◆ 丁春玉 山东省平度市第九中学 266700
摘 要：蛋白质结构多种多样，在生命活动中承担着多种多样的功能，是非常重要的生物大分子。文章以试题中关于蛋白质肽链连接的考查为出发点，开启关于蛋白质中二硫键的探索，加深学生对于蛋白质结构及其合成过程的理解，锻炼学生发现问题、解决问题的能力。
关键词：生物教学 半胱氨酸 二硫键 巯基
下列关于细胞中化合物及其化学键的叙述，正确的是（A）。
A．RNA分子中可能含有一定数量的氢键
B．每个ATP分子中含有三个高能磷酸键
C．血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接
D．DNA的脱氧核苷酸链之间通过氢键连接
其中C选项中的血红蛋白是一种含有四条肽链的蛋白质，肽链间的连接应该是由二硫键“—S—S—”完成的。要了解这种化学键，我们可以从以下几个方面来探索：
一、含S元素的氨基酸
蛋白质是由氨基酸脱水缩合而成，蛋白质中“—S—S—”的硫元素一定是来自于氨基酸。构成蛋白质的基本氨基酸有20种，而含有硫元素的氨基酸只有甲硫氨酸和半胱氨酸，下图是二者的结构式：
甲硫氨酸侧链R基中“—S—CH3”是甲硫基，半胱氨酸侧链R基中“—SH”是巯基（巯qiu）。通过比较二者的结构可以看出，能够在蛋白质中形成二硫键“—S—S—”的氨基酸只有半胱氨酸。
二、认识巯基“—SH”
在蛋白质的学习中，很多同学不认识巯基“—SH”，或者记不住它的正确读法。当我们探索到这个“巯”字的真正来源时，识记则变得非常简单。“—SH”是个化学集团，是由H和S通过化学键形成，“巯”是“氢”和“硫”各取其部分偏旁组成，同样它的读音也是组合而成。
三、二硫键“—S—S—”的形成
半胱氨酸侧链R基中“—SH”是个活跃不稳定的化学基团，两个半胱氨酸的“—SH”很容易发生氧化反应失去H后形成“—S—S—”，其反应方程式为2R-SH+O2→R-S-S-R+H2O，所以形成一个二硫键，蛋白质分子质量比组成蛋白质的氨基酸的分子质量减少了两个氢原子。
四、二硫键“—S—S—”的位置
蛋白质中的二硫键可以出现在不同肽链之间，也可以出现在同一条肽链之间。下图为胰岛素肽链连接的示意图：
五、二硫键“—S—S—”的作用
蛋白质合成过程中，肽链折叠的早期，二硫键的形成基本上是一个随机过程；随着进一步氧化与折叠，二硫键的形成越来越受肽链构像制约，仅那些有一定柔性的类天然构像才可使相关的巯基相互靠近，从而促进天然二硫键的进一步形成。链内或链间的二硫键的形成都会使蛋白质的空间结构更为紧密，在蛋白质分子的立体结构形成上起着一定的重要作用，同时也对蛋白质的结构起到了稳定作用。
六、二硫键“—S—S—”与巯基的相互转换
二硫键与蛋白质的高级结构的生物活性有关，同时与蛋白质的复性也有关联，说明二硫键与巯基可以相互转换。如核糖核酸酶A经巯基乙醇（还原剂）和尿素处理后，发生变性作用，四对二硫键全部断裂，多肽链伸展开来，空间结构发生变化，失去了生物活性。如果用透析法将大量还原剂和尿素除去，在微量还原剂存在下，四对二硫键在原来的位置重新形成，伸展开的多太肽链会自发折叠重新变成天然空间结构，蛋白质的生物活性恢复。
七、肽链间只能通过二硫键连接吗
既然蛋白质不同肽链间是通过二硫键来进行连接，那么肽链中某些氨基酸的R基中的氨基和羧基会不会也能够脱水缩合，将不同肽链进行连接？譬如，R基含有羧基的谷氨酸和天冬氨酸，R基含有氨基的精氨酸和赖氨酸。这个问题需要我们对tRNA和遗传信息的翻译过程进行深入了解。在核糖体进行遗传信息翻译的过程中，tRNA识别并结合氨基酸，只与氨基酸中α碳位上的羧基结合，而这个羧基只与相邻tRNA结合的氨基酸α碳位上的氨基脱水形成肽键。如下图所示：
所以氨基酸侧链R基中的羧基和氨基并不会在此种情况下发生反应形成肽键，更不会连接肽链。
八、教材血红蛋白空间结构再认识
人教版必修一第2章第2节“生命活动的主要承担者——蛋白质”一节，教科书有两个插图如下：
两幅图片中将蛋白质同一条肽链和不同肽链进行连接的结构，是否就是我们讨论的二硫键？经过同学们的查阅，发现血红蛋白中的这个基团是含Fe的血红素，并不是二硫键。但是二硫键的存在，使血红蛋白的空间结构更为紧密，能够更好地固定细胞色素中的血红素，在许多金属蛋白中起到了结合金属离子的作用，从而保证了蛋白质的生物活性。
参考文献
[1]王镜岩 朱圣庚 徐长法 生物化学[M].高等教育出版社，2003，529-530。
[2]陈方 张洪渊 林宏辉 生物奥林匹克竞赛教程[M].四川大学出版社，2005，34-35。
论文作者:丁春玉
论文发表刊物:《教育学文摘》2017年10月总第244期
论文发表时间:2017/11/10
标签：蛋白质论文; 氨基酸论文; 巯基论文; 半胱氨酸论文; 羧基论文; 空间结构论文; 血红蛋白论文; 《教育学文摘》2017年10月总第244期论文;