稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些所谓弱的相互作用或称非共价键或次级键,包括氢键,范德华力,疏水作用和盐键(离子键).此外共价二硫键在稳定某些蛋白质的构象方面也起着重要作用.
氢键(hydrogen bond)在稳定蛋白质的结构中起着极其重要的作用.多肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间形成的氢键是稳定蛋白质二 级结构的主要作用力.此外,还可在侧链与侧链,侧链与介质水,主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成.
由电负性原子与氢形成的基团如N-H和O-H具有很大的偶极矩,成键电子云分布偏向负电性大的原子,因此氢原子核周围的电子分布就少,正电荷的氢核(质子)就在外侧裸露.这一正电荷氢核遇到另一个电负性强的原子时,就产生静电吸引,即所谓氢键.
范德华力(van der waals force)广义上的范德华力包括3种较弱的作用力：定向效应,效应,分散效应.分散效应(dispersion effect)是在多数情况下主要作用的范德华力,它极性或基团间仅有的一种范德华力即狭义的范德华力,也称london分散力.这是瞬时偶极间的相互作用,偶极方向是瞬时变化的.
范德华力包括吸引力和斥力.吸引力只有当两个非键合原子处于接触距离(contact distance)或称范德华距离即两个原子的范德华半径之和时才能达到最大.就个别来说范德华力是很弱的,但其相互作用数量大且有加和效应和位相效应,因此成为一种不可忽视的作用力.
疏水作用(hydrophobic interaction)介质中球状蛋白质的折叠总是倾向与把疏水残基埋藏在的内部,这一现象称为疏水作用,它在稳定蛋白质的三维结构方面占有突出地位.疏水作用其实并不是疏水基团之间有什么吸引力的缘故,而是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而接近.
蛋白质溶液系统的熵增加是疏水作用的主要动力.当疏水化合物或基团进入水中时,它周围的水将排列成刚性的有序结构即所谓笼形结构 (clathrate structure).与此相反的过程(疏水作用),排列有序的水(笼形结构)将被,这部分水被排入水中,这样水的混乱度增加即熵增加,因此疏水作用是熵驱动的自发过程.
盐键又称盐桥或离子键,它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用.吸引力F与电荷电量的乘积成正比,与电荷质点间的距离平方成反比,在溶液中此吸引力随周围介质的介电增大而降低.在近中性中,蛋白质中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷,而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷,二者之间可形成离子键.
盐键的形成不仅是静电吸引而且也是熵增加的过程.升高温度时盐桥的稳定性增加,盐键因加入非极性溶剂而加强,加入盐类而减弱.
二硫键绝大多数情况下二硫键是在多肽链的β-转角附近形成的.二硫键的形成并不多肽链的折叠,然而一旦蛋白质采取了它的三维结构则二硫键的形成将对此构象起稳定作用.假如蛋白质中所有的二硫键相继被还原将引起蛋白质的天然构象改变和生物活性丢失.在许多情况下二硫键可选择性的被还原.
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