α螺旋是蛋白質鏈捲曲成右旋螺旋的一段結構，形狀就像螺旋樓梯，是蛋白質鏈摺疊成的規則形狀中最常見的一種。如果把螺旋外伸的側鏈也算進去，它的寬度大約是1.2奈米；奈米是公尺的十億分之一。

大小

蛋白質是由稱為胺基酸的小分子構成的長鏈。在α螺旋中，蛋白質鏈的主鏈繞著中心軸盤旋，每個胺基酸的側鏈則向外伸出，就像瓶刷上的刷毛。包含側鏈在內，整根螺旋棒的寬度，根據已發表的研究大約是1到1.2奈米。上方標示的1.2奈米，是這個範圍的上限。

沿著長度方向，這個螺旋非常規則。每一圈含有3.6個胺基酸，上升0.54奈米，也就是說每個胺基酸讓螺旋增長0.15奈米。這個螺旋靠氫鍵維持形狀，氫鍵是一種弱作用力，會把每個胺基酸和沿鏈往後數第四個胺基酸連接起來。螺旋可長可短：由20個胺基酸組成的螺旋，長度大約是3奈米。

大小比較

• DNA雙螺旋寬2奈米，寬度大約是α螺旋的1.7倍。
• 由20到25個胺基酸組成、長3到3.75奈米的螺旋，長度已足以穿過細胞膜磷脂雙層中央的疏水區域。蛋白質穿越細胞膜時，經常就是靠α螺旋來完成。
• 典型的蛋白質寬度大約是3到6奈米，大約是α螺旋寬度的2.5到5倍。
• 大約6.7萬到8.3萬條α螺旋並排排列，寬度會相當於一根人類頭髮，也就是8萬到10萬奈米寬。
• 放大十億倍後，α螺旋的寬度會變成1.2公尺，每一圈上升的高度會變成54公分，人類頭髮的寬度則會變成80到100公里。

發現過程

Linus Pauling、Robert Corey和Herman Branson於1951年提出了α螺旋的結構。Pauling其實在三年前，也就是他在英國牛津染上感冒臥病在床時，就已經想出了這個形狀。他在一張紙上畫出蛋白質鏈，並不斷摺疊，直到螺旋的一圈能與下一圈形成氫鍵為止。1951年那篇論文裡的圖，畫的是左旋螺旋，方向與天然蛋白質中實際發現的螺旋正好相反。

1951年春天，Max Perutz讀到這篇論文後意識到，每個胺基酸0.15奈米的上升幅度，應該會在蛋白質的X射線散射圖樣中顯現出來。他以一根馬毛驗證了這個想法，結果訊號正好出現在螺旋理論所預測的位置。1957年和1959年，John Kendrew的團隊解析出了肌紅蛋白（一種能結合氧氣的蛋白質）的結構，並觀察到其中的螺旋呈現筆直的棒狀。肌紅蛋白鏈中大約75%捲曲成螺旋，每段螺旋長7到24個胺基酸，而且全部都是右旋的。

參考資料

• α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
• Protein Structure. In Organic Chemistry. OpenStax, 2023.
• Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
• Type Three Secretion System in Attaching and Effacing Pathogens. Gaytán et al., Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2016.
• The Discovery of the α-Helix and β-Sheet, the Principal Structural Features of Proteins. Eisenberg, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003.
• Myoglobin and the Structure of Proteins. John C. Kendrew, Nobel Lecture, 1962.
• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• How Big Is the "Average" Protein?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.