蛋白質在水溶液裡靠五種鍵結動態平衡的結構。

強度階梯

生理條件下，由強到弱：

共價鍵 ≫ 離子鍵 > 氫鍵 > 疏水作用 ≈ 凡得瓦力

雙硫鍵

雙硫鍵是兩個 Cys 的 -SH 氧化後形成 -S-S-。它是共價鍵，比起其他鍵結牢固得多，常用來鎖住蛋白質的三級結構，讓蛋白質能在惡劣環境下（例如消化道的胃液、血漿中的蛋白酶）不散開。

這就是為什麼分泌型蛋白（insulin、抗體、消化酵素）幾乎都有雙硫鍵，而細胞質內的蛋白質反而很少。因為細胞質是還原環境（高 glutathione），雙硫鍵會自動還原打開。

要打斷雙硫鍵，必須用還原劑（如 β-mercaptoethanol、DTT）把 -S-S- 還原回兩個 -SH。

高溫、強酸、界面活性劑（SDS）都只能打斷非共價作用，對雙硫鍵無效。SDS-PAGE 跑膠時為什麼要加 β-ME？就是為了把分泌型蛋白的雙硫鍵打斷，讓每一條肽鏈各自變棒狀。

疏水作用：折疊的真正引擎

疏水作用是整個蛋白質折疊最難理解、也最重要的一項。

你把一滴油滴進一杯水，油會自己聚成一團，這並非「油分子彼此吸引」，是因為油周圍的水分子被迫排得很整齊（降低熵），水為了恢復自由移動，把油擠到一起、減少接觸面積。

蛋白質折疊也一樣：

• 未折疊狀態下，疏水胺基酸（Val、Leu、Ile、Phe 等）暴露在水中（like 油滴），周圍的水被迫形成水籠（clathrate cage）→ 這讓水的熵很低，水分子不舒適。
• 折疊後，疏水側鏈被塞進蛋白質內部，遠離水；水獲得自由，熵大增。
• 淨效果：雖然蛋白質本身從鬆散變緊緻（熵減少），但「水 + 蛋白質」整體系統的熵增加 → 折疊自發進行。

這個機制解釋了鐮刀型紅血球的致病機轉：正常血紅素 β 鏈第 6 個胺基酸是 Glu（帶負電親水），HbS 突變成 Val（疏水脂肪族）。多出來的疏水斑塊會在去氧態時暴露到表面，讓 HbS 分子彼此像被水推擠的油珠聚集，聚合成長纖維，紅血球就變成鐮刀狀。

氫鍵的地位

氫鍵雖然單個強度不高，但數量很多。一條 100 個胺基酸的 α-helix 有大約 96 個氫鍵（第 n 個胺基酸的 C=O 與第 n+4 個的 N-H 配對）；幾十個氫鍵的累積能量，足以穩定整個二級結構。而且氫鍵有方向性（不像離子鍵或疏水作用那樣不挑方向），所以能讓蛋白質形成特定的幾何結構（螺旋、摺板）。