蛋白質一級結構

氨基酸通过肽键聚合形成长骨架主链，不同的氨基酸侧链沿其突出。在生物系统中，蛋白质在细胞的核糖体翻译过程中产生。一些生物体还可以通过非核糖体肽合成制备短肽，其通常使用除了标准的20个之外的氨基酸，并且可以被环化，修饰和交联。

肽可以通过一系列实验室方法化学合成。化学方法通常以与生物蛋白质合成相反的顺序（从C-末端开始）合成肽。

多肽链的手性中心可以进行消旋。 虽然它不会改变序列，但它确实会影响序列的化学性质。 特别是，蛋白质中常见的L-氨基酸可以在${\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }$原子中自发异构化，形成D-氨基酸 ，大多数蛋白酶不能切割。 另外，脯氨酸可在肽键处形成稳定的顺反异构物。

最后，蛋白质可以进行各种翻译后修饰，这里简要总结。

多肽的N-末端氨基可以共价修饰，例如，

图1 N-末端乙酰化

• 乙酰化 ${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-CH_{3}} }$

N-末端氨基上的正电荷可以被通过将其改变为乙酰基来消除（N-末端阻断）。

• 甲酰化 ${\displaystyle \mathrm {-C(=O)H} }$

通常在翻译后发现的N-末端甲硫氨酸具有被甲酰基封闭的N-末端。 通过酶去甲酰化酶除去该甲酰基（有时是甲硫氨酸残基本身，如果后面跟着Gly或Ser）。

• 焦谷氨酸化

图2 从N-末端谷氨酰胺形成焦谷氨酸

N-末端谷氨酰胺可以攻击自身，形成环状的焦谷氨酸基团。

• 肉豆蔻酰化 ${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-\left(CH_{2}\right)_{12}-CH_{3}} }$

与乙酰化相似。 肉豆蔻酰基具有14个疏水性碳的尾部，而不是简单的甲基，这使其成为将蛋白质锚定到细胞膜的理想选择。

多肽的C-末端羧酸酯基团也可以被修饰，例如，

图3 C-末端酰胺化

• 酰胺化 (看图)

C-末端也可以通过酰胺化被阻断（因此中和其负电荷）。

• 糖磷脂酰肌醇（GPI）附着

糖磷脂酰肌醇（GPI）是一种大的疏水性磷脂修复基团，可将蛋白质转移到细胞膜上。 它通过酰胺键连接到多肽C-末端，然后连接到乙醇胺，然后连接到各种各样的糖，最后连接到磷脂酰肌醇脂质部分。

最后，肽侧链也可以共价修饰，例如，

• 磷酸化

除了切割，磷酸化可能是蛋白质最重要的化学修饰。 磷酸基团可以连接到丝氨酸，苏氨酸和酪氨酸残基的侧链羟基上，在该位点添加负电荷并产生非天然氨基酸。 这些反应由激酶催化，逆反应由磷酸酶催化。 磷酸化的酪氨酸通常用作“手柄”，蛋白质可以通过它们彼此结合，而Ser/Thr的磷酸化经常诱导构象变化，可能是由于引入的负电荷。 有时可以通过将Ser/Thr残基突变为谷氨酸来模拟磷酸化Ser/Thr的作用。

• 糖基化

一组非常常见且非常多样化学修饰的总体名字。 糖部分可以连接到Ser/Thr的侧链羟基或Asn的侧链酰胺基团上。 这种附着可以起到许多功能，从增加溶解度到复杂识别。 所有糖基化都可以用某些抑制剂阻断，例如衣霉素。

• 脱酰胺化（琥珀酰亚胺形成）

在该修饰中，天冬酰胺或天冬氨酸侧链攻击以下肽键，形成对称的琥珀酰亚胺的中间体。 中间体的水解产生天冬氨酸或β-氨基酸，异构（Asp）。 对于天冬酰胺，任一产物都会导致酰胺基团的损失，因此是“脱酰胺化”。

• 羟基化

脯氨酸残基可以是两个原子中的任一个的羟基化物，赖氨酸（在一个原子上）也是如此。 羟脯氨酸是胶原蛋白的关键成分，在失去后变得不稳定。 羟基化反应由需要抗坏血酸（维生素C）的酶催化，其缺乏导致许多结缔组织疾病，例如坏血病。

• 甲基化

几种蛋白质残基可被甲基化，最值得注意的是赖氨酸和精氨酸的阳性基团。 精氨酸残基与核酸磷酸骨架相互作用，并且通常与蛋白质-DNA复合物中的碱基残基，特别是鸟嘌呤形成氢键。 赖氨酸残基可以单独，双重和甚至三重甲基化。 然而，甲基化不会改变侧链上的正电荷。

• 乙酰化

赖氨酸氨基的乙酰化在化学上类似于N-末端的乙酰化。 然而，在功能上，赖氨酸残基的乙酰化用于调节蛋白质与核酸的结合。 赖氨酸上的正电荷的消除削弱了（带负电的）核酸的静电吸引力。

• 硫酸化

酪氨酸可能在其${\displaystyle \mathrm {O^{\eta }} }$原子上被硫酸化。有点不寻常，这种修饰发生在高尔基体中，而不是在内质网中。与磷酸化酪氨酸类似，硫酸化酪氨酸用于特异性识别，例如在细胞表面的趋化因子受体中。与磷酸化一样，硫酸化会向先前中性位点添加负电荷。

• 异戊烯化和棕榈酰化${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-\left(CH_{2}\right)_{14}-CH_{3}} }$

疏水性异戊二烯（例如，法呢基，香叶基，和香叶基香叶基）和棕榈酰基可以添加到${\displaystyle \mathrm {S^{\gamma }} }$半胱氨酸残基的原子将蛋白质锚定到细胞膜上。与GPI和myritoyl锚不同，这些组不一定在末端添加。

• 羧化

一种相对罕见的修饰，它向谷氨酸侧链添加额外的羧酸盐基团（并因此产生双重负电荷），产生Gla残基。这用于加强与“硬”金属离子如钙的结合。

• ADP核糖基化

大的ADP-核糖基可以转移到蛋白质内的几种类型的侧链，具有异质效应。 该修饰是不同细菌的强毒素的靶标，例如霍乱弧菌，白喉棒状杆菌和百日咳博德特氏菌。

• 泛素化和SUMO化(SUMOylation)

各种全长的折叠蛋白质可以在其C-末端连接到其他蛋白质的赖氨酸的侧链铵基团上。 泛素是这些中最常见的，并且通常表明泛素标记的蛋白质应该被降解。

上面列出的大多数多肽修饰发生在翻译后，即在核糖体上合成蛋白质后，通常发生在真核细胞的亚细胞内质网中。

化学家已将许多其他化学反应（例如，氰基化）应用于蛋白质，尽管它们未在生物系统中被发现。

除了上面列出的那些之外，一级结构的最重要的修饰是肽切割（通过化学水解或通过蛋白酶）。 蛋白质通常以无活性的前体形式合成; 通常，N-末端或C-末端区段阻断蛋白质的活性位点，抑制其功能。 通过切割抑制肽来激活蛋白质。