蛋白質結構是生物分子研究的核心領域,因為它們的結構與功能密切相關。蛋白質結構通常分為四個層次:一級結構、二級結構、三級結構和四級結構。
圖1
1、一級結構(Primary Structure):
(1)描述的是蛋白質的氨基酸序列。
(2)這一連續的氨基酸鏈是通過肽鍵連接的。
(3)一級結構決定了蛋白質的身份和許多其生物學性質。
(4)測定方法:
氨基酸測序:例如Edman降解法,可以連續地從蛋白質的一端切割并識別氨基酸。
質譜分析:特別是串聯質譜,可以用于識別和測定氨基酸序列。
2、二級結構(Secondary Structure):
(1)描述的是蛋白質局部的折疊模式,例如α-螺旋和β-折疊。
(2)由氫鍵引起的局部穩定結構,氫鍵是在氨基酸的主鏈之間形成的。
(3)這些模式為蛋白質的三維結構提供了框架。
(4)測定方法:
圓二色光譜(CD):用于檢測蛋白質中α-螺旋、β-折疊和無規則卷曲的內容。
紅外光譜(IR):可以用于分析蛋白質的二級結構。
3、三級結構(Tertiary Structure):
(1)描述的是單個多肽鏈完整的三維結構。
(2)三級結構是由于氨基酸的R基團之間的相互作用(如疏水作用、離子鍵、氫鍵和二硫鍵)引起的折疊。
(3)描述了蛋白質的整體空間排列。
(4)測定方法:
X射線晶體學:分析純化并結晶化的蛋白質樣品,獲得蛋白質的高分辨率三維結構。
核磁共振(NMR)光譜:在液態條件下獲得蛋白質的三維結構信息。
冷凍電鏡(Cryo-EM):用于獲得大分子復合物的三維結構。
4、四級結構(Quaternary Structure):
(1)描述的是多個多肽鏈(亞單位)如何聚集形成完整的蛋白質復合體。
(2)不是所有的蛋白質都有四級結構。只有由兩個或更多的多肽鏈組成的蛋白質才有。例如:血紅蛋白由4個多肽鏈組成。
(3)測定方法
X射線晶體學和冷凍電鏡:都可以用來分析大分子復合物的結構。
凝膠過濾色譜和親和色譜:可以用于確定亞基之間的相互作用和組裝。