【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 指荷電基團(tuán) 、 偶極以及誘導(dǎo)偶極之間的各種 靜電吸引力 。 ? 酶 、 核酸 、 生物膜 、 蛋白質(zhì)等生物大分子的表面都具有可電離的基團(tuán)和偶極基團(tuán)存在 ， 很容易與含有極性基團(tuán)的底物或抑制劑等生成離子鍵和其它靜電作用 。 （ 1)離子鍵 ? 生物大分子表面的帶電基團(tuán)可以與藥物或底物分子的帶電基團(tuán)形成離子鍵 。 這種鍵可以解離 。 (2)離子－偶極作用 ? 藥物分子和受體分子中 O、 S、 N和 C原子的電負(fù)性均不相等 ， 這些原子形成的鍵由于電負(fù)性差值可以產(chǎn)生偶極現(xiàn)象 。 這種偶極部分與永久電荷可以形成靜電作用 . ? 離子 偶極相互作用一般比離子鍵小得多，鍵能與距離的平方差成反比，由于偶極矩是個(gè)向量，電荷與偶極的取向會(huì)影響藥物 受體的作用強(qiáng)度。如普魯卡因及其衍生物的局部麻醉作用與酯羰基的偶極性質(zhì)有關(guān)。 (3)偶極 偶極相互作用 ? 兩個(gè)原子的電負(fù)性不同 ， 產(chǎn)生價(jià)鍵電子的極化作用 ， 成為持久的偶極兩個(gè)偶極間的作用 。 ? 偶極 — 偶極相互作用的大小 ， 取決于偶極的大小 、 它們之間的距離和相互位置 。 這種相互作用在水溶液中普遍存在 。 ? 它的作用強(qiáng)度比離子 — 偶極作用小 ， 但比偶極 — 誘導(dǎo)偶極作用大 。這種作用對(duì)藥物 — 受體相互作用的特異性和立體選擇性非常重要 ? 氫鍵的形成 氫鍵是由兩個(gè)負(fù)電性原子對(duì)氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊形式的偶極 — 偶極鍵。它是質(zhì)子給予體 XH和質(zhì)子接受體 Y之間的一種特殊類型的相互作用。 ? 氫鍵的大小和方向 氫鍵的鍵能比共價(jià)鍵弱，比范德華力強(qiáng)，在生物體系中為 ～ (28kcal/mol)。鍵長(zhǎng)為 ～ ，比共價(jià)鍵短。氫鍵的方向用鍵角表示，是指 X— H與 H?Y 之間的夾角，一般為 180?～ 250?。 3 范德華力 ? 這是一種普遍存在的作用力 ， 是一個(gè)原子的原子核吸引另一個(gè)原子外圍電子所產(chǎn)生的作用力 。 它是一種比較弱的 、 非特異性的作用力 。 ? 這種作用力非常依賴原子間的距離 ， 當(dāng)相互靠近到大約 ～ (4～ 6A?)時(shí) ， 這種力就表現(xiàn)出較大的集合性質(zhì) 。 ? 范德華力包括引力和排斥力 ， 其中作用勢(shì)能與1/R6成正比的三種作用力 （ 靜電力 、 誘導(dǎo)力和色散力 ） 通稱為范德華引力 。 4疏水作用 ? 疏水作用是指極性基團(tuán)間的靜電力和氫鍵使極性基團(tuán)傾向于聚集在一起，因而排斥疏水基團(tuán)，使疏水基團(tuán)相互聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。 ? 蛋白質(zhì)和酶的表面通常具有極性鏈或區(qū)域，這是由構(gòu)成它們的氨基酸側(cè)鏈上的烷基鏈或苯環(huán)在空間上相互接近時(shí)形成的。 ? 高分子的蛋白質(zhì)可形成分子內(nèi)疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，可以穩(wěn)定生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)。 一 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的 排列順序 ，即氨基酸的 線性序列 。在基因編碼的蛋白質(zhì)中，這種序列是由mRNA中的核苷酸序列決定的。一級(jí)結(jié)構(gòu)中包含的共價(jià)鍵（ covalent bonds）主要指肽鍵 （ peptide bond）和 二硫鍵 （ disulfide bond） 一級(jí)結(jié)構(gòu)確定的原則： 將大化小，逐段分析，制成兩套肽片段 ，找出重疊位點(diǎn)，排出肽的前后位置，最后確定蛋白質(zhì)的完整序列 。 目前往往采用從待測(cè)蛋白質(zhì)的基因序列反推出蛋白質(zhì)的 一級(jí)結(jié)構(gòu) 。 —— 一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定的順序： ? （ 1）測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目 ? （ 2）拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈。 ? （ 3）斷開(kāi)多肽鏈內(nèi)的二硫橋。 ? （ 4）分析每一多肽鏈的氨基酸組成。 ? （ 5）鑒定多肽鏈的 N一末端和 C一末端殘基。 ? （ 6）裂解多肽鏈成較小的片段用兩種或幾種不同 的斷裂方法。 ? （ 7）測(cè)定各肽段的氨基酸序列。 ? （ 8）重建完整多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)。 ? （ 9）確定半胱氨酸殘基間形成的 SS交聯(lián)橋的位置。 二、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鏈的走向。 由于羰基碳 氧雙鍵的靠攏，允許存在共振結(jié)構(gòu)（ resonance structure），碳與氮之間的肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)，由－ CONH構(gòu)成的肽單元呈現(xiàn)相對(duì)的剛性和平面化，肽鍵中的 4個(gè)原子和它相鄰的兩個(gè) α碳原子多處于同一個(gè)平面上。 Cα— C— N— Cα O H — C N— O H + Cα Cα 氨基的 H與羰基的 O幾乎總是呈反式（ trans）而不是順式（ cis）。 蛋白質(zhì)構(gòu)象穩(wěn)定的原因： 1）酰胺平面； 2） R的影響 。 1. 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) —— 指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞方式 （ 1） α螺旋（ αhelix） 結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： 1）螺旋的每圈有 ，螺旋間距離為 ，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn) 100176。 。 2）每個(gè)肽鍵的羰基氧與遠(yuǎn)在第四個(gè)氨基酸氨基上的氫形成氫鍵（ hydrogen bond），氫鍵的走向平行于螺旋軸，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成。 — C— (NH— C— CO)3 N— O H H R (ns) ? 多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為 ,含 基；兩個(gè)氨基酸之間的距離為。 ? 肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的 CO基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的 NH基形成氫鍵 (13個(gè)原子 ) 。 ? 蛋白質(zhì)分子為右手 ?螺旋。 （ 1） ?螺旋 （ 2） β折疊結(jié)構(gòu)（ βpleated sheet） 是一種肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)。肽鏈按層排列，依靠相鄰肽鏈上的羰基和氨基形成的氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。肽鍵的平面性使多肽折疊成片，氨基酸側(cè)鏈伸展在折疊片的上面和下面。 Cα Cα Cα Cα Cα Cα R R R R R R N N C N N C C C 平行 反平行 β折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。 ? ?折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近 垂直 。 ? ?折疊有兩種類型。一種為 平行式 ，即所有肽鏈的 N端都在同一邊。另一種為 反平行式 ，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。 （ 2） ?折疊 ? 在 ?轉(zhuǎn)角部分，由四個(gè)氨基酸殘基組成 。 ? 彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的 C=O 和第四個(gè)殘基的 –NH 之間形成氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 ? 這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。 （ 3） ?轉(zhuǎn)角 ?turn β轉(zhuǎn)角（ βturn） 為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個(gè)氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個(gè)氨基酸的氨基氫上。 N— 1CH— C C 2CH N— H O=C 3CH N C— 4CH— N R R H O H R R O H O β轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行 β折疊片的端頭。 R側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。 R R R R R R R R R 螺旋的橫截面 Pro的 N上缺少 H，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在α螺旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋。 2. 超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 超二級(jí)結(jié)構(gòu) 是 指若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)至三級(jí)結(jié)構(gòu)層次的一種 過(guò)渡態(tài)構(gòu)象層次 。 結(jié)構(gòu)域 是球狀蛋白質(zhì)的 折疊單位 。多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的近似球行的結(jié)構(gòu)，具有部分生物功能。對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由 兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域 締合而成 三級(jí)結(jié)構(gòu) 。 蛋白質(zhì) ?a?結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)域示意圖 3. 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) ?蛋白質(zhì)的 三級(jí)結(jié)構(gòu) (Tertiary Structure)是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團(tuán)相互作用在空間進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。 ?維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有 氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力 等。尤其是 疏水相互作用 ，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。 血紅蛋白 ? 血紅蛋白 是脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞主要組成部分，它的主要功能是運(yùn)輸氧和二氧化碳。 ? 血紅蛋白中，血紅素 Fe原子的第六配價(jià)鍵可以與不同的分子結(jié)合：無(wú)氧存在時(shí)，與水結(jié)合，生成去氧血紅蛋白 (Hb)；有氧存在時(shí)，能夠與氧結(jié)合形成 氧合血紅蛋白 (HbO2)。 ? 血紅蛋白與氧的結(jié)合不牢固，容易離解。 HbO2 的形成和離解受氧的分壓和 pH等因素的影響，氧的分壓和 pH較高時(shí)，有利于血紅蛋白與氧的結(jié)合，反之，則有利于離解。 血紅蛋白的功能 ? 血紅蛋白除了運(yùn)輸氧和CO2外，還能夠?qū)ρ旱膒H起緩沖作用。因?yàn)镠bO2在釋放出一分子氧的同時(shí)，結(jié)合一個(gè)氫質(zhì)子。這樣就可以消除由于呼吸作用產(chǎn)生的