碱水解是将蛋白质用6mol／L NaOH煮沸数小时，即可完全水解得到氨基酸混合物。此法的优点是不破坏色氨酸，但是胱氨酸、半胱氨酸及精氨酸等大部分被破坏。
酶水解是比较理想的方法。酶水解所需条件温和，不会破坏氨基酸，也不会使氨基酸失去旋光性，但此法水解不彻底，中间产物较多。
（2）人工合成法用有机合成方法制备氨基酸的缺点是所得的氨基酸都是外消旋产物，故只适用于用其他方法难以制备的少数氨基酸，如苏氨酸、色氨酸和蛋氨酸等。
（3）微生物发酵法用微生物发酵制备氨基酸始于20世纪60年代，现在味精厂多采用发酵法生成谷氨酸。微生物发酵法是生产氨基酸的一条非常有前景的途径。
（第三节 ）肽
一、肽的概念
一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物称为肽。氨基酸之间脱水后形成的键称为肽键，又称为酰胺键。由两分子氨基酸脱水生成的肽称为二肽；三个氨基酸分子脱水而成的肽为三肽，以此类推，多个氨基酸残基组成的即为多肽。
天然存在的肽分子大小不等，绝大多数的肽是链状分子。蛋白质分子中的氨基酸残基通过肽键联结成的链状结构称为多肽链，一般可用通式表示如下：在肽链的一端保留着未结合的-NH3＋，称为氨基末端或N末端，而另一端则保留着未结合的-COO-，称为羧基末端或C末端。从上述多肽链中可以看到氨基酸单位已是不完整的氨基酸分子，每一个-NHCHCO-R单位称为氨基酸残基。
多肽分子中构成多肽链的基本化学键是肽键，肽键与相邻两个α-碳原子所组成的基团（-Cα-CO-NH-Cα-）称为肽单元。多肽链就是由许多重复的肽单元连接而成的，它们构成多肽链的主链骨架。通过对一些简单的肽和蛋白质肽键的X射线衍射法分析，证明肽单元的空间结构具有以下三个显著的特征：
（1）肽单元是平面结构，组成肽单元的C、O、N、H四个原子与它们相邻的两个α-碳原子（即-Cα1-CO-NH-Cα2-六个原子位）都处于同一平面内，此平面称为肽键平面（见图2—2）。
肽键平面示意
（2）肽键具有局部双键性质，不能自由旋转。肽键中的C=N键长为1．32pm，比相邻的Cα-N单键（147pm）短，而较一般的C=N双键（127pm）长，介于两者之间。这表明羰基的n电子发生离域现象，使肽键具有局部双键性质，因此C-N键的旋转受到一定的阻碍。
（3）肽键呈反式构型。由于肽键不能自由旋转，肽键平面上各原子可出现顺反异构现象，与c—N键相连的O与H或两个Cα原子之间一般呈较稳定的反式构型。
肽键平面中除C-N键不能旋转外，两侧的Cα-N和C一Cα键均为δ键，因而相邻的肽键平面可围绕Cα旋转，肽链的主链骨架也可视为由一系列通过Cα原子衔接的肽键平面所组成。
肽键平面的旋转所产生的立体结构可呈多种状态，从而导致蛋白质分子呈现各种不同的构象。
二、生物活性肽
生物体内存在着一类具有活性的肽类，称为活性肽，它们在体内一般含量较少，结构多样，却起着重要的生理作用。激素肽或神经肽都是活性肽．它们广泛分布于整个生物界。作为主要的化学信使，它们在沟通细胞内部、细胞与细胞间以及器官与器官之间的信息方面起着重要作用。近年来对活性肽的研究表明生物的生长发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰防老、生物钟规律及分子进化等均涉及活性肽。从活性肽组成来看，少则由2个或3个氨基酸组成的二肽、三肽就能发挥作用，多则为上百个氨基酸并含有由亚基组成的糖蛋白。
动物体内控制和调节代谢的激素、脑内的神经递质、微生物中的一些扰生素等都是肽类。生命科学中的某些重要课题的研究，如细胞分化、肿瘤发生、生殖控制以及某些疾病的病因与治疗等，均涉及活性肽的结构和功能。
1.谷胱甘肽
谷胱甘肽是生物体中具有重要生物学功能的三肽，存在于动植物和微生物细胞中，是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。它的分子中有一个特殊的r-肽键，是由谷氨酸的r-羧基与半胱氨酸的α-氨基缩合而成，显然这与蛋白质分子中的肽键不同。
由于谷胱甘肽中有一个活泼的巯基，很容易氧化，2分子谷胱甘肽脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽。谷胱甘肽是某些酶的辅酶，在体内氧化还原过程中起重要作用。
2.神经肽
神经肽是体内传递信息的多肽，主要分布在神经组织中，包括垂体肽、脑啡肽、内阿片肽等，它们承担着重要而复杂的生理功能，如痛觉、记忆、情绪和行为等。1973年，在脑内发现有阿片受体存在后，1975年，英国J．Hughes等首先从猪脑中分离提取两种内源性阿片样活性物质——甲硫氨酸脑啡肽和亮氨酸脑啡肽，这两种脑啡肽均为五肽。二者都具有镇痛作用。
Tyrl-Gly-Glr-Phe-Met甲硫氨酸脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu亮氨酸脑啡肽分析脑啡肽的结构，发现其中第1位Tyr、第3位Gly和第4位Phe为活性基团，若这些位置上的氨基酸残基被其他氨基酸残基取代后即失去活性。
脑啡肽的发现推动了神经科学领域的研究和发展，其后又陆续发现了十几种内源性阿片样肽，简称内阿片肽。内阿片肽的作用极为广泛，包括对神经、精神、呼吸、循环、内分泌、感觉、运动等功能的调节，特别是对疼痛的调节作用尤为突出。内阿片肽释放后，通过阿片受体产生作用，多种内阿片肽分别可作用于多种阿片受体，由于阿片受体在体内分布广泛，可影响神经递质或激素的释放，从而构成内阿片肽类复杂而多样化的生理作用。研究它们的作用对阐明脑的功能，特别是痛觉机理具有重要意义。
3.多肽生长因子
正常细胞的增殖是一个高度保守和严格受控的过程，若此过程受到某种损伤，即可能导致细胞的无控生长。近年来，发现一类对细胞分裂、增殖有重要作用的活性多肽，称为多肽生长因子，如白细胞介索、神经生长因子、促血小板生长因子和类胰岛素生长因子等。这类生长因子在结构和功能上与多肽激素十分相似，从分子水平研究它们在细胞调控过程中的作用，将使人们对正常细胞和肿瘤细胞的增殖过程有深入了解，对肿瘤病因控制和治疗将起重要作用。
（第四节 ）蛋白质的分子结构
蛋白质与多肽均为氨基酸的多聚物，它们都由各种氨基酸残基通过肽键相连。因此，在小分子蛋白质与大分子多肽之间不存在绝对严格的界线，通常将相对分子质量在10000以上的称为蛋白质，10000以下的称为多肽。胰岛素的相对分子质量为6000，应是多肽，但在溶液中受金属离子（如Zn＋）的作用后，能迅速形成二聚体，因此而被认为是最小的一种蛋白质。
蛋白质的功能和活性不仅取决于多肽链的氨基酸组成、数目及排列顺序，而且还与其空间结构密切相关。根据长期研究蛋白质结构的结果，已确认蛋白质结构有不同层次，人们为了认识方便通常将其分为一级、二级、三级和四级。
一、蛋白质分子的一级结构
分子的多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序。肽键是一级结构中连接氨基酸残基的主要化学键，有的蛋白质还含有二硫键。多肽链中氨基酸的排列顺序是由DNA分子中的遗传信息，即DNA分子中核苷酸的排列顺序所决定的。不同蛋白质分子的多肽链数量及长度差别很大，有些蛋白质分子有一条多肽链，有的蛋白质分子则由两条或多条多肽链构成。不同种属相同功能的蛋白质分子在氨基酸的组成和顺序上稍有差异。现已有近千种蛋白质的一级结构被测知。
胰岛素是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质。胰岛素是由51个氨基酸构成的，包括A、B两个链，A链有21个氨基酸残基，B链有30个氨基酸残基，两条多肽链之间以两个二硫键连接，A链内有一个二硫键，其一级结构如下：体内种类繁多的蛋白质，其一级结构各不相同，一级结构是决定蛋白质空间结构和生物学功能的基础。蛋白质一级结构的研究，对认识遗传性疾病的发病机制和疾病的治疗具有重要的意义。
二、蛋白质分子的空间结构
蛋白质分子的多肽链并不是线型伸展的，而是按照一定方式折叠、盘绕形成特有的三维空间结构。蛋白质的空间结构又称分子构象、立体结构。蛋白质的空间结构是以它的一级结构为基础的。蛋白质的空间结构决定蛋白质的形状、理化性质和生物学活性。
蛋白质的空间结构依其复杂程度不同，分为二级、三级和四级结构。
1.蛋白质分子中的共价键和次级键
蛋白质分子的一级结构是由共价键形成的，如肽键和二硫键都属于共价键。而维持蛋白质的空间构象的稳定性的是次级键。次级键是非共价键。属于次级键的有氢键、盐键、疏水键或称疏水力、范德华力等（图2—3）。
蛋白质分子中的化学建
①盐键；
②氢键；③疏水键；④范德华力；⑤二硫键
（1）氢键在蛋白质分子中形成的氢键一般有两种，一种是在主链之间形成；另一种可在侧链R基团之间形成，如酪氨酸侧链中的酚羟基和丝氨酸中的醇羟基都可与天冬氨酸和谷氨酸侧链中的羧基以及组氨酸中的咪唑基形成氢键。
（2）盐键又称离子键。许多氨基酸侧链为极性基团，在生理pH值条件下能离解成阳离子或阴离子，阴、阳离子之间借静电引力形成盐键。盐键具有极性，而且绝大部分分布在蛋白质分子表面，其亲水性强，可增加蛋白质的水溶性。
（3）疏水作用力是由氨基酸残基上的非极性基团为避开水相而聚积在一起的集合力。
绝大多数的蛋白质含有30％～50％的带非极性基团侧链的氨基酸残基，这些非极性或极性较弱的基团都具有疏水性，趋向分子内部而远离分子表面的水环境互相聚集在一起而将水分子从接触面排挤出去。这是一种能量效应，而不是非极性基团问固有的吸引力。因此，疏水作用力是维持蛋白质空间结构最主要的作用力。
（4）范德华力在蛋白质分子表面上的极性基团之间、非极性基团之间或极性基团与非极性基团之间的电子云相互作用而发生极化。它们相互吸引，但又保持一定距离而达到平衡，此时的结合力称为范德华力。
（5）二硫键又称硫硫键或二硫桥，是由两个半胱氨酸残基的两个巯基之间脱氢形成的。二硫键可将不同肽链或同一条肽链的不同部位连接起来，对维持和稳定蛋白质的构象具有重要作用。二硫键是共价键，键能大，比较牢固。绝大多数蛋白质分子中都含有二硫键，二硫键越多，蛋白质分子的稳定性也越高。例如，生物体内具有保护功能的毛发、鳞甲、角、爪中的主要蛋白质是角蛋白，其所含二硫键数量最多，因而抵抗外界理化因素的能力也较大。同时，二硫键也是一种保持蛋白质生物活性的重要价键，如胰岛素分子中的链间二硫键断裂，则其生物活性也丧失。
氢键、盐键、疏水作用力和范德华力等分子间作用力比共价键弱得多，称为次级键。虽然次级键键能小，稳定性差，但次级键数量众多，在维持蛋白质空间构象中起着重要作用。
此外，在一些蛋白质分子中，二硫键和配位键也参与维持和稳定蛋白质的空间结构。
2.蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子多肽链的主链骨架在空间盘曲折叠形成的方式。天然蛋白质一般均含有α-螺旋、β-折叠层、β-转角的结构，这些都是二级结构的内容。
（1）α-螺旋α-螺旋是蛋白质分子中多个肽平面通过氨基酸的α-碳原子旋转，沿长轴方向，按一定规律盘绕形成的稳定的n螺旋构象（图2-4）。α螺旋有右手螺旋和左手螺旋两种，天然蛋白质的n螺旋绝大多数为右手螺旋。近年来偶尔也发现极少数蛋白质中存在左手螺旋。α-螺旋结构的特点如下：
螺旋结构示意
黑球代表主链上的碳原子；
白球代表氮原子
①这种α-螺旋体每相隔3．6个氨基酸残基上升1圈，此时每个氨基酸残基沿轴上升0．15nm，螺旋上升一圈的高度（螺距）为0．54nm。螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100°。
②α-螺旋体中氨基酸残基侧链伸向外侧，相邻的螺旋之问形成氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。氢键是由氨基酸残基的N H与前面相隔三个氨基酸残基的C=O形成的。
α-螺旋体的结构允许所有肽键都能参与链内氢键的形成，因此α-螺旋的构象是相当稳定的。
氢键是维系α-螺旋的主要次级键。
蛋白质多肽链能否形成-α-螺旋结构以及形成的螺旋体是否稳定，与它的氨基酸组成和序列有直接关系。多肽链中若有脯氨酸出现，由于脯氨酸是亚氨基酸，N原子上没有H原子，不能形成链内氢键，而阻断了-α-螺旋，使多肽链发生转折。侧链R基团的大小、形状以及荷电状态对-α-螺旋的形成及稳定均有影响。如在酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同性相斥，不利于-α-螺旋的形成。在有较大的R基团（比如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸）
集中的区域，由于空间位阻也会妨碍-α-螺旋的形成。
（2）β-折叠层β-折叠层又称β-片层结构，是多肽主链的另一种有规律的结构单元，是主链骨架充分伸展的结构（图2-5）。这种结构一般由两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段共同参与形成，它们平行排列，并在两条肽链或一条肽链的两个肽段之问以氢键维系而成。为了在相邻的主链骨架之间能形成最多的氢键，避免相邻侧链R基团之问的空间阻碍，各条主链骨架须同时作一定程度的折叠，从而产生一个折叠片层，称为β-
折叠层。
β-层结构示意
（3）β-转角和不规则卷曲大多数蛋白质都呈紧密的球状分子，这是由于它们的多肽链的主链常出现180。回折的发夹状结构，这种回折的结构称为口转角。β转角一般由4个连续的氨基酸残基构成，第一个氨基酸残基的羰基氧和第四个氨基酸残基的氨基氢之间形成氢键，以维持β-转角的稳定。
在有些多肽链的某些片段中，由于氨基酸残基的相互影响，而使肽键平面不规则的排列以致形成无一定规律的构象，称为不规则卷曲。这部分结构虽然没有规律性，但同样表现出重要生物学功能。
在蛋白质分子中，可以同时存在上述几种二级结构或以某种二级结构为主的结构形式，这取决于各种残基在形成二级结构时具有的不同倾向或能力。例如，谷氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸残基最易形成-α-螺旋；缬氨酸、异亮氨酸残基最有可能形成β折叠层；而脯氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和丝氨酸残基在β-转角的构象中最常见。
3.蛋白质的三级结构
蛋白质三级结构
