【正文】 。 ● β 發(fā)夾基元： 由三條反平行的 β 鏈 (或肽段 )組成。 ▲ 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） 。 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。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） 。 卟啉環(huán)結(jié)合的 Fe在正常下保持亞鐵離子狀態(tài)。 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） 。 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 。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?xiàng)l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。 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。催化這一反應(yīng)的酶叫做肽基轉(zhuǎn)移酶。 (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 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。2H + B → A + B ， 在體外， 單獨(dú)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)。 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。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） 。 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(diǎn)是凝膠的孔徑可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。 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。 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。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 。 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。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。 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） 。 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。但該酶不能水解 C末端的 Arg、 Lys和Pro。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。 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)。除甘氨酸外，其他所有 α 氨基酸都是 L型的 （圖 25） 。 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。此時溶液中的 HAc和 Ac－ 相等， pH＝ pK. 因此，人們可以用實(shí)驗(yàn)方法測定弱電解質(zhì)的 pK值。按照這一定義，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＋ ）。 分子的這種隨機(jī)運(yùn)動叫做擴(kuò)散（ diffuse） 。 因此，當(dāng)中性兩性化合物分子與水溶劑相互作用時，中極兩性化合物趨向形成結(jié)構(gòu)上有序的排列。結(jié)果使連接分子的氫鍵網(wǎng)是無規(guī)則的和可變的；而且，這樣的氫鍵網(wǎng)是不斷地被打斷和重新形成， 因而液態(tài)水是由快速波動的三維網(wǎng)狀的氫鍵結(jié)合的 H2O分子構(gòu)成 (圖 1－ 6a)。這些復(fù)雜大分子的有序結(jié)構(gòu)的喪失 (也就是變性 )伴隨著功能的消失。蛋白質(zhì)和核酸的構(gòu)件單位是以非顯著重復(fù)方式排列的，它們的順序是獨(dú)特的。 這兩種性質(zhì)對于碳所形成的線性、分支以及環(huán)狀的化合物的驚人多樣性是極為重要的。 ● 生命系統(tǒng)能活躍地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，生物高度組織化的結(jié)構(gòu)和生命活動的維持依賴于從環(huán)境捕獲能量的能力。被生物利用的能量形式是特殊的生物分子。這種多樣性可因 N、 O和 H原子的參與而進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)把組成它們的構(gòu)件單位以字母排列時，可以組成有意義的詞語，然而并非所有生物大分子都含有信息。 Section 2 水 在生物化學(xué)中，水存在的意義是顯而易見的： ① 幾乎所有生物分子隨環(huán)境中水的物理和化學(xué)性質(zhì)而呈現(xiàn)它們的形態(tài)。 二、水的溶劑特性 溶解度取決于溶質(zhì)分子與溶劑分子之間的相互作用力以及溶質(zhì)分子之間的相互作用力。膠束（或微團(tuán)）（ micelle）是由數(shù)千種中極兩性化合物構(gòu)成的小球（ 圖 1－ 9 中極兩性分子在水溶液中形成膠團(tuán) .）。當(dāng)平衡確立時，沒有水和溶質(zhì)的進(jìn)一步凈流動，雖然分子繼續(xù)在運(yùn)動。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。 弱電解質(zhì)的 pK往往位于滴定曲線的中點(diǎn) 。 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。 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。 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）。通常我們把這些肽類統(tǒng)稱為生物活性肽。 羧肽酶 B能專門水解 C末端的 Arg和 Lys，對其它殘基不起作用。 但這兩個單鍵的旋轉(zhuǎn)也受到主鏈的酰胺氫和羰基氧的障礙和 α 碳原子上的側(cè)鏈基團(tuán)的大小和性質(zhì)的限制。 α 螺旋構(gòu)象 不僅存在于象 α 角蛋白這樣的纖維蛋白質(zhì)中，而且 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) 是指蛋白質(zhì)分子中的所有原子的三維空間排列，包括它們的二級結(jié)構(gòu)要素 (如 α 螺旋和 β 片 ) 和它們的側(cè)鏈在空間上的相互關(guān)系。偶極與偶極間的相互作用包括永久偶極間的相互作用、永久偶極與誘導(dǎo)偶極間的作用和瞬時偶極間的作用 （圖 232） 。 表面積 /體積比越小，那么一個物體的半徑就越大。 蛋白質(zhì)的變性只破壞其空間結(jié)構(gòu)而不破壞它的一級結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的變性包括從有序到無序的轉(zhuǎn)變。 二、 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 肌紅蛋白是由 153個 aa殘基組成的單鏈蛋白， 整個分子被包裝成一個緊密的實(shí)體 (圖 237)。 蛋白質(zhì)在表達(dá)功能的過程中，其構(gòu)象發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做 變構(gòu)作用或別構(gòu)作用 (allosteric efect)。以聚丙烯酰胺凝膠為支持物，可進(jìn)行非變性電泳和變性電泳。 弱酸性的陽離子交換劑一般適合于分離 pI＞ 。B 假若用化學(xué)的方法先將 B物質(zhì)與一種不溶性載體 (R) 偶聯(lián)，得到 RB，偶聯(lián)到 R上的 B不喪失與 A結(jié)合的能力的話，那麼，將含有 A的混合蛋白通過裝有 RB的層析柱時， A將與 B結(jié)合 , 形成 R－ B酶的存在，象其他催化劑一樣，只能降低達(dá)到轉(zhuǎn)換態(tài)所需的活化能而不能改變反應(yīng)的平衡，它唯一的作用是加速反應(yīng)物和產(chǎn)物的相互轉(zhuǎn)化。另外一個例子是 四膜蟲 26S rRNA前體中的插入順序的切除與兩端片段的正確拼接不需要蛋白質(zhì)的催化，是一種自我剪接的過程。 可分為 需氧脫氫酶、氧化酶 和 不需氧脫氫酶 。一般以產(chǎn)物的生成速度代表整個酶催化反應(yīng)速度，而產(chǎn)物的生成取決于中間物的濃度 . 因此 , 整個酶促反應(yīng)的速度取決于中間物的。B ←→ A + B 例如： （圖 34） (isomerases)：催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變： A ←→ B 如異構(gòu)酶和消旋酶催化的反應(yīng)。 ,肽鍵的形成很可能是 50S核糖體亞基催化的。 反應(yīng)的平衡與△ G0′ （產(chǎn)物與反應(yīng)物所固有的標(biāo)準(zhǔn)自由能之差）有著密切的關(guān)系，但反應(yīng)速度則與△ G?有關(guān)。 練習(xí)題 1. 某種蛋白質(zhì)當(dāng)用凝膠過濾法測定其分子量為 90kD，而用SDSPAGE測定其分子量為 60kD，無論是否有巰基乙醇存在都如此。 二 、 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)與鹽析分離 蛋白質(zhì)在水中可形成一種穩(wěn)定的親水膠體 。 ● 變性電泳： SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳 (SDSPolyacrylamide Gel Electrophoresis,SDSPAGE)， SDS是一種帶負(fù)電荷的陰離子去垢劑，分子式： CH3(CH2)10CH2OSO3－ Na＋ ， 它能使蛋白質(zhì)變性、肽鏈伸展，并吸附在伸展的肽鏈上，吸附的量與鏈長成比例。血紅蛋白與 氧 結(jié)合時的協(xié)同效應(yīng)是別構(gòu)作用的結(jié)果 。血紅素是含鐵的原卟啉。 ： 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)定的條件下才能重新形成它的正確的二硫鍵，并恢復(fù)酶的活性。 ? 遺傳上的經(jīng)濟(jì)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(jì)的。 這種力是維持蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的主要的作用力。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） 。 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 。多肽鏈主鏈的構(gòu)象可用每 α 碳原子的一對扭角來描述。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。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） 。 由氨基酸借肽鍵所形成的一條線性的鏈狀分子就叫做