【正文】 Φ角和 ψ 角規(guī)定為 180 176。多肽鏈主鏈的構(gòu)象可用每 α 碳原子的一對扭角來描述。 這兩個單鍵在剛性平面的任何一側(cè)都有較大的旋轉(zhuǎn)程度。一般呈有規(guī)律的空間折疊。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包括二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。羧肽酶 C能水解 C末端的 Pro. ： 胰酶： AlaArg Arg MetPheAlaLys AspPheLeuLys 糜酶： AlaArg—ArgMetPhe AlaLys—AspPhe LeuLys 全順序 AlaArg—ArgMetPheAlaLys—AspPheLeuLys 六．蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的生物學(xué)意義： 1. 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異 同源蛋白質(zhì) (homologous proteins) 以胰島素和細(xì)胞色素 c為例說明。 ? 羧肽酶法： 羧肽酶 A：從 C末端依次降解末端殘基，含芳香環(huán)的或脂肪烴基較大的殘基易被水解。 丹磺酰氯 （圖 214） 為一種更有效的試劑，靈敏度比 DNFB法高 100倍。 一． 直接法： ① 獲得高純度的單一蛋白樣品，測定其分子大小。有的呈環(huán)形，有的有分支，有的還含有 D氨基酸和氨基酸類似物 （圖 213） 。 三．生物活性肽 幾乎所有生物體內(nèi)部都存在多種非蛋白質(zhì)肽。從該模式結(jié)構(gòu)可以看出， 每種多肽或蛋白質(zhì)都有相同的主鏈（ backbone） ,而每種多肽或蛋白質(zhì)之間的差別則表現(xiàn)在多肽鏈中的氨基酸殘基順序的不同。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(4440 kD)。 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) 。 現(xiàn)在常用高效液相層析 (HPLC) 代替普通的離子交換層析。 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） 。如果帶電質(zhì)點在恒定電壓和恒定粘度的介質(zhì)中泳動，帶電質(zhì)點的遷移率 (181。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。 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。 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。 ⑦ 胚胎發(fā)育、生長、分化和繁殖等都有蛋白質(zhì)參與。 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)。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。175。因此， pH的改變會極大地對代謝反應(yīng)造成破壞。如醋酸的 pK為 、咪唑的 pK為 、 NH4＋ 的 pK為 。當(dāng)處在HAc的一半被中和時的位點，已加入等當(dāng)量的 NaOH。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。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。L1/ 酸是質(zhì)子的供體 按照 ，凡是能供出質(zhì)子的物質(zhì)即是酸，凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)即為堿。 七、酸 堿化學(xué) 由水解離產(chǎn)生的 H＋ 和 OH－ 是生物化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)。氫鍵網(wǎng)為 H＋ 的快速遷移提供了一條天然的路線。人們通常用下面的式子表達(dá)水的離子化： H2O ←→ H ＋ ＋ OH— 實際上，自由的 H＋ 是不存在的，而是與水分子結(jié)合，以水合氫離子（ H3O＋ ）的形式存在。 ▲ 當(dāng)水溶液被一層允許水和溶質(zhì)滲透的膜隔開時，水可以向內(nèi)運動，溶質(zhì)也可以從溶液中向外運動，直到膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度達(dá)到相同為止。當(dāng)溶質(zhì)與純水被一層只允許水分子通過而不允許溶質(zhì)通過的半透膜分開時，水移動進(jìn)入到溶液中，以便使膜兩側(cè)的濃度趨于平衡。 ▲ 溶質(zhì)的濃度影響水的 依數(shù)性（ colligative properties） 。因此，中極兩性化合物的這種特殊的性質(zhì)是生物膜構(gòu)成的基礎(chǔ)。 （圖 1－ 8） 。 熵是一個系統(tǒng)有序程度的一種量度。 環(huán)繞非極性溶質(zhì)的水分子的有序化產(chǎn)生了不利于非極性溶質(zhì)水化的自由能 . 因此非極性溶質(zhì)趨向于從水相中排出。 三、疏水相互作用 非極性物質(zhì)（或者生物大分子的非極性功能基團(tuán)）不易與水形成氫鍵。在液態(tài)水中，分子間的這些氫鍵已變形。（同樣，作為氫鍵供體的氫鍵結(jié)合的水分子也是一種更好的氫鍵受體）。 ⑥ 在膜的內(nèi)外兩側(cè)的氫離子濃度的差異代表了能量轉(zhuǎn)化的生物學(xué)機(jī)制所必需的能化狀態(tài)。 ③ 水本身活躍地參與支撐許多化學(xué)反應(yīng)，水的離子化組分 (H＋ 和OH－ )往往作為真正的反應(yīng)物參與反應(yīng)。極端條件將破壞維持大分子復(fù)雜結(jié)構(gòu)所必需的弱的作用力。 生命的復(fù)雜而高度組織化的型式取決于生物分子彼此識別和相互作用的能力。非共價作用力是弱的作用力，包括氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水相互作用。這類同聚多糖不可能含有什么信息。 生物大分子是信息分子 由于生物大分子對它們的結(jié)構(gòu)及其組成元件具有感應(yīng)，因此，只要構(gòu)件單位的多樣性或次序不是過分筒單或重復(fù)，它們的線性順序就應(yīng)含有特定信息的潛在能力 。 因此，從某種意義上說 ,它們是有“頭”和有“尾”的。真核生物細(xì)胞具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。細(xì)胞器僅在真核生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。 一是碳與自身形成共價鍵的能力，另一個是被鍵合碳原子周圍的四個共價鍵的四面體性質(zhì)。 生物分子是含碳的化合物 所有生物分子都含有碳。 H、 O、 C和 N的什么樣的性質(zhì)使其結(jié)合成適合于生命的化學(xué)？ 是它們通過共用電子對形成共價鍵的能力。 ● 生命系統(tǒng)具有顯著的自我復(fù)制能力。 一、生命系統(tǒng)的獨特性質(zhì) ● 生物最顯著的性質(zhì)是它們具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和高度的組織形式。 Section 1 生命、細(xì)胞和生物分子 分子是無生命的 , 然而分子卻可以以適當(dāng)?shù)臄?shù)目和方式構(gòu)成生命。它的主要研究范圍包括這樣幾個方面： 生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和三維構(gòu)象；生物分子的相互作用；生物分子的合成與降解；能量的保存與利用；生物分子的組裝和協(xié)調(diào)；遺傳信息的貯存、傳遞和表達(dá)。 盡管生命存在著驚人的多樣性、存在著生物結(jié)構(gòu)和維持生命必需的機(jī)制的復(fù)雜性，但是生命的功能最終是可以用化學(xué)的原理來解釋的。 ATP和 NADPH是其中最重要的富含能量的生物分子，代表著生物在化學(xué)上可利用的能量的貯存形式 。 H、 O、 C和 N構(gòu)成了人體原子總量的 99%以上，其中大多數(shù) H和 O以 H2O形式出現(xiàn)。 兩種其他能形成共價鍵的元素磷和硫也在生物分子中起著重要的作用。 碳的共價鍵有兩個特別值得注意的性質(zhì)。 生物分子是分級的 (1)代謝物和大分子 無機(jī)物分子 → （同化）轉(zhuǎn)變成代謝物（氨基酸、糖、核苷酸、脂肪酸和甘油） → （通過共價）鍵構(gòu)成大分子 (蛋白質(zhì)、多糖、 DNA和 RNA以及脂類 ) → （大分子間的相互作用導(dǎo)致）超分子復(fù)合物（酶復(fù)合物、核糖體、染色體和細(xì)胞骨架系統(tǒng)） （圖 1－ 2） (2)細(xì)胞器 細(xì)胞器是生物分子等級中較高層次的一級。細(xì)胞可分為兩種類型，即真核生物細(xì)胞和原核生物細(xì)胞。這些構(gòu)件分子是有極性的，即它們是不對稱的。 因此， 它們的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是有“感應(yīng)”（ sense）的或者說是有方向的 （圖 1－ 3） 。多糖往往由相同的單糖單位一次又一次地重復(fù)排列構(gòu)成。 非共價作用力維持生物大分子的結(jié)構(gòu) 共價鍵把原子結(jié)合在一起形成分子，非共價作用力是分子內(nèi)或分子間的原子之間的吸引。 結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性決定生物分子的相互作用 結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性是生物分子間識別的手段。 弱的作用力把生物限制在一個窄范圍環(huán)境條件中 生物大分子僅在窄的環(huán)境條件下 (例如溫度、離子強(qiáng)度以及酸 堿度等 )才有功能上的活性。 ② 大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)是水 ,代謝反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物在細(xì)胞范圍內(nèi)和細(xì)胞間運輸都依賴于水。 ⑤ 水的離子化產(chǎn)物 (H＋ 和 OH－ )是蛋白質(zhì)、核酸以及膜的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)鍵決定者。 這就是說，作為受體的氫鍵結(jié)合的水分子是一種比未鍵合的水分子更好的氫鍵供體。 液態(tài)水的結(jié)構(gòu) 由于液態(tài)水的每個分子約 10－ 12秒重新定位一次，因此很少有實驗技術(shù)能探測這些水分子的瞬間排列。 由于水具有高極性，因而使得它對于極性物質(zhì)和離子物質(zhì)是一種極好的溶劑 (16b)。為了重新獲得它們失去的氫鍵能，表面的水分子指向它們自身， 以四面體氫鍵的方式形成一種封閉的、類似籠子的氫鍵網(wǎng) （圖 17） 。 換句話說，非極性溶質(zhì)相互吸引、避開水的傾向是水分子有序度的減少（或者說混亂度增加）所產(chǎn)生的熵增所推動的。這類化合物既有親水性又有疏水性。 中極兩性分子也能形成另一種有序的結(jié)構(gòu)形式 雙分子層結(jié)構(gòu)，與生物膜的結(jié)構(gòu)相似。細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞周圍的液體是被各種溶質(zhì)充塞的，這些溶質(zhì)包括從很小的無機(jī)離子到巨大的分子聚集體。 ▲ 滲透壓 也與溶質(zhì)的濃度有關(guān) 。 這種壓力與溶質(zhì)的濃度成正比。 六、水的離子化和 pH 水是一種中性分子，只是具有很弱的離子化傾向。水合氫離子的質(zhì)子可以很快地一個水分子跳躍到另一個水分子 （圖 111） 。L1，因此，用 pH來描述純水的氫離子濃度即為： pH＝ log(1/1 107)＝ log(1 107)＝ ＋ log107 ＝ 0 ＋ ＝ pH值越高， H＋ 濃度就越低； pH值越低 ， H＋ 濃度就越高。因而正確評價酸 堿化學(xué)是了解許多分子的生物學(xué)作用所必須的 。 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) （ 1000g 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。 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