一級構造

蛋白質的構造，可以用人為的方法，把它分成四個層次，以方便說明。其中，構成蛋白質的胺基酸序列，即為其一級構造。

蛋白質的基本骨架是由 N-C-C-N-C-C-N-C-C 這樣的重複序列所構成，也請注意如何去辨認出其兩邊端點、a 碳的位置、如何找出每個胺基酸單位、找出胜鍵的位置。每一個 a 碳上面，都連結有某一胺基酸基團，這些側鏈基團的大大小小、帶電正負、極性非極性等性質，造成蛋白質的構造形狀，也成就了蛋白質的種種生物活性行為。因此，了解二十種胺基酸的構造、性質，對瞭解蛋白質的功能是極為重要的。

當你忘記胺基酸的構造時，畫個十字奇蹟馬上出現。你只要在這十字的中央填上一個碳原子 (叫做 a 碳)，在周圍的四個位置分別填上一個氫原子、胺基、羧基及一個 R 基團，基本的胺基酸構造即完成。

R 基團可以由最簡單的 H 開始填入，就是最簡單的 glycine；再來是 CH₃ 就是 alanine；如此越來越大，並加入其它種類的原子 (如氧或硫)，或額外的胺基或羧基，就可以組成多采多姿的二十種胺基酸。

請注意 a 碳是不對稱的，因為它周圍的四個原子或基團都不相同；只有當 R 基團為氫原子時，是對稱的 a 碳 (因為接有兩個一樣的氫原子)；也就是說只有 glycine 是對稱的胺基酸。因此，除了 glycine 外，其它胺基酸都有其立體異構物，兩立體異構物間的化學式完全一樣，但互相成為鏡像，胺基酸的立體異構物以 L- 及 D-form 來表示之；地球上的生物大都採用 L-from 胺基酸。

由二十種胺基酸基團在蛋白質分子構形中的模擬圖解，可以看出各種基團大小的不同，在蛋白質構造中所造成的不同填充效果；較大的基團 (如 Trp) 可佔據較大的空間，較小如 Gly 者幾乎看不到；非極性的胺基酸基團，都可以作為類似積木般的填充單位。

另外，各種帶有電荷的胺基酸基團，也會對蛋白質的構形或性質做出貢獻；比較 Asp 與 Glu 的側鏈長短不同，因此其基團所帶的負電荷，在空間中伸出的長度也不同。帶有正電的鹼性基團 (如 Lys, Arg) 都有相當長的側鏈基團，因此有相當大的自由活動空間。至於最彆扭的 Pro 則在蛋白質表面轉折成一個急轉角，蛋白質長鏈通常會在此逆轉方向，形成一個 turn。

雖然這二十種胺基酸很稱職地組合成蛋白質的立體構造，但是其反應性基團的活性都不是非常高，無法提供極強力的官能基，以供催化反應時的活性基團。因此，許多蛋白質合成出來之後，經常還要進行各種修飾 (例如磷酸化)，或添加其它輔助因子 (例如金屬或輔脢)，以便達成更複雜的任務。

◆ Lehninger 3D Tutorials Protein Architecture (建構中的教科書立體教學，要 Chime)

這是模擬地下鐵的地圖，並非實際的代謝圖；二十種胺基酸依照其基團的大小、極性、電性等分群，編成虛擬地下鐵的各站。其目的在方便分類並記憶各種胺基酸的性質與構造。

蛋白質的一級構造就是其胺基酸的序列，但若知道某蛋白質的 cDNA 序列，則依遺傳密碼可以翻成胺基酸序列，也是可以得到其一級序列。由於分子生物學的快速發展，使得要定出某蛋白質的 cDNA 序列非常方便，現今多以此方法定整條蛋白質的序列。

但每段 DNA 有兩股，每股可以推出三種序列，因為密碼是三個核甘酸為一組，因此總共有六種可能的序列。這六種序列中，僅有一條是真的胺基酸序列；其實這並不難辨認，因為不是蛋白質的基因序列，序列中會插有很多終止密碼，因此所翻譯出來的胺基酸序列，都斷斷續續的。

早期是一個一個直接把 N-端的胺基酸切下來，再檢定是何種胺基酸，F. Sanger 如此定出了胰島素的序列，也得到他的第一個諾貝爾獎。後來 Sanger 又因發展出核酸的定序方法，得到他的第二個諾貝爾獎，他這一生似乎都與巨分子的序列有關。

胜汰鍵看似單鍵，但 C-N 鍵旁的 C=O 雙鍵會與它產生共振，因此具有雙鍵的性質；且中心的 C 與 N 原子都是使用 sp2 軌道，因此其前後六個原子都躺在同一平面上，稱為胜汰平面 (如上圖虛線所圍起)。注意每一個胺基酸的中心是 a 碳，而兩個 a 碳之間是以胜汰平面連在一起，因此蛋白質可以說是由許多胜汰平面以 a 碳為接點連成的。


蛋白質構造	蛋白質純化	蛋白質分析	其他連結
巨分子	鹽溶及鹽析	蛋白質定量法	生物技術中心
一級構造	膠體過濾法	酵素活性分析	生物技術核心實驗
二級構造	離子交換法	膠體電泳法	酵素純化與分析
三級構造	親和層析法	免疫轉印法	流程圖 A 種
四級構造	純化策略	Proteomics	流程圖 B 種


	蛋白質構造
	一級構造	．蛋白質的骨架
		．胺基酸的基本構造
		．組成蛋白質的二十種胺基酸
		．胺基酸模擬地下鐵道圖
		．一級構造
		．Sanger 定出胰島素序列
		．胜汰鍵

■ 蛋白質的骨架
圖例

	蛋白質一級構造骨架的一些特徵。
	蛋白質的構造，可以用人為的方法，把它分成四個層次，以方便說明。其中，構成蛋白質的胺基酸序列，即為其一級構造。蛋白質的基本骨架是由 N-C-C-N-C-C-N-C-C 這樣的重複序列所構成，也請注意如何去辨認出其兩邊端點、a 碳的位置、如何找出每個胺基酸單位、找出胜鍵的位置。每一個 a 碳上面，都連結有某一胺基酸基團，這些側鏈基團的大大小小、帶電正負、極性非極性等性質，造成蛋白質的構造形狀，也成就了蛋白質的種種生物活性行為。因此，了解二十種胺基酸的構造、性質，對瞭解蛋白質的功能是極為重要的。
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■ 胺基酸的基本構造
圖例

	胺基酸的基本構造畫個十字即可明瞭。
	當你忘記胺基酸的構造時，畫個十字奇蹟馬上出現。你只要在這十字的中央填上一個碳原子 (叫做 a 碳)，在周圍的四個位置分別填上一個氫原子、胺基、羧基及一個 R 基團，基本的胺基酸構造即完成。 R 基團可以由最簡單的 H 開始填入，就是最簡單的 glycine；再來是 CH₃ 就是 alanine；如此越來越大，並加入其它種類的原子 (如氧或硫)，或額外的胺基或羧基，就可以組成多采多姿的二十種胺基酸。請注意 a 碳是不對稱的，因為它周圍的四個原子或基團都不相同；只有當 R 基團為氫原子時，是對稱的 a 碳 (因為接有兩個一樣的氫原子)；也就是說只有 glycine 是對稱的胺基酸。因此，除了 glycine 外，其它胺基酸都有其立體異構物，兩立體異構物間的化學式完全一樣，但互相成為鏡像，胺基酸的立體異構物以 L- 及 D-form 來表示之；地球上的生物大都採用 L-from 胺基酸。
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■ 組成蛋白質的二十種胺基酸
圖例

	二十種胺基酸的基團各有其構造上的特點。
	由二十種胺基酸基團在蛋白質分子構形中的模擬圖解，可以看出各種基團大小的不同，在蛋白質構造中所造成的不同填充效果；較大的基團 (如 Trp) 可佔據較大的空間，較小如 Gly 者幾乎看不到；非極性的胺基酸基團，都可以作為類似積木般的填充單位。另外，各種帶有電荷的胺基酸基團，也會對蛋白質的構形或性質做出貢獻；比較 Asp 與 Glu 的側鏈長短不同，因此其基團所帶的負電荷，在空間中伸出的長度也不同。帶有正電的鹼性基團 (如 Lys, Arg) 都有相當長的側鏈基團，因此有相當大的自由活動空間。至於最彆扭的 Pro 則在蛋白質表面轉折成一個急轉角，蛋白質長鏈通常會在此逆轉方向，形成一個 turn。雖然這二十種胺基酸很稱職地組合成蛋白質的立體構造，但是其反應性基團的活性都不是非常高，無法提供極強力的官能基，以供催化反應時的活性基團。因此，許多蛋白質合成出來之後，經常還要進行各種修飾 (例如磷酸化)，或添加其它輔助因子 (例如金屬或輔脢)，以便達成更複雜的任務。 ◆ Lehninger 3D Tutorials Protein Architecture (建構中的教科書立體教學，要 Chime)
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■ 胺基酸模擬地下鐵道圖
圖例

	根據胺基酸基團的性質，模擬地下鐵道圖。
	這是模擬地下鐵的地圖，並非實際的代謝圖；二十種胺基酸依照其基團的大小、極性、電性等分群，編成虛擬地下鐵的各站。其目的在方便分類並記憶各種胺基酸的性質與構造。
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■ 一級構造
圖例

	蛋白質的胺基酸序列即為其一級構造。
	蛋白質的一級構造就是其胺基酸的序列，但若知道某蛋白質的 cDNA 序列，則依遺傳密碼可以翻成胺基酸序列，也是可以得到其一級序列。由於分子生物學的快速發展，使得要定出某蛋白質的 cDNA 序列非常方便，現今多以此方法定整條蛋白質的序列。但每段 DNA 有兩股，每股可以推出三種序列，因為密碼是三個核甘酸為一組，因此總共有六種可能的序列。這六種序列中，僅有一條是真的胺基酸序列；其實這並不難辨認，因為不是蛋白質的基因序列，序列中會插有很多終止密碼，因此所翻譯出來的胺基酸序列，都斷斷續續的。
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■ Sanger 定出胰島素序列
圖例

	Sanger 用 Edman degradation 定出第一條蛋白質的胺基酸序列。
	早期是一個一個直接把 N-端的胺基酸切下來，再檢定是何種胺基酸，F. Sanger 如此定出了胰島素的序列，也得到他的第一個諾貝爾獎。後來 Sanger 又因發展出核酸的定序方法，得到他的第二個諾貝爾獎，他這一生似乎都與巨分子的序列有關。
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■ 胜汰鍵
圖例

	胜汰鍵前後六個原子位在同一平面上。
	胜汰鍵看似單鍵，但 C-N 鍵旁的 C=O 雙鍵會與它產生共振，因此具有雙鍵的性質；且中心的 C 與 N 原子都是使用 sp2 軌道，因此其前後六個原子都躺在同一平面上，稱為胜汰平面 (如上圖虛線所圍起)。注意每一個胺基酸的中心是 a 碳，而兩個 a 碳之間是以胜汰平面連在一起，因此蛋白質可以說是由許多胜汰平面以 a 碳為接點連成的。
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