關于蛋白質二級結構α-螺旋中氫鍵構成的準確表述

趙 贛

（華南農業大學生命科學學院生物化學與分子生物學系 廣東廣州 510642）

α-螺旋是蛋白質二級結構中的一種經典結構。 它是蛋白質肽鏈主鏈骨架借助氫鍵卷曲形成的一種周期性螺旋狀結構。 各類教材中所描述的經典α-螺旋結構［1-12］，其特點是每個α-螺旋含有3.6 個氨基酸殘基，螺距為0.54 nm，相鄰氨基酸軸向距離為0.15 nm；α-螺旋為右手螺旋，其中每個氨基酸殘基的C=O 上的氧和它前面的第4 個氨基酸殘基的N-H 上的氫形成氫鍵，氫鍵方向和螺旋軸的方向基本一致； 由每一個氫鍵閉合形成的環包含13 個原子， 故α-螺旋又叫3.613-螺旋。在α-螺旋中氨基酸側鏈向外伸展，特征二面角為φ=-57°，ψ=-48°。

但是，由于在不同的教材中有關α-螺旋中氫鍵構成的表述有些差異，導致在教學過程中，學生易混淆，主要表現在以下2 點：

1）每個氨基酸殘基的C=O 上的氧是與第4 個氨基酸的殘基的N-H 上的氫之間形成氫鍵還是與“它前面的”第4 個氨基酸的殘基的N-H 上的氫之間形成氫鍵， 這一點在不同教材中的說法不同。 因為這涉及到最后形成的每個氫鍵環里究竟涉及到4 個還是5 個氨基酸殘基。

2）以上敘述中氨基酸殘基的序號和個數是以什么方向作為標準確定的？ 因為任一條非閉合的多肽鏈必然涉及到N 端和C 端，而從N 端往C 端方向與從C 端往N 端方向進行理解分析所得到的結果是不同的。

以圖1 進行分析。 圖1 中的a 和b 表示的都是經典α-螺旋結構中氫鍵構成的正常情況，即“每個氨基酸殘基的C=O 上的氧和它前面的第4個氨基酸殘基的N-H 上的氫形成氫鍵”。 但是，如果將a 和c 進行比較，就會發現：雖然二者的氫鍵都是“每個氨基酸殘基的C=O 上的氧和它前面的第4 個氨基酸殘基的N-H 上的氫形成氫鍵”，但是a 所表示的氫鍵生成情況是從N 端往C 端方向看， 其氫鍵環里所涉及的原子個數是13 個，而c 所表示的氫鍵生成情況卻是從C 端往N 端方向看，其氫鍵環里面涉及的原子個數則是17 個。 顯然，這2 個結果之間差別很大。

可見， 明確閱讀肽鏈的方向和構成氫鍵所涉氨基酸的位置，對準確認識理解α-螺旋結構是非常重要的。

從教材的編寫和教學的順序來看， 一般在學習生物化學課程后才介紹蛋白質多肽鏈的生物合成過程（即翻譯過程），并且會強調多肽鏈最先被合成出來的就是N 端。 而在日常的學術交流中，無論教師還是科研人員一般都會自覺地按照“從N 端往C 端方向”這個約定俗成的、潛在的共識進行思考和交流。本文所引用的這些教材，無論是否強調了“從N 端往C 端方向”，作者所列舉的示意圖都是相同的， 即作者本身是清楚的。 而學生對“‘從N 端往C 端方向’這個約定俗成的、潛在的共識”則是未知的。 此外，在上述教材中，無論其具體如何表述， 從作者所列舉的示意圖同樣可以看出，他們的意思都是指α-螺旋中“每個氨基酸殘基的C=O 上的氧和它前面的第4 個氨基酸殘基的N-H 上的氫形成氫鍵”。而對學生來說，一種準確的表述將是幫助其加深理解的潤滑劑。

因此，有關這部分內容的教材編寫及教學，在描述α-螺旋中的氫鍵構成時，應當明確強調閱讀多肽鏈時一般采取“從N 端往C 端方向”，以及強調“每個氨基酸殘基的C=O 上的氧和它前面的第4 個氨基酸殘基的N-H 上的氫形成氫鍵”。 這對學生準確把握α-螺旋的特點及相關概念，打牢基礎是十分必要的。

致謝： 本文的示意圖根據所引用的教材改編，尤其是依據楊海靈和蔣湘寧主編的教材整理而來，并根據本文需要加以標注，特此致謝！