生物化學(xué)提要.doc

第一章 糖類 糖類是四大類生物分子之一，廣泛存在于生物界，特別是植物界。糖類在生物體內(nèi)不僅作為結(jié)構(gòu)成分和主要能源，復(fù)合糖中的糖鏈作為細(xì)胞識別的信息分子參與許多生命過程，并因此出現(xiàn)一門新的學(xué)科，糖生物學(xué)。 多數(shù)糖類具有(CH2O)n的實(shí)驗(yàn)式，其化學(xué)本質(zhì)是多羥醛、多羥酮及其衍生物。糖類按其聚合度分為單糖，1個單體；寡糖，含2-20個單體；多糖，含20個以上單體。同多糖是指僅含一種單糖或單糖衍生物的多糖，雜多糖指含一種以上單糖或加單糖衍生物的多糖。糖類與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)共價(jià)結(jié)合形成的結(jié)合物稱復(fù)合糖或糖復(fù)合物。 單糖，除二羥丙酮外，都含有不對稱碳原子(C*)或稱手性碳原子，含C*的單糖都是不對稱分子，當(dāng)然也是手性分子，因而都具有旋光性，一個C*有兩種構(gòu)型D-和L-型或R-和S-型。因此含n個C*的單糖有2n個旋光異構(gòu)體，組成2n-1對不同的對映體。任一旋光異構(gòu)體只有一個對映體，其他旋光異構(gòu)體是它的非對映體，僅有一個C*的構(gòu)型不同的兩個旋光異構(gòu)體稱為差向異構(gòu)體。 單糖的構(gòu)型是指離羧基碳最遠(yuǎn)的那個C*的構(gòu)型，如果與D-甘油醛構(gòu)型相同，則屬D系糖，反之屬L系糖，大多數(shù)天然糖是D系糖Fischer E論證了己醛糖旋光異構(gòu)體的立體化學(xué)，并提出了在紙面上表示單糖鏈狀立體結(jié)構(gòu)的Fischer投影式。許多單糖在水溶液中有變旋現(xiàn)象，這是因?yàn)殚_漣的單糖分子內(nèi)醇基與醛基或酮基發(fā)生可逆親核加成形成環(huán)狀半縮醛或半縮酮的緣故。這種反應(yīng)經(jīng)常發(fā)生在C5羥基和C1醛基之間，而形成六元環(huán)砒喃糖(如砒喃葡糖)或C5經(jīng)基和C2酮基之間形成五元環(huán)呋喃糖(如呋喃果糖)。成環(huán)時由于羰基碳成為新的不對稱中心，出現(xiàn)兩個異頭差向異構(gòu)體，稱和異頭物，它們通過開鏈形式發(fā)生互變并處于平衡中。在標(biāo)準(zhǔn)定位的Hsworth式中D-單糖異頭碳的羥基在氧環(huán)面下方的為異頭物，上方的為異頭物，實(shí)際上不像Haworth式所示的那樣氧環(huán)面上的所有原子都處在同一個平面，吡喃糖環(huán)一般采取椅式構(gòu)象，呋喃糖環(huán)采取信封式構(gòu)象。 單糖可以發(fā)生很多化學(xué)反應(yīng)。醛基或伯醇基或兩者氧化成羧酸，羰基還原成醇；一般的羥基參與成脂、成醚、氨基化和脫氧等反應(yīng)；異頭羥基能通過糖苷鍵與醇和胺連接，形成糖苷化合物。例如，在寡糖和多糖中單糖與另一單糖通過O-糖苷鍵相連，在核苷酸和核酸中戊糖經(jīng)N-糖苷鍵與心嘧啶或嘌呤堿相連。 生物學(xué)上重要的單糖及其衍生物有Glc, Gal，Man, Fru,GlcNAc, GalNAc,L-Fuc,NeuNAc (Sia),GlcUA等它們是寡糖和多糖的組分,許多單糖衍生物參與復(fù)合糖聚糖鏈的組成，此外單糖的磷酸脂，如6-磷酸葡糖，是重要的代謝中間物。 蔗糖、乳糖和麥芽糖是常見的二糖。蔗糖是由-Gla和- Fru在兩個異頭碳之間通過糖苷鍵連接而成，它已無潛在的自由醛基，因而失去還原，成脎、變旋等性質(zhì)，并稱它為非還原糖。乳糖的結(jié)構(gòu)是Gal(1-4)Glc，麥芽糖是Glc(1-4)Glc,它們的末端葡萄搪殘基仍有潛在的自由醛基，屬還原糖。環(huán)糊精由環(huán)糊精葡糖基轉(zhuǎn)移酶作用于直鏈淀粉生成含6,7或8個葡萄糖殘基，通過-1,4糖苷鍵連接成環(huán)，屬非還原糖，由于它的特殊結(jié)構(gòu)被用作穩(wěn)定劑、抗氧化劑和增溶劑等。 淀粉、糖原和纖維素是最常見的多糖，都是葡萄糖的聚合物。淀粉是植物的貯存養(yǎng)料，屬貯能多糖，是人類食物的主要成分之一。糖原是人和動物體內(nèi)的貯能多糖。淀粉可分直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉分子只有-1,4連鍵，支鏈淀粉和糖原除-1,4連鍵外尚有-1,6連鍵形成分支，糖原的分支程度比支鏈淀粉高。纖維素與淀粉、糖原不同，它是由葡萄糖通過-1.4糖苷鍵連接而成的，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使纖維素具有適于作為結(jié)構(gòu)成分的物理特性，它屬于結(jié)構(gòu)多糖。 肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁的成分，也屬結(jié)構(gòu)多糖。它可看成由一種稱胞壁肽的基本結(jié)構(gòu)單位重復(fù)排列構(gòu)成。胞壁肽是一個含四有序側(cè)鏈的二糖單位，G1cNAc(1-4)MurNAc，二糖單位問通過-1,4連接成多糖，鏈相鄰的多糖鏈通過轉(zhuǎn)肽作用交聯(lián)成一個大的囊狀分子。青霉素就是通過抑制轉(zhuǎn)肽干擾新的細(xì)胞壁形成而起抑菌作用的。磷壁酸是革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁的特有成分;脂多糖是陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的特有成分。糖蛋白是一類復(fù)合糖或一類綴合蛋白質(zhì)。許多膜內(nèi)在蛋白質(zhì)加分泌蛋白質(zhì)都是糖蛋白糖蛋白和糖脂中的寡糖鏈，序列多變，結(jié)構(gòu)信息豐富，甚至超過核酸和蛋白質(zhì)。一個寡搪鏈中單糖種類、連接位置、異頭碳構(gòu)型和糖環(huán)類型的可能排列組合數(shù)目是一個天文數(shù)字。糖蛋白中寡糖鏈的還原端殘基與多肽鏈氨基酸殘基之間的連接方式有:N-糖太鍵，如- GlcNAc-Asn和O-糖肽鏈，如-GalNAc-Thr/Ser, -Gal-Hyl, -L-Araf-Hyp,N-連接的寡糖鏈(N-糖鏈)都含有一個共同的結(jié)構(gòu)花式稱核心五糖或三甘露糖基核心，N-糖鏈可分為復(fù)雜型、高甘露糖型和雜合型三類，它們的區(qū)別王要在外周鏈,O-糖鏈的結(jié)構(gòu)比N-糖鏈簡單，但連接形式比N-糖鏈的多。糖蛋白中的寡糖鏈在細(xì)胞識別包括細(xì)胞粘著、淋巴細(xì)胞歸巢和精卵識別等生物學(xué)過程中起重要作用。在人紅細(xì)胞表面上存在很多血型抗原決定簇，其中多數(shù)是寡糖鏈。在ABO血型系統(tǒng)中A，B，O（H）三個抗原決定簇只差一個單糖殘基,A型在寡糖基的非還原端有一個GalNAc,B型有一個Gal,O型這兩個殘基均無。 凝集素是一類非抗體的能與糖類專一結(jié)合的蛋白質(zhì)或糖蛋白，伴刀豆凝集素A(ConA),花生凝集素等屬植物凝集素;細(xì)菌和病毒也有凝集素，如流感病毒含紅細(xì)胞凝集素。作為各類白細(xì)胞CAM的選擇蛋白家族也屬于凝集素。此家族中已知有L、E、P三種選擇蛋白，它們通過細(xì)胞粘著產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，如免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、腫瘤轉(zhuǎn)移等。 糖胺聚糖和蛋白聚糖是動物細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分。糖胺聚糖是由己糖醛酸和己糖胺組成的二糖單位重復(fù)構(gòu)成。多數(shù)糖胺聚糖都不同程度地被硫酸化如4-硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素等。糖胺聚搪多以蛋白聚糖形式存在，但透明質(zhì)酸是例外。蛋白聚糖是一類特殊的糖蛋白，由一條或 多條糖胺聚糖鏈和一個核心蛋白共價(jià)連接而成。有的蛋白聚糖以聚集體(透明質(zhì)酸分子為核心)形式存在。它們是高度親水的多價(jià)陰離子，在維持皮膚、關(guān)節(jié)、軟骨等結(jié)締組織的形態(tài)和功能方面起重要作用。 寡糖鏈結(jié)構(gòu)分析的一般步驟是:分離提純待測定的完整糖鏈，對獲得的均一樣品用GLC法測定單糖組成，根據(jù)高碘酸氧化或甲基化分析確定糖苷鍵的位置，用專一性糖苷酶確定糖苷鍵的構(gòu)型。糖鏈序列可采用外切糖苷酶連續(xù)斷裂或FAB - MS等方法加以測定。第二章 脂質(zhì) 脂質(zhì)是細(xì)胞的水不溶性成分，能用有機(jī)溶劑如乙醚、氯仿等進(jìn)行提取。脂質(zhì)按化學(xué)組成可分為單純脂質(zhì)、復(fù)合脂質(zhì)和衍生脂質(zhì)；按生物功能可分為貯存脂質(zhì)、結(jié)構(gòu)脂質(zhì)和活性脂質(zhì)。天然脂肪酸通常具有偶數(shù)碳原子，鏈長一般為12-22碳。脂肪酸可分為飽和、單不飽和與多不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸的雙鍵位置，有一個雙鍵幾乎總是處于C9-C10之間(9)并且一般是順式的。脂肪酸的物理性質(zhì)主要決定于其烴鏈的長度與不飽和程度。必需脂肪酸是指對人體的功能不可缺少，但必須由膳食提供的兩個多不飽和脂肪酸，亞油酸和-亞麻酸；前者屬-6家族，后者-3家族。 類二十碳烷主要是由20碳的花生四烯酸衍生而來并因此得名，包括前列腺素、凝血惡烷和白三烯，它們是體內(nèi)的局部激素。 三酰甘油或甘油三脂 (TG)是由脂肪酸與甘油形成的三脂。三酰甘油可分簡單三酰甘油和混合三酰甘油。天然油脂是簡單和混合三酰甘油的混合物。三酰甘油與堿共熱可發(fā)生皂化，生成脂肪酸鹽(皂)和甘油。三酰甘油也和游離脂肪酸一樣，它的不飽和鍵能發(fā)生氫化、鹵化和過氧化作用。測定天然油脂的皂化值、碘值、酸值和乙?；?，可確定所給油脂的特性。三酰甘油主要作為貯存燃料，以油滴形式存在于細(xì)胞中。 蠟是指長鏈脂肪酸和長鏈一元醇或固醇形成的酯。天然蠟如蜂蠟是多種蠟酯的混合物。蠟是海洋浮游生物中代謝燃料的主要貯存形式。蠟還有其他的生物功能如防水、防侵襲等。 脂質(zhì)過氧化定義為多不飽和脂肪酸或多不飽和脂質(zhì)的氧化變質(zhì)。它是典型的活性氧參與的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?；钚匝?O-2、OH、H2O2、O2等)使生物膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化，造成膜的損傷、蛋白質(zhì)和核酸等大分子的異常。脂質(zhì)過氧化與多種疾病有關(guān)。體內(nèi)的抗氧化劑如超氧化物歧化酶(SOD)、維生素E等是與脂質(zhì)過氧化坑衡的保護(hù)系統(tǒng)。 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂是由sn-甘油-3-磷酸衍生而來，最簡單的甘油磷脂是3-sn-磷脂酸，它是其他甘油磷脂的母體。磷脂酸進(jìn)一步被一個極性醇(如膽堿、乙醇胺等)酯化，則形成各種甘油磷脂如磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺。鞘磷脂是由鞘氨醇代替甘油磷脂中的甘油形成的磷脂。鞘氨醇是種長鏈的氨基醇。其2-位氨基以酰胺鍵與脂肪酸連接形成神經(jīng)酰胺，這是這類磷脂的母體。神經(jīng)酰胺的1-位羥基被磷酰膽堿或磷酰乙醇胺脂化則形成鞘磷脂。磷脂是兩親分子，有一個極性頭基和一個非極性尾，在水介質(zhì)中能形成脂雙層；它們主要參與膜的組成。 糖脂主要是鞘糖脂，它也是神經(jīng)酰胺的衍生物，在神經(jīng)酰胺的1-位羥基通過糖苷鍵與糖基連接而成鞘糖脂。重要的鞘糖脂有腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂，后者含有唾液酸。作為膜脂的鞘糖脂與細(xì)胞識別以及組織、器官的特異性有關(guān)。 萜類可看成是異戊二烯(CS)的聚合物，有倍半萜、雙萜、三萜、四萜等。萜的結(jié)構(gòu)有線形的，也有環(huán)狀的。許多植物精油、光合色素和甾類的前體鯊烯都是萜。 類固醇或稱甾類，是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物。固醇或甾醇是類固醇中的一大類，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在甾核的C3上有一個羥基，C17上有一個含810個碳的烴鏈。固醇存在于大多數(shù)真核細(xì)胞的膜中但細(xì)菌不含固醇。膽固醇是最常見的一種動物固醇，參與動物細(xì)胞膜的組成。膽固醇也是體內(nèi)類固醇激素和膽汁酸(膽酸、鵝膽酸和脫氧膽酸)的前體。膽固醇與動脈粥樣硬化有關(guān)。植物固醇如谷固醇、豆固醇，它們自身不易被腸粘膜吸收并能抑制膽固醇吸收。 脂蛋白是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵結(jié)合而成的復(fù)合體。脂蛋白中的蛋白質(zhì)部分稱載脂蛋白。血漿脂蛋白是血漿中轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)的脂蛋白顆粒。由于各種血漿脂蛋白的密度不同可用超離心法把它們分成5個組分(按密度增加為序):乳糜微粒，極低密度脂蛋白(VLDL)，中間密度脂蛋白(IDL),低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。血漿脂蛋白都是球形顆粒，有一個由三酰甘油和膽固醇脂組成的疏水核心和一個由磷脂、膽固醇和載脂蛋白參與的極性外殼。載脂蛋白的主要作用是增溶疏水脂質(zhì)和作為脂蛋白受體的識別部位。 測定脂質(zhì)組成時，脂質(zhì)可用有機(jī)溶劑從組織中提取，用薄層層析或氣液色譜進(jìn)行分離。單個的脂質(zhì)可根據(jù)其層析行為，對專一性酶水解的敏感性或質(zhì)譜分析加以鑒定。第三章 氨基酸-氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子，當(dāng)用酸、堿或蛋白酶水解蛋白質(zhì)時可獲得它們。蛋白質(zhì)中的氨基酸都是L型的。但堿水解得到的氨基酸是D型和L型的消旋混合物。參與蛋白質(zhì)組成的基本氨基酸只有20種。此外還有若干種氨基酸在某些蛋白質(zhì)中存在，但它們都是在蛋白質(zhì)生物合成后由相應(yīng)是基本氨基酸（殘基）經(jīng)化學(xué)修飾而成。除參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸外，還有很多種其他氨基酸存在與各種組織和細(xì)胞中，有的是-、-或-氨基酸，有些是D型氨基酸。氨基酸是兩性電解質(zhì)。當(dāng)pH接近1時，氨基酸的可解離基團(tuán)全部質(zhì)子化，當(dāng)pH在13左右時，則全部去質(zhì)子化。在這中間的某一pH（因不同氨基酸而異），氨基酸以等電的兼性離子（H3N+CHRCOO-）狀態(tài)存在。某一氨基酸處于凈電荷為零的兼性離子狀態(tài)時的介質(zhì)pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，用pI表示。所有的-氨基酸都能與茚三酮發(fā)生顏色反應(yīng)。-NH2與2,4-二硝基氟苯（DNFB）作用產(chǎn)生相應(yīng)的DNP-氨基酸（Sanger反應(yīng)）；-NH2與苯乙硫氰酸酯（PITC）作用形成相應(yīng)氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（ Edman反應(yīng)）。胱氨酸中的二硫鍵可用氧化劑（如過甲酸）或還原劑（如巰基乙醇）斷裂。半胱氨酸的SH基在空氣中氧化則成二硫鍵。這幾個反應(yīng)在氨基酸荷蛋白質(zhì)化學(xué)中占有重要地位。除甘氨酸外-氨基酸的-碳是一個手性碳原子，因此-氨基酸具有光學(xué)活性。比旋是-氨基酸的物理常數(shù)之一，它是鑒別各種氨基酸的一種根據(jù)。參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外區(qū)有光吸收，這是紫外吸收法定量蛋白質(zhì)的依據(jù)。核磁共振（NMR）波譜技術(shù)在氨基酸和蛋白質(zhì)的化學(xué)表征方面起重要作用。氨基酸分析分離方法主要是基于氨基酸的酸堿性質(zhì)和極性大小。常用方法有離子交換柱層析、高效液相層析（HPLC）等。第四章 蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子是由一條或多條肽鏈構(gòu)成的生物大分子。多肽鏈?zhǔn)怯砂被嵬ㄟ^肽鍵共價(jià)連接而成的，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸序列。蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量介于6000到1000000或更高。蛋白質(zhì)分為兩大類：單純蛋白質(zhì)和綴合蛋白質(zhì)。根據(jù)分子形狀可分為纖維狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)和膜蛋白質(zhì)。此外還可按蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能分類。為了表示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同組織層次，經(jīng)常使用一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)這樣一些專門術(shù)語。一級結(jié)構(gòu)就是共價(jià)主鏈的氨基酸序列，有時也稱化學(xué)結(jié)構(gòu)。二、三和四級結(jié)構(gòu)又稱空間結(jié)構(gòu)（即三維結(jié)構(gòu)）或高級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物功能決定于它的高級結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)是由一級結(jié)構(gòu)即氨基酸序列決定的，二氨基酸序列是由遺傳物質(zhì)DNA的核苷酸序列規(guī)定的。肽鍵（CONH）是連接多肽鏈主鏈中氨基酸殘缺的共價(jià)鍵，二硫鍵是使多肽鏈之間交聯(lián)或使多肽鏈成環(huán)的共價(jià)鍵。多肽鏈或蛋白質(zhì)當(dāng)發(fā)生部分水解時，可形成長短不一的肽段。除部分水解可以產(chǎn)生小肽之外，生物界還存在許多游離的小肽，如谷胱甘肽等。小肽晶體的熔點(diǎn)都很高，這說明短肽的晶體是離子晶格、在水溶液中也是以偶極離子存在的。測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的策略是：（1）測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈數(shù)目；（2）拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈；（3）斷開多肽鏈內(nèi)的二硫橋；（4）分析每一多肽鏈的氨基酸組成；（5）鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端殘基；（6）斷裂多肽鏈成較小的肽段，并將它們分離開來；（7）測定各肽段的氨基酸序列；（8）利用重疊肽重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)；（9）確定半胱氨酸殘基形成的S-S交聯(lián)橋的位置。序列分析中的重要方法和技術(shù)有：測定N-末端基的苯異硫氰酸酯（PITC）法，分析C-末端基的羧肽酶法，用于多肽鏈局部斷裂的酶裂解和CNBr化學(xué)裂解，斷裂二硫橋的巰基乙醇處理，測定肽段氨基酸序列的Edman化學(xué)降解和電噴射串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，重建多肽鏈一級序列的重疊肽拼湊法以及用于二硫橋定位的對角線電泳等。在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)稱同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)具有明顯的序列相似性(稱序列同源),兩個物種的同源蛋白質(zhì)，其序列間的氨基酸差異數(shù)目與這些物種間的系統(tǒng)發(fā)生差異是成比例的。并根據(jù)同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列資料建立起進(jìn)化樹。同源蛋白質(zhì)具有共同的進(jìn)化起源。在生物體內(nèi)有些蛋白質(zhì)常以前體形試合成，只有按一定方式裂解除去部分肽鏈之后才出現(xiàn)生物活性，這一現(xiàn)象稱蛋白質(zhì)的激活。血液凝固是涉及氨基酸序列斷裂的一系列酶原被激活的結(jié)果，酶促激活的級聯(lián)放大，使血凝塊迅速形成成為可能。凝血酶原和血清蛋白原是兩個最重要的血凝因子。血纖蛋白蛋白原在凝血酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檠宓鞍啄龎K（血塊的主要成分）。我國在20世紀(jì)60年代首次在世界上人工合成了蛋白質(zhì)結(jié)晶牛胰島素。近二、三十年發(fā)展起來的固相肽合成是控制合成技術(shù)上的一個巨大進(jìn)步，它對分子生物學(xué)和基因工程也就具有重要影響和意義。至今利用Merrifield固相肽合成儀已成功地合成了許多肽和蛋白質(zhì)。第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)每一種蛋白質(zhì)至少都有一種構(gòu)像在生理?xiàng)l件下是穩(wěn)定的，并具有生物活性，這種構(gòu)像稱為蛋白質(zhì)的天然構(gòu)像。研究蛋白質(zhì)構(gòu)像的主要方法是X射線晶體結(jié)構(gòu)分析。此外紫外差光譜、熒光和熒光偏振、圓二色性、核磁共振和重氫交換等被用于研究溶液中的蛋白質(zhì)構(gòu)像。穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)像的作用有氫鍵、范德華力、疏水相互作用和離子鍵。此外二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)像種也起重要作用。多肽鏈折疊成特定的構(gòu)像受到空間上的許多限制。就其主鏈而言，由于肽鏈?zhǔn)怯啥鄠€相鄰的肽平面構(gòu)成的，主鏈上只有-碳的二平面角和能自由旋轉(zhuǎn)，但也受到很大限制。某些和值是立體化學(xué)所允許的，其他值則不被允許。并因此提出了拉氏構(gòu)像，它表明蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象在圖上所占的位置是很有限的（7.7%-20.3%）。蛋白質(zhì)主鏈的折疊形成由氫鍵維系的重復(fù)性結(jié)構(gòu)稱為二級結(jié)構(gòu)。最常見的二級結(jié)構(gòu)元件有螺旋、轉(zhuǎn)角等。螺旋是蛋白質(zhì)中最典型、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)中每個肽平面上的羰氧和酰氨氫都參與氫鍵的形成，因此這種構(gòu)象是相當(dāng)穩(wěn)定的。氫鍵大體上與螺旋軸平行，每圈螺旋占3.6個氨基酸殘基，每個殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100，螺距為0.54nm。-角蛋白是毛、發(fā)、甲、蹄中的纖維狀蛋白質(zhì)，它幾乎完全由螺旋構(gòu)成的多肽鏈構(gòu)成。折疊片中肽鏈主鏈處于較伸展的曲折（鋸齒）形式，肽鏈之間或一條肽鏈的肽段之間借助氫鍵彼此連接成片狀結(jié)構(gòu)，故稱為折疊片，每條肽鏈或肽段稱為折疊股或股。肽鏈的走向可以有平行和反平行兩種形式。平行折疊片構(gòu)象的伸展程度略小于反平行折疊片，它們的重復(fù)周期分別為0.65nm和0.70nm。大多數(shù)折疊股和折疊片都有右手扭曲的傾向，以緩解側(cè)鏈之間的空間應(yīng)力（steric strain）。蠶絲心蛋白幾乎完全由扭曲的反平行折疊片構(gòu)成。膠原蛋白是動物結(jié)締組織中最豐富的結(jié)構(gòu)蛋白，有若干原膠原分子組成。原膠原是一種右手超螺旋結(jié)構(gòu)，稱三股螺旋。彈性蛋白是結(jié)締組織中另一主要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)按其外形和溶解度可分為纖維狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)和膜蛋白。-角蛋白、絲心蛋白（-角蛋白）、膠原蛋白和彈性蛋白是不溶性纖維狀蛋白質(zhì)；肌球蛋白和原肌球蛋白是可溶性纖維狀蛋白質(zhì)，是肌纖維中最豐富的蛋白質(zhì)。球狀蛋白質(zhì)是一類可溶性的功能蛋白，如酶、抗體、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、蛋白質(zhì)激素等，膜蛋白是一類與膜結(jié)構(gòu)和功能緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，它們又可分為膜內(nèi)在蛋白質(zhì)、脂錨定蛋白質(zhì)以及膜周邊蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一般被分為4個組織層次（折疊層次），一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)。細(xì)分時可在二、三級和四級結(jié)構(gòu)。細(xì)分時可在二、三級之間增加超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域兩個層次。超二級結(jié)構(gòu)是指在一級序列上相鄰的二級結(jié)構(gòu)在三維折疊中彼此靠近并相互作用形成的組合體。超二級結(jié)構(gòu)有3種基本形式：（螺旋束）、（如Rossman折疊）、（曲折和希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）。結(jié)構(gòu)域是在二級結(jié)構(gòu)和超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成并相對獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)。結(jié)構(gòu)域常常也就是功能域。結(jié)構(gòu)域的基本類型有：全平行螺旋結(jié)構(gòu)域、平行或混合型折疊片結(jié)構(gòu)域、反平行折疊片結(jié)構(gòu)域和富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域等4類。球狀蛋白質(zhì)可根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)分為全-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、全-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì)等。球狀蛋白質(zhì)有些是單亞基的，稱單體蛋白質(zhì)，有些是多亞基的，稱寡聚或多聚蛋白質(zhì)。亞基一般是一條多肽鏈。亞基（包括單體蛋白質(zhì)）的總?cè)S結(jié)構(gòu)稱三級結(jié)構(gòu)。球狀蛋白質(zhì)種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，各有自己獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)。但球狀蛋白質(zhì)分子仍有某些共同的結(jié)構(gòu)特征：一種分子可含多種二級結(jié)構(gòu)元件，具有明顯的折疊層次，緊密折疊成球狀或橢球狀結(jié)構(gòu)，疏水測鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水基團(tuán)暴露在分子表面，分子表面往往有一個空穴（活性部位）。蛋白質(zhì)受到某些物理或化學(xué)因素作用時，引起生物活性丟失，溶解度降低以及其他的物理化學(xué)常數(shù)的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。變性實(shí)質(zhì)是非共價(jià)鍵破裂，天然構(gòu)象解體，但共價(jià)鍵未遭破裂。有些變性是可逆的。蛋白質(zhì)變性和復(fù)性實(shí)驗(yàn)表明，一級結(jié)構(gòu)規(guī)定它的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)。天然構(gòu)象是在生理?xiàng)l件下熱力學(xué)上最穩(wěn)定的即自由能最低的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低構(gòu)象的。折疊動力學(xué)研究表明，多肽鏈折疊過程中存在熔球態(tài)的中間體，并有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)等參加。寡聚蛋白是由兩個或多個亞基通過非共價(jià)相互作用締合而成的聚集體。締合形成聚集體的方式構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，它涉及亞級在聚集體中的空間排列（對稱性）以及亞基之間的接觸位點(diǎn)（結(jié)構(gòu)互補(bǔ)）和作用力（非共價(jià)相互作用的類型）。第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）是脊椎動物中的載氧蛋白質(zhì)。肌紅蛋白便于氧在肌肉中轉(zhuǎn)運(yùn)，并作為氧的可逆性貯庫。而血紅蛋白是血液中的氧載體。這些蛋白質(zhì)含有一個結(jié)合得很緊的血紅素輔基。它是一個取代的卟啉，在其中央有一個鐵原子。亞鐵（Fe2+）態(tài)的血紅素能結(jié)合氧，但高鐵（+3）態(tài)的不能結(jié)合氧。紅血素中的鐵原子還能結(jié)合其他小分子如CO、NO等。肌紅蛋白是一個單一的多肽鏈，含153個殘基，外形緊湊。Mb內(nèi)部幾乎都是非極性殘基。多肽鏈中約75%是螺旋，共分八個螺旋段。一個亞鐵血紅素即位于疏水的空穴內(nèi)，它可以保護(hù)鐵不被氧化成高鐵。血紅素鐵離子直接與一個His側(cè)鏈的氮原子結(jié)合。此近側(cè)His（H8）占據(jù)5個配位位置。第6個配位位置是O2的結(jié)合部位。在此附近的遠(yuǎn)側(cè)His（E7）降低在氧結(jié)合部位上CO的結(jié)合，并抑制血紅素氧化或高鐵態(tài)。氧與Mb結(jié)合是可逆的。對單體蛋白質(zhì)如Mb來說，被配體（如）O2占據(jù)的結(jié)合部位的分?jǐn)?shù)是配體濃度的雙曲線函數(shù)，如Mb的氧集合曲線。血紅蛋白由4個亞基（多肽鏈）組成，每個亞基都有一個血紅素基。Hb A是成人中主要的血紅蛋白，具有22的亞基結(jié)構(gòu)。四聚體血紅蛋白中出現(xiàn)了單體血紅蛋白所不具有的新性質(zhì)，Hb除運(yùn)載氧外還能轉(zhuǎn)運(yùn)H+和CO2。血紅蛋白以兩種可以相互轉(zhuǎn)化的構(gòu)象態(tài)存在，稱T（緊張）和R（松弛）態(tài)。T態(tài)是通過幾個鹽橋穩(wěn)定的。無氧結(jié)合時達(dá)到最穩(wěn)定。氧的結(jié)合促進(jìn)T態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)。氧與血紅蛋白的結(jié)合是別構(gòu)結(jié)合行為的一個典型例證。T態(tài)和R態(tài)之間的構(gòu)象變化是由亞基-亞基相互作用所介導(dǎo)的，它導(dǎo)致血紅蛋白出現(xiàn)別構(gòu)現(xiàn)象。Hb呈現(xiàn)3種別構(gòu)效應(yīng)。第一，血紅蛋白的氧結(jié)合曲線是S形的，這以為著氧的結(jié)合是協(xié)同性的。氧與一個血紅素結(jié)合有助于氧與同一分子中的其他血紅素結(jié)合。第二，H+和CO2促進(jìn)O2從血紅蛋白中釋放，這是生理上的一個重要效應(yīng)，它提高O2在代謝活躍的組織如肌肉的釋放。相反的，O2促進(jìn)H+和CO2在肺泡毛細(xì)血管中的釋放。H+、CO2和O2的結(jié)合之間的別構(gòu)聯(lián)系稱為Bohr效應(yīng)。第三，血紅蛋白對O2的親和力還受2、3-二磷酸甘油酸（BPG）調(diào)節(jié)，BPG是一個負(fù)電荷密度很高的小分子。BPG能與去氧血紅蛋白結(jié)合，但不能與氧合血紅蛋白結(jié)合。因此，BPG是降低血紅蛋白對氧的親和力的。胎兒血紅蛋白（22）比成年人的血紅蛋白 （22）有較高的氧親和力，就是因?yàn)樗Y(jié)合BPG較少。導(dǎo)致一個蛋白質(zhì)中氨基酸改變的基因突變能產(chǎn)生所謂分子病，這是一種遺傳病。了解最清楚的分子病是鐮刀狀細(xì)胞貧血病。這種病人的步正常血紅蛋白稱為Hb S，它只是在兩條鏈第六位置上的Glu倍置換乘Val。這一改變在血紅蛋白表面上產(chǎn)生一個疏水小區(qū)，因而導(dǎo)致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。純合子的病人出現(xiàn)慢性貧血而死亡。地中海貧血是由于缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因造成的。棉衣反映是由特化的白細(xì)胞淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞及其相關(guān)的蛋白質(zhì)之間的相互作用介導(dǎo)的。T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生T細(xì)胞受體，B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白，即抗體。所有的細(xì)胞都能產(chǎn)生MHC蛋白，它們在細(xì)胞表面展示宿主（自我）肽或抗原（非自我）肽。助T細(xì)胞誘導(dǎo)那些產(chǎn)生免疫球蛋白的B細(xì)胞和產(chǎn)生T細(xì)胞受體的胞毒T細(xì)胞 增殖。免疫球蛋白或T細(xì)胞受體能與特異的抗原結(jié)合。一個特定的祖先細(xì)胞通過刺激繁殖，產(chǎn)生一個具有同樣免疫能力的細(xì)胞群的過程稱為克隆選擇。人類具有5個類別的免疫球蛋白，每一類別的生物學(xué)功能都是不同的。最豐富的是IgG類，它由4條多肽鏈組成，兩條重鏈，兩條輕鏈，通過二硫鍵連接成Y形結(jié)構(gòu)的分子?？拷黋的兩“臂”頂端的結(jié)構(gòu)域是多變區(qū)，形成來年各個抗原結(jié)合部位。一個給頂?shù)拿庖咔虻鞍滓话阒唤Y(jié)合一個大抗原分子的一部分，稱為表位。結(jié)合經(jīng)常涉及IgG的構(gòu)象變化，以便與抗原誘導(dǎo)契合。由于抗體容易制取并具有高度特異性，它成為許多分析和制備生化方法的核心，如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）、Western印跡和單克隆抗體技術(shù)等都得到廣泛應(yīng)用。在發(fā)動機(jī)蛋白質(zhì)中蛋白質(zhì)-配體相互作用上空間和時間的組織達(dá)到相當(dāng)完善的程度。肌肉收縮是由于肌球蛋白和肌動蛋白“精心安排”的相互作用的結(jié)果。肌球蛋白是由纖維狀的尾和球狀的頭組成的棒狀分子，在肌肉中倍組織成粗絲。G-肌動蛋白是一種單體，由它聚集成纖維狀的F-肌動蛋白，后者是細(xì)絲的主體。由粗絲和細(xì)絲構(gòu)成肌肉收縮單位肌節(jié)。肌球蛋白上的ATP水解與肌球蛋白頭片的系列構(gòu)象變化相偶聯(lián)，引起肌球蛋白頭從 F-肌動蛋白亞基上解離并與細(xì)絲前方的另一F-肌動蛋白亞基再結(jié)合。因此肌球蛋白沿肌動蛋白細(xì)絲滑動。肌肉收縮受從肌質(zhì)網(wǎng)釋放的Ga2+刺激。Ga2+與肌鈣蛋白結(jié)合導(dǎo)致肌鈣蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體的構(gòu)象變化，引發(fā)肌動蛋白-肌球蛋白相互作用的循環(huán)發(fā)生。第七章 蛋白質(zhì)的分離、純化和表征蛋白質(zhì)也是一種兩性電解質(zhì)。它的酸堿性質(zhì)主要決定于肽鏈上可解離的R基團(tuán)。對某些蛋白質(zhì)說，在某一pH下它所帶的正電荷與負(fù)電荷相等，即凈電荷為零，此pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。各種蛋白質(zhì)都有自己特定的等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)以上的pH時蛋白質(zhì)分子帶凈負(fù)電荷，在等電點(diǎn)以下的pH時帶凈正電荷。蛋白質(zhì)處于等電點(diǎn)時溶解度最小。在無鹽類干擾情況下，一種蛋白質(zhì)的質(zhì)子供體基團(tuán)解離出來的質(zhì)子數(shù)與質(zhì)子受體基團(tuán)結(jié)合的質(zhì)子數(shù)相等時的pH是它的真正等電點(diǎn)，稱為等離子點(diǎn)，它是該蛋白質(zhì)的特征常數(shù)。測定蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量（Mr）的最重要的方法是利用超速離心機(jī)的沉降速度法和沉降平衡法。沉降系數(shù)（s）的定義是單位離心場強(qiáng)度的沉降速度。s也常用來近似地描述生物大分子的大小。凝膠過濾是一種簡便的測定蛋白質(zhì)Mr的方法。SDS-聚丙乙酰胺凝膠電泳（PAEG）用于測定單體蛋白質(zhì)或亞基的Mr。蛋白質(zhì)溶液是親水膠體系統(tǒng)。蛋白質(zhì)分子顆粒（直徑1100nm）是系統(tǒng)的分散相，水是分散介質(zhì)。蛋白質(zhì)分子顆粒周圍的雙電層和水化層是穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體系統(tǒng)的主要因素。分離蛋白質(zhì)混合物的各種方法主要根據(jù)蛋白質(zhì)在溶液中的下列性質(zhì)：（1）分子大??；（2）溶解度；（3）電荷；（4）吸附性質(zhì)；（5）對配體分子特異的生物學(xué)親和力。透析和超過濾是利用蛋白質(zhì)不能通過半透膜的性質(zhì)使蛋白質(zhì)分子和小分子分開，常用于濃縮和脫鹽。密度梯度離心和凝膠過濾層析都已成功地用于分離蛋白質(zhì)混合物。等電點(diǎn)沉淀、鹽析和有機(jī)溶劑分級分離等方法常用于蛋白質(zhì)分離的頭幾步。移動界面電泳、各種形式的區(qū)帶電泳，特別是圓盤凝膠電泳、毛細(xì)血管電泳以及等電聚焦具有很高的分辨率。纖維素離子交換劑和Sephadex離子交換劑的離子交換柱層析已廣泛地用于蛋白質(zhì)的分離純化。HPLC和親和層析法是十分有效的分離純化方法。蛋白質(zhì)制品的純度鑒定通常采用分辨率高的物理化學(xué)方法，例如PAGE、等電聚焦、毛細(xì)血管電泳、沉降分析和HPLC等。如果制品是純的，在這些分析的圖譜上只呈現(xiàn)一個峰或一條帶。必須指出，任何單獨(dú)鑒定只能認(rèn)為是蛋白質(zhì)分子均一性的必要條件而不是充分條件。第八章 酶通論生物體內(nèi)的各種化學(xué)變化都是在酶催化下進(jìn)行的。酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的，受多種因素調(diào)節(jié)控制的具有催化能力的生物催化劑。與一般催化劑相比有其共同性，但又有顯著的特點(diǎn)，酶的催化效率高，具有高度的專一性，酶的活性受多種因素調(diào)節(jié)控制，酶作用條件溫和，但不夠穩(wěn)定。酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的RNA分子之外都是蛋白質(zhì)。根據(jù)酶的化學(xué)組成可分為單純蛋白質(zhì)和綴合蛋白質(zhì)兩類。綴合蛋白質(zhì)是由不表現(xiàn)酶活力的脫輔酶及輔因子（包括輔酶、輔基及某些金屬離子）兩部分組成。脫輔酶部分決定酶催化的專一性，而輔酶（或輔基）在酶催化作用中通常起傳遞電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的作用。根據(jù)各種酶所催化反應(yīng)的類型，把酶分為六大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和連接酶類。按規(guī)定每種酶都有一個習(xí)慣名稱和國際系統(tǒng)名稱，并且有一個編號。酶對催化的底物有高度的選擇性，即專一性。酶往往只能催化一種或一類反應(yīng)，作用于一種或一類物質(zhì)。酶的專一性可分為結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性兩種類型。用“誘導(dǎo)契合說”解釋酶的專一性已被人們所接受。酶的分離純化是酶學(xué)研究的基礎(chǔ)。已知大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因此用分離純化蛋白質(zhì)的方法純化酶，不過要注意選擇合適的材料，操作條件要溫和。在酶的制備過程中，每一步都要測定酶的活力和比活力，以了解酶的回收率及提純倍數(shù)，以便判斷提純的效果。酶活力是指在一定條件下酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，可用反應(yīng)初速率來表示。測定酶活力及測酶反應(yīng)的初速率。酶活力大小來表示酶含量的多少。20世紀(jì)80年代初，Cech和Altmsn分別發(fā)現(xiàn)了某些RNA分子具有催化作用，定名為核酶（ribozyme）。有催化分子內(nèi)和分子間反應(yīng)的核酶。具有催化功能RNA的發(fā)現(xiàn)，開辟了生物化學(xué)研究的新領(lǐng)域，提出了生命起源的新概念。根據(jù)發(fā)夾狀或錘頭狀二級結(jié)構(gòu)原理，可以設(shè)計(jì)出各種人工核酶，用作抗病毒和抗腫瘤的防治藥物將會有良好的應(yīng)用前景?？贵w酶是一種具有催化能力的蛋白質(zhì)，本質(zhì)上是免疫球蛋白，但是在易變區(qū)賦予了酶的屬性。根據(jù)酶催化的過度態(tài)理論，設(shè)計(jì)各種過度態(tài)類似物作為半抗原免疫動物，篩選具有催化活性的單抗。抗體酶具有酶的一切性質(zhì)?，F(xiàn)已研制出催化多種反應(yīng)的抗體酶?？贵w酶的發(fā)現(xiàn)，不僅為酶的過度態(tài)理論提供了有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且抗體酶將會得到廣泛的應(yīng)用。酶工程是將酶學(xué)原理與化學(xué)工程技術(shù)及基因重組技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新型應(yīng)用技術(shù)，是生物工程的支柱。根據(jù)研究和解決問題的手段不同將酶工程分為化學(xué)酶工程和生物酶工程。隨著化學(xué)工程技術(shù)及基因工程技術(shù)的發(fā)展，酶工程發(fā)展更為迅速，必將成為一個很大的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。第八章 酶通論生物體內(nèi)的各種化學(xué)變化都是在酶催化下進(jìn)行的。酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的，受多種因素調(diào)節(jié)控制的具有催化能力的生物催化劑。與一般催化劑相比有其共同性，但又有顯著的特點(diǎn)，酶的催化效率高，具有高度的專一性，酶的活性受多種因素調(diào)節(jié)控制，酶作用條件溫和，但不夠穩(wěn)定。酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的RNA分子之外都是蛋白質(zhì)。根據(jù)酶的化學(xué)組成可分為單純蛋白質(zhì)和綴合蛋白質(zhì)兩類。綴合蛋白質(zhì)是由不表現(xiàn)酶活力的脫輔酶及輔因子（包括輔酶、輔基及某些金屬離子）兩部分組成。脫輔酶部分決定酶催化的專一性，而輔酶（或輔基）在酶催化作用中通常起傳遞電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的作用。根據(jù)各種酶所催化反應(yīng)的類型，把酶分為六大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和連接酶類。按規(guī)定每種酶都有一個習(xí)慣名稱和國際系統(tǒng)名稱，并且有一個編號。酶對催化的底物有高度的選擇性，即專一性。酶往往只能催化一種或一類反應(yīng)，作用于一種或一類物質(zhì)。酶的專一性可分為結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性兩種類型。用“誘導(dǎo)契合說”解釋酶的專一性已被人們所接受。酶的分離純化是酶學(xué)研究的基礎(chǔ)。已知大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因此用分離純化蛋白質(zhì)的方法純化酶，不過要注意選擇合適的材料，操作條件要溫和。在酶的制備過程中，每一步都要測定酶的活力和比活力，以了解酶的回收率及提純倍數(shù)，以便判斷提純的效果。酶活力是指在一定條件下酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，可用反應(yīng)初速率來表示。測定酶活力及測酶反應(yīng)的初速率。酶活力大小來表示酶含量的多少。20世紀(jì)80年代初，Cech和Altmsn分別發(fā)現(xiàn)了某些RNA分子具有催化作用，定名為核酶（ribozyme）。有催化分子內(nèi)和分子間反應(yīng)的核酶。具有催化功能RNA的發(fā)現(xiàn)，開辟了生物化學(xué)研究的新領(lǐng)域，提出了生命起源的新概念。根據(jù)發(fā)夾狀或錘頭狀二級結(jié)構(gòu)原理，可以設(shè)計(jì)出各種人工核酶，用作抗病毒和抗腫瘤的防治藥物將會有良好的應(yīng)用前景?？贵w酶是一種具有催化能力的蛋白質(zhì)，本質(zhì)上是免疫球蛋白，但是在易變區(qū)賦予了酶的屬性。根據(jù)酶催化的過度態(tài)理論，設(shè)計(jì)各種過度態(tài)類似物作為半抗原免疫動物，篩選具有催化活性的單抗?？贵w酶具有酶的一切性質(zhì)?，F(xiàn)已研制出催化多種反應(yīng)的抗體酶?？贵w酶的發(fā)現(xiàn)，不僅為酶的過度態(tài)理論提供了有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且抗體酶將會得到廣泛的應(yīng)用。酶工程是將酶學(xué)原理與化學(xué)工程技術(shù)及基因重組技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新型應(yīng)用技術(shù)，是生物工程的支柱。根據(jù)研究和解決問題的手段不同將酶工程分為化學(xué)酶工程和生物酶工程。隨著化學(xué)工程技術(shù)及基因工程技術(shù)的發(fā)展，酶工程發(fā)展更為迅速，必將成為一個很大的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。第九章 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速率以及影響此速率各種因素的科學(xué)。它是以化學(xué)動力學(xué)為基礎(chǔ)討論底物濃度、抑制劑、pH、溫度及激活劑等因素對酶反應(yīng)速率的影響?；瘜W(xué)動力學(xué)中在研究化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)無濃度的關(guān)系時，常分為一級反應(yīng)、二級反應(yīng)及零級反應(yīng)。研究證明，酶催化過正的第一步是生成酶-底物中間產(chǎn)物，Michaelis-Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說的理論推導(dǎo)出酶反應(yīng)動力學(xué)方程式，即Km、Vmax、kcat、kcat/Km。Km是酶的一個特征常數(shù)，以濃度為單位，Km有多種用途，通過直線作圖法可以得到Km及Vmax。Kcat稱為催化常數(shù)，又叫做轉(zhuǎn)換數(shù)（TN值），它的單位為s-1，kcat值越大，表示酶的催化速率越高。kcat/Km常用來比較酶催化效率的參數(shù)。酶促反應(yīng)除了單底物反應(yīng)外，最常見的為雙底物反應(yīng)，按其動力學(xué)機(jī)制分為序列反應(yīng)和乒乓反應(yīng)，用動力學(xué)直線作圖法可以區(qū)分。酶促反應(yīng)速率常受抑制劑影響，根據(jù)抑制劑與酶的作用方式及抑制作用是否可逆，將抑制作用分為可逆抑制作用及不可逆抑制作用。根據(jù)可逆抑制劑與底物的關(guān)系分為競爭性抑制、非競爭性抑制及反競爭性抑制3類，可以分別推導(dǎo)出抑制作用的動力學(xué)方程。競爭性抑制可以通過增加底物濃度而解除，其動力學(xué)常數(shù)Km變大，Vmax不變；非競爭性抑制Km不變，Vmax變??；反競爭性抑制Km及Vmax均變小。通過動力學(xué)作圖可以區(qū)分這3種類型的可逆抑制作用?？赡嬉种苿┲凶钪匾氖歉偁幮砸种?，過度態(tài)底物類似物為強(qiáng)有力的競爭性抑制劑。不可逆抑制劑中，最有意義的為專一性Ks型及kcat型不可逆抑制劑。研究酶的抑制作用是研究酶的結(jié)構(gòu)與功能、酶的催化機(jī)制、闡明代謝途徑以及設(shè)計(jì)新藥物的重要手段。溫度、pH及激活劑都會對酶促反應(yīng)速率產(chǎn)生重要影響，酶反應(yīng)有最適溫度及最適pH，要選擇合適的激活劑。在研究酶促反應(yīng)速率及測定酶的活力時，都應(yīng)選擇酶的最適反應(yīng)條件。第十章 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶的活性部位對于不需要輔酶的酶來說，就是指酶分子中在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的幾個氨基酸殘基負(fù)責(zé)與底物的結(jié)合與催化作用的部位，對于需要輔酶的酶來說，輔酶分子或輔酶分子上的某一部分結(jié)構(gòu)，往往也是酶活性部位的組成部分。酶活性部位有6個共同特點(diǎn)。研究酶活性部位的方法有：酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法，動力學(xué)參數(shù)測定法，X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法和定點(diǎn)誘變法，這些方法可互相配合以判斷某個酶的活性部位。酶是催化效率很高的生物催化劑，這是由酶分子的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。經(jīng)研究與酶催化效率的有關(guān)因素有7個，即底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)，底物的形變與誘導(dǎo)契合，酸堿催化，共價(jià)催化，金屬離子催化，多元催化和協(xié)同效應(yīng)，活性部位微環(huán)境的影響。但這些因素不是同時在一個酶中其作用，也不是一種因素在所有的酶中起作用，對于某一種酶來說，可能分別主要受一種或幾種因素的影響。研究酶催化的反應(yīng)機(jī)制，始終是酶學(xué)研究的一個重點(diǎn)，通過大量的研究工作，已經(jīng)對一些酶的作用機(jī)制有深入了解，該章對溶菌酶、胰核糖核酸酶A、羧肽酶A、絲氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等的催化作用機(jī)制進(jìn)行了詳盡的討論。酶活性是受各種因素調(diào)節(jié)控制的，除了在第8章中已介紹的幾種因素外，主要還有別構(gòu)調(diào)節(jié)，例如ATCase。酶原的激活，如消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活及凝血系統(tǒng)酶原的激活?？赡婀矁r(jià)修飾調(diào)控，如蛋白質(zhì)的磷酸化，一系列蛋白激酶的作用。通過以上作用，使酶能在準(zhǔn)確的時間和正確的地點(diǎn)表現(xiàn)出它們的活性。別構(gòu)酶一般都是寡聚酶，有催化部位和調(diào)節(jié)部位，別構(gòu)酶往往催化多酶體系的第一步反應(yīng)，受反應(yīng)序列的終產(chǎn)物抑制，終產(chǎn)物與別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)部位相結(jié)合，由此調(diào)節(jié)多酶體系的反應(yīng)速率。別構(gòu)酶有協(xié)同效應(yīng)，S對的動力學(xué)曲線呈S形曲線（正協(xié)同）或表現(xiàn)雙曲線（負(fù)協(xié)同），兩者均不符合米氏方程。ATCase作為別構(gòu)酶的典型代表，已經(jīng)測定了其三維結(jié)構(gòu)，詳細(xì)研究了別構(gòu)機(jī)制和催化作用機(jī)制。為了解釋別構(gòu)酶協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制，有兩種分子模型受到人們重視，即協(xié)同模型和序變模型。酶原經(jīng)過蛋白水解酶專一作用釋放出肽段，構(gòu)象發(fā)生變化，形成酶的活性部位，變成有活性的酶，這個活化過程，是生物體的一種調(diào)控機(jī)制?？赡娴毓矁r(jià)修飾調(diào)控作用是通過共價(jià)調(diào)節(jié)酶進(jìn)行的，通過其他酶對其多肽鏈某些基團(tuán)進(jìn)行可逆地共價(jià)修飾，使處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。共價(jià)修飾的基團(tuán)主要是磷酸化、腺苷?；?、尿苷?；癆DP-核糖基化等。同工酶是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面不同的一組酶。同工酶是研究代謝調(diào)節(jié)、分子遺傳、生物進(jìn)化、個體發(fā)育、細(xì)胞分化和癌變的有力工具，在酶學(xué)、生物學(xué)及醫(yī)學(xué)研究中占有重要地位。LDH同工酶研究的比較清楚，是由兩種不同亞基組成的四聚體，有5種同工酶，在不同組織中含量不同，反映了同工酶的組織特異性。第十一章 維生素與輔酶維生素是維持生物體正常生長發(fā)育和代謝所必需的一類微量有機(jī)物質(zhì)，不能由機(jī)體合成，或合成量不足，必須靠食物供給。由于維生素缺乏而引起的疾病稱為維生素缺乏癥。維生素都是小分子有機(jī)化合物，在結(jié)構(gòu)上無共同性。通常根據(jù)其溶解性質(zhì)分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素由維生素A、D、E、K等，水溶性維生素有維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、煙酰胺、泛酸、生物素、葉酸、硫辛酸和維生素C等?，F(xiàn)已知絕大多數(shù)維生素作為酶的輔酶或輔基的組成成分，在物質(zhì)代謝中起重要作用。維生素A的活性形式是11-順視磺醛，參與視紫紅質(zhì)的合成，與暗視覺有關(guān)。此外維生素A還參與糖蛋白的合成，在刺激組織生長分化中也起重要作用。維生素D為類甾醇衍生物，1，25-二羥維生素D3是其活性形式，用以調(diào)節(jié)鈣磷代謝，促進(jìn)新骨的生成與鈣化。維生素E是體內(nèi)最重要的抗氧化劑，可保護(hù)生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，維生素E還可促進(jìn)血紅素的合成。維生素K與肝臟合成凝血因子、和有關(guān)，作為谷氨酰羧化酶的輔助因子參與凝血因子前體轉(zhuǎn)變活性凝血因子所必須的。除維生素C外，水溶性維生素主要為B族維生素，以輔酶和輔基的形式存在，參與物質(zhì)代謝。硫胺素的輔酶形式為硫胺素焦磷酸（TPP），是-酮酸脫羧酶、轉(zhuǎn)酮酶及磷酸酮酶的輔酶，在-裂解反應(yīng)、-縮合反應(yīng)及-酮轉(zhuǎn)移反應(yīng)中起重要作用。核黃素和煙酰胺是氧化還原酶類的重要輔酶，核黃素以FMN和FAD是形式作為黃素蛋白酶的輔基；而煙酰胺以NAD+和NADP+形式作為許多脫氫酶的輔酶，至少催化6種不同類型的反應(yīng)。泛酸是構(gòu)成CoA和ACP的成分，CoA起傳遞酰基的作用，是各種?；磻?yīng)的輔酶，而ACP與脂肪酸的合成關(guān)系密切。磷酸吡哆醛是氨基酸代謝種多種酶的輔酶，參加催化涉及氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用，-和-脫羧作用，-和-消除作用，消旋作用和醛醇裂解反應(yīng)。生物素是幾種羧化酶的輔酶，包括乙酰CoA羧化酶和丙酮酸羧化酶，參與CO2的固定作用。維生素B12存在5-脫氧腺苷鈷胺素和甲基鈷胺素兩種活性形式。它們參與分子內(nèi)重排、核苷酸還原成脫氧核苷酸及甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。葉酸的輔酶是四氫葉酸（THF），進(jìn)行一碳單位的傳遞，參與甲硫氨酸核核苷酸的合成。硫辛酸是一種?；d體，作為丙酮酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶的輔酶參與糖代謝?？箟难崾且环N水溶性抗氧化劑，參與體內(nèi)羥化反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)，有解毒和提高免疫力的作用。某些金屬離子作為微量元素構(gòu)成一些酶的必需成分參與酶的催化反應(yīng)，有的金屬離子作為酶的輔基構(gòu)成金屬酶類，有的作為酶的激活劑成為金屬激活酶類。發(fā)現(xiàn)最多的是鐵金屬酶類、銅金屬酶類和鋅金屬酶類。第十二章 核酸通論1868年Miescher發(fā)現(xiàn)DNA。Altmann繼續(xù)Miescher的研究，于1889年建立從動物組織和酵母細(xì)胞制備不含蛋白質(zhì)的核酸的方法。RNA的研究開始于19世紀(jì)末，Hammars于1894年證明酵母核酸中的糖是戊糖。核酸中的堿基大部分是由Kossel等所鑒定。Levene對核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及核酸中糖的鑒定作出了重要貢獻(xiàn)，但是他的“四核苷酸假說”是錯誤的，在相當(dāng)長的時間內(nèi)阻礙了核酸的研究。理論研究的重大發(fā)展往往首先從技術(shù)上的突破開始。20世紀(jì)40年代新的核酸研究技術(shù)證明DNA和RNA都是細(xì)胞重要組成成分，并且是特異的大分子。其時，Chargaff等揭示了DNA的堿基配對規(guī)律。最初是Astbury，隨后Franklin和Wilkins用X射線衍射法研究DNA分子結(jié)構(gòu)，得到清晰衍射圖。Watson和Crick在此基礎(chǔ)上于1953年提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，說明了基因結(jié)構(gòu)、信息和功能三者之間的關(guān)系，奠定了分子生物學(xué)基礎(chǔ)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。Crick于1958年提出了“中心法則”。DNA研究的成功帶動了RNA研究出現(xiàn)一個新的高潮。20世紀(jì)60年代Holley測定了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列；Nirenberg等被破譯了遺傳密碼；闡明了3類DNA參與蛋白質(zhì)生物合成的過程。在DNA重組技術(shù)帶動下生物技術(shù)獲得迅猛發(fā)展。將DNA充足技術(shù)用于改造生物機(jī)體的性狀特征、改造基因、改造物種，統(tǒng)稱之為基因工程或遺傳工程。與此同時出現(xiàn)了各種生物工程。技術(shù)革命改變了分子生物學(xué)的面貌，并推動了生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起。在此背景下，RNA研究出現(xiàn)了第二個高潮，發(fā)現(xiàn)了一系列新的功能RNA，沖擊了傳統(tǒng)的觀點(diǎn)。人類基因組計(jì)劃是生物學(xué)有史以來最偉大的科學(xué)工程。這一計(jì)劃準(zhǔn)備用15年時間（1990-2005年），投資30億美元，完成人類單倍體基因組DNA3109bp全部序列的測定。它首先在美國啟動，并得到國際科學(xué)界的高度重視，英國、日本、法國、德國和中國科學(xué)家先后加入了這項(xiàng)國際合作計(jì)劃。由于測序技術(shù)的改進(jìn)，人類基因組計(jì)劃被大大提前完成，生命科學(xué)進(jìn)入了后基因時代，研究重點(diǎn)已從測序轉(zhuǎn)向?qū)蚪M功能的研究。功能基因組學(xué)需要從基因產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)研究入手，因此產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)。為研究蛋白質(zhì)組和DNA組，產(chǎn)生了蛋白質(zhì)組學(xué)和RNA組學(xué)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)已成為自然科學(xué)中最活躍，發(fā)展最快的學(xué)科之一。DNA是主要的遺傳物質(zhì)，分布在原核細(xì)胞的核區(qū)，真核細(xì)胞的核核細(xì)胞器以及許多病毒中也含DNA。DNA通常是雙鏈分子。原核細(xì)胞的染色體DNA、質(zhì)粒DNA、真核細(xì)胞的細(xì)胞器DNA以及某些病毒DNA都是環(huán)狀雙鏈