【正文】 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。除甘氨酸外，其他所有 α 氨基酸都是 L型的 （圖 25） 。)可用下式表示： 181。 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)。 除某些特殊的環(huán)狀小肽外，寡肽和多肽都是線性分子，仍然保留一個未反應(yīng)的氨基末端（ N末端）和一個羧基末端（ C末端）。這類物質(zhì)都有相應(yīng)的生物活性，盡管人們并不完全清楚它們的功能。 ② 確定肽鏈的數(shù)目 (末端分析 )； ③ 氨基酸的組成分析； ④ 拆開二硫鍵； ⑤ 部分水解； ⑥ 片段的氨基酸順序測定； ⑦ 片段重疊，拚出完整肽鏈的氨基酸順序； ⑧ 確定二硫鍵和酰胺基的位置。但該酶不能水解 C末端的 Arg、 Lys和Pro。 ? X射線晶體衍射和核磁共振光譜是研究大分子結(jié)構(gòu)的主要方法。 Cα N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用 Φ表示， Cα C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用 ψ表示。 （圖 220） 。 α 螺旋的提出，首先較好地解釋了存在于毛發(fā)中的 α 角蛋白 (α keratin)的結(jié)構(gòu)特征 （圖 223） 。 β 片在球狀蛋白質(zhì)分子中也廣泛存在 。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) (tertiary structure) 和四級結(jié)構(gòu)通常是針對球狀蛋白質(zhì)而言。大多數(shù)域由 100200個氨基酸殘基構(gòu)成。 這種力產(chǎn)生于永久的或誘導(dǎo)的偶極之間的靜電相互作用。在寡聚蛋白質(zhì)中，穩(wěn)定亞基間相互關(guān)系的作用力與維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的作用力相同，即 亞基間的離子鍵、氫鍵和疏水作用力。 3. 亞基組成測定 4. 寡聚體蛋白質(zhì)存在的意義 ? 增高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性 . 亞基結(jié)合的一個普遍性的好處是有利于減少蛋白質(zhì)表面積 /體積比。這方面的相關(guān)例子在后續(xù)有關(guān)章節(jié)中將會涉及到。表明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)只要有任何局部的破壞，都將導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的瓦解 。 、順序與空間構(gòu)象的關(guān)系 Leu 、 Met 、 Glu 、 Ala是 α螺旋的強(qiáng)形成者； Ieu、 Val、 Phe、Tyr是 β螺旋的強(qiáng)形成者； Pro、 Gly是 α螺旋的強(qiáng)破壞者； Pro也不適合于 β片。 血紅蛋白和肌紅蛋白對氧親和力的差別導(dǎo)致一種有效的氧釋放系統(tǒng)的產(chǎn)生，該差別是由它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致。 這兩個亞基在一級結(jié)構(gòu)上與肌紅蛋白具有部分順序同源性。 氧 合作用對血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生廣泛的影響，即 氧 合和脫氧血紅蛋白有不同的結(jié)構(gòu)形式。有些目標(biāo)蛋白質(zhì)在組織細(xì)胞內(nèi)的含量很低，這無疑將增加獲取足量蛋白質(zhì)的難度。 用于蛋白質(zhì)分離的凝膠主要是聚丙烯酰胺凝膠，該凝膠是由單體丙烯酰胺和交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺配制而成，其最大的特點是凝膠的孔徑可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。 ◎ 活性染色 是根據(jù)有活性的目標(biāo)蛋白質(zhì)特有的生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的有色物質(zhì)或另外加入某種能與產(chǎn)物生成顏色的物質(zhì)來進(jìn)行檢測的 .活性染色可以從一個復(fù)雜的蛋白質(zhì)樣品中檢測到目標(biāo)蛋白出現(xiàn)的位置 (圖243).活性染色法在同工酶 (例如酯酶同工酶、谷氨酸脫氫酶同工酶、谷氨酰胺合成酶同工酶等 )的檢測中非常有用。同離子交換劑結(jié)合力最小的蛋白質(zhì)首先從層析柱上洗脫下來 （ 圖 247） 。 鹽析現(xiàn)象： 隨著鹽濃度的繼續(xù)升高，例如，達(dá)到飽和和半飽和的程度，蛋白質(zhì)的溶解度逐漸變小，彼此之間相互凝聚而發(fā)生沉淀，此現(xiàn)象稱作 鹽析 (sattingout) 。假如某蛋白質(zhì) A，在表現(xiàn)功能的過程中需要和 B物質(zhì)結(jié)合，且結(jié)合是特異的： A + B＝ A只有當(dāng)反應(yīng)物在空間定向上有利于反應(yīng)以及反應(yīng)物達(dá)到轉(zhuǎn)換態(tài)所需的能量（即是否處在化學(xué)鍵的斷裂或形成所需的范圍內(nèi)）時，反應(yīng)才能發(fā)生。 催化劑的功能是增高反應(yīng)的速度，而不會改變反應(yīng)的平衡。 輔助因子 分 輔酶和輔基 (coenzyme amp。， 在體外， 單獨的蛋白質(zhì)組分不能催化 tRNA前體轉(zhuǎn)變成 tRNA，而 RNA組分在適當(dāng)?shù)臈l件下能完成這種轉(zhuǎn)變反應(yīng)。 推理是： 一種能專一同某反應(yīng)的轉(zhuǎn)換態(tài)中間物結(jié)合的蛋白質(zhì)，必定能啟動正常反應(yīng)物進(jìn)入到活潑的轉(zhuǎn)換態(tài)構(gòu)象。2H + B → A + B 酶的純度是用比活力表示的 ： 比活力 = 活力單位數(shù) /mg蛋白 = 總活力單位數(shù) /總 mg蛋白 . 例如 , 某酶經(jīng)過四個純化步驟后 , 獲得如下的數(shù)據(jù) : 純化步驟： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 總活力： 6 4 3 2 總蛋白： 20 10 5 2 比活力： 6/20 4/10 3/5 2/2 在提純中，總活性在減少，總蛋白也在減少，但比活性在提高。 中間產(chǎn)物學(xué)說認(rèn)為 , 當(dāng)酶催化某個反應(yīng)時 , 酶和底物先結(jié)合形成一個中間復(fù)合物 , 然后中間復(fù)合物再分解 , 生成產(chǎn)物并釋放出酶。 1. 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 . 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響如 圖 37所示。 (連接酶 )類 (ligases)： 這類酶催化一切必須與 ATP分解相聯(lián)，并由二種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)： A + B + ATP → A 例如：乙醇： NAD+脫氫酶 . 2).不管催化正反應(yīng)還是逆反應(yīng)，一般都用同一名稱。催化這一反應(yīng)的酶叫做肽基轉(zhuǎn)移酶。 兩者對酶活性都是必須的，前者決定酶的專一性，后者決定酶的催化能力。 四、酶的催化反應(yīng)具有專一性 酶對所催化的底物具有不同程度的選擇性。 根據(jù)轉(zhuǎn)換態(tài)的理論，一種催化劑的作用在于以某種途徑降低反應(yīng)的活化能而增高化學(xué)反應(yīng)速度。為什么會有二種不同的結(jié)果？你認(rèn)為哪種方法更準(zhǔn)確？ 2. 從下面的信息確定某一蛋白質(zhì)亞基組成： 1). 用凝膠過濾法，測定其分子量為 200kD， 2). 用 SDSPAGE，測定其分子量為 100kD， 3). 在巰基乙醇存在下，用 SDSPAGE分析，獲得的分子量 為 60kD和 40kD. 3. 1). 是 Trp還是 Gln更有可能出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的表面？ 2). 是 Ser還是 Val更少可能出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的內(nèi)部？ 3). 是 Leu還是 Ile更少可能在 αLelix的中間部位找到？ 4). 是 Cys還是 Ser更有可能出現(xiàn)在 βSheet中？ 4. 在生理條件下，多聚賴氨酸呈隨機(jī)卷曲的構(gòu)象，在什么樣 的條件下，它可以形成 αhelix？ Chapter 3. 酶 (Enzyme) Section 1 酶 的 基 本 性 質(zhì) 一、酶是生物催化劑 酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、能加快化學(xué)反應(yīng)速度、使之迅速達(dá)到平衡、但不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)的生物催化劑。 沉降系數(shù)： 當(dāng)沉降界面以恒定的速度移動時，單位離心場里的沉降速度。 細(xì)胞原生質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì) ， 原生質(zhì)的膠體狀態(tài)主要是由蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)所造成的 。 用于蛋白質(zhì)分離純化的離子交換劑多為纖維素離子交換劑。這樣，大小不同的肽鏈具有相同的電荷，可根據(jù)蛋白質(zhì)多肽鏈的大小使其分離，常用來測定蛋白質(zhì)亞基的大小和鑒定蛋白質(zhì)的純度 （圖 244） 。 一、蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì) 根據(jù)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，很容易得出構(gòu)成蛋白質(zhì)的兩性解離的基礎(chǔ)是氨基酸殘基的側(cè)鏈可解離的基團(tuán)。 2．協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制 ? Fe2＋ 移入到卟啉環(huán)平面內(nèi)觸發(fā)了 T態(tài)向 R態(tài)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變 （圖 241） ? T態(tài)由鹽鍵和氫鍵網(wǎng)穩(wěn)定，必須打斷才能形成 R態(tài) (圖 242) ? T→ R的轉(zhuǎn)換是由形成 FeO2鍵的能量推動的。 這就是說，一個小分子的結(jié)合影響其余小分子的結(jié)合。 卟啉環(huán)結(jié)合的 Fe在正常下保持亞鐵離子狀態(tài)。 主要功能 是通過動脈和靜脈循環(huán)著的血液在肺部和毛細(xì)血管間轉(zhuǎn)運氧。只有當(dāng)酶重新把 SH安置在正確的配對位置才能予以解釋 （圖235） 。 ? 寡聚體酶的不同亞基也許執(zhí)行不同但相關(guān)連的反應(yīng)。 編碼一個能裝配成同聚多體的單體所需要的 DNA片段比編碼一條與該同聚多肽具同樣分子量的大多肽所需的 DNA片段小許多。在這個意義上說，血紅蛋白是由二個原體構(gòu)成的一種二聚體。 ▲ 二硫鍵 : 二硫鍵是某些蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素，由兩個 Cys的側(cè)鏈 SH氧化而成 （圖 231） 。 ▲ 離子相互作用 ： 蛋白質(zhì)分子的相反電荷基團(tuán)的結(jié)合稱為鹽鍵或離子鍵 (離子對 ) （圖 231） 。 ● β 發(fā)夾基元： 由三條反平行的 β 鏈 (或肽段 )組成。 有兩種主要的 β 轉(zhuǎn)角，都是通過一個殘基上的羰基氧與肽鏈下游的第三位殘基上的酰胺氫之間形成氫鍵，以此穩(wěn)定這種結(jié)構(gòu)。 在 β 片中 , 氫鍵的形成出現(xiàn)在相鄰肽鏈之間而不象 α 螺旋那樣出現(xiàn)在螺旋內(nèi) 。 )，因此， α 螺旋是多肽鏈主鏈的一種有規(guī)律的構(gòu)象，是蛋白質(zhì)分子中的普遍存在的一種典型的二級結(jié)構(gòu)要素。 實驗表明，肽鏈中所有肽基基本上都有相同的鍵距和鍵角，每個 α 碳原子都是一個正四面體結(jié)構(gòu)。不涉及側(cè)鏈基因的構(gòu)象。 圖 218示出了細(xì)胞色素 c 種系發(fā)生樹。 1).還原法： 用 巰基乙醇 (HSCH2CH2OH)或 二硫蘇糖醇 等還原性試劑使二硫鍵打開，還原生成 SH（圖 215） 2).氧化法： 常用 過甲酸 (CHOOOH)作為氧化劑，使二硫鍵氧生成半胱氨磺酸 (磺基丙氨酸殘基 )（圖 215） 。 四．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)水平 可分為：一級、二級、三級、四級結(jié)構(gòu)。 二．肽的性質(zhì) 1．肽鍵可被水解 2．肽的解離性質(zhì) 肽是一類多聚兩性電解質(zhì)，隨環(huán)境 pH的變化，可以電離成帶正電荷、負(fù)電荷或者凈電荷為零等不同的狀態(tài)。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）。 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。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。 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 ，即在與羧基相連的 α 碳原子上含有一個氨基 （ 圖 21） 。 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)。/H2PO4175。 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)。 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。mol1 ＝ 生物分子，例如蛋白質(zhì)和核酸，具有眾多的可作為酸或堿的功能基團(tuán)（例如羧基和氨基）。質(zhì)子可與一簇水分子結(jié)合形成具有 H5O2＋ 、 H7O3＋ 等等分子式的結(jié)構(gòu)。滲透（ Osmosis）是溶劑從高濃度區(qū)（這里是純水）向相對低的濃度區(qū)（含溶質(zhì)的水）的移動。 五、溶質(zhì)對水的性質(zhì)的影響 ▲ 溶解物質(zhì)的存在打亂了液態(tài)水的結(jié)構(gòu) ,使水的性質(zhì)發(fā)生改變。任何系統(tǒng)的有序度的減少或者混亂度的增高都會伴隨熵的增加。因此，這類化合物只能在水中極少溶解。因此，水分子之間氫鍵的形成有一種彼此支援的現(xiàn)象 。事實上，生物分子的許多功能基團(tuán)的反應(yīng)性取決于環(huán)境介質(zhì)中的 H＋ 和 OH－ 的相對濃度。如果一種分子的結(jié)構(gòu)與另一種分子的結(jié)構(gòu)是互補(bǔ)的，例如某種酶與它的專一性底物分子，那么這兩種分子之間的相互作用就能準(zhǔn)確地實現(xiàn)。 生物大分子具有特征性的三維結(jié)構(gòu) 任何一種分子結(jié)構(gòu)都是獨特的，并具有可區(qū)別的特有的性質(zhì)。當(dāng)這些構(gòu)件分子組成生物大分子時，它們頭 尾連結(jié)。 (3)膜 膜是細(xì)胞和細(xì)胞器的邊界（但將膜歸為超分子裝配體或者歸為細(xì)胞器都不太適合，雖然它們具有兩者共有的性質(zhì)）。 碳的優(yōu)勢是由于它通過共用電子對形成穩(wěn)定的共價鍵方面的多面性 。生物能一代一代地繁衍與它們自身相同的后代。生命系統(tǒng)因有其特殊性質(zhì)而與非生命系統(tǒng)不同。 它們能生長、運動，能完成難以置信的代謝化學(xué)反應(yīng)，能對環(huán)境的刺激作出應(yīng)答以及能準(zhǔn)確地進(jìn)行自我復(fù)制。 二、生命分子 生命物質(zhì)的元素組成明顯不同于地球外殼元素的元素組成。通常與碳以共價鍵相結(jié)合的原子是碳本身以及 H、 O和 N（ 圖 1—1） 。 (4)細(xì)胞是生命的基本單位 細(xì)胞是生命的單位，是唯一能展現(xiàn)生命特征（生長、代謝、刺激應(yīng)答和復(fù)制）的最小實體。于是，生物大分