蛋白質(zhì)-酶-核酸

第二十章

蛋白質(zhì)和核酸教學(xué)要求1.掌握α－氨基酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和制法。2.了解多肽的結(jié)構(gòu)、命名和合成。3.了解蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命體的重要物質(zhì),了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)并掌握它的性質(zhì)。4.初步了解核酸的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)(protein)和核酸(nucleicacid)都是天然高分子化合物，是生命物質(zhì)的基礎(chǔ)。我們知道，生命活動(dòng)的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新。蛋白質(zhì)是一切活細(xì)胞的組織物質(zhì)，也是酶、抗體和許多激素中的主要物質(zhì)。所有蛋白質(zhì)都是α-由氨基酸構(gòu)成的，因此，α-由氨基酸是建筑蛋白質(zhì)的磚石。要討論蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先要研究α-由氨基酸的化學(xué)。第一節(jié)氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)、命名和分類氨基酸(aminoacid)是形成蛋白質(zhì)的基石，在動(dòng)植物體內(nèi)也有游離的氨基酸?，F(xiàn)在已分離出來的氨基酸將近百種，主要的蛋白質(zhì)，大約是由20種氨基酸組成的。它們和蛋白質(zhì)的關(guān)系正如字母和字的關(guān)系類似，由20種氨基酸可以形成無數(shù)的蛋白質(zhì)。從結(jié)構(gòu)上講，都在羧基的α位上連有一個(gè)氨基。其通式可表示如下,天然產(chǎn)的各種不同的α-由氨基酸只是R結(jié)構(gòu)不同而已。

1．分類：按烴基類型可分為脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含雜環(huán)氨基酸。按分子中氨基和羧基的數(shù)目分為中性氨基酸，酸性氨基酸，堿性氨基酸。2．命名：多按其來源或性質(zhì)而命名。國(guó)際上有通用的符號(hào)。

二、氨基酸的構(gòu)型20種氨基酸中的烷基R，除一種R=H外，其它均是不同的有機(jī)基團(tuán)，因此氨基酸的α碳原子（除R=H外）都是手性碳原子。氨基酸構(gòu)型表示方法，與糖一樣，習(xí)慣用D或L表示，天然的氨基酸中多數(shù)都是L型的（也有D型的，但很少）。氨基在費(fèi)歇爾投影式直線的左邊，與L-甘油醛中的羥基的向位類似。用D/L體系表示——在費(fèi)歇爾投影式中氨基位于橫鍵右邊的為D型，位于左邊的為L(zhǎng)型。三、氨基酸的性質(zhì)1．氨基酸的酸-堿性氨基酸分子中的氨基是堿性的，而羧基是酸性的。雖然它們的酸堿電離常數(shù)比起-COOH和–NH2來都低得多，但是氨基酸既能與酸反應(yīng)，也能與堿反應(yīng)，是一個(gè)兩性化合物。兩性

氨基酸在一般情況下不是以游離的羧基或氨基存在的，而是兩性電離，在固態(tài)或水溶液中形成內(nèi)鹽。

②等電點(diǎn)在氨基酸水溶液中加入酸或堿，至使羧基和氨基的離子化程度相等（即氨基酸分子所帶電荷呈中性——處于等電狀態(tài)）時(shí)溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)，常以pI表示。等電點(diǎn)為電中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入電極時(shí)其電荷遷移為零。中性氨基酸pI=4.8~6.3；

酸性氨基酸pI=2.7~3.2；堿性氨基酸

pI=7.6~10.8。等電點(diǎn)時(shí)，偶極離子在水中的溶解度最小，易結(jié)晶析出。

2．氨基酸氨基的反應(yīng)①氨基的酰基化：氨基酸分子中的氨基能?；甚０贰?/p>

乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯鄰苯二甲酸酐等都可用作?；瘎?。在蛋白質(zhì)的合成過程中為了保護(hù)氨基則用芐氧甲酰氯作為酰化劑。

選用芐氧甲酰氯這一特殊試劑，是因?yàn)檫@樣的?；滓耄瑢?duì)以后應(yīng)用的種種試劑較穩(wěn)定，同時(shí)還能用多種方法把它脫下來。

②氨基的烴基化：氨基酸與RX作用則烴基化成N-烴基氨基酸：

氟代二硝基苯在多肽結(jié)構(gòu)分析中用作測(cè)定N端的試劑。③與亞硝酸反應(yīng)

反應(yīng)是定量完成的，衡量的放出N2，測(cè)定N2的體積便可計(jì)算出氨基酸中氨基的含量。④與茚三酮反應(yīng)α-氨基酸在堿性溶液中與茚三酮作用，生成顯藍(lán)色或紫紅色的有色物質(zhì)，是鑒別α-氨基酸的靈敏方法。

3．氨基酸羧基的反應(yīng)氨基酸分子中羧基的反應(yīng)主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性質(zhì)。這里值得特別提出的是將氨基酸轉(zhuǎn)化為疊氮化合物的方法（氨基酸酯與肼作用生成酰肼，酰肼與亞硝酸作用則生成疊氮化合物）。疊氮化合物與另一氨基酸酯作用即能縮合成二肽（用此法能合成光學(xué)純度的肽）。4．氨基和羧基的反應(yīng)兩分子的氨基酸可以各出一個(gè)氨基和羧基失水，形成環(huán)狀的酰胺，例如兩分子甘氨酸失水，得甘氨酸失水物，或稱2，5-二酮哌嗪：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，最好的方法是用氨基酸酯制備。氨基酸酯的鹽酸鹽是穩(wěn)定的化合物，但游離的氨基化合物相互作用即失去兩分子的醇，變?yōu)槎哙骸０被狨ナ怯冒被嵩诼然瘹浼按嫉淖饔孟轮苽洌憾哙涸跐恹}酸的作用下，可以將一個(gè)酰胺鍵保留，另一個(gè)酰胺鍵斷開，因此就得到一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基失水形成的產(chǎn)物：谷氨酸中的羧基和氨基可以形成分子中的酰胺，叫作焦谷氨酸，它是一個(gè)內(nèi)酰胺。由谷氨酸和等量的水在高壓釜內(nèi)加熱制備：5．氨基酸的金屬鹽某些氨基酸的鹽，和氨基絡(luò)合，形成形狀很好的結(jié)晶，有時(shí)可以用來沉淀和鑒別某些氨基酸。例如，甘氨酸的銅鹽結(jié)構(gòu)如下：許多氨基酸和金屬鹽以一定的比例形成分子絡(luò)合物。例如1分子金屬鹽∶2分子氨基酸或1分子金屬鹽∶1分子氨基酸，利用這個(gè)性質(zhì)，可以沉淀蛋白質(zhì)，水解后得某些氨基酸。

四、氨基酸的制備氨基酸的制取主要有三條途徑：即蛋白質(zhì)水解、有機(jī)合成和發(fā)酵法。氨基酸的合成方法主要有三種：由醛或酮制備；斯瑞克法是用醛與氫氰酸和氨或與氰化銨發(fā)生作用，得到氰氨化物，再經(jīng)水解，生成（±）-氨基酸，例如：澤林斯基改進(jìn)此法用氯化銨和氰化鉀的混合水溶液，分解后也得到氰化銨，可以避免直接使用氫氰酸或氰化銨，反應(yīng)后得到同樣產(chǎn)物。

2．α-鹵代酸的氨化赫爾-烏爾哈-澤林斯基α-溴化法：用赫爾等人的方法，先使羧酸溴化，然后和氨氣反應(yīng)，往往需在封管內(nèi)或高壓釜內(nèi)進(jìn)行。氨在這里不產(chǎn)生很多多元烷基化的產(chǎn)物，原因是氨基酸的氨基比胺的堿性稍弱，親核的能力稍差，所以一般用這個(gè)方法氨化是可能成功的，也就是說產(chǎn)生的NH（CHRCOOH）2是較少的。

用鹵代酸酯和鄰苯二甲酰亞胺鉀反應(yīng)，可避免生成如上法產(chǎn)生的二元烷化產(chǎn)物仲胺和叔胺生成。因此，常用蓋伯瑞爾法代替上法。蓋伯瑞爾法生成的產(chǎn)物較純，適用于實(shí)驗(yàn)室合成氨基酸。

3．由丙二酸酯法合成：此法應(yīng)用的方式多種多樣，其基本合成路線是：①通過溴化丙二酸酯：溴代丙二酸酯用蓋布瑞爾方法也可以合成多種的氨基酸，如：用上述的方法可以制備蛋、苯丙、絲、天冬等氨基酸。

D，L-苯丙氨酸

鄰苯二甲酰亞氨基丙二酸二乙酯可與α，β-不飽和酯反應(yīng)，水解，制備酸性氨基酸：鄰苯二甲酰亞氨基丙二酸二乙酯與1，3-二溴丙烷反應(yīng)，生成脯氨酸：通過酰基丙二酸酯：丙二酸酯經(jīng)亞硝基化后，用催化氫化還原，再乙?；?，即得乙酰氨基丙二酸酯，它和蘆竹堿反應(yīng)（蘆竹堿是一個(gè)很好的吲哚甲基化的試劑，反應(yīng)前，蘆竹堿失去（CH3）2NH），即在活潑次甲基處發(fā)生吲哚甲基化反應(yīng)，經(jīng)水解脫羧后，就得色氨酸：

用乙酰氨基丙二酸酯和甲醛反應(yīng)，可以制備絲氨酸：

合成法合成的氨基酸是外消旋體，拆分后才能得到D-合L-氨基酸。氨基酸的化學(xué)合成1850年就已實(shí)現(xiàn)，但氨基酸的發(fā)酵法生產(chǎn)在一百年后的1957年才得以實(shí)現(xiàn)用糖類（淀粉）發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸。第二節(jié)

多

肽一、多肽的組成和命名1．肽和肽鍵一分子氨基酸中的羧基與另一分子氨基酸分子的氨基脫水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺鍵稱為肽鍵。

由n個(gè)α-氨基酸縮合而成的肽稱為n肽，由多個(gè)α-氨基酸縮合而成的肽稱為多肽(polypeptide)。一般把含100個(gè)以上氨基酸的多肽（有時(shí)是含50個(gè)以上）稱為蛋白質(zhì)。無論肽臉有多長(zhǎng)，在鏈的兩端一端有游離的氨基（-NH2），稱為N端；鏈的另一端有游離的羧基（-COOH），稱為C端。

2．肽的命名根據(jù)組成肽的氨基酸的順序稱為某氨酰某氨?！嘲彼幔ê?jiǎn)寫為某、某、某）。例如：

很多多肽都采用俗名，如催產(chǎn)素、胰島素等。

二、多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定由氨基酸組成的多肽數(shù)目驚人，情況十分復(fù)雜。假定100個(gè)氨基酸聚合成線形分子，可能具有20100中多肽。例如：由甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸三種氨基酸就可組成六種三肽。

甘-纈-亮；

甘-亮-纈；纈-亮-甘；纈-甘-亮；亮-甘-纈；

亮-纈-甘。多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定主要是作如下工作：了解某一多肽是由哪些氨基酸組成的；各種氨基酸的相對(duì)比例；確定各氨基酸的排列順序。多肽結(jié)構(gòu)測(cè)定工作步驟如下：1．測(cè)定分子量：滲透壓法、光散射法、超離心法和X-射線衍射法。2．氨基酸的定量分析

現(xiàn)代方法是將水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析儀進(jìn)行分離和測(cè)定。3．端基分析（測(cè)定N端和C端）①測(cè)定N端（有兩種方法）：方法一：

2,4-=硝基氟苯法——桑格爾(Sanger-英國(guó)人)法。2,4-=硝基氟苯與氨基酸的N端氨基反應(yīng)后，再水解，分離除N-二硝基苯基氨基酸，用色譜法分析，即可知道N端為何氨基酸。

此法的缺點(diǎn)是所有的肽鍵都被水解掉了。方法二：異硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法——艾德曼(Edman)降解法。

測(cè)定咪唑衍生物的R，即可知是哪種氨基酸。異硫氰酸苯酯法的特點(diǎn)是，除多肽N端的氨基酸外，其余多肽鏈會(huì)保留下來。這樣就可以繼續(xù)不斷的測(cè)定其N端。

②測(cè)定C端方法一：

多肽與肼反應(yīng)所有的肽鍵（酰胺）都與肼反應(yīng)而斷裂成酰肼，只有C端的氨基酸有游離的羧基，不會(huì)與肼反應(yīng)成酰肼。這就是說與肼反應(yīng)后仍具有游離羧基的氨基酸就是多肽C端的氨基酸。方法二：羧肽酶水解法C-端的氨基酸單元可以通過羧肽酶催化水解，羧肽酶可以選擇性切斷游離羧基相鄰的肽鍵，在溶液中切斷下來的氨基酸是C-端位置的，已切斷了C-端氨基酸的肽鏈，再與羧肽酶作用，如此不斷進(jìn)行，可以使整個(gè)多肽或蛋白質(zhì)水解為氨基酸。根據(jù)氨基酸出現(xiàn)的時(shí)間，可以推斷C-端氨基酸的排列順序。實(shí)際上此法最多只能鑒定3～4個(gè)氨基酸，因此對(duì)于長(zhǎng)鏈用處不大，可用于小肽（二肽、三肽等）。4．肽鏈的選擇性斷裂及鑒定上述測(cè)定多肽結(jié)構(gòu)順序的方法，對(duì)于分子量大的多肽是不適用的。對(duì)于大分子量多肽順序的測(cè)定，是將其多肽用不同的蛋白酶進(jìn)行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片，再用端基分析法分析個(gè)碎片的結(jié)構(gòu)，最后將各碎片在排列順序上比較并合并，即可推出多肽中氨基酸的順序。部分水解法常用的蛋白酶有：胰蛋白酶——只水解羰基屬于賴氨酸、精氨酸的肽鍵。糜蛋白酶——水解羰基屬于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽鍵。溴化氰———只能斷裂羰基屬于蛋氨酸的肽鍵。例1：一個(gè)八肽的結(jié)構(gòu)分析：

完全水解后，經(jīng)分析氨基酸的組成為：丙、亮、賴、苯丙、脯、絲、酪、纈；

端基分析：N-端丙……亮C-端；

胰蛋白酶催化水解：分離得到酪氨酸，一種三肽和一種四肽；

用Edman降解分別測(cè)定三肽、四肽的順序，結(jié)果為：丙-脯-苯丙；賴-絲-纈-亮。由上述信息得知，八肽的順序?yàn)椋?/p>

SangerF及其他工作者花了約10年時(shí)間于1953年（35歲）首先測(cè)定出牛胰島素的氨基酸順序，由此Sanger獲得了1958年（41歲）的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，有幾百種多肽和蛋白質(zhì)的氨基酸順序被測(cè)定出來，其中包括含333個(gè)氨基酸單位的甘油醛-3-磷酸酯脫氫酶。以后SangerF又測(cè)定了DNA核苷酸順序，因而他第二次（1980年62歲）獲得了諾貝爾獎(jiǎng)（同美國(guó)人伯格、

吉爾伯特共享）。兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)家是很少見的，所以說，SangerF是一個(gè)偉大的化學(xué)家。

三、多肽的合成要使各種氨基酸按一定的順序連接起來形成多肽是一向十分復(fù)雜的化學(xué)工程，需要解決許多難題。氨基酸是多官能團(tuán)化合物，在按要求形成肽鍵時(shí)，必須將兩個(gè)官能團(tuán)中的一個(gè)保護(hù)起來，留下一個(gè)去進(jìn)行指定的反應(yīng)，才能達(dá)到合成的目的。對(duì)保護(hù)基的要求是：易引入，之后又易除去。保護(hù)-NH2氨基保護(hù)的兩個(gè)最重要化合物是：(1)氯代甲酸苯甲酯：它可以看作是碳酸的單酰氯和單苯甲酯，是用光氣和苯甲醇制備的：C6H5CH2OH+COCl2→C6H5CH2OCOCl這個(gè)酰氯有一個(gè)特點(diǎn)，就是用催化氫化法可以將它分解成甲苯和二氧化碳及鹽酸：當(dāng)然它及其它的酰氯和酯也是類似的，可以用酸性或堿性水解將它分解。但是假若它和一個(gè)氨基酸反應(yīng)，就生成苯甲氧羰基化的氨基酸，產(chǎn)物可以再變成酰氯，和另外的一個(gè)氮基酸反應(yīng)，這樣就把兩個(gè)氨基酸通過酰胺鍵結(jié)合起來：現(xiàn)在的產(chǎn)物如用酸或堿去水解，其結(jié)果是將兩個(gè)酰胺鍵都水解掉（上式中的虛線表示酰胺鍵分裂處），得回原來兩分子的氨基酸和一分子苯甲醇和二氧化碳。但如用催化氫化法進(jìn)行分解，就只將苯甲氧羰基除去，而保留著兩個(gè)氨基酸結(jié)合起來的產(chǎn)物。這個(gè)關(guān)系可用下式表示：在后面將看到氯代甲酸苯甲酯與氨基所形成的酰胺，在合成多肽時(shí)所起的作用，由于它的名字及結(jié)構(gòu)都較長(zhǎng)，所以，現(xiàn)在按照規(guī)定的慣例，C6H5CH2OC(=O)-都用Z表示，這個(gè)符號(hào)是由英文名字Benzoxycarbonyl而來的。因此未氫解前的化合物可以寫為：Z——NHCH2CONHCH2COOH上式可以更簡(jiǎn)便地寫為：Z甘-甘或Z-Gly-Gly三級(jí)丁基對(duì)催化氫化及稀堿都不起作用，因此在同一化合物中，如有兩個(gè)和多個(gè)的氨基，分別含有Z-和Boc-的肽鍵，那么用上述兩種不同的分解法處理，就可有意識(shí)地保留某一個(gè)酰胺鍵。羧基的保護(hù)羧基一般可以在氯化氫作用下與甲醇或乙醇反應(yīng)成為甲酯或乙酯的鹽酸鹽，用碳酸氫鈉中和得氨基酸甲酯或乙酯。羧基也可在對(duì)甲苯磺酸作用下與苯甲醇反應(yīng)，得到苯甲酯。這些酯比酰胺更容易水解，因此可以通過稀堿在室溫水解，變?yōu)轸人猁}；苯甲酯更為有用，還可以用氫解的方法除去苯甲基，得回羧酸：有時(shí)也用游離的羧基即C-端未加保護(hù)，見下Delta促睡眠肽的合成。3.側(cè)鏈的保護(hù)有許多氨基酸的側(cè)鏈上帶有某些官能團(tuán)，在合成含有這些氨基酸（例如精氨酸，半胱氨酸等）的多肽時(shí)，這些側(cè)鏈的基團(tuán)需要保護(hù)起來，特別是巰基，很容易發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，一般是用苯甲基將它保護(hù)起來。形成半胱氨酸的苯甲硫醚。這個(gè)保護(hù)基團(tuán)在鈉、液氨的作用下，又分解為原來的半胱氨酸，在空氣中氧化，即變?yōu)橐粋€(gè)二硫鍵，把兩個(gè)半胱氨酸連接起來了。肽鏈中位置不同的半胱氨酸是通過二硫鍵連接起來的，形成一個(gè)環(huán)。4.接肽的方法將兩個(gè)相應(yīng)的氨基被保護(hù)的及羧基被保護(hù)的氨基酸放在溶液內(nèi)，并不形成肽鍵。要形成酰胺鍵，經(jīng)常用的手段是將羧基活化，其方法或者將它變成一個(gè)所謂的混合酸酐，或者將它變?yōu)榛顫婖?，這樣就增加了羧基的親電能力。在制備普通酰胺時(shí)，不用羧酸本身，而是用酰氯或酯去和胺反應(yīng)。或者用強(qiáng)的失水劑也可形成酰胺鍵?，F(xiàn)將接肽最常用的方法介紹如下：①混合酸酐法：最常用的混合酸酐是羧酸和鹽酸形成的酸酐，即酰氯；另一個(gè)常用的混合酸酐可以用下法制備，是用Z-氨基酸的三乙胺鹽和氯代甲酸酯反應(yīng)：如用這個(gè)混合酸酐和一個(gè)氨基酸的酯反應(yīng)，后者的氨基就被?；?，生成一個(gè)氨基被Z、羧基被酯保護(hù)的二肽，用堿水解酯，然后催化氫解，將保護(hù)基去掉得二肽：②活潑酯法：普通的氨基酸烷基酯就可以?；硪话被岬陌被?，但如不夠活潑時(shí)，可以在酯基內(nèi)加入強(qiáng)吸電子基團(tuán)，以增加羧基的親電能力，使更容易形成酰胺鍵。例如對(duì)硝基苯酯，就是一個(gè)更為活潑的酯基：③碳二亞胺法：除用活化羧基的方法外，現(xiàn)在還用有效的失水劑（或稱縮合劑）使氨基和羧基結(jié)合起來。其中最重要的一個(gè)就是前面提到的二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）。二環(huán)己基碳二亞胺也可通過下法制得：二環(huán)己基碳二亞胺可以使醇或胺酰化，自身在反應(yīng)中和水結(jié)合變?yōu)椴蝗艿亩h(huán)己基脲。這個(gè)副產(chǎn)物有時(shí)很難和產(chǎn)物分離。將二環(huán)己基脲除去后，就得到氨基被Z、羧基被苯甲基保護(hù)的二肽，用Pd－C催化氫化，一步將兩個(gè)保護(hù)基去掉，就得到游離的二肽。④環(huán)酸酐法：氨基酸含有兩個(gè)反應(yīng)的基因，它應(yīng)當(dāng)可以聚合成為多聚氨基酸，但實(shí)際上，氨基酸很難聚合，其原因可能是氨基酸里面的反應(yīng)基團(tuán)形成了兩性離子，從而降低了它們的反應(yīng)性能。個(gè)別的氨基酸經(jīng)酯化后，可以聚合。例如側(cè)鏈簡(jiǎn)單的甘氨酸甲酯可以聚合成為聚甘氨酸，即由甘氨酸形成一個(gè)長(zhǎng)的肽鏈。劉赫斯（LeuchsH）發(fā)現(xiàn)氨基酸N上的羧基衍生物在分子內(nèi)后來發(fā)現(xiàn)這個(gè)酸酐在微量水的作用下，可以聚合成為高分子量聚氨基酸。通過這個(gè)酸酐可以制備多種氨基酸高聚物。因此這是一個(gè)非常重要的反應(yīng)。雖然天然的蛋白質(zhì)多肽絕大部分是由不同的氨基酸聚合而成的。但也有少數(shù)的是由相同的氨基酸聚合而成，例如通過γ-羧基聚合而成的谷氨酸存在于某些細(xì)菌的囊胞內(nèi)。假若把上面的酸酐加入到另一氨基酸的溶液中，控制pH，在低溫下，氨基即和酸酐的羰基發(fā)生反應(yīng)，就得到一個(gè)氨基甲酸酯的衍生物，馬上失去二氧化碳，就得到一個(gè)二肽：假若用一個(gè)肽和上面的酸酐反應(yīng)，就可以形成高一級(jí)的肽，就是肽在它的N-端再加上一個(gè)氨基酸。通過以上對(duì)接肽方法的討論，現(xiàn)在可以舉一個(gè)實(shí)例來說明這個(gè)工作是如何進(jìn)行的。在兔體中發(fā)現(xiàn)的促睡眠的肽類物質(zhì)，叫作Delta促睡眠肽，體內(nèi)存量極微，生理效能很強(qiáng)，每千克體重給9×10-9mol的劑量就可導(dǎo)致兔的正常睡眠，它是一個(gè)九肽，N-端基是色氨酸，C-端基是谷氨酸，它的結(jié)構(gòu)如下所示：這是現(xiàn)在表示多肽合成步驟的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，在文獻(xiàn)中經(jīng)常遇到。這種表示方法需要稍微加以解釋，在氨基酸下面的方框代表某一個(gè)或某幾個(gè)氨基酸，方框的左端為N-端基，右端為C-端基，例如第一行第一個(gè)方框表示N-端被Z保護(hù)，C-端是-NHNH2，以酰肼(-CONHNH2)形式存在，這是由丙氨酸和絲氨酸形成的一個(gè)二肽。酰肼在亞硝酸的作用下，變?yōu)轷／B氮-CON3，疊氮（-N3）是一個(gè)很好的離去基團(tuán)，-CON3可以與氨基反應(yīng)形成酰胺，是一種制備肽的常用方法，稱為疊氮法。第二個(gè)方框左邊的氫是表示N-端游離的甘氨酸，右邊的OBu-t表示谷氨酸的兩個(gè)羧基都成三級(jí)丁酯，這樣形成一個(gè)二肽。注意側(cè)鏈上的保護(hù)基都寫在方框上面。這兩個(gè)二肽經(jīng)過疊氮法變?yōu)镹-端（用Z保護(hù)），C-端及側(cè)鏈的羧基均用OBu-t保護(hù)的四肽，即第二行的右邊的四肽方框。第二行的左面的兩個(gè)方框分別代表N-端用Z保護(hù)、C-端游離（OH）的丙氨酸和N-端及C-端均為游離的甘-甘二肽，它們結(jié)合成為三肽。第三行中的天冬氨酸的C-端用了一個(gè)新型的前面沒有討論過的活潑酯（OSu）保護(hù)，β-羧基用OBu-t保護(hù)，OSu是N-羥基丁二酰亞胺（succinimide）和羧基形成的酯：這個(gè)活潑酯和C-端保護(hù)的Ala-Ser-Gly-Glu四肽結(jié)合形成五肽。這樣一步一步的連結(jié)，最后得到的九肽，N-端是BOC保護(hù)的，C-端及側(cè)鏈（Asp及Glu的β和γ羧基）均被OBu-t保護(hù)，最后經(jīng)酸處理，就得到游離的九肽，方格兩頭上H和OH分別表示N-端和C-端是游離的-NH2.從以上簡(jiǎn)短介紹中，不難看出，接肽是一個(gè)非常煩瑣的工作，接一側(cè)鏈最簡(jiǎn)單的二肽，就至少需要保護(hù)氨基、連接和去掉氨基保護(hù)基三步手續(xù)，還沒有把保護(hù)羧基的步驟算在內(nèi)，因羧基有時(shí)可以不必保護(hù)。這樣，接一個(gè)51肽就需要幾百個(gè)步驟。更困難的是，經(jīng)過如此多的步驟，就算是每步產(chǎn)量都很高，最后的產(chǎn)物也非常少了。有機(jī)體合成蛋白質(zhì)是有條不紊的，按著一定的順序選擇所需要的氨基酸進(jìn)行合成，并且非常迅速，和現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的手段無法比較，人類能不能學(xué)習(xí)有機(jī)體的方法，達(dá)到生物合成蛋白質(zhì)的境界呢？現(xiàn)在基因工程這門新興的科學(xué)已經(jīng)為合成多肽及蛋白質(zhì)提供了全新的方法，取得非常重要的成果。5.Merrifield固相多肽合成法為了增加每一步接肽的產(chǎn)量和避免在提取過程中的損失，麥爾德（MerrifieldRB）發(fā)現(xiàn)了固相接肽的方法。這不僅單純提供了一個(gè)新的方法，而是一次思想上的突破。也不是說，固相接肽已解決了蛋白質(zhì)或多肽的合成問題，事實(shí)上距離解決合成問題還非常遙遠(yuǎn)，還有許多較難克服的困難，但是，當(dāng)我們面臨一個(gè)困難的問題時(shí)，如何從各方面去考慮尋找解決這個(gè)問題的途徑，固相接肽方法為我們提供了一個(gè)很好的范例。這個(gè)方法主要是在不溶的高分子樹脂的表面上進(jìn)行反應(yīng)。把用二乙烯基苯交聯(lián)的聚苯乙烯進(jìn)行氯甲基化，在高分子的苯環(huán)上引入了氯甲基。這個(gè)苯氯甲基上的氯原子非?；顫姡?dāng)它和氨基酸的水溶液一起攪拌時(shí)，就形成苯甲酯，掛在樹脂上，然后將該樹脂與氨基用BOC保護(hù)的另一個(gè)氨基酸在DCC縮合劑的溶液中一同振蕩，結(jié)果就生成一個(gè)氨基被保護(hù)的二肽，如用HCl／CH3CO2H處理，可以把BOC除去，再重復(fù)上面的步驟，和另一個(gè)氨基酸反應(yīng)，最后用三氟醋酸和溴化氫處理，就把合成的肽鏈從高分子上分裂下來。原來的樹脂就變?yōu)殇寮谆臉渲?，還可以再使用。這些步驟可表示如下：

第三節(jié)

蛋白質(zhì)

分子量在1000以上，構(gòu)型復(fù)雜的多肽稱為蛋白質(zhì)

一、蛋白質(zhì)的分類1．根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀分為：（1）纖維蛋白質(zhì)

如絲蛋白、角蛋白等；（2）球狀蛋白質(zhì)

如蛋清蛋白、酪蛋白、血紅蛋白、γ-球代表蛋白（感冒抗體）等。2．根據(jù)組成分：（1）

單純蛋白質(zhì)——其水解最終產(chǎn)物是α-氨基酸。（2）

結(jié)合蛋白質(zhì)——α-氨基酸+

非蛋白質(zhì)（輔基）輔基為糖時(shí)稱為糖蛋白；輔基為核酸時(shí)稱為核蛋白；輔基為血紅素時(shí)稱為血紅素蛋白等。3．根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分；①活性蛋白

按生理作用不同又可分為；酶、激素、抗體、收縮蛋白、運(yùn)輸?shù)鞍椎?。②非活性蛋?/p>

擔(dān)任生物的保護(hù)或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物質(zhì)。例如：貯存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），結(jié)構(gòu)蛋白（角蛋白、彈性蛋白膠原等）等等。

二蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)各種蛋白質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)，決定了各種蛋白質(zhì)的特定生理功能。蛋白質(zhì)種類繁多，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。通過長(zhǎng)期研究確定，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。1．蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由各氨基酸按一定的排列順序結(jié)合而形成的多肽鏈（50個(gè)以上氨基酸）稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。對(duì)某一蛋白質(zhì)，若結(jié)構(gòu)順序發(fā)生改變，則可引起疾病或死亡。例如，血紅蛋白是由兩條α-肽鏈（各為141肽）和兩條β-肽鏈（各為146肽）四條肽鏈（共574肽）組成的。在β鏈，N-6為谷氨酸，若換為纈氨酸，則造成紅血球附聚，即由球狀變成鐮刀狀，若得了這種?。ㄧ牭缎呜氀Y）不到十年就會(huì)死亡。2．蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈中互相靠近的氨基酸通過氫鍵的作用而形成的多肽在空間排列（構(gòu)象）稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有三中形式；°1°α-螺旋——右螺旋；2°β-折疊和β-轉(zhuǎn)角；

3°無規(guī)則卷曲——沒有確定規(guī)律性.

3．蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)在空間盤繞、折疊、卷曲而形成的更為復(fù)雜的空間構(gòu)象稱為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力有：共價(jià)鍵（-S-S-）

靜電鍵（鹽鍵）

氫鍵

憎水基（烴基等）

形成三級(jí)結(jié)構(gòu)后，親水基團(tuán)在結(jié)構(gòu)外，憎水基團(tuán)在結(jié)構(gòu)內(nèi)，故球狀蛋白溶于水。

4．蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

由一條或幾條多肽鏈構(gòu)成蛋白質(zhì)的最小單位稱為蛋白質(zhì)亞基，由幾個(gè)亞基借助各種副鍵的作用而構(gòu)成的一定空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)1．兩性及等電點(diǎn)

多肽鏈中有游離的氨基和羧基等酸堿基團(tuán)，具有兩性。

2．膠體性質(zhì)與沉淀作用蛋白質(zhì)是大分子化合物，分子顆粒的直徑在膠粒幅度之內(nèi)（0.1~0.001μ）呈膠體性質(zhì)。蛋白質(zhì)顆粒表面都帶電荷，在酸性溶液中帶正電荷，在堿性溶液中帶負(fù)電荷，達(dá)到幫助帶有同性電荷就于周圍電性相反的的離子構(gòu)成穩(wěn)定的雙電層。由于同性電荷相斥，顆粒互相隔絕而不粘合，形成穩(wěn)定的膠體體系。蛋白質(zhì)與水形成的親水膠體，也和其它膠體一樣不是十分穩(wěn)定，在各種因素的影響之下，蛋白質(zhì)容易析出沉淀。①可逆沉淀（鹽析）

②不可逆沉淀蛋白質(zhì)與重金屬鹽作用，或在蛋白質(zhì)溶液中加入有機(jī)溶劑（如丙酮、乙醇等）則發(fā)生不可逆沉淀。如70-75%的酒精可破壞細(xì)菌的水化膜，是細(xì)菌發(fā)生沉淀和變性，從而起到消毒的作用。3．蛋白質(zhì)的變性作用蛋白質(zhì)在一定條件下，共價(jià)鍵不變，但構(gòu)象發(fā)生變化而喪失生物活性的過程成為蛋白質(zhì)的變性作用。變性條件：物理因素：干燥、加熱、高壓、振蕩或攪拌、紫外線、X射線、超聲等等?；瘜W(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、生物堿試劑（三氯乙酸、乙醇等等）。

變性后的特點(diǎn)：①失生物活性

②溶解度降低

③易被水解（對(duì)水解酶的抵抗力減弱）。變性作用的利用：①消毒、殺菌、點(diǎn)豆腐等；

②排毒（重金屬鹽中毒的急救）；

③腫瘤的治療（放療殺死癌細(xì)胞）；變性作用的防治：①種子的貯存；

②人體衰老（緩慢變性）；

③防止紫外光灼傷皮膚。4．蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)①縮二脲反應(yīng)

蛋白質(zhì)與新配置的堿性硫酸銅溶液反應(yīng)，呈紫色，稱為縮二脲反應(yīng)。②蛋白黃反應(yīng)

蛋白質(zhì)中含有苯環(huán)的氨基酸，遇濃硝酸發(fā)生硝化反應(yīng)而生成黃色硝基化合物的反應(yīng)稱為蛋白黃反應(yīng)。③米勒反應(yīng)

蛋白質(zhì)中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液④茚三酮反應(yīng)

蛋白質(zhì)與稀的茚三酮溶液共熱，即呈現(xiàn)藍(lán)色。第四節(jié)

酶

酶(enzyme)是一種有生物活性的蛋白質(zhì)，是生物體內(nèi)的催化劑，是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，哪里有生命現(xiàn)象，哪里就有酶的活動(dòng)。綠色植物和某些細(xì)菌能夠利用太陽能，通過光合作用，二氧化碳和少量的硝酸鹽、磷酸鹽等極簡(jiǎn)單的原料合成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)，都是靠酶的催化所完成。所以說，酶在復(fù)雜的生物合成中的作用是無法用其它方法替代的。

一、酶的組成

輔酶的種類頗多，按其化學(xué)組成可分兩類：1．無機(jī)的金屬元素，如銅、鋅、錳。2．相對(duì)分子質(zhì)量低的有機(jī)物，如血紅素、葉綠素、肌醇、煙酰胺、維生素B1、B2、B6、B12等等。醫(yī)療上口服或注射維生素，就是給人體補(bǔ)充輔酶，以提高肌體內(nèi)某些酶的活性，調(diào)節(jié)代謝，而達(dá)到治療和增進(jìn)健康的目的。酶蛋白可以是一條肽鏈，或多條肽鏈組成的。但所有的酶都是球狀結(jié)構(gòu)的。二、酶催化反應(yīng)的特異性1．催化效率高（比一般催化劑高108-1010倍）。2．選擇性強(qiáng)①化學(xué)選擇性——能從混合物中挑選特殊的作用物。例如，麥芽糖酶只能使α-葡萄糖苷鍵斷裂，而不能使β-葡萄糖苷鍵斷裂。②立化學(xué)選擇性——辨別對(duì)映體，酵母中的酶只能使天然D型糖發(fā)酵，而不能使相應(yīng)的L型糖發(fā)酵。3．反應(yīng)條件溫和——一般是在常溫常壓和pH7左右進(jìn)行的。人體內(nèi)如果缺少某種酶，就會(huì)引起疾病或死亡。例如，膽堿酯酶的作用是水解乙酰膽堿，有機(jī)磷農(nóng)藥中毒就是破壞了動(dòng)物體內(nèi)的膽堿酯酶，使之不能水解體內(nèi)有毒的乙酰膽堿，致使中毒而亡。又如，小孩缺乏半乳糖酶時(shí)，就不能吃奶（因不能分解半乳糖）一吃就吐。再如，苯丙氨酸與酪氨酸在羥化酶的作用下達(dá)成轉(zhuǎn)化平衡，若此平衡被破壞，則酪氨酸缺乏，酪氨酸缺乏則不能產(chǎn)生黑色素——稱為白化病。三、酶的分類和命名1．分類按催化反應(yīng)的類型，可把酶分為六大類：氧化還原酶；轉(zhuǎn)移酶；水解酶；裂解酶；異構(gòu)酶；連接酶（合成酶）。酶的命名

①習(xí)慣命名②系統(tǒng)命名第五節(jié)核

酸

核酸(nucleiacid)是控制生物遺傳和支配蛋白質(zhì)合成的模型。沒有核酸，就沒有蛋白質(zhì)。因此，核酸是最根本的生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。核酸和蛋白質(zhì)結(jié)合成結(jié)合蛋白存在于細(xì)胞核之內(nèi)，在細(xì)胞質(zhì)中，核酸以可溶的形式存在，特別是在細(xì)胞質(zhì)的粒質(zhì)之中，含有豐富的核酸。有些核酸的相對(duì)分子質(zhì)量非常巨大，它們是決定生命遺傳的重要物質(zhì)，是生物化學(xué)近些年來研究得最廣泛最活躍的一個(gè)課題?，F(xiàn)在已知核酸也有酶的作用。下面從有機(jī)化學(xué)的角度對(duì)它們的結(jié)構(gòu)稍微加以討論。一、核酸的組成

核酸是由核苷酸聚合而成的大分子。核苷酸是由一個(gè)雜環(huán)的堿基和一個(gè)核糖或脫氧核糖結(jié)合形成核苷，核苷再通過核糖中的羥基與磷酸形成磷酸酯。細(xì)胞核核酸和細(xì)胞質(zhì)核酸徹底水解，分別得到下列的化合物：這幾個(gè)雜環(huán)體系的堿基如下式：在核酸和脫氧核酸中，核糖和脫氧核糖都形成五元環(huán)的呋喃糖的形式，在3位或5位的羥基和磷酸成酯。所有的堿基都以β-苷鍵的形式在1位上結(jié)合，因此由以上組分形成的核苷和核酸，具有下列的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)舉例說明：核酸或脫氧核酸是通過磷酸在不同核苷的3位或5位上結(jié)合起來的大分子，這兩類核酸現(xiàn)分別簡(jiǎn)稱為DNA（脫氧核糖核酸deoxyribonucleicacid）和RNA（核糖核酸ribonucleicacid）。

二、核酸的結(jié)構(gòu)核酸是核苷酸單體中核糖的3ˊ位羥基和5ˊ位上的磷酸基酯化而成的高分子化合物。核酸和蛋白質(zhì)一樣，也有單體排列順序和空間關(guān)系問題，因此，核酸也有一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的問題。1．核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸的順序組成了核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA中的多核苷酸鏈如下圖：

上面四個(gè)脫氧核苷分別為脫氧腺苷（deoxyadenosine，簡(jiǎn)寫為dA）；脫氧胞苷（deoxycytidine，dC）；脫氧鳥苷（deoxyguanosine，dG）；脫氧胸苷（deoxythymidine，dT）。RNA或DNA中的多核苷酸鏈，都按上圖方式表示，顯然太繁復(fù)了，所以現(xiàn)在都用簡(jiǎn)化了的示意法來表示。如上圖可簡(jiǎn)化如下：

其中R1、R2、R3、R4表示堿基，P表示磷酸基，一豎表示糖分子，2ˊ、3ˊ、5ˊ表示糖中C原子編號(hào)。還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化成PA-C-G-UP。RNA與DNA的區(qū)別：核糖——RNA中為核糖，DNA中為2-脫氧核糖。堿基——RNA中為A、U、C、G；DNA中為A、T、C、G。2．核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)為右手雙股螺旋結(jié)構(gòu)。

兩條螺旋鏈以相反的走向，通過一條鏈的堿基和另一條鏈的堿基配對(duì)（以氫鍵結(jié)合）交織起來形成相當(dāng)穩(wěn)定的構(gòu)象（雙螺旋結(jié)構(gòu)）。象螺旋式的梯子。堿基配對(duì)只能是A與T（RNA中是A與U）配對(duì)，G與C配對(duì)。原因是：①只有當(dāng)一個(gè)嘌呤環(huán)和一個(gè)嘧啶環(huán)成對(duì)排列時(shí)，堿基的連接才吻合；②只有腺嘌呤與胸腺嘧啶成對(duì)，鳥嘌呤與胞嘧啶成對(duì)才能吻合。RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的規(guī)律性不如DNA。有些RNA的多核苷酸鏈，可以形成螺旋結(jié)構(gòu)，其二級(jí)結(jié)構(gòu)是和DNA相似的雙螺旋。但多數(shù)RNA的分子是由一條彎曲的多核苷酸鏈所構(gòu)成，其中有間隔著的雙股螺旋與單股非螺旋體結(jié)構(gòu)部分。3．核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步緊縮、扭曲成閉鏈狀環(huán)或開鏈狀環(huán)以及麻花狀的一定空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)。

三、核酸的生物功能核酸在生物的遺傳變異、生長(zhǎng)發(fā)育及蛋白質(zhì)的合成中起著重要作用。DNA——遺傳基因，轉(zhuǎn)錄副本，將遺傳信息傳到子代。是蛋白質(zhì)合成的模板。RNA——決定蛋白質(zhì)的生物合成（合成蛋白質(zhì)的工廠）根據(jù)在蛋白質(zhì)合成中