和 5．2 个氨基酸残基，它们不如 a—螺旋稳定，π－ 螺旋则更松散，这些螺旋仅存在 于包含少数氨基酸的短片段中，而且它们对大多数蛋白质的结构不重要。脯氨酸是亚氨基酸， 在肽链中其残基的丙基侧链与氨基通过共价键可形成吡咯环结构，N—Ca 键不能旋转，因此， Φ角具有一个固定体值 70°。此外，氮原子上不存在氢，也不可能形成氢键。由于上述两 个原因，含有脯氨基残基的片段部分不可能形成 o—螺旋。事实上，脯氨酸可以看成是 o— 螺旋的中断剂。含有高水平脯氨酸残基的蛋白质趋向于无规则或非周期结构。例如β—酪蛋 白和 asl—酪蛋白中的脯氨酸残基分别占总氨基酸残基的 17％和 8．5％，而且它们均匀地 分布在整个蛋白质的一级结构中。因此，这两种蛋白质不存在。a—螺旋结构，而是呈无规 则卷曲结构。然而，聚脯氨酸能够形成两种螺旋结构，命名为聚脯氨酸 I(PPl)和聚脯氨酸 Ⅱ (PPll)。聚脯氨酸 I 为左手螺旋，每圈螺旋沿螺旋轴上升 0.19nm，每圈螺旋仅含 3.3 个 氨基酸残基，顺式肽健构型；聚脯氨酸Ⅱ也是左手螺旋，肽键呈反式构型，两个残基之间的 距离在轴上投影为 0.31 nm，每圈螺旋仅含 3 个残基。这两种结构能够相互转变，在水溶液 介质中聚脯氨酸Ⅱ更稳定，存在于胶原蛋白中。一条多肽链能否形成 a—螺旋，以及形成的 螺旋是否稳定，与它的氨基酸组成和排列顺序有极大的关系，某些氨基酸侧链的同种电荷静 电排斥效应或立体位阻使得多肽链不能建立 a—螺旋结构。 (2)β—折叠(β－sheet)结构 β—折叠或β折叠片(β－pleated sheet)也称β—结构或β—构象，是蛋白质中又一 种普遍存在的规则构象单元，它是一种具有特殊几何形状(锯齿型)的伸展结构(图 5—5)， 在这一伸展结构中，C＝O 和 N－H 基是在链垂直的方向取向。因此，氢键只能通过较远距离 的两个片段之间形成，而同一肽段的邻近肽键间很难或不能形成氢健，因此单股 9—折叠是 不稳定的，比 o—螺旋更加伸展。β—链通常是 5-15 个氨基酸长，分子中各股β—折叠之 间通过氢键相互作用，组合成一组β—折叠，形成片层结构，一般称为β—折叠片。在片层 结构中残基侧链垂直于片状结构平面，位于折叠平面的上方或下方。按多肽主链中 N—c 的 指向，β—折叠片存在两种类型结构，即平行β—折叠和反平行β—折叠。所谓平行式 (parallel)是所有肽链的 N 末端均在同一侧，即肽链的排列极性(N-C)是一顺的，例如β— 角蛋白，在平行式的β—折叠片结构中链的取向影响氢键的几何构型。而反平行式 (anti-parallel)肽链的 N 末端为一顺一反地排列，呈间隔同向，肽链的极性一顺一倒。 N-H.O 的 3 个原子在同一条直线上(氢键角为 0°)，从而增加了氢键的稳定性。在平行式 β—折叠片结构中，这些原子不在一条直线上，而是形成一定的角度，使氢键稳定性降低。 因此，反平行式的β—折叠片比平行式的更为稳定。二者的结构示意图见图 5—5，电荷和
和 5．2 个氨基酸残基，它们不如 a—螺旋稳定，π－ 螺旋则更松散，这些螺旋仅存在 于包含少数氨基酸的短片段中，而且它们对大多数蛋白质的结构不重要。脯氨酸是亚氨基酸， 在肽链中其残基的丙基侧链与氨基通过共价键可形成吡咯环结构，N—Ca 键不能旋转，因此， Φ角具有一个固定体值 70°。此外，氮原子上不存在氢，也不可能形成氢键。由于上述两 个原因，含有脯氨基残基的片段部分不可能形成 o—螺旋。事实上，脯氨酸可以看成是 o— 螺旋的中断剂。含有高水平脯氨酸残基的蛋白质趋向于无规则或非周期结构。例如β—酪蛋 白和 asl—酪蛋白中的脯氨酸残基分别占总氨基酸残基的 17％和 8．5％，而且它们均匀地 分布在整个蛋白质的一级结构中。因此，这两种蛋白质不存在。a—螺旋结构，而是呈无规 则卷曲结构。然而，聚脯氨酸能够形成两种螺旋结构，命名为聚脯氨酸 I(PPl)和聚脯氨酸 Ⅱ (PPll)。聚脯氨酸 I 为左手螺旋，每圈螺旋沿螺旋轴上升 0.19nm，每圈螺旋仅含 3.3 个 氨基酸残基，顺式肽健构型；聚脯氨酸Ⅱ也是左手螺旋，肽键呈反式构型，两个残基之间的 距离在轴上投影为 0.31 nm，每圈螺旋仅含 3 个残基。这两种结构能够相互转变，在水溶液 介质中聚脯氨酸Ⅱ更稳定，存在于胶原蛋白中。一条多肽链能否形成 a—螺旋，以及形成的 螺旋是否稳定，与它的氨基酸组成和排列顺序有极大的关系，某些氨基酸侧链的同种电荷静 电排斥效应或立体位阻使得多肽链不能建立 a—螺旋结构。 (2)β—折叠(β－sheet)结构 β—折叠或β折叠片(β－pleated sheet)也称β—结构或β—构象，是蛋白质中又一 种普遍存在的规则构象单元，它是一种具有特殊几何形状(锯齿型)的伸展结构(图 5—5)， 在这一伸展结构中，C＝O 和 N－H 基是在链垂直的方向取向。因此，氢键只能通过较远距离 的两个片段之间形成，而同一肽段的邻近肽键间很难或不能形成氢健，因此单股 9—折叠是 不稳定的，比 o—螺旋更加伸展。β—链通常是 5-15 个氨基酸长，分子中各股β—折叠之 间通过氢键相互作用，组合成一组β—折叠，形成片层结构，一般称为β—折叠片。在片层 结构中残基侧链垂直于片状结构平面，位于折叠平面的上方或下方。按多肽主链中 N—c 的 指向，β—折叠片存在两种类型结构，即平行β—折叠和反平行β—折叠。所谓平行式 (parallel)是所有肽链的 N 末端均在同一侧，即肽链的排列极性(N-C)是一顺的，例如β— 角蛋白，在平行式的β—折叠片结构中链的取向影响氢键的几何构型。而反平行式 (anti-parallel)肽链的 N 末端为一顺一反地排列，呈间隔同向，肽链的极性一顺一倒。 N-H.O 的 3 个原子在同一条直线上(氢键角为 0°)，从而增加了氢键的稳定性。在平行式 β—折叠片结构中，这些原子不在一条直线上，而是形成一定的角度，使氢键稳定性降低。 因此，反平行式的β—折叠片比平行式的更为稳定。二者的结构示意图见图 5—5，电荷和
位阻通常对β—折叠片结构的存在没有很大的影响。 β—折叠结构一般比α—螺旋稳定。蛋白质中若含有较高比例的β—折叠结构，往往 需要高的温度才能使蛋白质变性。例如，β—乳球蛋白(51％β—折叠)和大豆 11s 球蛋白 (64％α—折叠)的热变性温度分别为 75.6℃和 84.5℃。然而，中血清清蛋白中含有大约 64％ α—螺旋结构，变性温度仅为 64℃。加热和冷却蛋白质溶液，通常可以使—螺旋转变为卢 —折叠结构。但是，β—折叠向α—螺旋转变的现象迄今在蛋白质中尚未发现。β—转角(β -turn)也称回折或β—弯曲(β-bend)是蛋白质中常见的又一种二级结构(图 5—6 和图 5—7)，它是形成β—折叠时多肽链反转 180°的结果。发夹弯曲结构是反平行β—折叠形 成的，交叉弯曲则是由平行β—折叠形成的结构。β—转角由 4 个氨基酸残基构成，通过氢 键稳定。在β—转角中常见的氨基酸有天冬氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸和 酪氨酸。 5．3．1．3 超二级结构(super-secondarγ structure) 蛋白质结构分析已经证明，在蛋白质结构中，常常发现两个或几个二级结构单元被连 接多肽连接起来，进一步组合成有特殊的几何排列的局域空间结构，这些局域空间结构称为 超二级结构或简称 motif。图 5—8 所表示的是由两个。—螺旋与连接多肽组成的最简单的 具备特殊功能的超二级结构。 5．3．1．4 三级结构(tertiarγ structure) 蛋白质的三级结构是指含α—螺旋、β—弯曲和β—折叠或无规卷曲等二级结构的 蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列。尽管许多蛋白质的三级 结构已经充分了解，但很难用简单的方式来表示这种结构。大多数蛋白质含有 100 个以上的 氨基酸残基，虽然在平面上表示的三维空间结构可以给人以深刻的印象，但这些描述仅仅是 示意图(图 5—9)。 蛋白质从线性构型转变成折叠的三级结构是一个复杂的过程。当蛋白质肽链局部的肽 段形成二级结构以及它们之间进一步相互作用成为超二级结构后，仍有一些肽段中的单键在 不断运动旋转，肽链中的各个部分，包括已知相对稳定的超二级结构以及还未键合的部分， 继续相互作用，使整个肽链的内能进一步降低，分子变得更为稳定。因此，在分子水平上， 蛋白质结构形成的细节存在于氨基酸序列中。也就是说，三维构象是多肽链的各个单键的旋 转自由度受到各种限制的结果。从能量观点上看，三级结构的形成包括：蛋白质中不同基团 之间的各种相互作用(疏水、静电和范德华力的相互作用)的优化；最佳状态氢键的形成，使 蛋白质分子的吉布斯自由能尽可能的降低到最低值
位阻通常对β—折叠片结构的存在没有很大的影响。 β—折叠结构一般比α—螺旋稳定。蛋白质中若含有较高比例的β—折叠结构，往往 需要高的温度才能使蛋白质变性。例如，β—乳球蛋白(51％β—折叠)和大豆 11s 球蛋白 (64％α—折叠)的热变性温度分别为 75.6℃和 84.5℃。然而，中血清清蛋白中含有大约 64％ α—螺旋结构，变性温度仅为 64℃。加热和冷却蛋白质溶液，通常可以使—螺旋转变为卢 —折叠结构。但是，β—折叠向α—螺旋转变的现象迄今在蛋白质中尚未发现。β—转角(β -turn)也称回折或β—弯曲(β-bend)是蛋白质中常见的又一种二级结构(图 5—6 和图 5—7)，它是形成β—折叠时多肽链反转 180°的结果。发夹弯曲结构是反平行β—折叠形 成的，交叉弯曲则是由平行β—折叠形成的结构。β—转角由 4 个氨基酸残基构成，通过氢 键稳定。在β—转角中常见的氨基酸有天冬氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸和 酪氨酸。 5．3．1．3 超二级结构(super-secondarγ structure) 蛋白质结构分析已经证明，在蛋白质结构中，常常发现两个或几个二级结构单元被连 接多肽连接起来，进一步组合成有特殊的几何排列的局域空间结构，这些局域空间结构称为 超二级结构或简称 motif。图 5—8 所表示的是由两个。—螺旋与连接多肽组成的最简单的 具备特殊功能的超二级结构。 5．3．1．4 三级结构(tertiarγ structure) 蛋白质的三级结构是指含α—螺旋、β—弯曲和β—折叠或无规卷曲等二级结构的 蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列。尽管许多蛋白质的三级 结构已经充分了解，但很难用简单的方式来表示这种结构。大多数蛋白质含有 100 个以上的 氨基酸残基，虽然在平面上表示的三维空间结构可以给人以深刻的印象，但这些描述仅仅是 示意图(图 5—9)。 蛋白质从线性构型转变成折叠的三级结构是一个复杂的过程。当蛋白质肽链局部的肽 段形成二级结构以及它们之间进一步相互作用成为超二级结构后，仍有一些肽段中的单键在 不断运动旋转，肽链中的各个部分，包括已知相对稳定的超二级结构以及还未键合的部分， 继续相互作用，使整个肽链的内能进一步降低，分子变得更为稳定。因此，在分子水平上， 蛋白质结构形成的细节存在于氨基酸序列中。也就是说，三维构象是多肽链的各个单键的旋 转自由度受到各种限制的结果。从能量观点上看，三级结构的形成包括：蛋白质中不同基团 之间的各种相互作用(疏水、静电和范德华力的相互作用)的优化；最佳状态氢键的形成，使 蛋白质分子的吉布斯自由能尽可能的降低到最低值
在已知三级结构的水溶性蛋白质中，发现在三级结构形成的过程中，大多数疏水性氨 基酸残基重新取向后定位在蛋白质结构的内部，而大多数亲水性氨基酸残基，特别是带电荷 的氨基酸则较均匀的分布在蛋白质—水界面，同时伴随着吉布斯自由能的降低。但也发现一 些例外，如电荷的各向异性分布可能出现，使得蛋白质有确定的生物功能(如蛋白酶)。就某 些蛋白质而言，不溶于水而溶于有机溶剂(如作为脂类载体的脂蛋白)，其分子表面分布较多 的疏水性氨基酸残基。 从上述氨基酸残基在蛋白质中的分布，不难进一步推测一些基的肽段多数是处于球状蛋 白质的内部，富含亲水残基的肽段应该更多的出现在球状蛋白质的表面。然而，这只是简单 的推测，事实上，并非完全如此。在大多数球状蛋白质中，水可达到的界面有 40％一 50％ 被非极性基团占据，同时部分极性基团不可避免的埋藏在蛋白质的内部，而且总是能与其他 极性基团发生氢键键合，以至于使蛋白质内部非极性环境中的吉布斯自由能降低到最小。另 外，球状蛋白质的三级结构的特征离不开各种不同类型的二级结构在蛋白质中的分布。原则 上，一些相对规则的α—螺旋和β—折叠分布在球状蛋白质的内部，而且压积得很紧密，致 使球状蛋白成为致密的结构；那些连接α—螺旋和β—折叠的规则性相对差一些的二级结 构，转角和环状以及特定的“无规”卷曲，则更多的分布在球状蛋白质的外围。 蛋白质一级结构中亲水性和疏水性氨基酸残基的比例和分布，影响蛋白质的某些物理化 学性质。例如，蛋白质分子的形状可通过氨基酸的序列预测，如果一个蛋白质分子含有大量 的亲水性氨基酸残基，并且均匀的分布在多肽链中，那么蛋白质分子将为伸长或呈棒状形。 这是因为在相对分子质量一定时，相对于体积而言，棒状形具有较大的表面积，于是更多的 疏水性氨基酸残基分布在表面；反之，当蛋白质含有大量的疏水性氨基酸残基，蛋白质则为 球形，它的表面积和体积之比最小，使更多的疏水性基团埋藏在蛋白质内部。 5．3．1．5 四级结构(quaternarγ structure) 蛋白质的四级结构可定义为一些特定三级结构的肽链通过非共价键形成大分子体系时 的组合方式，是指含有多于一条多肚链的蛋白质的空间排列。它是蛋白质三级结构的亚单位 通过非共价键缔合的结果．这些亚单位可能是相同的或不同的，它们的排列方式可以是对称 的，也可以是不对称的。稳定四级结构的力或键(除二疏交联键外)与稳定三级结构的那些键 相同。 某些生理上重要的蛋白质是以二聚体、三聚体、四聚体等多聚体形式存在。任何四级 结构的蛋白质(又称四级复合物或寡聚体)都是由蛋白质亚基(或称亚单位)即单体构成。根据 亚基的组成可分为由相同亚基和不同亚基构成的两大类型。在各个体系中亚基的数目或不同
在已知三级结构的水溶性蛋白质中，发现在三级结构形成的过程中，大多数疏水性氨 基酸残基重新取向后定位在蛋白质结构的内部，而大多数亲水性氨基酸残基，特别是带电荷 的氨基酸则较均匀的分布在蛋白质—水界面，同时伴随着吉布斯自由能的降低。但也发现一 些例外，如电荷的各向异性分布可能出现，使得蛋白质有确定的生物功能(如蛋白酶)。就某 些蛋白质而言，不溶于水而溶于有机溶剂(如作为脂类载体的脂蛋白)，其分子表面分布较多 的疏水性氨基酸残基。 从上述氨基酸残基在蛋白质中的分布，不难进一步推测一些基的肽段多数是处于球状蛋 白质的内部，富含亲水残基的肽段应该更多的出现在球状蛋白质的表面。然而，这只是简单 的推测，事实上，并非完全如此。在大多数球状蛋白质中，水可达到的界面有 40％一 50％ 被非极性基团占据，同时部分极性基团不可避免的埋藏在蛋白质的内部，而且总是能与其他 极性基团发生氢键键合，以至于使蛋白质内部非极性环境中的吉布斯自由能降低到最小。另 外，球状蛋白质的三级结构的特征离不开各种不同类型的二级结构在蛋白质中的分布。原则 上，一些相对规则的α—螺旋和β—折叠分布在球状蛋白质的内部，而且压积得很紧密，致 使球状蛋白成为致密的结构；那些连接α—螺旋和β—折叠的规则性相对差一些的二级结 构，转角和环状以及特定的“无规”卷曲，则更多的分布在球状蛋白质的外围。 蛋白质一级结构中亲水性和疏水性氨基酸残基的比例和分布，影响蛋白质的某些物理化 学性质。例如，蛋白质分子的形状可通过氨基酸的序列预测，如果一个蛋白质分子含有大量 的亲水性氨基酸残基，并且均匀的分布在多肽链中，那么蛋白质分子将为伸长或呈棒状形。 这是因为在相对分子质量一定时，相对于体积而言，棒状形具有较大的表面积，于是更多的 疏水性氨基酸残基分布在表面；反之，当蛋白质含有大量的疏水性氨基酸残基，蛋白质则为 球形，它的表面积和体积之比最小，使更多的疏水性基团埋藏在蛋白质内部。 5．3．1．5 四级结构(quaternarγ structure) 蛋白质的四级结构可定义为一些特定三级结构的肽链通过非共价键形成大分子体系时 的组合方式，是指含有多于一条多肚链的蛋白质的空间排列。它是蛋白质三级结构的亚单位 通过非共价键缔合的结果．这些亚单位可能是相同的或不同的，它们的排列方式可以是对称 的，也可以是不对称的。稳定四级结构的力或键(除二疏交联键外)与稳定三级结构的那些键 相同。 某些生理上重要的蛋白质是以二聚体、三聚体、四聚体等多聚体形式存在。任何四级 结构的蛋白质(又称四级复合物或寡聚体)都是由蛋白质亚基(或称亚单位)即单体构成。根据 亚基的组成可分为由相同亚基和不同亚基构成的两大类型。在各个体系中亚基的数目或不同
亚墓的比例可能有很大的差别。相同亚基构成的多聚体称为同源(homogeneous)多聚体，例 如胰岛素通常是 同源二聚体(homo-dimer)；由不 同亚基形成 的多聚体则 成为异源 (heterogeneous)多聚体，一些糖蛋白激素(如绒毛膜促性腺激素，促甲状腺素)是异源二聚 体，含有α—和β—亚基各一个。血红蛋白是异源四聚体，含有α—和β—亚基各两个。有 些蛋白质的亚基类型可在 3 种或 3 种以上。有的蛋白质在不同 pH 介质中可形成不同聚合度 的蛋白质，如乳清中的β—乳球蛋白亚基是相同的，在 pH 为 5-8 时以二聚体存在，pH 为 3～ 5 时呈现八聚体形式，当 pH≥8 时则以单体形式存在。 蛋白质寡聚体结构的形成是由于多肽链—多肽链之间特定相互作用的结果。在亚基间 不存在共价键，亚基间的相互作用都是非共价键。例如氢键、疏水相互作用和静电相互作用。 疏水氨基酸残基所占的比例较显著地影响寡聚蛋白形成的倾向。蛋白质中的疏水氨基酸残基 含量超过 30％时，比疏水氨基酸含量较低的蛋白质更容易形成寡聚体。 从热力学观点看，使亚基中暴露的殖水表面埋藏，是蛋白质四级结构形成的首要驱动 力。当蛋白质中疏水氨基酸残基含量高于 30％时，在物理的角度上，已不可能形成将所有 非极性基团埋藏的结构。通常只是有可能使疏水小区存在，这些毗连单体间小区的相互作用 将导致二聚体、三聚体等的形成(图 5—10)。从动力学看，一般的寡聚体的装配过程是几个 亚基随机地碰撞，因此装配过程是一个二级反应，速率和装配程度均是亚基浓度的函数。 5。3．2 维持和稳定蛋白质结构的作用力 蛋白质是一大类具有特定结构的生物大分子，它同任何分子一样，只有在分子内存 在着某些特定的相互作用时，分子中一些原于或基团问的相对位置才能得到固定，呈现某种 稳定的立体结构。另外，从热力学观点看，任何一种伸展的长链分于基本上都是处于不稳定 的高能态。为了使蛋白质处于热力学稳定的天然构象，必须是使适合于该构象的各种相互作 用达到最大，而其他不适宜的相互作用减低至最小，这样蛋白质的整个吉布斯自由能将是一 个最低值。 蛋白质形成二级、三级和四级结构，并使之保持稳定的相互作用力包括两类：①蛋白 质分子内固有的作用力，所产生的分子内相互作用(即范德华相互作用和空间相互作用)；② 周围溶剂影响所产生的分于内相互作用(包括氢键、静电和疏水相互作用)。 (1)空间张力 从理论上说，在没有空间位阻的情况下，Φ和Ψ可在 360‘内自由旋转。但氨基酸残 基具有大小不同的侧链，由于侧链的空间位阻使Φ和Ψ的转动受到很大限制，它们只能取一 定的旋转自由度。正因为如此，多肽链的序列仅能有几个有限的构象。肽单位平面几何形状
亚墓的比例可能有很大的差别。相同亚基构成的多聚体称为同源(homogeneous)多聚体，例 如胰岛素通常是 同源二聚体(homo-dimer)；由不 同亚基形成 的多聚体则 成为异源 (heterogeneous)多聚体，一些糖蛋白激素(如绒毛膜促性腺激素，促甲状腺素)是异源二聚 体，含有α—和β—亚基各一个。血红蛋白是异源四聚体，含有α—和β—亚基各两个。有 些蛋白质的亚基类型可在 3 种或 3 种以上。有的蛋白质在不同 pH 介质中可形成不同聚合度 的蛋白质，如乳清中的β—乳球蛋白亚基是相同的，在 pH 为 5-8 时以二聚体存在，pH 为 3～ 5 时呈现八聚体形式，当 pH≥8 时则以单体形式存在。 蛋白质寡聚体结构的形成是由于多肽链—多肽链之间特定相互作用的结果。在亚基间 不存在共价键，亚基间的相互作用都是非共价键。例如氢键、疏水相互作用和静电相互作用。 疏水氨基酸残基所占的比例较显著地影响寡聚蛋白形成的倾向。蛋白质中的疏水氨基酸残基 含量超过 30％时，比疏水氨基酸含量较低的蛋白质更容易形成寡聚体。 从热力学观点看，使亚基中暴露的殖水表面埋藏，是蛋白质四级结构形成的首要驱动 力。当蛋白质中疏水氨基酸残基含量高于 30％时，在物理的角度上，已不可能形成将所有 非极性基团埋藏的结构。通常只是有可能使疏水小区存在，这些毗连单体间小区的相互作用 将导致二聚体、三聚体等的形成(图 5—10)。从动力学看，一般的寡聚体的装配过程是几个 亚基随机地碰撞，因此装配过程是一个二级反应，速率和装配程度均是亚基浓度的函数。 5。3．2 维持和稳定蛋白质结构的作用力 蛋白质是一大类具有特定结构的生物大分子，它同任何分子一样，只有在分子内存 在着某些特定的相互作用时，分子中一些原于或基团问的相对位置才能得到固定，呈现某种 稳定的立体结构。另外，从热力学观点看，任何一种伸展的长链分于基本上都是处于不稳定 的高能态。为了使蛋白质处于热力学稳定的天然构象，必须是使适合于该构象的各种相互作 用达到最大，而其他不适宜的相互作用减低至最小，这样蛋白质的整个吉布斯自由能将是一 个最低值。 蛋白质形成二级、三级和四级结构，并使之保持稳定的相互作用力包括两类：①蛋白 质分子内固有的作用力，所产生的分子内相互作用(即范德华相互作用和空间相互作用)；② 周围溶剂影响所产生的分于内相互作用(包括氢键、静电和疏水相互作用)。 (1)空间张力 从理论上说，在没有空间位阻的情况下，Φ和Ψ可在 360‘内自由旋转。但氨基酸残 基具有大小不同的侧链，由于侧链的空间位阻使Φ和Ψ的转动受到很大限制，它们只能取一 定的旋转自由度。正因为如此，多肽链的序列仅能有几个有限的构象。肽单位平面几何形状
的变形或键的伸长与弯曲改变，都会引起分子自由能的增加。因此，多肽链的折叠必须避免 键长和键角的畸变。 (2)范德华力 蛋白质中所有原子都在不断的运动，原于中的电子也在绕着原于核不停地运动。因此， 一些原子的正负电荷在某一瞬间也可能有相对的偏移，形成瞬间偶极。这些诱导的瞬间偶极 之间可能发生吸引和排斥相互作用，这种作用被称为色散力，作用力的大小与原子间的距离 (r)有关，吸引力与 r6 成反比，而相互间的排斥力与 r12 成反比。尽管这种色散力很弱(一 般在-0．17－0．8kJ／mol 范围)，只在很短的距离内有作用，但是由于蛋白质分子内的原 子数目是大量的，这种色散力也不容忽视(表 5—9)。就蛋白质而论，这种相互作用力同样 与 d 碳原子周围扭转角(Φ和Ψ)有关(田 J—2)。距离大时不存在相互作用力，当距离小时 可产生吸引力．距离更小咖 U 产生排斥力。原子间存在的范德华吸引力包括偶极—偶极作用 力(例如，肽键和丝氨酸是偶极相互作用力)、偶极－诱导导偶极相互作用力和色散力，后者 是最重要的一种力。 (3)静电相互作用 蛋白质可看成是多聚电解质，因为氨基酸的侧链(例如天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸、 赖氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸)以及碳和氮末端氨基酸的可解离基团均参与酸碱平衡， 肽键中的。α—氨基和α—羧基在蛋白质的离于性中只占很小的一部分。 由于蛋白质氨基酸中可解离侧链基团很多(占残基总数的 30％～50％)。在中性 pH，天 冬氨酸和甘氨酸残基带负电荷，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸带正电荷；在碱性 pH，半胱氨 酸和酪氨酸残基带负电荷。在中性 pH，蛋白质带净负电荷或净正电荷，取决于蛋白质分子 中所带负电荷和正电荷残基的相对数目。蛋白质分子净电荷为零时的 pH 定义为蛋白质的等 电点 pI。等电点 pH 不同于等高子点(isoionic point)，等离子点是指不存在电解质时蛋白 质溶液的 pH。 蛋白质分子中大部分可解离基团，也就星说．除少数例外，几乎所有带电荷的基团都 是位于蛋白质分子表面。在中性 pH，蛋白质分子带有净正电荷或净负电荷，因此可以预料， 蛋白质分子中带有同种电荷的基团，会因静电排斥作用而导致蛋白质结构的不稳定性。同样 也有理由认为，蛋白质分子中在某一特定关键部位上，带异种电荷的基团之间，由于相互的 静电吸引作用，将对蛋白质结构的稳定性有着重要的贡献。事实上，在水溶液中，由于水有 很高的介电常数，蛋白质的排斥力和吸引力强度已降低到了最小值．37℃时其静电相互作用 能仅为±5．8 一±3．5kJ／mol。因此，处在蛋白质分子衷面的带电基团对蛋白质结构的稳
的变形或键的伸长与弯曲改变，都会引起分子自由能的增加。因此，多肽链的折叠必须避免 键长和键角的畸变。 (2)范德华力 蛋白质中所有原子都在不断的运动，原于中的电子也在绕着原于核不停地运动。因此， 一些原子的正负电荷在某一瞬间也可能有相对的偏移，形成瞬间偶极。这些诱导的瞬间偶极 之间可能发生吸引和排斥相互作用，这种作用被称为色散力，作用力的大小与原子间的距离 (r)有关，吸引力与 r6 成反比，而相互间的排斥力与 r12 成反比。尽管这种色散力很弱(一 般在-0．17－0．8kJ／mol 范围)，只在很短的距离内有作用，但是由于蛋白质分子内的原 子数目是大量的，这种色散力也不容忽视(表 5—9)。就蛋白质而论，这种相互作用力同样 与 d 碳原子周围扭转角(Φ和Ψ)有关(田 J—2)。距离大时不存在相互作用力，当距离小时 可产生吸引力．距离更小咖 U 产生排斥力。原子间存在的范德华吸引力包括偶极—偶极作用 力(例如，肽键和丝氨酸是偶极相互作用力)、偶极－诱导导偶极相互作用力和色散力，后者 是最重要的一种力。 (3)静电相互作用 蛋白质可看成是多聚电解质，因为氨基酸的侧链(例如天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸、 赖氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸)以及碳和氮末端氨基酸的可解离基团均参与酸碱平衡， 肽键中的。α—氨基和α—羧基在蛋白质的离于性中只占很小的一部分。 由于蛋白质氨基酸中可解离侧链基团很多(占残基总数的 30％～50％)。在中性 pH，天 冬氨酸和甘氨酸残基带负电荷，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸带正电荷；在碱性 pH，半胱氨 酸和酪氨酸残基带负电荷。在中性 pH，蛋白质带净负电荷或净正电荷，取决于蛋白质分子 中所带负电荷和正电荷残基的相对数目。蛋白质分子净电荷为零时的 pH 定义为蛋白质的等 电点 pI。等电点 pH 不同于等高子点(isoionic point)，等离子点是指不存在电解质时蛋白 质溶液的 pH。 蛋白质分子中大部分可解离基团，也就星说．除少数例外，几乎所有带电荷的基团都 是位于蛋白质分子表面。在中性 pH，蛋白质分子带有净正电荷或净负电荷，因此可以预料， 蛋白质分子中带有同种电荷的基团，会因静电排斥作用而导致蛋白质结构的不稳定性。同样 也有理由认为，蛋白质分子中在某一特定关键部位上，带异种电荷的基团之间，由于相互的 静电吸引作用，将对蛋白质结构的稳定性有着重要的贡献。事实上，在水溶液中，由于水有 很高的介电常数，蛋白质的排斥力和吸引力强度已降低到了最小值．37℃时其静电相互作用 能仅为±5．8 一±3．5kJ／mol。因此，处在蛋白质分子衷面的带电基团对蛋白质结构的稳