基酸残基的的
16 它们之间在氨基酸排列顺序上有许多异同，由此反映出了物种的进化，也证实了达 尔文进化论的正确。例如，从低等生物到高等生物细胞色素 C 一级结构的比较中以 及从脊椎动物血红蛋白一级结构的比较中绘制出的“进化树”，与分类学研究的结 果完全相同。 同源蛋白质一级结构的比较研究工作开展最多的是细胞色素 C。细胞色素 C 是 从微生物到植物、动物以及人体都具有的一种最古老的蛋白质，是传递电子的载体。 脊椎动物的细胞色素 C 由 104 个氨基酸残基组成，昆虫类的细胞色素 C 由 108 个氨 基酸残基组成，植物的细胞色素 C 则有 112 个氨基酸残基，所有生物的细胞色素 C 都含有一个辅基—血红素。比较不同生物的细胞色素 C 的一级结构发现有 35 个氨 基酸残基是完全不变的，这 35 个氨基酸残基正是完成细胞色素 C 的生物学功能必 不可少的。这就是说，虽然生物不断进化，但只要细胞色素 C 仍然担负着传递电子 的作用，那么，为了完成这一功能所必须的氨基酸就始终不会改变。 比较目前研究过的近百种生物的细胞色素 C 的氨基酸顺序，我们可以看出差异 的大少与亲缘关系密切相关。如下表： 各种有机体细胞色素 C 中氨基酸顺序的差异 相互比较生物种类 氨基酸顺序 中差异的数目 相互比较的生物种类 氨基酸顺序 中差异的数目 人—黑猩猩 0 哺乳动物内部 平均 5.1 人—恒河猴 1 猪—牛—羊 0 人—其它哺乳动物 平均约 10 马—牛 3 人—禽类 平均约 13 哺乳动物—禽类 平均 9.9 人—昆虫 平均约 30 哺乳动物—爬虫类 平均 14.3 人—植物 平均约 40 陆生脊椎动物—鱼类 平均 18.5 人—微生物 平均约 50 脊椎动物-无脊椎动物 平均 26.0 同源蛋白质分子中氨基酸排列顺序的种属差异部分系生物进化过程中基因突 变的结果。如果基因突变导致蛋白质一级结构改变，但不影响功能，这种蛋白质就 被保留下来，这正是同源蛋白质种属差异的原因。 分子进化研究是随着蛋白质一级结构的研究发展起来的一个课题。我们知道生 物均由古生物进化而来，也就是说任何生物都有其祖先，那么，蛋白质是否也有祖 先蛋白的问题呢？从对几种不同蛋白质一级结构相似性的分析，可以说祖先蛋白的 概念是成立的。例如，丝氨酸蛋白水解酶与胰蛋白酶、糜蛋白酶 A、弹性蛋白酶以 及凝血酶原的氨基酸顺序极其相似，虽然它们的祖先蛋白质的结构还不清楚，但是 人们认为这些蛋白质是来自于一个共同的祖先。再如，动物的肌红蛋白与血红蛋白 的α、β链的一级结构和三级结构是非常相似的，甚至植物的豆血红蛋白的结构也 与它们很相似，这是因为它们有共同的祖先。它们是由同一祖先（珠蛋白）的基因 发生变异形成的。又如，含有 51 个氨基酸残基的胰岛素是由 84 个氨基酸残基的的
胰岛素原经酶作用切去C链后生成。而神经生长因子(NGF)是由118个氨基酸残 基组成的,它与胰岛素的一级结构极其相似,因此可以认为胰岛素与神经生长因子 均由祖先蛋白胰岛素原进化而来这种从一个共同祖先蛋白质发展出另一种新蛋白 质的现象称为分叉进化。分叉进化形成的两种不同蛋白质都保留着过去历史的痕 迹,反映在氨基酸顺序上就有相同之处。因此,蛋白质一级结构的研究是推动分子 进化研究的一个重要方面 (二)、一级结构与功能的关系 蛋白质的氨基酸顺序与生物功能具的密切的关系,特别是蛋白质与其它生物大 分子物质之间的相互作用及其作用方式都是由氨基酸顺序决定的。例如 1.细胞膜上的血型糖蛋白的一级结构就 与膜结构有着重要关系。血型糖蛋白的分子量 为31000,含糖量为60%,由131个氨基酸残基 组成,它的分子中含有16条寡聚糖链。奥型糖 蛋自分子一部分伩于细胞外,为N末端部 分,贪有糖残基是亲水的肽段:中间的一部 分跨过细胞膜,这部分是由医水氨基酸组成 的:还有一部分位于细胞的肉部,也是医水的 肽段。这三部分氪基酸顺底不同,分别与定们 的功能有关。细胞外的部分含有医聚糖链与 细胞的识别有关,血型糖蛋自的跨膜部分臾 氨基酸组成,故与生物膜的质双周能以 3号 水作用力绩食在一起。细胞肉的部分由于是表 水的,故能溶于细胞质史 2.蛋白质与核酸的合也与蛋白质的氨基血型糖蛋白的跨膜结构示意图 酸顺序有密切的关系。例如,真核细胞染色俠 DN与组蛋自相績众作用力是蛋自质分子中氢 基酸残基上的正电荷复则NA分子圈酸塌上的叶++ 负曳荷之间的静电引力小生组蛋自含有129个 氨基酸残基。在前36个氨基酸中有J2个萤正 电荷(如Ls、Ag等),而不盒负电荷氨基酸。小牛组蛋白与DM结合状态示意图 因此,这部分肽段能与DNA双螺旋中带负电荷 的磷酸基团通过静电引力相績貪,而其它部忿则折迭成球状。 3.有些激素是简单的多肽,它们各自具有特殊的功能,大多数的结构也已研 究清楚,我们可以通过比较来了解肽链一级结构与功能的关系。例如,生的催产素 和抗利尿素的结构相似,都是环八肽,但有两个氨基酸不同。结构如下:
17 胰岛素原经酶作用切去 C 链后生成。而神经生长因子（NGF）是由 118 个氨基酸残 基组成的，它与胰岛素的一级结构极其相似，因此可以认为胰岛素与神经生长因子 均由祖先蛋白胰岛素原进化而来。这种从一个共同祖先蛋白质发展出另一种新蛋白 质的现象称为分叉进化。分叉进化形成的两种不同蛋白质都保留着过去历史的痕 迹，反映在氨基酸顺序上就有相同之处。因此，蛋白质一级结构的研究是推动分子 进化研究的一个重要方面。 (二)、一级结构与功能的关系 蛋白质的氨基酸顺序与生物功能具的密切的关系，特别是蛋白质与其它生物大 分子物质之间的相互作用及其作用方式都是由氨基酸顺序决定的。例如： 1． 细胞膜上的血型糖蛋白的一级结构就 与膜结构有着重要关系。血型糖蛋白的分子量 为 31000，含糖量为 60%，由 131 个氨基酸残基 组成，它的分子中含有 16 条寡聚糖链。血型糖 蛋白分子一部分位于细胞外面，为 N—末端部 分，含有糖残基，是亲水的肽段；中间的一部 分跨过细胞膜 ，这部分是由疏水氨基酸组成 的；还有一部分位于细胞的内部，也是亲水的 肽段。这三部分氨基酸顺序不同，分别与它们 的功能有关。细胞外的部分含有寡聚糖链，与 细胞的识别有关，血型糖蛋白的跨膜部分由疏 水氨基酸组成，故与生物膜的脂质双层能以疏 水作用力结合在一起。细胞内的部分由于是亲 水的，故能溶于细胞质中。 2．蛋白质与核酸的结合也与蛋白质的氨基 血型糖蛋白的跨膜结构示意图 酸顺序有密切的关系。 例如，真核细胞染色体 DNA 与组蛋白相结合,作用力是蛋白质分子中氨 基酸残基上的正电荷与 DNA 分子中磷酸基上的 1+ + + + + 36 129 负电荷之间的静电引力.小牛组蛋白含有 129 个 - - - - - - DNA 氨基酸残基。 在前 36 个氨基酸中有 12 个带正 电荷(如 Lys、Arg 等)，而不含负电荷氨基酸。 小牛组蛋白与 DNA 结合状态示意图 因此，这部分肽段能与 DNA 双螺旋中带负电荷 的磷酸基团通过静电引力相结合，而其它部分则折迭成球状。 3．有些激素是简单的多肽，它们各自具有特殊的功能，大多数的结构也已研 究清楚，我们可以通过比较来了解肽链一级结构与功能的关系。例如，牛的催产素 和抗利尿素的结构相似，都是环八肽，但有两个氨基酸不同。结构如下： S S 1—73 膜 外 74—95 跨膜 96--131 膜 内 代表寡聚糖链
甘一精一脯一半胱一天冬酰胺一谷氨酰胺一苯丙酪一半胱 (牛抗利尿素) 甘 脯一半胱一天冬酰胺一谷氨酰胺 酪一半胱 (牛催产素) 由于结构相似,两者在生理功能上也有相似之处,但活性差别很大。催产素主 要是促进子宫收缩的催产作用,但同时也具有微弱的抗利尿活性;抗利尿素的主要 作用是抗利尿和增血压,但也具有微弱的催产活性。这说明由于结构相似也引起功 能上互有另一种激素的微弱活性;同时也说明只要结构有差异,那怕是相差一两个 氨基酸,其生物学活性就有较大的差别。 4.蛋白质一级结构改变,往往会导致功能的改变。例如,正常人血红蛋白B 链从N一端开始第6位氨基酸是谷氨酸,当此氨基酸被缬氨酸取代时,将导致镰刀 型贫血病。谷氨酸的侧链是带有负电荷的亲水羧基,而缬氨酸的侧链是不带电荷的 疏水基团。当谷氨酸被缬氨酸取代后使邗b的表面电荷性质发生了改变,于是等电 点改变,溶解度降低和不正常聚合增加,以致红细胞收缩变形而成为镰刀状,且输 氧能力下降,细胞脆弱,容易溶血,严重的可导致死亡。就正是我们所说的分子病 中的一种,是由于基因突变引起的,具有遗传性 5.在动物体内的某些生化过程中,蛋白质分子的肽链必须先按特定的方式断 裂,然后才呈现生物活性。蛋白质分子的这一特性具有重要的生物学意义。这是蛋 白质分子结构与功能具有高度统一性的表现。例如,在酶的调控中,早就发现,许 多酶有一个无活性的前体,经专一的酶(或其它物质)作用切去一段肽链后,才成 为有活性的酶(如胃肠道中的几种蛋白酶及血液中的凝血酶等)。再如,血液凝固 过程中,纤维蛋白原转变为纤维蛋白的过程。纤维蛋白原是无活性的前体,呈细长 的纤维状,由6条肽链组成,2条Aa链,2条BB链,2条γ链,所以可表示为(A aBBy)。血液凝固过程中,在凝血酶的作用下,分别从Aa链和BB链的N一端 水解下来4个肽段,即2个A肽和2个B肽。A肽为19肽,B肽为21肽。从一级 结构上讲,它们都含有较多的酸性氨基酸。当切除A、B肽后,使蛋白质分子的负 电荷减少,促进了纤维蛋白分子的聚合,进而在凝血因子的作用下,形成网状结构 的纤维蛋白,使血液凝固。其过程如下: A+2B(血液纤维蛋白肽) (Ad协一凝血醇, 自发聚 纤维蛋白原 (aB)2 转谷氨酰胺属伸时 纤维蛋白单体纤维蛋白多聚体 近年来发现许多肽类激素也都存在着前体。例如,胰岛素的前体一胰岛素原是
18 甘—精—脯—半胱—天冬酰胺—谷氨酰胺—苯丙—酪—半胱 （牛抗利尿素） S S 甘—亮—脯—半胱—天冬酰胺—谷氨酰胺—异亮—酪—半胱 （牛催产素） 由于结构相似，两者在生理功能上也有相似之处，但活性差别很大。催产素主 要是促进子宫收缩的催产作用，但同时也具有微弱的抗利尿活性；抗利尿素的主要 作用是抗利尿和增血压，但也具有微弱的催产活性。这说明由于结构相似也引起功 能上互有另一种激素的微弱活性；同时也说明只要结构有差异，那怕是相差一两个 氨基酸，其生物学活性就有较大的差别。 4．蛋白质一级结构改变，往往会导致功能的改变。例如，正常人血红蛋白β 链从 N—端开始第 6 位氨基酸是谷氨酸，当此氨基酸被缬氨酸取代时，将导致镰刀 型贫血病。谷氨酸的侧链是带有负电荷的亲水羧基，而缬氨酸的侧链是不带电荷的 疏水基团。当谷氨酸被缬氨酸取代后使 Hb 的表面电荷性质发生了改变，于是等电 点改变，溶解度降低和不正常聚合增加，以致红细胞收缩变形而成为镰刀状，且输 氧能力下降，细胞脆弱，容易溶血，严重的可导致死亡。就正是我们所说的分子病 中的一种，是由于基因突变引起的，具有遗传性。 5．在动物体内的某些生化过程中，蛋白质分子的肽链必须先按特定的方式断 裂，然后才呈现生物活性。蛋白质分子的这一特性具有重要的生物学意义。这是蛋 白质分子结构与功能具有高度统一性的表现。例如，在酶的调控中，早就发现，许 多酶有一个无活性的前体，经专一的酶（或其它物质）作用切去一段肽链后，才成 为有活性的酶（如胃肠道中的几种蛋白酶及血液中的凝血酶等）。再如，血液凝固 过程中，纤维蛋白原转变为纤维蛋白的过程。纤维蛋白原是无活性的前体，呈细长 的纤维状，由 6 条肽链组成，2 条 Aα链，2 条 Bβ链，2 条γ链，所以可表示为（A αBβγ）2。血液凝固过程中，在凝血酶的作用下，分别从 Aα链和 Bβ链的 N—端 水解下来 4 个肽段，即 2 个 A 肽和 2 个 B 肽。A 肽为 19 肽，B 肽为 21 肽。从一级 结构上讲，它们都含有较多的酸性氨基酸。当切除 A、B 肽后，使蛋白质分子的负 电荷减少，促进了纤维蛋白分子的聚合，进而在凝血因子的作用下，形成网状结构 的纤维蛋白，使血液凝固。其过程如下： 2A+2B(血液纤维蛋白肽) 凝血酶 (AαBβγ)2 自发聚合 交联作用 纤维蛋白原 (αβγ)2 [(αβγ)2]n {[(αβγ)2]n}m 转谷氨酰胺酶 纤维蛋白单体 纤维蛋白多聚体 纤维蛋白 近年来发现许多肽类激素也都存在着前体。例如，胰岛素的前体—胰岛素原是
由84个氨基酸残基组成的一条长链,即在胰岛素和A、B两链之间连接着一段由 30多个氨基酸组成的C链。经专一的酶水解切除C链后,才形成通过二硫键使A B两链相连的活性胰岛素 蛋白质在初合成或分泌运输阶段或贮存阶段是无活性的前体,在到达其发挥作 用的部位或在需要其发挥作用时,才转变成有生理功能的蛋白质,这是生物体内 种十分巧妙的调控过程。 从上面几个问题人们可以清楚地看到,蛋白质一级结构的研究对阐明生命现象 的本质是非常重要的 (三)、从蛋白质一级结构预测其二、三级结构 研究蛋白质一级结构的一个重要目的是利用氨基酸顺序的资料预测蛋白质的 二级以至三级结构,甚至还可以预测蛋白质的某些功能。因为蛋白质一级结构包含 着蛋白质分子的所有结构信息,我们可以利用这些信息预测出蛋白质的空间结构。 许多科学家在这方面己做了不少工作。例如,1975年利维特( Levitt)和沃谢尔 ( Warshel)从胰蛋白质抑制剂的氨基酸顺序之间的热力学相互作用数据(最小能 量和热能化)模拟了该蛋白质的折迭结构,其结果与Ⅹ一射线衍射的结果有相当好 的一致性。1979年仇(Chou)和费思曼( Fasman)根据蛋白质中氨基酸残基形成 α—螺旋、β—折迭或β一转角的倾向,预测了由一级结构折迭成二级结构、超二 级结构构象,也得到了很好的结果。1982年索尔( Sauer)等人曾经指出:“顺序 的同源性反应出结构的同源性。”这是很有意义的概念。现在,人们已经能够利用 微电脑来研究蛋白质的分子构象。英国成立了生物化学微电脑组织,我们可以相信, 随着电子计算机在生物化学中的广泛应用,今后这方面的进展将会更加神速。 第二节蛋白质的二级结构 白质二级结构是指多肽链主链上局部原子的空间排列状态,二级结构是靠肽 >N-H与>C=0之间所形成的氢键而得到稳定的。所以二级结构只涉及肽 主链的局部原子及其链内的氢键,而不涉及侧链构象和与其它肽段之间的关系 肽键 在蛋白质分子中氨基酸靠肽键连接成多肽。肽键的结构如下 波林( Pauling)和莫曼奈( Momany)分别 于1951年和1975年测定了肽的键长和键角。发 现肽键(即C′N)的长度为03m(1.33) 而正常的C-N键长为0149mm(1.49A),C=N 键长为0127mm(1.27A)。可见,肽键的长度介于 单健和双键之间。并且C=0比正常的醛或酮中的C=0长了0.0012m(0012A)
19 由 84 个氨基酸残基组成的一条长链，即在胰岛素和 A、B 两链之间连接着一段由 30 多个氨基酸组成的 C 链。经专一的酶水解切除 C 链后，才形成通过二硫键使 A、 B 两链相连的活性胰岛素。 蛋白质在初合成或分泌运输阶段或贮存阶段是无活性的前体，在到达其发挥作 用的部位或在需要其发挥作用时，才转变成有生理功能的蛋白质，这是生物体内一 种十分巧妙的调控过程。 从上面几个问题人们可以清楚地看到，蛋白质一级结构的研究对阐明生命现象 的本质是非常重要的。 (三)、从蛋白质一级结构预测其二、三级结构 研究蛋白质一级结构的一个重要目的是利用氨基酸顺序的资料预测蛋白质的 二级以至三级结构，甚至还可以预测蛋白质的某些功能。因为蛋白质一级结构包含 着蛋白质分子的所有结构信息，我们可以利用这些信息预测出蛋白质的空间结构。 许多科学家在这方面已做了不少工作。例如，1975 年利维特（Levitt）和沃谢尔 （Warshel）从胰蛋白质抑制剂的氨基酸顺序之间的热力学相互作用数据（最小能 量和热能化）模拟了该蛋白质的折迭结构，其结果与 X—射线衍射的结果有相当好 的一致性。1979 年仇（Chou）和费思曼（Fasman）根据蛋白质中氨基酸残基形成 α—螺旋、β—折迭或β—转角的倾向，预测了由一级结构折迭成二级结构、超二 级结构构象，也得到了很好的结果。1982 年索尔（Sauer）等人曾经指出：“顺序 的同源性反应出结构的同源性。”这是很有意义的概念。现在，人们已经能够利用 微电脑来研究蛋白质的分子构象。英国成立了生物化学微电脑组织，我们可以相信， 随着电子计算机在生物化学中的广泛应用，今后这方面的进展将会更加神速。 第二节 蛋白质的二级结构 蛋白质二级结构是指多肽链主链上局部原子的空间排列状态。二级结构是靠肽 链中 >N—H 与 >C＝O 之间所形成的氢键而得到稳定的。所以二级结构只涉及肽 链主链的局部原子及其链内的氢键，而不涉及侧链构象和与其它肽段之间的关系。 一、肽键 在蛋白质分子中氨基酸靠肽键连接成多肽。肽键的结构如下： 波林（Pauling）和 莫曼奈（Momany）分别 于 1951 年和 1975 年测定了肽的键长和键角。发 H Cα 现肽键（即 C′—N）的长度为 0.133nm (1.33A o )。 N C′ 而正常的 C—N 键长为 0.149 nm (1.49A o )，C=N Cα O 键长为 0.127nm (1.27A o )。可见,肽键的长度介于 单健和双键之间。并且 C＝Ｏ比正常的醛或酮中的 C＝Ｏ长了 0.0012nm (0.012A o )