【正文】 一定義，堿 酸反應(yīng)可以表述為： HA ＋ H20 → H 3O＋ ＋ A－ 酸（ HA）與堿（ H2O）反應(yīng)，形成酸的共軛堿（ A－ ）和堿的共軛酸（ H3O＋ ）。相應(yīng)地，醋酸離子（ CH3COO－ ）是醋酸（ CH3COOH）的共軛堿，銨離子（ NH4＋ ）是氨（ NH3）的共軛酸。 牽涉到水參與的酸 堿反應(yīng)，往往可以縮寫為 HA ←→ H ＋ ＋ A－ 酸的強(qiáng)度可用它的解離常數(shù)來表示 酸 堿反應(yīng)的平衡常數(shù)用反應(yīng)物和產(chǎn)物的解離常數(shù)來表達(dá)： K ＝ [H3O＋ ][A－ ]/[HA][H2O] (1) ( 在稀溶液中 , 水的濃度基本上是恒定的常數(shù) （ 1000gL1/mol1 ＝ L1） 。 因此 ， [H2O]項通常與解離常數(shù)合并 ， 即： Ka ＝ K[H2O]＝ [H＋ ][A－ ]/[HA] (2) 由于酸解離常數(shù)象 [H＋ ]值一樣使用起來不方便 ， 因此可用公式將其轉(zhuǎn)換成的 pKa值 (為了使用的方便 ,將下標(biāo) a省去 ): pK ＝ － logK (3) 溶液的 pH由酸和堿相對濃度決定 一種溶液的 pH和酸以及它的共軛堿之間的相互關(guān)系可以很容易推導(dǎo)出來。將方程（ 2）重排 [H＋ ] ＝ K([HA]/[A－ ]) (4) 兩邊取負(fù)對數(shù)： － log[H]＝－ logK ＋ log([A－ ]/[HA]) 從而得到： pH＝ pK ＋ log([A－ ]/[HA]) (5) 這種關(guān)系式稱為 HendersonHaselbalch方程。當(dāng)某種酸 [HA]和它的共軛堿 [A－ ]的濃度相等時， log([A－ ]/[HA])＝ 0，溶液的pH在數(shù)值上相當(dāng)于酸的 pK值。 HendersonHasselbalch方程對于計算含有已知濃度的弱酸和它的共軛堿的溶液的 pH來說是非常有用的。 八、緩沖系統(tǒng) 弱酸（例如醋酸）在水中只能部分離子化，它所釋放出來的 H＋ 是可以被滴定的。當(dāng)用已知濃度的堿（通常使用 NaOH）滴定醋酸溶液時，獲得如 圖 1－ 12所示的滴定曲線。 當(dāng)?shù)味ㄩ_始時， HAc大部分以未離子化的形式以 HAc存在，同時也有一定量的 H＋ 和 Ac－ 存在。 NaOH溶液的加入允許氫氧離子（ OH－ ）中和存在的 H＋ 。當(dāng) H＋ 被中和時，更多的 HAc解離成 H＋ 和 Ac－ .當(dāng)進(jìn)一步加入 NaOH時 , pH隨 Ac－ 的積累而逐漸升高。當(dāng)處在HAc的一半被中和時的位點(diǎn)，已加入等當(dāng)量的 NaOH。此時溶液中的 HAc和 Ac－ 相等， pH＝ pK. 因此，人們可以用實驗方法測定弱電解質(zhì)的 pK值。 弱電解質(zhì)的 pK往往位于滴定曲線的中點(diǎn) 。但是，滴定中點(diǎn)的 pK值則隨不同性質(zhì)的電解質(zhì)而不同。如醋酸的 pK為 、咪唑的 pK為 、 NH4＋ 的 pK為 。 pK值直接與這類物質(zhì)的解離常數(shù)有關(guān)，或者說與共軛堿對 H＋ 的親和力有關(guān)。 pH的維持對所有細(xì)胞都是至關(guān)重要的 。細(xì)胞過程（例如代謝）取決于酶的活性，而酶的活性又顯著地受 pH的影響。因此， pH的改變會極大地對代謝反應(yīng)造成破壞。 生物有各種保持它們細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外液體 pH基本恒定的機(jī)制，但是阻止有害 pH變化的最重要的機(jī)制由緩沖系統(tǒng)提供。 所選擇的緩沖系統(tǒng)反映了對接近 pH7的 pK值以及緩沖劑組成與細(xì)胞代謝機(jī)構(gòu)的一致性兩方面的需要。 磷酸鹽系統(tǒng)（ HPO4178。175。/H2PO4175。）和碳酸鹽系統(tǒng)（ HCO3175。/H2CO3）是生物體內(nèi)的兩種重要的緩沖系統(tǒng)。前者主要維持細(xì)胞內(nèi) pH的恒定，而后者在維持細(xì)胞外液的 pH穩(wěn)定中起作用。 此外，許多生物分子，例如蛋白質(zhì)以及小分子的有機(jī)物，由于含有多個酸 堿基團(tuán)，它們在生理 pH范圍內(nèi)都是有效的緩沖系統(tǒng)的組分。 Chapter 2 蛋 白 質(zhì) (Protein) Section 1 蛋 白 質(zhì) 概 述 一 . 蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)的最重要的物質(zhì) ① 蛋白質(zhì)約占細(xì)胞干重的 50%以上。 ② 蛋白質(zhì)與核酸共同構(gòu)成了生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)，是細(xì)胞原生質(zhì)的主要成分。 ③ 催化生物體內(nèi)幾乎所有化學(xué)反應(yīng)的酶是蛋白質(zhì)。 ④ 抵抗外源性異物侵害而產(chǎn)生免疫反應(yīng)的抗體是蛋白質(zhì)。 ⑤ 調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的許多激素也是蛋白質(zhì)或多肽。 ⑥ 肌肉收縮、物質(zhì)的運(yùn)輸、結(jié)締保護(hù)、病毒對宿主的感染等都是蛋白質(zhì)在起作用。 ⑦ 胚胎發(fā)育、生長、分化和繁殖等都有蛋白質(zhì)參與。 二、蛋白質(zhì)的元素組成 蛋白質(zhì)主要含有 C、 H、 O、 N以及 S元素。 N元素是蛋白質(zhì)的特征性元素，根據(jù)對大多數(shù)蛋白質(zhì)的 N元素分析，其含量相近，一般在 15—17% ，平均為 16% 。 三、 蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸 經(jīng)水解分析，構(gòu)成氨基酸的蛋白質(zhì)約 20種，這些氨基酸借肽鍵聚合成蛋白質(zhì)。 四、 蛋白質(zhì)是基因編碼的 直接參與蛋白質(zhì)合成的氨基酸在遺傳上都存在相應(yīng)的密碼，這些密碼子存在于基因的核苷酸順序中，分子生物學(xué)研究表明，基因的核苷酸順序通過轉(zhuǎn)錄拷貝到 mRNA上，mRNA的編碼信息，即 三聯(lián)密碼子直接決定著蛋白質(zhì)多肽的氨基酸順序。 Section 2 氨基酸 ( Amino acids ) 一 . 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 除脯氨酸外 ， 其它所有氨基酸在結(jié)構(gòu)上都有一個共同的特點(diǎn) ，即在與羧基相連的 α 碳原子上含有一個氨基 （ 圖 21） 。 從這個結(jié)構(gòu)通式可以看出 ， 氨基酸的差別就表現(xiàn)在側(cè)鏈 R基團(tuán)上 。 二 . 氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類： 根據(jù)氨基酸側(cè)鏈 R基的極性 ， 20種氨基酸可分成 4類 。 1. 非極性 R基氨基酸 （ 共 9種 ） （ 圖 22） ： 甘氨酸 (Glycine,Gly,G), 丙氨酸 (Alanine,Ala,A), 纈氨酸 (Valine,Val,V)), 亮氨酸 (Leucine,Leu, L), 異亮氨酸 (Isoleucine,Ile,I), 脯氨酸 (Proline,Pro,P), 苯丙氨酸 (Phenylalanine,Phe,F), 色氨酸 (Tryptophan,Trp,W), 甲硫氨酸 (Methionine,Met,M) R基氨基酸（共 6種） （圖 23） ： 絲氨酸 (Serine,Ser,S), 蘇氨酸 (Threonine,Thr,T), 酪氨酸 (Tyrosine,Tyr,Y), 半胱氨酸 (Cysteine,Cys,C), 天冬酰胺 (Asparagine,Asn,N), 谷氨酰胺 (Glutamine,Gln,Q) R基氨基酸（共 3種） （圖 24） ： 賴氨酸 (Lysine,Lys,K), 精氨酸 (Arginine,Arg,R), 組氨酸 (Histidine,His,H) R基氨基酸（共 2種）： 天冬氨酸 (Aspartic acid,Asp,D),谷氨酸 (Glutamic acid,Glu,E) 三．氨基酸的構(gòu)型： 氨基酸的構(gòu)型是以 D、 L甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)確定的。除甘氨酸外，其他所有 α 氨基酸都是 L型的 （圖 25） 。 四、紫外吸收特性： 酪氨酸和色氨酸在 280nm處具紫外吸收特性，蛋白質(zhì)通常含有這樣的氨基酸，故可以在 280nm處測定蛋白質(zhì)的含量 ,并利用下式計算蛋白質(zhì)的含量。 C ＝ A/ε L 五、氨基酸的酸堿性質(zhì) 1. 氨基酸的兩性解離性質(zhì) 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)下主要以兩性離子形式在 . 作為 酸 ： RCHCOO —→ R CHCOO ＋ H＋ | | NH＋ 3 NH2 作為 堿 ： RCHCOO＋ H＋ —→ R CHCOOH | | NH＋ 3 NH＋ 3 氨基酸在不同的 pH條件下可解離成帶不同的電荷： COOH COO COO | ＋ H＋ | –H＋ | H＋ 3N―C―H ←→ H＋ 3N―C―H ←→ H 2N―C―H | H＋ | +H＋ | H H H 酸性狀態(tài) (A) 兩性離子狀態(tài) (Z) 堿性狀態(tài) (B) pK值與等電點(diǎn)（ pI）的關(guān)系： 對于中性氨基酸： pI=(pKa1 + pKa2)1/2 對于酸性氨基酸： pI=(pKa1 + pKaR)1/2 對于堿性氨基酸： pI=(pKa2 + pKaR)1/2 這種關(guān)系可通過酸堿滴定曲線來確定 （圖 26） 。從滴定曲線可看出，每種氨基酸是在它的 pKa值附近而不是在它的 pI處發(fā)揮其緩沖作用。在等電狀態(tài)，氨基酸凈電荷為零，且解離成陽離子和陰離子的數(shù)目和趨勢相等。 圖 27和 圖 28分別是酸性氨基酸和堿性氨基酸的酸堿滴定曲線。 六．氨基酸的電泳分離和離子交換： 1. 氨基酸的電泳分離 電泳 (Electrophoresis)是指帶電質(zhì)點(diǎn)在電場中的移動 （圖29） 。如果帶電質(zhì)點(diǎn)在恒定電壓和恒定粘度的介質(zhì)中泳動，帶電質(zhì)點(diǎn)的遷移率 (181。)可用下式表示： 181。 ∝ Q/r 如果它們在大小方面也沒有明顯的的差別，帶電質(zhì)點(diǎn)的遷移率可用下式表示： 181。 ∝ Q 各氨基酸所帶凈電的差異（ Q）可用 pI pH表示。 2. 離子交換層析是分離分析氨基酸的有效方法 離子交換劑共價地結(jié)合許多可解離為陰離子或陽離子的基團(tuán)，可以與周圍溶液中的其它相反離子或離子化合物結(jié)合 （圖210） 。 當(dāng)把被分離的氨基酸混合物的溶液調(diào)至 , 氨基酸都帶凈正電荷。但由于每種氨基酸的電離狀態(tài)不同，因而它們的凈正電荷的程度也不同，故被洗脫下來的速度也不相同。 除了電荷作為主要分離因素外，氨基酸側(cè)鏈與樹脂的非極性骨架之間的相互作用也是影響分離的因素。 現(xiàn)在常用高效液相層析 (HPLC) 代替普通的離子交換層析。 七、氨基酸的化學(xué)反應(yīng) 1. 與亞硝酸反應(yīng)： R － CH－ COOH + HNO2 —→ R － CH－ COOH + N2↑ + H 2O ? ｜ NH2 OH 只要測定釋放的 N2體積，便可計算出氨基酸的含量，這是 Van Slyke (范氏 )氨基氮測定方法的基礎(chǔ)。 2. 與甲醛的反應(yīng) 3. 與二硝基氟苯的反應(yīng) 4. 與苯異硫氰酸的反應(yīng) 5. 與二甲氨基萘 1磺酰氯（ DNSCl）的反應(yīng) 6. 成酯和成鹽反應(yīng) 7. 與茚三酮的反應(yīng) Section 3 肽 一．肽、肽鏈和肽鍵 氨基酸與氨基酸之間可以通過 α 氨基和 α 羧基形成的酰胺鍵共價地結(jié)合在一起 ,這樣形成的產(chǎn)物叫做肽（ Peptide）。在蛋白質(zhì)化學(xué)中，這種酰胺鍵稱為肽鍵（ Peptide bond） （圖 211） 。 由氨基酸借肽鍵所形成的一條線性的鏈狀分子就叫做 肽鏈(peptide chain) 。在肽鏈結(jié)構(gòu)中 ,每個的氨基酸不再是完整的，因此叫做 氨基酸殘基 （ residue）。 蛋白質(zhì)是由單一肽鏈或多條肽鏈構(gòu)成的大分子 。這些多肽鏈在長度上一般超過 40個以上的氨基酸殘基，最大者甚至超過 4000個氨基酸殘基。若按氨基酸殘基平均分子量 110計，則蛋白質(zhì)分子量范圍大約是 4 000440 000 Da(44