岛素为多肽，因其分子量较小。但多肽和蛋白质都是氨基酸的多聚缩合物，而多肽也是蛋白质不完全水解的产物。 二、蛋白质分子结构及其规律性

蛋白质是大分子化合物，一般由一条肽链、上百个氨基酸，即成千上万个原子组成，分为一、二、三、四4级、四个不同的层次（表2－5），以便进行深入研究，其中二、三、四级均属于蛋白质的三维空间结构（three-dimensional structure，3D）或构象（conformation）。随着研究的深入，现在在蛋白质二级和三级结构之间，又增加了一些超二级结构和结构域(domain)。

（一） 蛋白质的一级结构（primary structure）

蛋白质的一级结构，专指多肽链中氨基酸（残基）的排列的序列（sequence）。若蛋白质分子中含有二硫键，一级结构也包括生成二硫键的半胱氨酸残基位置。一级结构就是指蛋白质分子中由共价肽键相连的基本分子结构。不同的蛋白质，首先具有不同的一级结构，因此一级结构是区别不同蛋白质最基本、最重要的标志之一。

蛋白质一级结构的重要性，首先是由于其序列中不同氨基酸侧链R的大小、性质不同，决定着肽链折叠盘曲形成不同的空间结构和功能。同时由于蛋白质的一级结构是由遗传物质DNA分子上相应核苷酸序列、即遗传密码决定的，蛋白质与DNA分子均为线状，因此具有“共线性”关系，不同生物具有不同的遗传特征，首先是由于其不同的DNA，编码合成出不同的蛋白质，具有不同的一级结构所决定的，因此蛋白质一级结构的认识对阐明其众多生理功能之分子本质甚为重要。

蛋白质分子中氨基酸序列自动分析仪的问世，使蛋白质一级结构的测定有了飞速的发展。同时由于DNA分子中核苷酸序列的测定也有了迅猛的发展，且其步骤较蛋白质序列测定方法更快速简便，因此近年来更有通过蛋白质相应基因DNA序列的测定，来推断该蛋白质的一级结构。自然界亿万种不同的蛋白质，首先是由于它们有亿万种不同的一级结构，这是其不同空间结构与生理功能的分子基础。 （二） 蛋白质的二级结构（secondary structure）

www.medkaoyan.net医学考研网

5

蛋白质的二级结构是指多肽链中相邻氨基酸残基形成的局部肽链空间结构，是其主链原子的局部空间排布。蛋白质分子的空间结构有一些共同的规律可遵循，其中二级结构主要是周期性出现的有规则的α-螺旋、β-片层、β-转角、π-螺旋和无规则线圈等几种二级结构单元，且这些有序的二级结构单元，主要是靠氢键等非共价键来维持其空间结构的相对稳定的。

1. α-螺旋（α-helix）：是蛋白质分子中最稳定的二级结构，其基本特征是：

（1） 肽链骨架由肽键上的C、N原子与氨基酸残基中的α碳原子组成，交替形成

了肽链主链，它从N端到C端为顺时针方向的右手螺旋结构（图2-6、2-7）。

（2） 螺旋每圈由3.6个氨基酸残基组成，每圈上下螺距为0.54nm（5.4A）。相邻

螺旋之间，由第1个氨基酸肽键上C═O，隔三个氨基酸残基，与第5个氨基酸肽键上N—H形成氢键，其间包括13个原子（图2-8），故又称3.613螺旋，且氢键方向与α－螺旋长轴基本平行，每相邻螺旋间有三个氢键维持其空间结构的相对稳定。

（3） α-螺旋类似实心棒状，氨基酸残基侧链R在螺旋外侧。各种蛋白质分子中

α-螺旋中氨基酸占总氨基酸组成的比例各不相同，如角蛋白中几乎全是由α-螺旋组成，而小分子蛋白质尤其是在多肽中几乎无α-螺旋的存在。α-螺旋对维持蛋白质分子空间结构的相对稳定起着十分重要的作用。

2. β-片层结构（β-pleated sheet structure）又称β-折叠，是肽链中比较伸展的空间结

构，其中肽键平面接近平行、但略呈锯齿状或扇形。β-片层可由2～5个肽段片层之间经C═O与N—H间形成的氢键来维系，但氢键方向与肽链长轴方向相垂直（图2－9），且反平行方式排列在热力学上最为稳定。

大多数球状蛋白质分子中，α-螺旋与β-片层结构都同时存在，且是各种蛋白质分子中的主要二级结构，但各占氨基酸组成的比例不同，如表2－6所示。胰岛素分子中约有14%的氨基酸残基组成β-片层结构，而胰糜蛋白酶分子中约有45%氨基酸残基组成β-片层二级结构，β-片层二级结构的可塑性比较大。

www.medkaoyan.net医学考研网

6

? 3. β－转角（β－turn，T），指肽链出现180o左右转向回折时的“U”形有规律的二级

结构单元，空间结构靠第1个氨基酸残基上的C═O隔两个氨基酸残基与第4个氨基酸残基上的N—H形成的氢键来维持其稳定，氢键中包括10～12个原子，因此较α-螺旋卷曲得更紧密。β-转角还有几种亚型，在球状蛋白质中含量丰富，且大多存在于球状蛋白质分子的表面，因此为蛋白质生物活性的重要空间结构部位。

4. π-螺旋（π-helix）：主要存在于胶原蛋白分子中，肽链以4.4个氨基酸残基盘旋一

圈，靠与螺旋长轴基本平行的氢键维持螺旋的稳定，氢键跨18个原子，故又称4.418螺旋。它是比α-螺旋稍大而疏松的左手螺旋。在胶原蛋白分子中，三股左手螺旋再盘曲形成稳定的右手超螺旋，进一步缩合形成胶原微纤维。

5. 随意卷曲（randon coil）：又称无规律卷曲，是指各种蛋白质分子中彼此各不相同、

没有共同规律可遵循的那些肽段空间结构，它是蛋白质分子中一系列无序构象的总称，也可以说是各种蛋白质分子中的特征性二级结构。因为在蛋白质分子中，并不是所有肽段都形成有序的α-螺旋、β-片层、β-转角等二级结构的，而是有相当部分的肽段，其二级结构在各蛋白质分子间彼此并不相似，无共同规律可遵循，它也普遍存在于各种天然蛋白质分子中，同时也是蛋白质分子结构和功能的重要组成部分。

蛋白质二级结构、乃至更高层次空间结构的形成，决定于其一级结构。由于一级结构中氨基酸残基侧链R大小与性质的不同，使肽键可形成不同的α-螺旋、β-片层等二级结构。如一段肽段由相邻较多酸性氨基酸组成，由于侧链R解离带了相同的负电荷，因此就同性相斥而不易形成稳定的α-螺旋；又如一个肽段中集中了较多具有大侧链R的氨基酸，因空间位阻也不易形成有序的α-螺旋，而多形成随意卷曲。而胶原蛋白分子中富含小分子的甘氨酸和脯氨酸、羟脯氨酸，空间位阻小，故易形成三股超螺旋，且由于脯氨酸、羟脯氨酸为亚氨基酸，在形成肽键后其氮原子上已无氢原子可形成氢键，因此π-螺旋不稳定，也就进一步形成了三股超螺旋。 6. 超二级结构（super secondary structure）和结构域：近年来随着蛋白质结构与功能研

www.medkaoyan.net医学考研网

7

究的深入，发现不少蛋白质分子中的一些二级结构单元，往往有规则地聚集在一起形成全由α-螺旋、全由β-片层或α-螺旋与β-片层混合、均有的超二级结构基本形式，具体说，形成相对稳定的αα、βββ、βαβ、β2α和αTα等超二级结构（图2－12）又称模体(motif)或模序。具有调控作用的转录因子蛋白质中，就有β

2

α和αTα超二级结构存在。且单个或多个超二级结构，尚可进一步集结起来，形成在蛋白质分子空间结构中明显可区分的区域，称结构域（图2－13），它们分别又是蛋白质分子中的一个个功能单位，故不严格地又称之为功能域。蛋白质的结构域一般由40～400个氨基酸残基组成。

蛋白质超二级结构和结构域的重要性，还在于它们往往分别是由该蛋白质相应基因的DNA链上不同的外显子编码的。体内蛋白质生物合成时，甚至可将分布在不同染色体上的外显子，通过重组合成出含有不同结构域组成的蛋白质。但因含有一些相同的结构域，因此就可生成一些具有相似功能的蛋白质，形成蛋白质家族（protein family），和合成特异性不同的各种免疫球蛋白分子等。又由于结构域仅是大分子蛋白质中的一个部分，相对较小，比较容易研究其结构和功能的关系，因此结构域已成为目前蛋白质结构、功能研究中的一个关注焦点与热门课题。 （三） 蛋白质的三级结构（tertiary structure）

蛋白质的三级结构是指整条多肽链中所有氨基酸残基，包括相距甚远的氨基酸残基主链和侧链所形成的全部分子结构。因此有些在一级结构上相距甚远的氨基酸残基，经肽链折叠在空间结构上可以非常接近。

例如肌红蛋白是一条由153个氨基酸残基组成的肽链，分子中由八个肽段分别形成A～H八段α－螺旋，再进一步通过AB、CD等一些β－转角与随意卷曲连接，进一步地折叠形成接近球状的分子三级结构，分子大小为4.3nm×3.5nm×2.3nm（43A×35A×23A）。临床上也通过测定病人血中的肌红蛋白来鉴别诊断心绞痛还是心肌梗死.

自然界大多数蛋白质都是由一条肽链组成的，因此相对稳定的三级结构就是其特征

www.medkaoyan.net医学考研网

8

???