二十一章氨基酸蛋白質(zhì)

1、第二十一章 氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸 * * 蛋白質(zhì)存在一切細(xì)胞中。 * * 蛋白質(zhì)在有機(jī)體中承擔(dān)著多種生物功能。 * * 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。 * * 生命活動(dòng)的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更 新（新陳代謝）。 * *從化學(xué)上看，蛋白質(zhì)是氨基酸的高聚物：氨基 酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。 第一節(jié) 氨基酸概述（Amino acids) 一、氨基酸的分類、命名和結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu) R C COOH NH2 H - 氨基酸 分子中既含有氨基（NH2），又含有羧基（COOH） 的化合物叫氨基酸。 各種氨基酸的差別主要在于R基團(tuán)的不同，而R的 結(jié)構(gòu)是多種多樣的。 氨基酸 2、命名 - 氨基酸的命名一般采用俗名，

2、即根據(jù)其來(lái)源 或性質(zhì)命名。 每種氨基酸都有縮寫(xiě)符號(hào)(即英文名稱的頭一個(gè)字 母)和中英文代號(hào)。 甘氨酸 Gly G 甘 賴氨酸 Lys K 賴 氨基酸 符號(hào) 字母代號(hào) 漢文代號(hào) 3、分類 *根據(jù)氨基和羧基的數(shù)目 中性氨基酸：氨基數(shù)目= 羧基數(shù)目 堿性氨基酸：氨基數(shù)目羧基數(shù)目 酸性氨基酸：氨基數(shù)目 羧基數(shù)目 *根據(jù)烴基的類型 脂芳族氨基酸：并氨酸、纈氨酸等。 芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸等。 雜環(huán)族氨基酸：色氨酸、脯氨酸等。 二、氨基酸的構(gòu)型 天然氨基酸，除甘氨酸外， - C原子都有手性，因 此具有旋光性，且都是L 構(gòu)型。 CHO HHO CH3 COOH HHO CH3 COOH HH2N C

3、H3 L 甘油醛L 乳酸 L 丙 氨酸 -氨基酸的構(gòu)型是與由L 甘油醛導(dǎo)出的L 乳酸相聯(lián) 系而確定的，即將 -氨基酸看成是L 乳酸中的羥基被氨 基取代的產(chǎn)物。 其它含有一個(gè)以上手性碳原子的氨基酸的構(gòu)型，均取決 于 - C原子：如果某氨基酸的 - C原子的構(gòu)性與L 丙 氨 酸相當(dāng)，這個(gè)氨基酸就是L 型。 第二節(jié) 氨基酸的性質(zhì) -氨基酸都為無(wú)色晶體，易溶于水，而難溶于乙醚、 苯等有機(jī)溶劑中，它們具有較高的熔點(diǎn)，且大多數(shù)在熔化 時(shí)會(huì)發(fā)生分解。除甘氨酸外,其它天然氨基酸都有旋光性。 氨基酸是含有氨基和羧基的雙官能團(tuán)化合物，所以它們 既具有羧酸的性質(zhì)，又具有胺類的性質(zhì)，同時(shí)還具有這兩種 官能團(tuán)相互影響而

4、賦于它們的某些特性。 一、氨基酸的兩性和等電點(diǎn) 氨基酸中有兩性基團(tuán)，既能和酸反應(yīng)，也能和堿反應(yīng)，它 是兩性化合物。實(shí)際上在氨基酸分子內(nèi)，氨基與羧基作用生成一個(gè)兩 性離子，氨基酸的晶體就是以兩性離子的形式存在的，這種兩性離子是分 子內(nèi)的氨基與羧基成鹽的結(jié)果，故稱為內(nèi)鹽。 1）兩性 R CH COOH NH2 R CH COO NH3 + - 內(nèi)鹽（亦稱為偶極離子） 氨基酸具有高熔點(diǎn)和水溶性，就是其內(nèi)鹽性質(zhì)的表現(xiàn)。 在水溶液中，氨基酸的兩性離子存在下列平衡： R CH COOH NH3 R CH COO NH3 + R CH COO NH2 OH-OH- H+H+ - + 陽(yáng)離子兩性離子陰離子 （

5、氨基酸正離子）（氨基酸負(fù)離子） 2）等電點(diǎn) 丙氨酸在純水溶液中可形成平衡： OH + CH3CHCOOH CH3CHCOO CH3CHCOO + H3O - NH3+NH3+NH2 正離子兩性離子負(fù)離子 - + H2O H2O 在這里，酸性基團(tuán)NH3+和堿性基團(tuán)COO的相對(duì)強(qiáng)度不 完全等同，即前者的給質(zhì)子能力大于后者接受質(zhì)子的能力（即 羧基COOH的酸性大于氨基NH2的堿性），所以丙氨酸的兩 性離子容易從NH3+給出質(zhì)子形成較多的負(fù)離子。在平衡體系 中，負(fù)離子數(shù)目多于正離子，使丙氨酸帶有一定數(shù)量的凈負(fù)電 荷，其溶液略顯酸性（PH值略小于7）。 氨基酸中羧基的解離能力要大于氨基接受質(zhì)子的能力。

6、如果在丙氨酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負(fù) 離子的生成，而使正離子的數(shù)量增加（平衡向左移動(dòng)）。當(dāng) 加入適量的酸時(shí)，可以使正，負(fù)離子相等，丙氨酸的凈電荷 等于零。 將此溶液置于電場(chǎng)中，氨基酸不向電場(chǎng)的任何一極移動(dòng)，即 處于電中性（等電）狀態(tài)。這個(gè)凈電荷為零的氨基酸所在的 溶液的PH值就稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（Isoelectric point)， 通常以IP 表示。 必須注意，氨基酸在純水中的電離一般都不是它的等電點(diǎn)， 要達(dá)到等電點(diǎn)必須加入酸或堿來(lái)調(diào)節(jié)。由于各種氨基酸中的羧 基和氨基的相對(duì)強(qiáng)度和數(shù)目不同，所以各種氨基酸的等電點(diǎn)也 不同。 中性氨基酸 IP=5.56.3 酸性氨基酸 IP=2.

7、8 3.2 堿性氨基酸 IP=7.6 10.6 氨基酸的等電點(diǎn)并非是它的中性點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)，兩性 離子的濃度最大，溶解度最小。 根據(jù)等電點(diǎn)可以鑒定氨基酸，而用調(diào)節(jié)等電點(diǎn)的方法 可以分離氨基酸的混合物。常用的方法有兩種，一是利用其在 等電點(diǎn)時(shí)的溶解度最小，可以某氨基酸從混合溶液中沉淀出來(lái)；二 是利用在同一pH下不同的氨基酸所帶電荷的不同而進(jìn)行分離。 例如，在pH6時(shí)，甘氨酸、丙氨酸等主要以兩性離子形式 存在，而天門冬氨酸、谷氨酸等則主要是以負(fù)離子形式存在。若將 此混合液通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的層析柱，這時(shí)天門冬氨酸、谷氨酸 等就和樹(shù)脂的陽(yáng)離子交換而留在柱中，再根據(jù)它們的IP值，選用不 同的pH緩沖溶

8、液將后者洗脫出來(lái)。 二、羧基的反應(yīng) R CHCOOH NH2 R CHCOO NH2 OH- （成鹽） - R CHCOCl NH2 PCl5 （生成酰氯） R CHCOOCH2C6H5 NH2 C6H5CH2OH （酯化） H+ R CHCONHR NH2 （生成酰氨）RNH2 R CHCH2OH NH2 （還原） LiAlH4 R CH2 NH2 （脫羧） 三、氨基的反應(yīng) R CHCOOH NH2 R CHCOOH NH3 + （成鹽） H+ R CHCOOH OH （與亞硝酸反應(yīng)） HNO2 R CHCOOH N(CH2OH)2 (與甲醛反應(yīng)） HCHO R CHCOOH NHCOCH3

9、 （?；?(CH3CO)2O R CHCOOH NHR （烴基化） RCl （氧化） H2O2 R CHCOOH NH R CHCOOH O H2O 與亞硝酸的反應(yīng) 氨基酸與HNO3作用，生成羥基酸，同時(shí)放出N2，反應(yīng)迅 速且定量完成。 根據(jù)所放出N2的體積，可以算出試樣中氨基的含量，這個(gè)方法 叫做范斯萊克（Van一S1yke）法。 RCH2CHCOOH + HNO2 NH2 RCH2CHCOOH + N2 + H2O OH 四、與水合茚三酮的顯色反應(yīng) -氨基酸與水合茚三酮在堿性溶液中加熱，發(fā)生氧化、 脫氨、脫羧作用，最終生成藍(lán)紫色物質(zhì)。這是檢驗(yàn)氨基酸的 靈敏方法。（脯氨酸或羥脯氨酸顯黃色）

10、 值得注意的是， 脯氨酸不能發(fā)生 茚三酮反應(yīng)。伯 胺、氨，銨鹽等 能發(fā)生茚三酮反 應(yīng)，故鑒別一個(gè) -氨基酸時(shí)， 要排除伯胺、氨 和銨鹽的干擾。 五、氨基酸的熱分解反應(yīng) 氨基酸的熱反應(yīng)與相應(yīng)的羥基酸極為相似： （A） -氨基酸加熱生成交酰氨或肽 CH3CH CO OH N H H HNH CHCH3 HO OC CH3CH CO N H NH CHCH3 OC 交酰胺（二酮吡嗪） H2N CH CO OH R +H NH CH COOH R H2N CH CO R NH CH COOH R 二肽 （B） - 氨基酸加熱生成 ， - 不飽和酸： RCH CH - COOH NH2H RCH = C

11、HCOOH ， - 不飽和酸 第三節(jié) 氨基酸的來(lái)源與合成 蛋白質(zhì) H2O H+ 多肽二肽- 氨基酸 將混合物用各種分離手段(如色層分離法、離子交換法、電 泳法等）進(jìn)行分離，即可分別得到各種氨基酸。由蛋白質(zhì)的水 解制備氨基酸是從1820年開(kāi)始的，這是一個(gè)最古老的方法。味 精早期就是由小麥蛋白質(zhì)面筋水解得到。胱氨酸，半胱氨 酸是由頭發(fā)水解制得的。 一、蛋白質(zhì)水解 蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下水解，最后生成的是- 氨基酸 的 混合物： 氨基酸的制備主要有蛋白質(zhì)的水解、發(fā)酵法，酶法及有機(jī)合成 法四條途徑 蛋白質(zhì)水解法的缺點(diǎn)是分離比較困難，因?yàn)樗鈺r(shí)所得到 的總是各種氨基酸的混合物。 二、微生物發(fā)酵法 該

12、法是以糖質(zhì)原料（如淀粉、果糖、蔗糖）或以石油及 其制品（如石蠟油、煤油、乙醇、醋酸）為主要碳源，在其 它氮、磷、鉀等物質(zhì)存在下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵而生成氨基酸。 從1957年開(kāi)始用該法生產(chǎn)谷氨酸（味精）。微生物發(fā)酵法的 原料價(jià)廉，在大多數(shù)情況下，由于細(xì)菌的特異作用，能直接得 到L 型氨基酸，無(wú)需再進(jìn)行外旋體的拆分。 三、酶法 在酶的作用下，可將一定原料轉(zhuǎn)化成L 氨基酸。酶法的 特點(diǎn)是酶的催化性很強(qiáng)，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少， 周期短，成本低。L-丙氨酸、L-賴氨酸、L-天門冬氨酸、L-色 氨酸、L-鳥(niǎo)氨酸等是用酶法生產(chǎn)的。 四、合成法 為了經(jīng)濟(jì)、大量地生產(chǎn)氨基酸，還需要用化學(xué)合成法。 其主要

13、方法有以下三種： R CH = O HCN R CH OH CN NH3 R CH NH2 CN 醛與HCN、NH3反應(yīng)生成氰胺，后者水解即得到氨基酸， 該法稱為斯垂克合成。 （1）由醛或酮制備斯垂克（Strecker）合成（氰胺水解） R CH - COOH NH2 H2O OHH+ R CH - COOH NH2 R CH - COOH X + NH3 （2） - 鹵代酸的氨解 此法有仲、叔胺的副產(chǎn)物，如用蓋布瑞爾(Gabriel)法代 替，則能得到較純的 - 氨基酸。 O O N O CH COOHR R NK O + X CH COOR R 鄰苯二甲酰亞胺鉀 - 鹵代酸酯 COOH C

14、OOH + NH2CHCOOH R + ROH H2O （3）由丙二酸酯合成 以丙二酸酯為基本原料，可以合成多種結(jié)構(gòu)的氨基酸，該 法的應(yīng)用范圍非常廣泛。 CH2(COOC2H5)2 CCl4 Br2 BrCH(COOC2H5)2 NK O O C2H5ONa RX N O O C (COOC2H5)2 R OH H2O H+ R CHCOOH NH2 N O O CH(COOC2H5)2 中間產(chǎn)物 現(xiàn)介紹鄰苯二甲酰亞胺丙二酸酯法： RX除為一般的伯鹵外，還可以為ClCH2COOC2H5,ClCH2CH2SCH3 等多種鹵代物，從而生成各種結(jié)構(gòu)的氨基酸。 最后要指出的是，用一般合成方法所生成的氨

15、基酸都是外消 旋體，只有經(jīng)過(guò)拆分才能得到L或D構(gòu)型的氨基酸。氨基酸的不對(duì)稱 合成近年來(lái)發(fā)展很快，例如應(yīng)用膦銠絡(luò)合催化劑，光學(xué)產(chǎn)率可達(dá)到 95以上。 (6)斯密特（Schmidt）反應(yīng) 斯密特反應(yīng)是以疊氮酸為 試劑，將羧某轉(zhuǎn)化成氨基。例如： 多肽 一、 多肽的結(jié)構(gòu)和命名 一分子 - 氨基酸的氨基和另一分子 - 氨基酸的羧基 之間縮水所生成的酰胺化合物稱為肽。 肽peptide,此名詞來(lái)自于希臘語(yǔ)“消化”，因?yàn)殡?首先是由部分消化的蛋白質(zhì)得到的。 肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵(peptide linkages)。 H2N CH CO OH R +H NH CH COOH R H2N CH CO R N

16、H CH COOH R 二肽 肽鍵 由二個(gè)或三個(gè)氨基酸形成的肽叫二肽或三肽。由多個(gè)氨 基酸形成的肽稱為多肽。在肽分子中每個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)部分 稱為氨基酸單位（殘基）。 在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸也是通過(guò)肽鍵連接起來(lái)的。實(shí) 際上，蛋白質(zhì)就是分子量很大（約億萬(wàn)以上）的多肽。所以 了解多肽的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是研究蛋白質(zhì)的重要基礎(chǔ)。 開(kāi)鏈狀的肽總有兩個(gè)末端。含游離氨基的一端稱 為N- 端，通常寫(xiě)在左邊；含游離羧基的一端稱為C- 端，寫(xiě)在右邊。 肽的命名是從N-端開(kāi)始，由左至右依次將每個(gè) 氨基酸單位寫(xiě)成“某氨?！保詈笠粋€(gè)氨基酸單位 的羧基是完整的，寫(xiě)為“某氨酸”。 H2N CH CONH CH2 CONH CH C

17、OOH CH3CH2C6H5 丙氨酰 甘氨酰 苯丙氨酸 簡(jiǎn)稱 ：丙 甘 苯丙 (Ala Gly Phe ) 二、多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定和端基分析 要測(cè)定一個(gè)多肽的結(jié)構(gòu)，首先要知道這個(gè)多肽分子是由哪些 氨基酸組成的，然后再確定這些氨基酸在多肽分子中的排列順序。 將多肽在酸性溶液中進(jìn)行水解，可以得到各種氨基酸的混合 物，再用色譜法分離并確定它是由哪幾種氨基酸組成以及它們的 相對(duì)含量，然后根據(jù)測(cè)定的多肽的分子量，就能算出這個(gè)多肽中 所含的各種氨基酸的數(shù)目。至于這些氨基酸在多肽分子中的排列 次序，則是通過(guò)端基分析的方法，并配合部分水解法加以確定。 確定多肽的結(jié)構(gòu)，應(yīng)從兩方面著手。首先測(cè)定組成多肽 的氨基酸種類

18、和數(shù)目；然后測(cè)定這些氨基酸在肽鏈中排列的 順序。 確定多肽的結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常復(fù)雜而細(xì)致的工作。英國(guó)化 學(xué)家桑格(F.Sanger)化了十年的時(shí)間，在1955年首次測(cè)定出牛 胰島素的氨基酸順序，于1958年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。桑格的 工作為多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。 1、分子大小的測(cè)定（相對(duì)分子質(zhì)量） 2、氨基酸的定量分析 3、端基分析 測(cè)定N端和C端 所謂端基分析就是通過(guò)一定的化學(xué)方法確定肽鏈的N-端或 C-端氨基酸的種類。 1）N- 端分析 A、桑格法 2，4 二硝基氟苯（DNFB）與肽鏈N 端的游離氨基發(fā)生反應(yīng)，生 成二硝基苯基（DNP）衍生物，然后水解得到一個(gè)黃色的N - （2，4 二 硝基

19、苯基）氨基酸，通過(guò)鑒定就可以確定是哪一個(gè)氨基酸。 O2N F NO2 +H NH CHCO NH 肽鏈 COOH - HF R O2N NO2 NH CHCO NH 肽鏈 COOH R HCl NO2 O2N NH CHCOOH R + 其它各種氨基酸 此法的缺點(diǎn)是在水解時(shí)，整個(gè)肽鏈都被破壞、所以在肽鏈上只能進(jìn)行一次N 端分析。 B、愛(ài)得曼（Edman)降解法即異硫氰酸苯酯法 這種方法是瑞士化學(xué)家愛(ài)得曼于1950年提出來(lái)的，其優(yōu) 點(diǎn)是每次測(cè)定肽鏈的其余部分不受影響而被保留下來(lái)，這樣 又獲得了一個(gè)新的N-端氨基。用同樣的方法可確定下一個(gè)氨 基酸組分。 2）C- 端分析 C- 端測(cè)定常利用酶催化法

20、，羧肽酶可選擇性地將C-端氨基 酸水解下來(lái)，然后對(duì)這個(gè)氨基酸進(jìn)行鑒定，就能確定C-端是哪 一個(gè)氨基酸。 NH CH CONH CH - COOH RR 羧肽酶 H2O NH CH COOH R +H2N CH - COOH R 余肽C-端氨基酸 三、多肽的合成 要合成一種與天然多肽相同的化合物，必須把各種有旋光性的 氨基酸按一定順序連接成一定長(zhǎng)度的肽鏈。反應(yīng)條件盡量保持緩和， 以保持一定的光學(xué)構(gòu)型。為此就要設(shè)法“活化”參與反應(yīng)的羧基和 氨基。使羧基活化的方法，常用轉(zhuǎn)化為酰氯、酸酐或酯的反應(yīng)： RCH(NH2)COOH RCH(NH2)COX X=-Cl, -OCOR, -OC6H4NO2, -

21、OR 這樣就可以增強(qiáng)羰基中碳原子的正電性，從而有利于氨基的親核進(jìn) 攻。 在氨基和羧基形成肽鍵的過(guò)程中，還必須把氨基或羧基“保護(hù)” 起來(lái)，防止同一種氨基酸的相互作用，或受到其它官能團(tuán)的干擾。 反應(yīng)完成后，再將保護(hù)基除去。氨基常用與氯甲酸芐酯（C6H5CH2- O-COCl）的作用加以保護(hù)，因?yàn)榉磻?yīng)后，氨基上的芐氧碳基很容易 用催化氫解的方法除去。 例如甘氨酰一丙氨酸的合成過(guò)程如下： 將二肽中的氨基再保護(hù)起來(lái)后，就可以用來(lái)與另一分子氨基酸作用合成三肽。 把幾種多肽用同樣的方法依次連接起來(lái)可以合成肽鏈很長(zhǎng)的多肽。 顯然，隨著氨基酸數(shù)目的增多，可能生成的異構(gòu)體迅速增加， 反應(yīng)條件還可能引起立體構(gòu)型的變

22、化。因此，合成的中間物及產(chǎn)物 的分離，提純和鑒定等工作愈來(lái)愈困難。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們?cè)?合成多肽的領(lǐng)域里，取得不少重大成果。1953年首次合成催產(chǎn)素 （結(jié)構(gòu)見(jiàn)前）以后，1965年我國(guó)科學(xué)家在世界上首先合成了具有生 物活性的結(jié)晶牛胰島素，這是一個(gè)由多個(gè)氨基酸組成的多肽類激 素；1971年又完成了牛胰島素晶體的測(cè)定。 蛋白質(zhì) 一、蛋白質(zhì)的分類和組成 蛋白質(zhì)的種類繁多，可以從不同的角度，根據(jù)它們不同 的特征進(jìn)行分類。 由元素分析得知，蛋白質(zhì)的組成中含有C、H、O、N及少量S, 有的還含有微量的P、Fe、Zn、Mo等元素。一般干燥蛋白質(zhì)的元素 含量為： C O H N S 5055 20 23 6.

23、07.0 1517 0.23.0 蛋白質(zhì)的相對(duì)分于質(zhì)量很大，通常在10 000以上，有的達(dá)幾萬(wàn)、 幾十萬(wàn)，個(gè)別的甚至上千萬(wàn)。如煙草斑紋病毒的核蛋白的相對(duì)分子 質(zhì)量己超過(guò)二千萬(wàn)，腺病毒的核蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量還更大。 二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物功能都依賴于它們的結(jié) 構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，通常用一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、 三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四種不同的層次來(lái)描述。 一、一級(jí)結(jié)構(gòu)： 表示的是組成蛋白質(zhì)的氨基酸殘基排列順序。各種蛋白 質(zhì)的生物活性首先是由一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的。 胰核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu) 測(cè)定多肽氨基酸順序的技術(shù) 都可應(yīng)用于蛋白質(zhì)。 1955年，桑 格首次確定了胰島素的完整結(jié)構(gòu) 后

24、，相繼獲得了多種蛋白質(zhì)的一： 級(jí)結(jié)構(gòu)，例如核糖核酸酶（124個(gè) 氨基酸殘基，見(jiàn)同21刁）、糜蛋 白酶（241個(gè)氨基酸殘基）。 了球蛋肉是一種很復(fù)朵的抗體， 其氨皂酸的順序也已經(jīng)被破澤。 英國(guó)人愛(ài)德?tīng)柭℅。 Edelrnan） 證明此伉體總共含有N20個(gè)氫基 酸（由四個(gè)鏈組成，兩個(gè)含446個(gè) 氨基酸，另二個(gè)含214十氨基酸）。 此成就使他獲得了1973年的諾貝 爾獎(jiǎng)金。 二、二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中的肽鏈并非是直 線型的，而是排列成盤(pán)曲或折疊 狀，這就是蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 二級(jí)結(jié)構(gòu)有兩種形式，一種是- 螺旋形，另一種- 折疊形，如所 示。在一個(gè)肽鏈中的C = O和另 一個(gè)肽鏈的 N H 之間可形

25、成氫 鍵，正是由于這種氫鍵的存在維 持了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 -螺旋型結(jié)構(gòu)：天然蛋白質(zhì)的 -螺旋絕大多數(shù)是右螺旋的，螺 環(huán)每上升一圈，由3.6個(gè)氨基酸 單位構(gòu)成，每個(gè)氨基酸單位的氨 基與其相隔的第五個(gè)氨基酸單位 的羰基形成氫鍵。 -折疊型結(jié)構(gòu)：是依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈回折的兩段肽 鏈之間，借氫鍵形成片層結(jié)構(gòu)。 3）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步彎曲折疊，構(gòu)成具有特定構(gòu)象的緊湊結(jié) 構(gòu)，有的稱此為“螺旋的螺旋”。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的力來(lái)自氨基酸側(cè)鏈之間 的相互作用。主要包括二硫鍵、氫鍵、正負(fù)離子間的靜電引力（離子鍵）、 疏水基團(tuán)的親和力（疏水鍵）等。這些作用總稱為副鍵。 肌紅蛋自由153個(gè)氨

26、基 酸組成肽鏈，大部分是-螺 旋構(gòu)象，但有8處中斷。這8 處非螺旋區(qū)域有4處是由于 存在著脯氨酸，其它4處中 斷的原因尚不清楚。在肽鏈 中除了與血紅素聯(lián)系的兩個(gè) 組氨酸外，疏水性較強(qiáng)的側(cè) 鏈全在分子內(nèi)部，有排斥水 和極性分子進(jìn)入的作用。親 水性強(qiáng)的側(cè)鏈全部露在外邊， 因此肌紅蛋白是親水的。 多肽鏈經(jīng)卷曲折疊成三 級(jí)結(jié)構(gòu)，使分子表面形成了 某些具有生物功能的特定區(qū) 域，如酶的活性中心等等。 測(cè)定蛋白質(zhì)的整個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)令人望而生畏的任務(wù)， 對(duì)于化學(xué)家來(lái)說(shuō)也不是高不可攀的。1957年肯篤（JKendrew） 用X光衍射技術(shù)成功地測(cè)定了攜氧蛋白質(zhì)肌紅蛋白 （M=17800）的三級(jí)結(jié)構(gòu)。使人們第一

27、次看到了一個(gè)蛋白質(zhì)分 子內(nèi)部的立體構(gòu)象圖。在大致相同的時(shí)期，更復(fù)雜的攜氧蛋白 質(zhì)血紅蛋白（M=64500）的三級(jí)結(jié)構(gòu)圖形從伯汝茨（M。 Perutz）的20年蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究工作中出現(xiàn)了。1962年肯篤和鉑 汝茨因他們的出色成就而獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從那時(shí)起，陸 續(xù)測(cè)得了一些蛋白質(zhì)（包括酶在內(nèi)）的相當(dāng)詳細(xì)的分子結(jié)構(gòu)圖 形。 用X光衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)是近年來(lái)分子生 物學(xué)的重大突破，為此已經(jīng)頒發(fā)了四次諾貝爾獎(jiǎng)金。1971 1973年我國(guó)科學(xué)工作者也成功地用X光衍射法完成了豬胰島 素晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定。 四、四級(jí)結(jié)構(gòu) 許多球狀蛋白質(zhì)是由一 條或多條肽鏈構(gòu)成的，每條 肽鏈都有各自一、二、三級(jí) 結(jié)

28、構(gòu)。這些肽鏈稱為蛋白質(zhì) 的亞基或原體。各個(gè)亞基聚 合成大分子的方式稱為蛋白 質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。 如胰島素 的四級(jí)結(jié)構(gòu)可由相對(duì)分子質(zhì) 量為6000或12 000的兩個(gè)以 上亞基聚合而成。更復(fù)雜的 多聚體。 又如血紅蛋白，它是由二條- 鏈和二條- 鏈構(gòu)成的四聚體。 有的蛋白質(zhì)分子中的亞基數(shù)更多，經(jīng)聚合形成結(jié)構(gòu) 三、蛋白質(zhì)的性質(zhì) 1、兩性和等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，有它們的等電點(diǎn)。不 同蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)也不相同。在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度最 小，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的PH值，使蛋白質(zhì)從溶液中析出，達(dá) 到分離或提純的目的。 2、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)( 膠體性質(zhì)) 蛋白質(zhì)在水溶液中形成的顆粒直

29、徑在1100nm內(nèi),具有 膠體性質(zhì)。所以蛋白質(zhì)溶液不能通過(guò)半透膜（如玻璃紙）。 3、蛋白質(zhì)的沉淀 蛋白質(zhì)溶液與其它膠體一樣，在各種不同的因素影響下， 也會(huì)從溶液中析出沉淀。 沉淀蛋白質(zhì)的方法主要有： 1）鹽析法：加入NaCl 或(NH4)2SO4 、 Na2SO4等電解質(zhì)。 2）加入有機(jī)溶劑：如乙醇、丙酮等親水性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑。 3）加入重金屬離子：如Hg2+、Pb2+ 等。 蛋白質(zhì)的沉淀有可逆和不可逆兩種，可逆沉淀是指沉 淀出來(lái)的蛋白質(zhì)分子的個(gè)級(jí)結(jié)構(gòu)基本不變，只要消除沉淀 因素，沉淀物能重新溶解。不可逆沉淀則否。 例如，用鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)是可逆的，用重金屬離子 的沉淀則是不可逆的。 4、蛋

30、白質(zhì)的變性 變性作用是指蛋白質(zhì)受物理因素（如加熱、強(qiáng)烈震蕩， 紫外線或X 射線的照射等）或化學(xué)因素（如強(qiáng)酸、重金屬 鹽、乙醇等有機(jī)溶劑）的影響，其性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 的作用。 蛋白質(zhì)的變性一般認(rèn)為是蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)有 了改變或遭受破壞，結(jié)果使肽鏈松散開(kāi)來(lái)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)一 些理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失。 蛋白質(zhì)變性的表現(xiàn)主要是溶解度降低、粘度變大、難以 結(jié)晶，容易為酶所水解，喪失生物活性、等等。 5、蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng) 1）縮二脲反應(yīng) 2）蛋白黃色反應(yīng) 3）米勒反應(yīng) 4）茚三酮反應(yīng) 核酸 瑞士生理學(xué)家米歇爾(F.Miescher)于1869年從細(xì)胞核中首 次分離到一種具有酸性的新物質(zhì)，

31、這就是我們現(xiàn)在所稱的核 酸。核酸對(duì)遺傳信息的儲(chǔ)存和蛋白質(zhì)的合成起著決定性作用， 它是一類非常重要的生物高分子化合物。 第九節(jié) 核酸的組成 核酸 核酸酶 核苷酸 水解 核苷 磷酸 戊糖 堿基（雜環(huán)堿） 核酸的分步水解產(chǎn)物為： 由此可以看出，核苷是由戊糖和雜環(huán)堿組成的；核苷酸是 是由核苷和磷酸組成的。而核酸則是核苷酸的構(gòu)成的多聚體， 因此核苷酸亦稱為多核苷酸。 一、核糖及脫氧核糖 在核酸分子中含有兩種戊糖：D-2-脫氧核糖和D-核糖。 它們都是以-呋喃糖形式存在。 D-2-脫氧核糖D-核糖 O OH H H H H OH CH2OH 1 2 3 4 5 H O OH H OH H H OH CH2OH H 含有D-2-脫氧核糖的核酸叫做脫氧核糖 核酸(Deoxyribonucleic,DNA)；含有核糖的 核酸稱為核糖核酸(Ribonucleic, RNA)。 二、堿基 存在于核苷中的堿基主要有五種，其中嘌呤堿兩種：腺 嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤；嘧啶堿三種：尿嘧啶、胞嘧啶、胸嘧啶。 N N OH HON N OH HO CH3 N N NH2 HO UracilThymineCytosine 尿嘧啶 胸腺嘧啶 胞嘧啶 N N N N H NH2 N N N N H H2N OH 腺嘌呤（6-氨基嘌呤） 鳥(niǎo)嘌呤（2-氨基-6-羥基嘌呤） A