【正文】 他發(fā)現(xiàn)當(dāng)蔗糖的濃度比酶的濃度高許多時，反應(yīng)速度不再取決于蔗糖的濃度，即是說，反應(yīng)速度相對于蔗糖來說是零級反應(yīng)。 2. 酶的活力單位 . 國際酶學(xué)委員會規(guī)定 , 一個酶活力單位 (unit,u) 是指在 25℃下 , 其它條件如 pH及底物濃度均采用最適條件 , 在 1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1μ mol底物的酶量 (或轉(zhuǎn)化 1μ mol底物的有關(guān)基團的酶量 ).但是，酶的活力單位常根據(jù)實際需要來規(guī)定。 例如： L谷氨脫氫酶催化的反應(yīng)是： （圖 33） 谷氨酸： NAD+脫氫酶 (脫氨 )。催化抗體 (catalytic antibodies)又叫做抗體酶 (abzymes)。這些 具有催化活性的 RNA，叫做 Ribozyme，意即酶活性 RNA。一般無機催化劑對它們所作用的底物沒有這種嚴(yán)格的選擇性。典型的酶促反應(yīng)速度比無催化劑存在的反應(yīng)要高出 106～ 1012倍。 二、酶能快細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速度 按照能量學(xué)的觀點 ,一個化學(xué)反應(yīng)并不是從反應(yīng)物直接向產(chǎn)物生成的方向進行的。 常用的有葡聚糖凝膠 (sephadex,)或瓊脂糖凝膠(sepharose) 作為層析柱的填充物 。 任何物質(zhì)的溶解度都取決于溶質(zhì)分子間的相對親和力及溶質(zhì)分子與溶劑分子的相對親和力。鹽類的存在可降低離子交換劑的離子基團和蛋白質(zhì)相反電荷基團之間的靜電吸引。 ● 電泳后的蛋白質(zhì)檢測： ◎ 考馬斯亮藍(lán)染色 是常用的一項電泳染色方法 ,是根據(jù)考馬斯亮藍(lán)能與蛋白質(zhì)多肽鏈定量結(jié)合的原理而建立起的。 所有的蛋白質(zhì)，不管它具有什么樣的功能，都能在細(xì)胞內(nèi)起一定的緩沖作用。目前常使用的分離純化的方法或技術(shù)都是在了解蛋白質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上建立的。這與肌紅蛋白分子只有一個氧結(jié)合部位不同。 血紅蛋白的 α亞基和 β亞基在結(jié)構(gòu)和進化上彼此相關(guān)，也與肌紅蛋白相關(guān)。肌紅蛋白是組織細(xì)胞內(nèi)的氧貯存者。 該實驗證明了 蛋白質(zhì)的特定的空間構(gòu)象是由它的一級結(jié)構(gòu)即氨基酸順序決定的。 五、蛋白質(zhì)的變性 (denaturation) 天然蛋白質(zhì)在構(gòu)象上的亞穩(wěn)定性的，很容易受到許多不利因素的影響而破壞其結(jié)構(gòu)。 例如HIV(人類免疫缺陷性病毒 )蛋白酶 是由相同亞基構(gòu)成的一種二聚體蛋白質(zhì)，它履行與同源細(xì)胞的酶相似的功能 (即都能催化蛋白質(zhì)的水解 )，但是 HIV蛋白酶的分子量只是那些由單一肽鏈構(gòu)成的酶的一半。 但是，蛋白質(zhì)不可能倒置或鏡像對稱，因為這樣一種對稱結(jié)合把手性 L殘基轉(zhuǎn)變成 D殘基。 在寡聚蛋白質(zhì)中，每一條折疊的多肽鏈稱為 亞基 (subunit), 亞基可相同也可不同，取決于寡聚蛋白質(zhì)的亞基組成。 蛋白質(zhì)具有眾多的氫鍵供體和受體，包括主鏈上的羰基和酰胺基及極性側(cè)鏈基團。 ● β 桶式 (β barrel) 基元： 由連續(xù)的 β 片卷筑而成 (有三種不同的形式 )。 卷曲結(jié)構(gòu) 是一種難以描述的多肽鏈走向，也存在于球狀蛋白質(zhì)分子中。 絲心蛋白 的 X射線晶體衍射分析表明，其空間結(jié)構(gòu)與 α 角蛋白完全不同 ，呈現(xiàn)為 反平行的 β 片狀 （ 圖 226a 圖 226b） 。氫鍵是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力 。在多肽鏈中，任何一對扭角如發(fā)生變化，多肽鏈主鏈的構(gòu)象必然發(fā)生相應(yīng)的變化，如果所有與 Cα 相連的這一對扭角都分別相等，則多肽鏈主鏈呈現(xiàn)為有規(guī)律現(xiàn)象。 但位于肽基兩側(cè)的 Cα 與氮原子間的連接鍵是純粹的單鍵， Cα 與羰基碳原子間的連接鍵也是純粹的單鍵 。 HbA: H3＋ N－ ValHisLeuThrProGluGluLys－ COO－ HbS: H3＋ N－ ValHisLeuThrProGluValLys－ COO－ Section 4 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) 一 .蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的概念及研究方法 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象 是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間上的走向及所有原子和基團在空間中的排列與分布。下面是一個典型的多肽，用胰蛋白酶 (糜酶 )、胰凝乳蛋白酶和溴化氰分別處理所得到的結(jié)果： ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Ala—Arg—Arg—Met—Phe—Ala—Lys—AspPheLeuLys 用胰酶處理 ： 用糜酶處理 ： 用溴化氰處理 ： AlaArg AlaArgArgMetPhe AlaArgArgMet Arg AlaLysAspPhe PheAlaLysAspPheLys AspPheLeuLys LeuLys MetPheAlaLys 5．肽碎片的氨基酸順序分析： ? Edman降解法 （圖 217） ：專用試劑是 苯異硫氰酸。有二條途徑：一條是 直接測定 多肽鏈的氨基酸順序；另一條是 間接的 ，即從編碼蛋白質(zhì)的基因的核苷酸順序來推導(dǎo)蛋白質(zhì)的氨基酸順序。 等電點的差別反映出它們的氨基酸組成不同和側(cè)鏈可電離基團的種類和性質(zhì)的差別 。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。 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。 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)點在電場中的移動 （圖29） 。 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 。 ⑥ 肌肉收縮、物質(zhì)的運輸、結(jié)締保護、病毒對宿主的感染等都是蛋白質(zhì)在起作用。/H2CO3）是生物體內(nèi)的兩種重要的緩沖系統(tǒng)。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。當(dāng) H＋ 被中和時，更多的 HAc解離成 H＋ 和 Ac－ .當(dāng)進一步加入 NaOH時 , pH隨 Ac－ 的積累而逐漸升高。 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。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 。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） 。 這種壓力與溶質(zhì)的濃度成正比。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)包括從很小的無機離子到巨大的分子聚集體。這類化合物既有親水性又有疏水性。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） 。 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。 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。 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、離子強度以及酸 堿度等 )才有功能上的活性。 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。 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） 。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。 碳的共價鍵有兩個特別值得注意的性質(zhì)。 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)。 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。 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。 ● 生命系統(tǒng)具有顯著的自我復(fù)制能力。 生物分子是含碳的化合物 所有生物分子都含有碳。細(xì)胞器僅在真核生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。 因此，從某種意義上說 ,它們是有“頭”和有“尾”的。這類同聚多糖不可能含有什么信息。 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。 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)。（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）。 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）不易與水形成氫鍵。 熵是一個系統(tǒng)有序程度的一種量度。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)。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，水移動進入到溶液中，以便使膜兩側(cè)的濃度趨于平衡。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。 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)。L1/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。如醋酸的 pK為 、咪唑的 pK為 、 NH4＋ 的 pK為 。175。 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)。 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。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。 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，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） 。 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) 。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。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） 。 丹磺酰氯 （圖 214） 為一種更有效的試劑，靈敏度比 DNFB法高 100倍。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。一般呈有規(guī)律的空間折疊。多肽鏈主鏈的構(gòu)象可用每 α 碳原子的一對扭角來描述。 ,ψ ＝ 47176。 由于在每種折疊形式中 , 每對扭角都是分別相等的 , 故這兩種結(jié)構(gòu)都是有規(guī)律的主鏈構(gòu)象 。在許多蛋白質(zhì)中都可觀察到一種 稱作 β 轉(zhuǎn)角 (β turn orβ –bend) 的結(jié)構(gòu)，它是由 4個連續(xù)的氨基酸殘基組成 （圖 227） 。這些組合有： ● β α β 基元： 兩個平行的 β 鏈由一個 α 螺旋右手交聯(lián) ,為最常見的一種組合 （圖 229） 。 2. 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象穩(wěn)定的因素 蛋白質(zhì)多肽鏈在生理條件下折疊形成特定的空間構(gòu)象顯然是熱力學(xué)上一種有利的過程，是各種作用力相互作用、精巧平衡的結(jié)果 。 這種力是維持蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的主要的作用力。在血紅蛋白中，一個 α 亞基和一個 β 亞基組合成一個原體。 ? 遺傳上的經(jīng)濟性和有效性 . 蛋白質(zhì)單體的寡聚結(jié)合對一種生物來說，在遺傳上是經(jīng)濟的。 例如，細(xì)菌谷氨酰胺合成酶的活性部位就是由相鄰亞基對構(gòu)成的，解離的單體是無活性的。 ： Anfinsen證明，變性的核糖核酸酶 A（ RNase A）只有處在天然構(gòu)象穩(wěn)定的條件下才能