蛋白质结构的层次与测定方法

蛋白质结构是生物分子研究的核心领域，因为它们的结构与功能密切相关。蛋白质结构通常分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

图1

1、一级结构（Primary Structure）:

（1）描述的是蛋白质的氨基酸序列。

（2）这一连续的氨基酸链是通过肽键连接的。

（3）一级结构决定了蛋白质的身份和许多其生物学性质。

（4）测定方法：

• 氨基酸测序：例如Edman降解法，可以连续地从蛋白质的一端切割并识别氨基酸。

• 质谱分析：特别是串联质谱，可以用于识别和测定氨基酸序列。

2、二级结构（Secondary Structure）:

（1）描述的是蛋白质局部的折叠模式，例如α-螺旋和β-折叠。

（2）由氢键引起的局部稳定结构，氢键是在氨基酸的主链之间形成的。

（3）这些模式为蛋白质的三维结构提供了框架。

（4）测定方法：

• 圆二色光谱（CD）：用于检测蛋白质中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲的内容。

• 红外光谱（IR）：可以用于分析蛋白质的二级结构。

3、三级结构（Tertiary Structure）:

（1）描述的是单个多肽链完整的三维结构。

（2）三级结构是由于氨基酸的R基团之间的相互作用（如疏水作用、离子键、氢键和二硫键）引起的折叠。

（3）描述了蛋白质的整体空间排列。

（4）测定方法:

• X射线晶体学：分析纯化并结晶化的蛋白质样品，获得蛋白质的高分辨率三维结构。

• 核磁共振（NMR）光谱：在液态条件下获得蛋白质的三维结构信息。

• 冷冻电镜（Cryo-EM）：用于获得大分子复合物的三维结构。

4、四级结构（Quaternary Structure）:

（1）描述的是多个多肽链（亚单位）如何聚集形成完整的蛋白质复合体。

（2）不是所有的蛋白质都有四级结构。只有由两个或更多的多肽链组成的蛋白质才有。例如：血红蛋白由4个多肽链组成。

（3）测定方法

• X射线晶体学和冷冻电镜：都可以用来分析大分子复合物的结构。

• 凝胶过滤色谱和亲和色谱：可以用于确定亚基之间的相互作用和组装。

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