【生物学中的手性  4.】

（4.  蛋白质的手性）

      蛋白质是手性氨基酸构成的长肽链，这些氨基酸能过缩合反应脱水后的酰胺键（肽键）连接，形成的长链两端显示充分的手性，一是N端为氨基端，另一是C端为羧基端，它们都保持有基团的性能，同时具有典型的手性功能（见图1中的A、B两条肽链）。长链中的每一个氨基酸单元，仍部分保留某一个氨基酸的性能，所以为某氨酸的残基，所以也可说蛋白质是一系列的氨基酸残基串接起来的长肽链。

      蛋白质长肽链很长，设想马它放在一个很小的细胞内，就必然会把它折叠、盘绕等卷曲起来，这样按一定方式的卷曲就形成了蛋白质的空间结构，这样的空间结构规律一是约束它在一定的空间，又要保证它的能量最低，以便让它安静稳定的长期存放。

      蛋白质长肽链的空间结构层次由低到高分为一、二、三、四级结构（见图2）。一级结构就是各氨基酸残基的组成或排列方式（见图2 中的a）。见图1即为牛胰岛素的A、B长链结构。A链为21个氨基酸残基，都为酸性的（氨基酸残基多为酸性），B链为30 个氨基到残基，都为碱性的（氨基酸残基多为碱性）。A、B两条链由两个半胱氨酸脱氢后形成的双硫键（-S-S-）结合钳牢。人与动物的胰岛素都大致相同，都为51个氨基酸残基构成的A、B两条肽链，只是个别残基的组成和排位有所不同。如果人胰岛素的B链中的24位的苯丙氨酸（F）被亮氨酸（L）取代，则胰岛素的活性会下降，并导致糖尿病。

       蛋白质的二级结构是指肽链的局部空间结构，分别有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等结构单元，但总体上以α-螺旋为主（见图2 中的b）。蛋白质的结构主要以右手螺旋为主，这也是因其中的残基主要是右手系的，再就是右手螺旋比较稳定，符合能量最低原则。这也再次体现了手性结合的有机大分子蛋白质的手性特征。

       蛋白质的三级结构是整条肽链的空间结构，是在二级结构的基础上进一步盘曲折叠而形成的更为复杂的卷曲结构，但在局部上有仍然能够辨析出肽链的二级结构单元（见图2中的C）。

       蛋白质的四级结构则是多条肽链绞合形成的更为复杂的空间结构。如是只有单条肽链，或者结合的A、B链，那么三级结构就是最高级结构，但如果有多条肽链，则存在更为复杂的四级结构（见图2 中的d）。如人体的血红蛋白分子共有574个残基，4 条肽链，其中2条肽链各有141个残基，另外2 条各有146个残基。这些肽链形成错综复杂的空间结构，但是可以辨析出有许多右手的α-螺旋结构单元。

       蛋白质的功能与其空间结构密切相关，任何层次上的结构缺失都可能使蛋白质丧失完整的生物活性。小的肽链或无卷曲肽链的比旋光度等于其所有残基的比旋光度之和，而较大且卷曲和有α-螺旋的肽链的比旋光度要比所有残基之和要大，因为卷曲的肽和α-螺旋结构都有一定的旋光性，所以不能是将其所有残基简单相加。据此测定蛋白质的总比旋光度可以知道蛋白质中α-螺旋的相对含量，还可以推测α-螺旋与无规卷曲之间的相互影响。比如动物的胰岛素是A、B两条链联结起来才有生物活性。并且它们都有右手α-螺旋等复杂结构。人胰岛素的比旋光度是－64°，这是其中各氨基酸残基的比旋光度、α-螺旋结构的比旋光度以及整体的立体结构比旋光度之总和。

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