【正文】 子聚合體也將是有頭有尾的 。生物大分子，尤其是蛋白質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到了其復(fù)雜性的極點(diǎn)。結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性的原理是生物分子識(shí)別的基本要素 . 生物分子的的識(shí)別是由弱的相互作用力介導(dǎo)的 通過(guò)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性所發(fā)生的生物分子識(shí)別事件是由前面所述的弱的非共價(jià)鍵作用力介導(dǎo)的。 ④ 水的氧化產(chǎn)生的分子氧 (O2)是通過(guò)光合作用完成的。 冰的結(jié)構(gòu) 在普通的冰中（它是水的一般晶體形式），每個(gè)水分子都有四個(gè)以氫鍵結(jié)合的最鄰近者 (圖 1－ 5 )在冰結(jié)構(gòu)中，每個(gè)氫原子都與鄰近的水分子的氧原子形成氫鍵，而氧原子作為氫鍵的受體能與來(lái)自兩個(gè)不同水分子的氫原子形成氫鍵。當(dāng)非極性物質(zhì)或基團(tuán)侵入液態(tài)水時(shí)，將會(huì)破壞原有液態(tài)水分子之間的氫鍵網(wǎng)，溶質(zhì)周圍的水發(fā)生大的重新排列。 四、中極兩性分子 含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的化合物稱為中級(jí)兩性化合物（ amphiphiles）。生物機(jī)體內(nèi)部的水與純水很不相同。溶液的滲透壓（ Osmosis pressure）是必需施加給溶液以阻止水向內(nèi)流動(dòng)的壓力 （圖 1－ 10） 。為了簡(jiǎn)便，可以把這些離子形式合并以 H＋ 代表。 這些分子影響液態(tài)介質(zhì)的 pH，它們的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性也會(huì)受到周圍 pH的影響。L1） 。 NaOH溶液的加入允許氫氧離子（ OH－ ）中和存在的 H＋ 。 pH的維持對(duì)所有細(xì)胞都是至關(guān)重要的 。）和碳酸鹽系統(tǒng)（ HCO3175。 ⑤ 調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的許多激素也是蛋白質(zhì)或多肽。 從這個(gè)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 。 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。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(lái)的速度也不相同。 蛋白質(zhì)是由單一肽鏈或多條肽鏈構(gòu)成的大分子 。每一種多肽都有它的等電點(diǎn)，可通過(guò)酸堿滴定曲線來(lái)確定。 Section 4 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)和測(cè)定 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸排列順序的測(cè)定。 常用胰蛋白酶法 , 胰凝乳蛋白酶法和溴化氰法等方法 （ 216） 。 以血紅蛋白 (Hemoglobin)為例。 肽鍵上的亞氨基、羰基和兩端的兩個(gè) Cα 構(gòu)成了一個(gè)肽平面 (或肽基或酰胺平面 ) （圖 219） ， 肽鍵上的 CN鍵具有部分雙鍵的性質(zhì) ， 只有有限的旋轉(zhuǎn)，因而使一條肽鏈因肽鍵旋轉(zhuǎn)所造成的構(gòu)象數(shù)目受到限制。因此，多肽鏈主鏈的構(gòu)象是由肽基上與每個(gè) Cα 相連的兩個(gè)單鍵的旋轉(zhuǎn)所成的Φ角和 ψ角決定的。 在 α 螺旋中，主鏈氫鍵是穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的主要因素 （圖 221） 。 β 片由于有最適的氫鍵結(jié)合，與完全伸展的肽鏈構(gòu)象不同，β 片呈波紋狀 （圖 225） ，故此名。由于 β 轉(zhuǎn)角的存在，就允許蛋白質(zhì)彎曲并倒轉(zhuǎn)它的肽鏈方向， 脯氨酸和甘氨酸是頻繁出現(xiàn)在 β 轉(zhuǎn)角中的殘基。 ● αα基元： 由二條連續(xù)的反平行的 α 螺旋構(gòu)成。 ▲ 氫鍵 : 氫鍵是一種由 弱酸性的供體基團(tuán) (DH)和一個(gè)具獨(dú)電子的原子 (A)之間形成的最顯著的靜電作用力。 四、寡聚蛋白質(zhì) (oligomeric protein)和四級(jí)結(jié)構(gòu) 1. 四級(jí)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容： 生物體內(nèi)的許多蛋白質(zhì)都含有兩個(gè)或多個(gè)折疊的多肽鏈，它們彼此聚集，構(gòu)成一個(gè)完整的、有功能的實(shí)體，這種蛋白質(zhì)稱 寡聚蛋白質(zhì) 。 2. 寡聚體蛋白質(zhì)亞基的對(duì)稱性： 在寡聚體蛋白質(zhì)中，雖然每個(gè)亞基本身是不對(duì)稱的，但是，整個(gè)寡聚體的四級(jí)結(jié)構(gòu)卻是對(duì)稱的，即原體 (或亞基 )在幾何學(xué)上占據(jù)寡聚體對(duì)等的位置。 實(shí)際上，決定寡聚體的裝配以及亞基 亞基的相互作用的全部信息都包含在編碼單體所需的遺傳物質(zhì)中。 例如色 氨酸合酶是一種由兩種亞基構(gòu)成的四聚體蛋白 (α 2β 2)，純 粹 的α 亞基 催化下面的反應(yīng)： 吲哚甘油磷酸 ←→ 吲哚 ＋ 甘油醛 3磷酸 而純 粹 的 β 亞基 催化的反應(yīng)是 : 吲哚 ＋ L絲氨酸 ←→ L色氨酸 吲哚既是 α 亞基的產(chǎn)物，又是 β 亞基的底物，它直接從 α 亞基進(jìn)入到 β 亞基，當(dāng)它作為一個(gè)游離的中間物時(shí)，是不可能檢測(cè)到的。表明 二硫鍵不是正確折疊所必需的。 肌紅蛋白 存在于肌肉等組織中，當(dāng)氧從毛細(xì)血管中擴(kuò)散進(jìn)入肌肉組織后，就被組織細(xì)胞內(nèi)的肌紅蛋白結(jié)合。 鐵離子可形成六個(gè)配位鍵，其中一個(gè)與 O2結(jié)合 （圖 238） 。血紅蛋白是一種四聚體分子，每個(gè)亞基都能同 O2分子結(jié)合。 Section 6 蛋白質(zhì)的性質(zhì)及其分離純化 ▲ 蛋白質(zhì)的分離純化是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究的一項(xiàng)必需的和基礎(chǔ)的工作。 作為兩性電解質(zhì)，每種蛋白質(zhì)都有其等電點(diǎn) (pI) ，這與它所含的氨基酸種類和數(shù)量有關(guān)。 ● 等電聚焦 是在聚丙烯酰胺凝膠電泳的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種用于檢測(cè)蛋白質(zhì)的方法，它與 SDSPAGE結(jié)合構(gòu)成的雙向電泳技術(shù)可用于確定蛋白質(zhì)的亞基組成及電荷異構(gòu)體的分析 （圖 245） 。蛋白質(zhì)樣品同離子交換纖維素的結(jié)合力取決于彼此相反電荷基團(tuán)的靜電吸引，這與溶液的 pH有關(guān)，因 pH決定離子交換劑與蛋白質(zhì)的解離程度。 鹽溶現(xiàn)象： 在鹽溶液很稀的范圍內(nèi)，隨著鹽濃度的增加，球狀蛋白質(zhì)的溶解度也隨之增加 （ 圖 248） ，此現(xiàn)象稱作 鹽溶 (saltingin) 。 四. 凝膠過(guò)濾 是指利用高度水化的，具有不同大小孔徑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的惰性多聚物顆粒作為層析柱的填充物，把分子大小不同的蛋白質(zhì)混合物上樣到柱層析上，混合物中的各組分隨著洗脫液的流動(dòng)，按分子大小以不同的速度向下移動(dòng)，從而把各組分分開(kāi) （圖 249） 。酶的催化活性受多種因素調(diào)節(jié)控制。 因此，在有催化劑存在的情況下，轉(zhuǎn)換態(tài)能比較有效地達(dá)到，從而增高反應(yīng)的速度。 某一種酶往往只能對(duì)某一類物質(zhì)起作用，或者只對(duì)某一種物質(zhì)起催化作用。 六、某些 RNA具有催化活性 長(zhǎng)期以來(lái) ,人們都認(rèn)為所有的酶都是蛋白質(zhì) .但是近 20年來(lái)，越來(lái)越多的例子表明某些 RNA分子也是生物催化劑。當(dāng)把所有的蛋白質(zhì)組分從 50S核糖體亞基中去除后， 23S rRNA能催化這一肽鍵的形成反應(yīng) (圖 3— 2). 七、催化抗體 抗體酶 抗體是免疫球蛋白。 3).如果所催化的反應(yīng)包含二種變化，則盡可能用同一種變化 來(lái)表示 ,另一個(gè)功能附后。B + ADP + Pi(或 AMP + PPi) 例如谷氨酰胺合成酶催化的反應(yīng)： （圖 33） Section 3 酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 一、酶活力與酶的反應(yīng)速度 要檢查酶的存在及含量 , 不能直接用重量或體積來(lái)表示 , 要根據(jù)酶引起的某一特定的化學(xué)反應(yīng)的能力來(lái)表示 , 即用酶的活力來(lái)表示 . 酶活力的高低是研究酶的特性、進(jìn)行酶制劑的生產(chǎn)及應(yīng)用時(shí)的一項(xiàng)不可缺少的指標(biāo) .酶活力又叫酶活性 (activity)是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力 . 酶反應(yīng)速度可以用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的生成量表示 , 即用 : d[s]/d[t] 或 d[p]/d[t] 表示 . 研究酶反應(yīng)速度或測(cè)定酶的活性應(yīng)以酶促反應(yīng)的初速度(initial rate)為準(zhǔn) .初速度是指在酶濃度底物濃度一定的條件下 , 在最初一段時(shí)間內(nèi) , 產(chǎn)物的濃度隨時(shí)間的增加而成比例的增加時(shí)的速度 （圖 36） 。 1) 中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 酶動(dòng)力學(xué)研究始于 1902年，當(dāng)時(shí)， β 呋喃果糖糖苷酶對(duì)蔗糖進(jìn)行水解。因此，他提出，蔗糖水解的總反應(yīng)是由兩個(gè)基本反應(yīng)構(gòu)成， 第一步是底物與酶形成一種復(fù)合物，第二步是這種中間物生成產(chǎn)物并釋放出酶 : k1 k2 E + S ←→ ES → P + E k1 這里 ,E、 S、 ES和 P分別代表酶、底、酶 底物復(fù)合物和產(chǎn)物。 酶的比活力 (specific activity) 比活力 是指每 mg蛋白質(zhì)所具有的活力單位數(shù) , 即 活力單位數(shù)/mg蛋白質(zhì) . 在酶的純化過(guò)程中 , 每步純化后都要測(cè)定酶的比活力 , 比活力高 , 表明酶的純度高。 二 .酶的分類 (圖 33) : 催化氧化還原反應(yīng)： A象其它抗體一樣 , 抗體酶也是一種生物對(duì)叫做抗原 (antigen)的某種外源分子作出應(yīng)答的產(chǎn)物 , 只是這種抗原分子被有目的地改造成某種反應(yīng)的轉(zhuǎn)換態(tài)中間物。 例如 ,RNase P是一種與 tRNA前體加工成 tRNA反應(yīng)有關(guān)的酶。 五 、 酶的組成 1．酶的組成 ● 由單純蛋白質(zhì)所構(gòu)成的酶 ● 由蛋白質(zhì)和其他成分構(gòu)成的酶 :除了蛋白質(zhì)成分 (即 酶蛋白apoenzyme)外，還含有一些對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)小分子物質(zhì) (即 輔助因子 cofactor)。 三、酶不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡 反應(yīng)速度和反應(yīng)平衡之間有著重要的差別。 反應(yīng)的發(fā)生 ,即產(chǎn)物的生成取決于過(guò)渡態(tài)或轉(zhuǎn)換態(tài) (transition state)的能量狀況 。 五、蛋白質(zhì)的配體特異性與親和層析 根據(jù)蛋白質(zhì)的配體特異性，建立了一種非常有效的蛋白質(zhì)分離方法 ——親和層析法 。任何降低溶質(zhì)分子相互作用的因素以及加強(qiáng)溶質(zhì)分子與溶劑分子相互作用的因素都有助于增加溶解度。故蛋白質(zhì)混合物的洗脫分離可由改變洗脫液中的鹽類的離子強(qiáng)度和 pH來(lái)完成。對(duì)于一個(gè)混合蛋白質(zhì)的電泳分離來(lái)說(shuō) ,它只能檢測(cè)樣品的分離情況；如果被檢蛋白質(zhì)的位置可以確定 ,可以將該蛋白質(zhì)的色帶切下之后進(jìn)行脫色 ,測(cè)定脫色液光吸收值 ,能對(duì)該蛋白質(zhì)進(jìn)行定量分析。 1. 蛋白質(zhì)的電泳分離 凝膠電泳是目前常用的一種生化方法。目標(biāo)蛋白質(zhì)的分離決不是一件輕而易舉的事情，因?yàn)橐阉c性質(zhì)、大小和結(jié)構(gòu)十分相似的其他蛋白質(zhì)分離開(kāi)來(lái)存在許多困難。因此，很可能當(dāng)一個(gè)亞基的氧結(jié)合部位同氧結(jié)合后就影響其他亞基對(duì)氧結(jié)合的親和力。 α亞基由 141個(gè) 氨基酸 殘基組成， β亞基由 146個(gè) 氨基酸 殘基組成。 氧的飽和百分?jǐn)?shù)： Y= [HbO2／（ HbO2 + Hb） ] 100％ 分壓： 混合氣體中，各氣體單獨(dú)在同樣的溫度下占據(jù)混合氣體的體積時(shí)所具有的壓力。 局部折疊的二級(jí)結(jié)構(gòu) —→ 熔融小球 —→ 三級(jí)結(jié)構(gòu)形成開(kāi)始 —→具域結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)形成 （圖 236） 。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)加熱變性時(shí)，其構(gòu)象上的敏感特征如比旋度、粘度和紫外吸收等在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)急劇變化。 ? 協(xié)同性 . 這是寡聚體蛋白 (包括寡聚體酶 )的一個(gè)重要的性質(zhì)。 因此，蛋白質(zhì)只有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 (rotational symmetry)這樣一種類型的對(duì)稱方式 （圖 234） 。 由于寡聚蛋白質(zhì)是由多個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基有其本身的折疊結(jié)構(gòu) (三級(jí)結(jié)構(gòu) )，所以 研究寡聚蛋白質(zhì)中亞基的數(shù)目和亞基間的相互關(guān)系 (即它們的空間位置 )就構(gòu)成了寡聚蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。 ▲ 偶極與偶極間的相互作用 : 在電中性分子之間的非共價(jià)結(jié)合統(tǒng)稱為范德華力。 4). 結(jié)構(gòu)域 (domain) 分子較大的多肽鏈常折疊成兩個(gè)或多個(gè)球狀簇，這種球狀簇叫做域或結(jié)構(gòu)域。 三、球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu) 球狀蛋白質(zhì)近似球形。在絲心蛋白的長(zhǎng)軸方向上具有 ，所以絲心蛋白的空間結(jié)構(gòu)是 β 析疊式的。 氫鍵是在多肽鏈中第 n個(gè)殘基的羰基氧與螺旋方向的第 n ＋ 4個(gè)殘基的酰胺氫之間形成的（圖 222） 。 當(dāng)多肽鏈處在完全伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)， Φ角和 ψ 角規(guī)定為 180 176。 這兩個(gè)單鍵在剛性平面的任何一側(cè)都有較大的旋轉(zhuǎn)程度。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包括二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。 ? 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。 一． 直接法： ① 獲得高純度的單一蛋白樣品，測(cè)定其分子大小。 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。若按氨基酸殘基平均分子量 110計(jì)，則蛋白質(zhì)分子量范圍大約是 4 000440 000 Da(4440 kD)。 現(xiàn)在常用高效液相層析 (HPLC) 代替普通的離子交換層析。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(dòng)，帶電質(zhì)點(diǎn)的遷移率 (181。 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),