《生物化學(xué)》(張洪淵)川大

《生物化學(xué)》（張洪淵）講義-川大

第一章緒論（1-2節(jié)）

一.如何學(xué)好生化課

1.生物化學(xué)的特點(diǎn)

.內(nèi)容分布：生物化學(xué)這門課，從教材上看，通常都分為上下兩集，上集談的是生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能，很少涉及它們的變化，這些生物分子包括糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸、酶、激素、維生素以及抗生素等，叫做靜態(tài)生化，以DNA結(jié)構(gòu)為例。而下集則講的是這些生物分子的來(lái)龍去脈，即合成與分解，叫動(dòng)態(tài)生化，以DNA的復(fù)制為例。

.特點(diǎn)：概念性描述性的內(nèi)容居多，很少有推導(dǎo)性或計(jì)算性的內(nèi)容，因此，它不同于理科而更近似于文科，記憶的東西多，女生常常比男生學(xué)得好，巧妙記憶成為學(xué)好生化的一個(gè)重要方法，學(xué)完生化課后，你們應(yīng)該有一種意外的驚喜，阿，我的腦子咋變得這樣好使呢？2.師生合作

.老師備課：由于生物化學(xué)是我院最重要的課程（課時(shí)多以及研考跑不掉），所以我得竭盡全力準(zhǔn)備，既要完成大綱規(guī)定的內(nèi)容又不能照本宣科，注意理論和實(shí)踐、經(jīng)典與前沿的融合，使生化課變得興趣盎然而不是枯燥無(wú)味，要做到這些，備課是相當(dāng)辛苦的，且聽我來(lái)表一表，我在四川大學(xué)上了320節(jié)生化課（200節(jié)理論，120節(jié)實(shí)驗(yàn)），上課筆記成了現(xiàn)在的講課筆記的一部分，后來(lái)臨時(shí)抱佛腳，又到南大進(jìn)修了200學(xué)時(shí)的生化理論課（生化專業(yè)用）以及120學(xué)時(shí)的理論課（非生化專業(yè)用），講課教師叫楊榮武，是個(gè)教書天才（合作文章（在我?guī)资恼轮校@是最得意的一篇）、同學(xué)的師弟、上海生化所），聽課筆記真是一摞一摞，從中精煉出我們現(xiàn)在的6-70學(xué)時(shí)理論課（難吶），還要增補(bǔ)一些名人趣聞、科學(xué)前沿之類的味精，總的算來(lái)，我給你們講一節(jié)課，自己要聽7節(jié)課，再準(zhǔn)備三小時(shí)，代價(jià)不菲，所以我常掛在嘴邊的一句話就是，你們一定要學(xué)好這門課，學(xué)不好很對(duì)不起人，在你最對(duì)不起的人里面，我應(yīng)該列在前三名。

.學(xué)生學(xué)習(xí)：看小說(shuō)似的預(yù)習(xí)幾遍，尤其上課要用心聽講（省時(shí)省力），當(dāng)場(chǎng)或課后整理筆記（重要性），擇重記憶（注意方法），幾個(gè)小竅門：早上多吃糖（原因，腦血糖），站立聽課（腎上腺，恐怖電影，我講課）。業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本和歐美列強(qiáng)，給畢業(yè)生就業(yè)帶來(lái)了困難。喜者是許多有識(shí)之士已經(jīng)看到了生化的光輝前景，紛紛搶灘這塊寶地，生化工業(yè)也在艱難的條件下起步并有蓬勃發(fā)展之勢(shì)，以我們身邊的人物為例，歐陽(yáng)老師和我們的專業(yè)發(fā)展。

第二章糖類

§1.糖的概念

一.糖的種類和功能

1.糖的定義

2.糖的功能：能源結(jié)構(gòu)信息傳遞

3.糖的種類：

單糖：定義醛糖酮糖丙、丁、戊、己、庚糖及其兩者的組合，重要單糖的舉例

寡糖：定義舉例

多糖：定義同多糖雜多糖舉例

結(jié)合糖：定義舉例

4.碳水化合物：carbohydrate

二.糖的構(gòu)型

1.幾個(gè)概念：

同分異構(gòu)體

結(jié)構(gòu)異構(gòu)

立體異構(gòu)

幾何異構(gòu)

旋光異構(gòu)

差向異構(gòu)

2.糖的構(gòu)型

不對(duì)稱碳原子旋光異構(gòu)體的性質(zhì)

甘油醛的構(gòu)型（D\L）意義

葡萄糖的構(gòu)型

§2.單糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

單糖舉例

一.葡萄糖的結(jié)構(gòu)

1.鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：條件結(jié)構(gòu)式構(gòu)型旋光異構(gòu)體和自然選擇簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)式

2.環(huán)狀結(jié)構(gòu)：條件吡喃型和呋喃型及自然選擇α型和β型異頭物

3.投影式（Haworth式）鏈?zhǔn)脚c環(huán)式的互變規(guī)則

4.變旋現(xiàn)象：現(xiàn)象本質(zhì)

5.葡萄糖的構(gòu)象：船式和椅式

6.幾種重要單糖的結(jié)構(gòu)式（默認(rèn)為D-型）：甘油醛二羥丙酮核糖！脫氧核糖！葡萄糖甘露糖半乳糖果糖！鏈?zhǔn)胶铜h(huán)式都要，請(qǐng)大家自己在書上將其找到。

二.單糖的性質(zhì)

1.物理性質(zhì)：

旋光性（特例）

甜度：標(biāo)準(zhǔn)以及順序（果糖＞蔗糖＞葡萄糖）

溶解性

2.化學(xué)性質(zhì)

.與強(qiáng)酸的作用：形成糠醛及其衍生物

反應(yīng)式及其原理：書P16

糖的鑒定：

Molish反應(yīng)：糠醛及其衍生物與α-萘酚反應(yīng)作用生成紫色的化合物，原理是羰基于酚類進(jìn)行了縮合，這樣，將糖與濃酸作用后再與α-萘酚反應(yīng)作用就能生成紫色的化合物，可鑒別糖。（多羥、醛基）

Seliwanoff反應(yīng)：同樣的原理，將糖與濃酸作用后再與間苯二酚反應(yīng)，若是酮糖就顯鮮紅色，若是醛糖就顯淡紅色，由此可鑒別酮糖和醛糖。

.形成糖苷：糖的半縮醛羥基與其它物質(zhì)的羥基或氨基脫水縮合形成的化合物。

舉例：麥芽糖的結(jié)構(gòu)式：見書P22

葡萄糖α-1,4-葡萄糖苷，α-葡萄糖出半縮醛羥基，另一葡萄糖（α、β可互變）出4位上的羥基。

反應(yīng)部位

主體、配體、糖苷鍵的鍵型（半縮醛羥基的構(gòu)型-半縮醛羥基的位置，另一羥基的位置）

全名：配體半縮醛羥基的構(gòu)型-半縮醛羥基的位置,另一羥基的位置-主體苷

.糖的還原性

費(fèi)林反應(yīng)（Fehling）：見P15費(fèi)林試劑反應(yīng)式定量法

與鐵氰化鉀的反應(yīng)：

將葡萄糖與鐵氰化鉀（K3Fe（CN）6）溶液共熱時(shí)，鐵氰化鉀被還原成亞鐵氰化鉀（K4Fe（CN）6）。

反應(yīng)式：K3Fe（CN）6+葡萄糖→K4Fe（CN）6+葡萄糖酸

.形成糖脎

糖與三分子苯肼的反應(yīng)

反應(yīng)式：見P17

用途：鑒定單糖的種類：糖脎為黃色的不溶于水的晶體，不同的糖脎其晶型和熔點(diǎn)均不同，由此可鑒別單糖的種類。

思考題：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖哪幾種可被糖脎反應(yīng)所鑒別，哪些不能？

其余的反應(yīng)如酯化作用、對(duì)堿的作用、糖的氧化性等，請(qǐng)大家自己看看。

§3.寡糖

定義

結(jié)構(gòu)單位：環(huán)狀的糖

糖苷鍵

主體和配體

寡糖（以及淀粉）中的單糖叫殘基

一.幾種重要的二糖

1.麥芽糖：見P22葡萄糖α-1,4-葡萄糖苷：是直鏈淀粉的形成方式

2.異麥芽糖：葡萄糖α-1,6-葡萄糖苷：是枝鏈淀粉分支處的的形成方式

3.蔗糖：α-葡萄糖β-2,1果糖苷/β-果糖α-1,2葡萄糖苷

4.乳糖：見P22葡萄糖β-1,4-半乳糖苷

5.纖維二糖：見P22葡萄糖β-1,4-葡萄糖苷：是纖維素的形成方式。

§4.多糖

定義

一.同多糖

即均一多糖：定義

1.淀粉

結(jié)構(gòu)單位：α-D-葡萄糖（在淀粉和寡糖中叫做葡萄糖殘基）

連接方式（即糖苷鍵型）：直鏈淀粉：α-1,4糖苷鍵，枝鏈淀粉α-1,6糖苷鍵（僅出現(xiàn)在分支處）和α-1,4糖苷鍵（除了分支處以外的地方）

直鏈淀粉的結(jié)構(gòu)：見P24還原端和非還原端各一

枝鏈淀粉的結(jié)構(gòu)：見P25還原端一個(gè)，非還原端多個(gè)

淀粉的二級(jí)結(jié)構(gòu)（空間結(jié)構(gòu)）：見P24右手螺旋（像個(gè)彈簧），每一圈含有6個(gè)葡萄糖殘基

碘顯色機(jī)理：鉆圈，圈越多（分子量越大即葡萄糖殘基越多）色越深

淀粉水解碘顯色的變化：淀粉（藍(lán)色或紫色）→紅色糊精→無(wú)色糊精→寡糖→葡萄糖

性質(zhì)：與葡萄糖相比，它沒(méi)有還原性、有旋光性但無(wú)變旋現(xiàn)象、溶解度降低

2.糖原：結(jié)構(gòu)上完全同枝鏈淀粉，只是分子量要大得多

3.纖維素：見P27

結(jié)構(gòu)單位：β-D-葡萄糖

連接方式：β-1,4糖苷鍵

分子量：上萬(wàn)個(gè)葡萄糖殘基

二級(jí)結(jié)構(gòu)：鋸齒帶狀，交織在一起，強(qiáng)度很大。

4.其余多糖：半纖維素和幾丁質(zhì)等，請(qǐng)大家自己回去看看。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：鋸齒的鏈狀，由于它們互相纏繞和交織，因此，強(qiáng)度很大。

性質(zhì)：不溶于水，僅能被高溫的強(qiáng)酸和少數(shù)幾種纖維素酶所水解

二.雜多糖

通常與蛋白質(zhì)形成具有粘性的物質(zhì)，故稱粘多糖，在體內(nèi)起潤(rùn)滑作用（胃部以及關(guān)節(jié)處的粘夜，鼻涕等）

例如：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和肝素等

三.結(jié)合糖：糖脂、糖蛋白、蛋白多糖等，自己看。

布置作業(yè)：重要單糖的結(jié)構(gòu)，糖脎反應(yīng)的思考題。抽查第三章脂類

§1.概述

定義：由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物統(tǒng)稱為脂類，這是一類一般不溶于水而溶于脂溶性溶劑的化合物。

一.脂類的類別

1.單純脂：定義：脂肪酸與醇脫水縮合形成的化合物

蠟：高級(jí)脂肪酸與高級(jí)一元醇，幼植物體表覆蓋物，葉面，動(dòng)物體表覆蓋物，蜂蠟。

甘油脂：高級(jí)脂肪酸與甘油，最多的脂類。

2.復(fù)合脂：定義：?jiǎn)渭冎由狭姿岬然鶊F(tuán)產(chǎn)生的衍生物

磷脂：甘油磷脂（卵、腦磷脂）、鞘磷脂（神經(jīng)細(xì)胞豐富）

3.脂的前體及衍生物

高級(jí)脂肪酸

甘油

固醇

萜類

前列腺素

4.結(jié)合脂：定義：脂與其它生物分子形成的復(fù)合物

糖脂：糖與脂類以糖苷鍵連接起來(lái)的化合物（共價(jià)鍵），如霍亂毒素

脂蛋白：脂類與蛋白質(zhì)非共價(jià)結(jié)合的產(chǎn)物如血中的幾種脂蛋白，VLDL、LDL、HDL、VHDL是脂類的運(yùn)輸方式。

二.脂類的功能

1.最佳的能量?jī)?chǔ)存方式

體內(nèi)的兩種能源物質(zhì)比較

單位重量的供能：糖4.1千卡/克，脂9.3千卡/克。

儲(chǔ)存體積：1糖元或淀粉：2水，脂則是純的，體積小得多。

動(dòng)用先后：糖優(yōu)先，關(guān)于減肥和辟谷

2.生物膜的骨架：細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型：磷脂雙酯層，膽固醇，蛋白質(zhì)。見HP34

3.電與熱的絕緣體

電絕緣：神經(jīng)細(xì)胞的鞘細(xì)胞，電線的包皮，神經(jīng)短路

熱絕緣：冬天保暖，企鵝、北極熊

4.信號(hào)傳遞：固醇類激素

5.酶的激活劑：卵磷脂激活β-羥丁酸脫氫酶

6.糖基載體：合成糖蛋白時(shí)，磷酸多萜醇作為羰基的載體

§2.甘油脂

定義：高級(jí)脂肪酸與甘油，其中甘油三脂就是油脂。

一.脂肪酸：結(jié)合態(tài)、游離態(tài)（FFA）

1.性質(zhì)

偶數(shù)

順式

雙鍵的位置9、12、15

溶點(diǎn)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系：鏈長(zhǎng)（長(zhǎng)-高），飽不飽和（飽-高）

2.簡(jiǎn)單表達(dá)式：

簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)式：波浪形，注意雙鍵的構(gòu)型

簡(jiǎn)單表達(dá)式：鏈長(zhǎng)：雙鍵數(shù)△雙鍵位置

舉例：油酸18：1△9

3.常見脂肪酸和必需脂肪酸

常見：

軟脂酸16：0，

硬脂酸18：0

必須脂肪酸：（Vf）：人和哺乳動(dòng)物不可缺少但又不能合成的脂肪酸，必須從食物（尤其是植物）中攝取。包括：

亞油酸18：2△9，12

α-亞麻酸18：3△9，12，15

γ-亞麻酸18：3△6，9，12

素油比葷油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值大

二.甘油脂（脂酰甘油）

甘油的寫法和性質(zhì)：P33

甘油脂的通式：MG、DG、TG：P33

油脂：油（植物）+脂肪（動(dòng)物），脂肪酸的飽和性決定了它們的狀態(tài)

1.油脂的物理性質(zhì)

.溶解度：不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、氯仿、表面活性劑（雙親性物質(zhì)）等，對(duì)比MG和DG

.溶點(diǎn)：植物的油與動(dòng)物的脂肪的溶點(diǎn)，由脂肪酸的飽和性決定

.旋光性：前題，書寫方式（L）與構(gòu)型無(wú)關(guān)，這是規(guī)定，P33。

2.化學(xué)性質(zhì)

.皂化與皂化值

定義：油脂與堿共熱時(shí)，產(chǎn)生甘油和脂肪酸鹽（肥皂），實(shí)際上是堿催化的水解反應(yīng)

反應(yīng)式：P36

皂化值：加熱，KOH（mg）/油脂（g），可以反映油脂的量（摩爾數(shù)）

.酸敗與酸值

油脂長(zhǎng)期擱置時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸臭味就是酸敗

原因是油脂受空氣和光照作用，部分發(fā)生分解，不飽和脂肪酸被氧化成為醛或酮以及羧酸，產(chǎn)生酸臭味。P37

桐油的應(yīng)用

酸值：不加熱，KOH（mg）/油脂（g），可以反映油脂的新鮮程度。

.加成反應(yīng)與碘值

油脂中的不飽和雙鍵可以與H2、I2、HCl、Cl2等發(fā)生加成反應(yīng)

鹵化作用：P36

碘值：I2（g）/油脂（百克）

反映油脂的不飽和程度

§3.磷脂

復(fù)合脂中最重要的一族

組成基團(tuán)：脂肪酸、醇（甘油、鞘氨醇等）、磷酸根、X（醇類）

一.甘油磷脂（磷脂酰甘油）

1.結(jié)構(gòu)通式：P39

命名：磷脂酰X

X為其它的醇類，通過(guò)磷酸二酯鍵與甘油連接。

天然磷脂均為L(zhǎng)型構(gòu)型

2.幾種重要的磷脂

X膽堿乙醇胺（膽胺）絲氨酸肌醇H

結(jié)構(gòu)式P40P40P41P41

名稱磷脂酰膽堿（卵磷脂）生物膜、卵黃中的重要成分，良性的脂溶性溶劑，常用于治療心腦血管疾病P40磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）P40磷脂酰絲氨酸P41磷脂酰肌醇P41磷脂酸

3.幾種重要的磷脂酶及其作用特點(diǎn)：PLA1、PLA2（PLB）、PLC、PLD

作用位點(diǎn)：P397或P39+

溶血磷脂

蛇毒與磷脂酶

二.神經(jīng)鞘磷脂：神經(jīng)鞘氨醇P42、脂肪酸、磷酸、膽堿

神經(jīng)鞘氨醇P42（+脂肪酸）-神經(jīng)酰胺P42（+磷酸+膽堿）-神經(jīng)鞘磷脂P42

三.磷脂的特性

1.溶解性：表面活性劑，雙親化合物（親油親水）

氯仿+甲醇是提取磷脂的有效溶劑

2.解離：兩性電解質(zhì)，解離后磷酸基團(tuán)帶負(fù)電，X基團(tuán)帶正電（見X的結(jié)構(gòu)）

3.水解反應(yīng)：堿解（皂化）、酶解

§4.其它脂類

一.結(jié)合脂

1.糖脂

.甘油糖脂：甘油磷脂的磷酸X被糖所取代的產(chǎn)物，即第三個(gè)羥基與糖的半縮醛羥基脫水縮合的產(chǎn)物（P39），因此，也屬于糖苷。

.糖鞘脂：鞘磷脂的磷酸+膽堿被糖所取代的產(chǎn)物，糖也是出的半縮醛羥基，也屬于糖苷。例如：腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂P47（霍亂毒素受體GMI）等。

2.脂蛋白：血液中的四種脂蛋白。

二.固醇類：環(huán)戊烷多氫菲的衍生物P42。編號(hào)

功過(guò)是非：癌癥（黃曲霉素），心血管疾?。ǜ哐獕海?，結(jié)石；腦細(xì)胞、膽汁酸、激素、VD。

固醇（甾醇）：環(huán)戊烷多氫菲上3位接-OH，10、13位上接-CH3，17位上接一烷鏈P42。

.膽固醇：固醇上的17位上接一異辛烷P43。游離膽固醇和膽固醇脂均不溶于水。

膽固醇在紫外線的作用下可以轉(zhuǎn)化成VD，VD的作用，嬰兒曬太陽(yáng)。

.膽汁酸：膽固醇衍生的一類固醇酸。

膽酸：P43略

三.萜類：異戊二烯的衍生物P45，衍生方式為異戊二烯首尾相連或尾尾相連P45+。

單萜（2個(gè)異戊二烯單位）、倍半萜（3個(gè)異戊二烯單位），β-胡羅卜素為4萜，天然橡膠為上千萜。

霍亂?。?/p>

病征：上吐下瀉，全是水，若不補(bǔ)充水，一天之內(nèi)即死亡

病理：腸內(nèi)大量失水，水壓過(guò)高，排泄物中有大量的霍亂弧菌。

分子基礎(chǔ)：小腸上皮細(xì)胞的外表面結(jié)構(gòu)如圖（講義稿P5），具有霍亂毒素的受體，霍亂毒素的結(jié)構(gòu)是個(gè)七聚體蛋白，與受體結(jié)合后解離，穿過(guò)細(xì)胞膜，刺激腺苷酸環(huán)化酶，提高cAMP，使鈉/水泵失調(diào)，向腸內(nèi)排水，又向周圍組織以及血管中抽水第四章蛋白質(zhì)

一.蛋白質(zhì)是生命的表征，哪里有生命活動(dòng)哪里就有蛋白質(zhì)

1.酶：作為酶的化學(xué)本質(zhì)，溫和、快速、專一，任何生命活動(dòng)之必須，酶的另一化學(xué)本質(zhì)是RNA，不過(guò)它比蛋白質(zhì)差遠(yuǎn)了，種類、速度、數(shù)量。

2.免疫系統(tǒng)：防御系統(tǒng)，抗原（進(jìn)入“體內(nèi)”的生物大分子和有機(jī)體），發(fā)炎。

細(xì)胞免疫：T細(xì)胞本身，分化，膿細(xì)胞。

體液免疫：B細(xì)胞，釋放抗體，導(dǎo)彈，免疫球蛋白（Ig）。

3.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白互動(dòng)的結(jié)果，體育生化。

4.運(yùn)輸和儲(chǔ)存氧氣：Hb和Mb。

5.激素：含氮類激素，固醇類激素。

6.基因表達(dá)調(diào)節(jié)：操縱子學(xué)說(shuō)，阻遏蛋白。

7.生長(zhǎng)因子：EGF（表皮生長(zhǎng)因子），NGF（神經(jīng)生長(zhǎng)因子），促使細(xì)胞分裂。

8.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白。

9.結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質(zhì)堆積而成，人的長(zhǎng)相也是由蛋白質(zhì)決定的。

10.精神、意識(shí)方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類是目前熱門課題。

11.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？只有不確切的少量證據(jù)。如庫(kù)魯病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。

二.構(gòu)成蛋白質(zhì)的元素

1.共有的元素有C、H、O、N，其次S、稀有P等

2.其中N元素的含量很穩(wěn)定，16％，因此，測(cè)N量就能算出蛋白質(zhì)的量（實(shí)驗(yàn)四，修改預(yù)定表）。

三.結(jié)構(gòu)層次

1.一級(jí)結(jié)構(gòu)：AA順序

2.二級(jí)結(jié)構(gòu)：主干的空間走向

3.三級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鏈在空間的折疊和卷曲形成的形狀，所有原子在空間的排布。

4.四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈之間的作用。

§1.氨基酸蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位、水解產(chǎn)物

一.氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：P50

α-碳原子，α-羧基，α-氨基

氨基酸的構(gòu)型：自然選擇L型，D型氨基酸沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，僅存在于纈氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，沒(méi)有在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。

二.氨基酸的表示法

生物體中有20種基本氨基酸（合成蛋白質(zhì)的原料），還有其它非基本氨基酸，20種基本氨基酸的表示方法有下列幾種：

1.中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20種要會(huì)背。

2.英文名：3字名，如Gly、Cys等，20種要會(huì)背。

3.按順序演示，記憶技巧。

AlaArgAspAsnCysGluGlnGlyHisIle

丙精天天冬酰氨半谷谷氨酰氨甘組異亮

LeuLysMetPheProSerThrTrpTyrVal

亮賴甲硫苯丙脯絲蘇色酪纈

三.氨基酸的具體結(jié)構(gòu)：20種全部記住，僅注意R。

P51～53

講解順序：

甘Gly（最特殊，唯一無(wú)旋光性）、丙Ala（顧名思義）、苯丙Phe（顧名思義）。

酪Tyr（有β-苯酚基）、半胱Cys（β-巰基）、絲Ser（β-羥基）、蘇Thr（β-羥基）、天冬Asp（酸性氨基酸，β-羧基）、天冬酰氨Asn（β-酰氨）、色Trp（β-吲哚基P66）、組His（β-咪唑基P66）。

谷Glu（酸性氨基酸，γ-羧基）、谷氨酰氨Gln（γ-酰氨）、甲硫Met（γ-甲硫基）。

金Arg（δ-胍基P66）。

賴Lys（堿性氨基酸，ε-氨基）。

纈Val、亮Leu、異亮Ile：都是烷烴鏈。

脯Pro（亞氨基）。

四.氨基酸的分類

1.結(jié)構(gòu)上

脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2羧基1氨基：Glu、Asp），堿性氨基酸（2氨基1羧基：Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）

芳香族氨基酸：含苯環(huán)：Phe、Tyr

雜環(huán)氨基酸：His（也是堿性氨基酸）、Pro、Trp

2.R基的極性

極性氨基酸：親水氨基酸：溶解性較好，酸性氨基酸、堿性氨基酸、含巰基、羥基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、Asn

非極性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性較差，具有烷烴鏈、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp

3.營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能從食物中補(bǔ)充，共有8種：Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val

半必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物雖然能夠合成，但數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)體的需求，尤其是在胚胎發(fā)育以及嬰幼兒期間，基本上也是由食物中補(bǔ)充，只有2種：Arg、His。有時(shí)也不分必需和半必需，統(tǒng)稱必需氨基酸，這樣就共有10種。記法：TipMTVHall

非必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物能夠合成，能滿足機(jī)體需求的氨基酸，其余10種

從營(yíng)養(yǎng)價(jià)值上看，必需>半必需>非必需

五.非基本氨基酸

1.氨基酸的衍生物：蛋白質(zhì)化學(xué)修飾造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最為重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通過(guò)二硫建連接起來(lái)的，P54

2.非蛋白氨基酸：僅游離存在，瓜氨酸、鳥氨酸、β-丙氨酸

3.D-氨基酸：纈氨霉素、短桿菌肽中含有。

六.氨基酸的性質(zhì)

1.物理性質(zhì)

紫外吸收：有共軛雙鍵的物質(zhì)都具有紫外吸收，在20種基本aa中，有4種是具有共軛雙鍵的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收比較弱，Trp、Tyr、Phe均有3個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收較強(qiáng)，其中Trp的紫外吸收最厲害，是蛋白質(zhì)紫外吸收特性的最大貢獻(xiàn)者，此3種氨基酸的紫外吸收特點(diǎn)如下：

Aa（氨基酸）Λm（最大吸收波長(zhǎng)：nM）E（消光系數(shù)：A/Mol/L）

Phe2572*102

Tyr2751.4*103

Trp2805.6*103

旋光性：僅Gly不具旋光性，其它19種都有，且自然選擇為L(zhǎng)-型。

溶解性：溶解于水，特別是稀酸稀堿溶液，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。

熔點(diǎn)：均大于200℃，也就是說(shuō)氨基酸都是固態(tài)，而同等分子量的其它有機(jī)物則是液態(tài)，這說(shuō)明了氨基酸與氨基酸之間的結(jié)合力很強(qiáng)，是離子鍵，即氨基酸是以離子狀態(tài)存在的，而不是以中性分子存在的。

2.化學(xué)性質(zhì)

解離和等電點(diǎn)：

氨基酸是個(gè)兩性電解質(zhì)，既可進(jìn)行酸解離也可進(jìn)行堿解離，用解離方程式表示就是：見P57，這樣，氨基酸在水溶液中就可能帶電，+或-，以及呈電中性，到底是什么情況，完全由溶液的PH值來(lái)決定。

等電點(diǎn)：如果調(diào)節(jié)溶液的PH值使得其中的氨基酸呈電中性，我們把這個(gè)PH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)：PI。PI是氨基酸的重要常數(shù)之一，它的意義在于，物質(zhì)在PI處的溶解度最小，是分離純化物質(zhì)的重要手段。

思考題：

當(dāng)溶液的PH值>PI時(shí)，aa帶電為+/-？

當(dāng)溶液的PH值==<8?

等電點(diǎn)的計(jì)算：對(duì)于所有的R基團(tuán)不解離的氨基酸而言（即解離只發(fā)生在α-羧基和α-氨基上），計(jì)算起來(lái)非常簡(jiǎn)單：

PI＝（PK1’+PK2’）/2

若是碰到R基團(tuán)也解離的，氨基酸就有了多級(jí)解離，這個(gè)公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。

aaCysAspGluLysHisArg

PK’α-羧基1.712.692.192.181.822.19

PK’α-氨基8.339.829.678.959.179.04

PK’-R-基團(tuán)10.78（-SH）3.86（β-COOH）4.25（γ-COOH）10.53（ε-NH2）6（咪唑基）12.48（胍基）

在這種情況下可以按下面的步驟來(lái)計(jì)算：

由PK’值判斷解離順序，總是PK1’<PK2’<PK3’PI時(shí)，aa帶-電；PH值

氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)

反應(yīng)基團(tuán)試劑主要產(chǎn)物應(yīng)用P

α-NH2茚三酮紫色、紅色物對(duì)氨基酸顯色63

α＝NH2茚三酮黃色物Pro的鑒定

α-NH2HNO2N2等游離aa定量，蛋白質(zhì)水解程度59

α-NH2DNFB二硝基氟苯Sanger試劑DNP-aa二硝基苯黃色物蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析標(biāo)準(zhǔn)圖譜6181

α-NH2PITC苯異硫氰酸酯Edman試劑PTC-aa在無(wú)水的酸中環(huán)化成PTH-aa蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析aa順序自動(dòng)分析儀標(biāo)準(zhǔn)圖譜82

α-NH2甲醛羥甲基-aa和二羥甲基-aa甲醛滴定aa含量（封閉氨基）60

Arg的胍基α-萘酚次溴酸鈉坂口試劑桃紅色物鑒定Arg

Met的-S-CH3H2O2過(guò)氧化物吸煙有害，煙中的過(guò)氧化物，彈性蛋白酶，抑制劑Met，肺氣腫。

Cys的-SH碘代乙酸ICH2COOH過(guò)甲酸HCOOOH乙酸硫基HOOC-CH2-S-磺基HS3O-肽鏈拆分，作用與CYSS上的二硫鍵65

His的咪唑基重氮苯磺酸Pauly試劑櫻紅色物（1His連2重）鑒定His65-66

Tyr的酚基重氮苯磺酸Pauly試劑桔黃色物鑒定Tyr

Tyr的酚基磷鉬酸、磷鎢酸Folin試劑蘭色物質(zhì)定量測(cè)定蛋白質(zhì)、Tyr

Trp的吲哚基對(duì)二甲基氨基苯甲醛蘭色物質(zhì)鑒定Trp

-OHSer、Thr、Tyr激酶、ATPP-aa調(diào)節(jié)酶的活性，測(cè)定酶的活性中心65

§2.肽

一.肽與肽鍵

氨基酸的羧基與另一氨基酸氨基脫水縮合形成的化合物就是肽，其實(shí)就是一種酰胺化合物，其酰胺鍵就是肽鍵，它的特點(diǎn)是剛性平面、反式構(gòu)型。見補(bǔ)頁(yè)。

肽中的氨基酸叫氨基酸殘基，幾個(gè)氨基酸殘基就叫幾肽。

二.肽的種類

寡肽：2-10，無(wú)構(gòu)象，谷胱甘肽是3肽

多肽：10-50，介于之間，胰高血糖素是29肽

蛋白質(zhì)：50以上，有特定的構(gòu)象，胰島素是51肽

三.肽的表示法

1.N端、C端的概念：肽鏈的兩個(gè)端點(diǎn)，N端的氨基酸殘基的α-氨基未參與肽鍵的形成，C端的氨基酸殘基的α-羧基未參與肽鍵的形成。

2.寫法和讀法：規(guī)定書寫方法為N端→C端，例如：Ala-Gly-Phe，讀作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。

注意有時(shí)會(huì)看到一些奇怪的寫法，比如：NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均屬于畫蛇添足，但Ala-Gly-Phe-NH2則表示C端被酰胺化了。

若有必要從C端→N端寫，則必須標(biāo)明，如（C）Phe-Gly–Ala（N）

四.肽的性質(zhì)

1.酸堿性：肽至少有一個(gè)游離的氨基和游離的羧基，也是兩性化合物，至少有2級(jí)解離，通常都有多級(jí)解離。因此，肽在水溶液中也能夠帶電，也有自己的等電點(diǎn)PI，其計(jì)算與測(cè)定完全同氨基酸的。

例如：谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，其結(jié)構(gòu)見P72，注意Glu-Cys之間的肽鍵（γ-，而不是正常的α-），各解離基團(tuán)的PK’值見P72，PI＝（2.13+2.34）/2＝2.235，很酸。

2.雙縮脲反應(yīng)：見筆記P33，雙縮脲（相似于三肽，即2個(gè)肽鍵）、堿性銅離子、紫紅色化合物。凡大于三肽的肽都能發(fā)生此反應(yīng)，2肽不行。

3.水解反應(yīng)：肽可以被酸、堿、酶所水解，其優(yōu)劣性如下：

酸水解：濃酸（6N以上，解釋一下N＝M/價(jià)），高溫（110℃以上），長(zhǎng)時(shí)（24-36小時(shí)），污染，Trp遭到破壞，不消旋，水解徹底

堿水解：濃堿（6N以上），高溫（§3.蛋白質(zhì)

一.種類和性質(zhì)

1.種類

組成上分：簡(jiǎn)單蛋白：僅由aa構(gòu)成

結(jié)合蛋白：簡(jiǎn)單蛋白與其它生物分子的結(jié)合物，糖蛋白（共價(jià)）、脂蛋白（非共價(jià)）

形態(tài)上分：球蛋白：長(zhǎng)/寬≤3～4，血紅蛋白

纖維蛋白：長(zhǎng)/寬>10，血纖蛋白、絲蛋白

功能上分：酶、抗體、運(yùn)輸?shù)鞍?、激素?/p>

理化性質(zhì)上分：HDL、VHDL、LDL、VLDL

構(gòu)象上分：國(guó)際上有蛋白質(zhì)構(gòu)象庫(kù)。

2.性質(zhì)

紫外吸收：280nm，貢獻(xiàn)者是Trp、Tyr、Phe，最主要的是Trp，核酸的紫外吸收峰在260nm。

兩性解離：有PI，不能計(jì)算，只能測(cè)定（等電聚焦）。

等電點(diǎn)沉淀法：PI處蛋白質(zhì)的溶解度最低。

膠體性質(zhì)：大分子，多于51個(gè)aa殘基，最小平均分子量為5000D；在水中能兩性解離故而帶電，又親水，所以是膠體，分散好。有電泳、布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過(guò)半透膜等等典型的膠體性質(zhì)。

沉淀反應(yīng)：凡是能破壞水化膜以及能中和電荷的物質(zhì)均可使蛋白質(zhì)沉淀

等電點(diǎn)沉淀：PH值，中和電荷

鹽析：高濃度的鹽溶液使蛋白質(zhì)沉淀，離子中和電荷，如(NH4)2SO4

鹽溶：低濃度的鹽溶液使蛋白質(zhì)溶解，蛋清的溶解。

有機(jī)溶劑沉淀：降低溶液的介電常數(shù)。

蛋白質(zhì)變性：蛋白質(zhì)在某些外界因素的影響下，理化性質(zhì)改變、生物活性喪失的現(xiàn)象。這些因素包括熱、酸、堿、有機(jī)劑等。

蛋白質(zhì)變性理論：吳憲，1931年提出。蛋白質(zhì)的功能直接由蛋白質(zhì)的構(gòu)象來(lái)決定，某些外界因素改變了蛋白質(zhì)的獨(dú)特構(gòu)象，因而使生物活性喪失。但不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（即共價(jià)結(jié)構(gòu)）。蛋白質(zhì)的變性與水解是不同的。

當(dāng)環(huán)境條件恢復(fù)時(shí)，蛋白質(zhì)的生物活性有可能也恢復(fù)，這就是蛋白質(zhì)的復(fù)性。

這一理論在實(shí)踐中有很重要的指導(dǎo)意義，能夠解釋酶為什么有最適的PH和最適的溫度。

蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)：可以用來(lái)定量定性測(cè)定蛋白質(zhì)

雙縮脲反應(yīng)：紅色，λm＝540nm

黃色反應(yīng)：與HNO3的反應(yīng)，生成硝基苯，呈黃色。皮膚遇到HNO3的情況，白→黃→橙黃。

米倫氏反應(yīng)：與HgNO3或HgNO2的反應(yīng)，呈黃色，原理同上。

與乙醛酸的反應(yīng)：紅色，Trp的吲哚基的特定反應(yīng)。

坂口反應(yīng)：紅色，Arg的胍基的反應(yīng)。

福林反應(yīng)：藍(lán)色，是Tyr的酚基與磷鉬酸和磷鎢酸的反應(yīng)。

印三酮反應(yīng)：紫紅色

Pauly反應(yīng)：櫻紅色，His的咪唑基。

二.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及其測(cè)定

1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次：1、2、超2、結(jié)構(gòu)域、3、4

2.一級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)，核心內(nèi)容就是aa的排列順序，它的改變涉及到蛋白質(zhì)共價(jià)鍵的破壞和重建。

一級(jí)結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容包括：肽鏈的個(gè)數(shù)、aa的順序、二硫鍵的位置、非aa成分。

3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

間接法：通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)之基因的核苷酸順序，用遺傳密碼來(lái)推斷aa的順序。這是因?yàn)楹塑账岬臏y(cè)序比蛋白質(zhì)的測(cè)序工作要更方便、更準(zhǔn)確。

直接法：用酶和特異性試劑直接作用于蛋白質(zhì)而測(cè)定出aa順序。

第一步：前期準(zhǔn)備

分離純化蛋白質(zhì)：純度要達(dá)到97％以上才能分析準(zhǔn)確。

蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定：滲透壓法、凝膠電泳法（聚丙烯酰胺、SDS）、凝膠過(guò)濾法、超離心法等

aa組成的測(cè)定：氨基酸自動(dòng)分析儀

肽鏈拆分：非共價(jià)鍵的如氫鍵、離子鍵、疏水鍵、范德華力4種，可用尿素或鹽酸胍等有機(jī)溶液來(lái)拆分。共價(jià)鍵的僅二硫鍵1種，可用巰基乙醇、碘代乙酸、過(guò)甲酸來(lái)拆分。

第二步：肽鏈的端點(diǎn)測(cè)定

N端測(cè)定：Sanger法，DNFB→DNP-肽→水解→乙醚萃取→層析鑒定

Edman法，PITC→PTC-肽→PTH-aa→層析鑒定

C端測(cè)定：肼解法，P83，唯有C端aa與眾不同，酰肼化合物與游離aa，再通過(guò)Sanger法來(lái)鑒定。Asn、Gln、Cys、Arg將被肼破壞，不能分析。

羧肽酶法：配合動(dòng)力學(xué)控制。

羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸殘基

羧肽酶B：僅Arg、Lys

羧肽酶C：所有的氨基酸殘基

每條肽鏈aa順序的測(cè)定：aa順序自動(dòng)分析儀只能準(zhǔn)確測(cè)定50aa以下的肽鏈，而一般的蛋白質(zhì)都含有100以上的aa殘基，所以，事先要將蛋白質(zhì)打斷成多肽甚至寡肽，再上機(jī)分析，而且要2套以上，便于以后拼接。

常用的工具酶和特異性試劑有：

胰蛋白酶：僅作用于Arg、Lys的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。

糜蛋白酶：僅作用于含苯環(huán)的氨基酸的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。Trp、Tyr、Phe

CNBr：僅作用于Met的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。

拼接：將2套多肽的aa順序?qū)φ掌唇?，舉例：

156987351256984523→156987351256984523

→156987351256984523

第四步：二硫鍵位置的確定：包括鏈內(nèi)和鏈間二硫鍵的位置，用對(duì)角線電泳來(lái)測(cè)。在肽鏈未拆分的情況下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫鍵連著的多肽產(chǎn)物。先進(jìn)行第一向電泳，將產(chǎn)物分開。再用過(guò)甲酸、碘代乙酸、巰基乙醇處理，將二硫鍵打斷。最后進(jìn)行第二向電泳，條件與第一向電泳完全相同。選取偏離對(duì)角線的樣品（多肽或寡肽），它們就是含二硫鍵的片段，上機(jī)測(cè)aa順序，根據(jù)已測(cè)出的蛋白質(zhì)的aa順序，把這些片段進(jìn)行定位，就能找到二硫鍵的位置。如下圖：

4.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定的意義

分子進(jìn)化：將不同生物的同源蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，以人的為最高級(jí)，從而確定其它物種的進(jìn)化程度，也可以制成進(jìn)化樹，由于這是由數(shù)據(jù)決定的，因此比形態(tài)上確定的進(jìn)化更加科學(xué)和精確。

證明了一個(gè)理論，即蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，最終決定蛋白質(zhì)的功能。

疾病的分子生物學(xué)：鐮刀型貧血癥的內(nèi)因是血紅蛋白的β6Val，正常的血紅蛋白的β6Glu

三.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

1.二級(jí)結(jié)構(gòu)概論

二級(jí)結(jié)構(gòu)的定義：肽鏈主干在空間的走向。主干指的是肽平面與α-C構(gòu)成的鏈子，見P95。

二級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：空間走向以及維持這種走向的力量：氫鍵和R基團(tuán)的影響（離子鍵、疏水鍵、空間障礙等）

二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述：ф角：肽平面繞N-Cα單鍵旋轉(zhuǎn)的角度

ψ角：肽平面繞Cα-C羧基單鍵旋轉(zhuǎn)的角度，見P95。

至于+-方向的規(guī)定，0度角的規(guī)定太復(fù)雜，不作要求。

這樣，一個(gè)肽平面的空間位置可以被2個(gè)二面角來(lái)確定，如果每個(gè)肽鏈的兩個(gè)二面角（ф,ψ）都相同，則構(gòu)成了規(guī)則的空間走向，所以可以用（ф,ψ）來(lái)描述肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

2.二級(jí)結(jié)構(gòu)的常見類型

Pauling的貢獻(xiàn)，X光衍射法是研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的最好技術(shù)，羊毛蛋白和蠶絲蛋白，單調(diào)一致，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

α-右手螺旋

α-螺旋即像彈簧一樣的螺旋，有右手與左手之分，自然選擇蛋白質(zhì)的α-螺旋為右手螺旋。示范。

α-右手螺旋的數(shù)據(jù)：每一圈含有3.6個(gè)aa殘基（或肽平面），見P96的b，每一圈高5.4?，即每一個(gè)aa殘基上升1.5?，旋轉(zhuǎn)了100度，2個(gè)二面角（ф,ψ）＝（-570，-480）。

維持α-右手螺旋的力量是鏈內(nèi)氫鍵，它產(chǎn)生于一個(gè)肽平面的C=O與相鄰一圈的在空間上鄰近的另一個(gè)肽平面的N-H之間，見P96b，它的方向平行于螺旋軸，因此，α-右手螺旋的外觀是個(gè)筒狀的簾子，見P96c。每個(gè)氫鍵串起的長(zhǎng)度為3.6個(gè)肽平面或3.6個(gè)aa殘基，被氫鍵串起來(lái)的這個(gè)環(huán)上含有13個(gè)原子，故α-右手螺旋也被稱為3.613螺旋。

R基團(tuán)對(duì)α-右手螺旋的影響：破壞者Pro，該處折斷，因?yàn)閬啺被荒苄纬蓺滏I；不穩(wěn)定者酸性、堿性、太大、太小：Glu、Asp、Arg、Lys、Gly、Ile。其它都是起穩(wěn)定作用的。

分布：毛發(fā)中的α-角蛋白，例如頭發(fā)中的α-角蛋白。見沈同P155。

β-折疊：肽鏈在空間的走向?yàn)殇忼X折疊狀，見P97。跟纖維素的相似。

二面角（ф,ψ）＝（-119℃，+113℃）。

維持β-折疊的力量：鏈間的氫鍵，它產(chǎn)生于一個(gè)肽平面的C=O與相鄰肽鏈的在空間上鄰近的另一個(gè)肽平面的N-H之間，見P98，兩條肽鏈上的肽平面互相平行，形成片層結(jié)構(gòu)。見P97。

β-折疊有平行式和反平行式兩種見P98。

平行式：兩條鏈的走向相同，N-C

N-C

反平行式：兩條鏈的走向相反，N-C

C-N

反平行式的β-折疊比平行式的更穩(wěn)定

一條肽鏈回折后就可形成兩條走向相反肽段，就可以形成反平行式的β-折疊，β-折疊不限于兩條肽鏈之間，多條肽鏈可以形成很寬的β-折疊片層，片層與片層之間以范德華力相互作用，形成厚厚的墊子。

α-右手螺旋與β-折疊相比更具彈性，不易拉斷，β-折疊易拉斷，α-右手螺旋經(jīng)加熱后可變成β-折疊，長(zhǎng)度增加，毛衣越洗越長(zhǎng)也是這種變化。

左手螺旋：存在于膠原蛋白中，aa殘基組成為（-Gly-Pro-Y-），Y為HyPro或HyLys靠鏈間氫鍵和范德華力來(lái)維持。見沈同P158。

U型回折：也叫β-轉(zhuǎn)角，肽鏈在某處回折1800所形成的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)包括的長(zhǎng)度為4個(gè)aa殘基，其中的第三個(gè)為Gly，穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的力量是第一和第四個(gè)aa殘基之間形成的氫鍵。在黑板上演示。

310螺旋：是α-右手螺旋的過(guò)渡形式，又廋又長(zhǎng)，每個(gè)氫鍵串起的長(zhǎng)度為3個(gè)肽平面或3.6個(gè)aa殘基，被氫鍵串起來(lái)的這個(gè)環(huán)上含有10原子。

無(wú)規(guī)卷曲：無(wú)固定的走向，但也不是任意變動(dòng)的，它的2個(gè)二面角（ф,ψ）有個(gè)變化范圍。

從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上看α-右手螺旋>β-折疊>U型回折>無(wú)規(guī)卷曲，而從功能上看正好相反，酶與蛋白質(zhì)的活性中心通常由無(wú)規(guī)卷曲充當(dāng)，α-右手螺旋和β-折疊一般只起支持作用。

3.超二級(jí)結(jié)構(gòu)：空間相鄰的幾個(gè)2級(jí)結(jié)構(gòu)形成的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其類型有

左手超螺旋：3根α-右手螺旋擰到一起形成一個(gè)左手超螺旋，如頭發(fā)中的角蛋白，見沈同P155。

右手超螺旋：3根左手螺旋擰到一起形成一個(gè)右手超螺旋，如膠原蛋白，見沈同P158。本教材P103有誤。

αα：相鄰的2根α-右手螺旋擰到一起形成一個(gè)左手超螺旋，見P98。

β×β：一個(gè)連接鏈連著2個(gè)β折疊，平行式，這個(gè)連接鏈可以很長(zhǎng)。見P98。

βαβ：3段β折疊和2段α螺旋相間形成，見P98。

βββ：以2段U-型回折連接著的3段β折疊，反平行式。見P98。

4.結(jié)構(gòu)域：長(zhǎng)肽鏈（多于150個(gè)aa），在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過(guò)多次折疊，在空間上形成一些半獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)，叫結(jié)構(gòu)域，它是三級(jí)結(jié)構(gòu)的一部分，結(jié)構(gòu)域之間靠無(wú)規(guī)卷曲連接。也就是說(shuō)將三級(jí)結(jié)構(gòu)拆開后首先看到的結(jié)構(gòu)。草圖顯示。

四.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)

1.三級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)、構(gòu)象，指其中所有原子的空間排布，是結(jié)構(gòu)域再經(jīng)過(guò)卷曲和折疊后形成的。如果蛋白質(zhì)是單條肽鏈，則三級(jí)結(jié)構(gòu)就是它的最高級(jí)結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)由二硫鍵和次級(jí)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）維持。P99是肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)。

2.四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）形成的聚合體的結(jié)構(gòu)就是四級(jí)結(jié)構(gòu)，注意，由二硫鍵連接的幾條肽鏈不具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。每條肽鏈都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為亞基或亞單位，一般情況下，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有的肽鏈不會(huì)太多，故稱這類蛋白質(zhì)為寡聚蛋白，如寡聚酶等。

五.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

每一種蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的功能。

蛋白質(zhì)的功能直接由其高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）決定。例子，蛋白質(zhì)的變性現(xiàn)象。

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象），因此，最終決定了蛋白質(zhì)的功能。例子，人工合成胰島素，A、B鏈分別合成，等比例混合后就有活性。而生物合成胰島素則是先合成一條長(zhǎng)肽鏈，形成正確的二硫鍵，而后再剪去中間的C肽才形成胰島素的。草圖顯示。

2.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能實(shí)例

免疫球蛋白G：即抗體G，IgG（Immunoglobe），由免疫細(xì)胞B分泌出的蛋白質(zhì)，可以特異的結(jié)合抗原并消滅之，這就是免疫反應(yīng)。

IgG的一級(jí)結(jié)構(gòu)：四條肽鏈，2重2輕（L2H2），對(duì)稱排列，LHHL，有12條鏈內(nèi)二硫鍵，4條鏈間二硫鍵，見草圖。對(duì)其aa的分析發(fā)現(xiàn)，IgG分為V區(qū)（可變區(qū)）和C區(qū)（恒定區(qū)）。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是β折疊，由無(wú)規(guī)卷曲連接。

結(jié)構(gòu)域：有12個(gè)球體，每個(gè)均被二硫鍵鎖住。

三級(jí)結(jié)構(gòu)：T型和Y型，屬于球蛋白。

沒(méi)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。

IgG的功能：V區(qū)負(fù)責(zé)結(jié)合抗原，像鉗子一樣夾住抗原，體現(xiàn)了IgG的特異性，2價(jià)。C區(qū)負(fù)責(zé)結(jié)合補(bǔ)體（一種酶，可以水解抗原），也是2價(jià)，結(jié)合部位在寡糖鏈處的鉸鏈區(qū)。IgG的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程用人體演示。

肌紅蛋白：Mb（Myoglobin），哺乳動(dòng)物的肌肉中儲(chǔ)存氧氣的蛋白質(zhì)，水生的哺乳動(dòng)物體內(nèi)尤為發(fā)達(dá)（如鯨魚），因此，它們可以憋氣很長(zhǎng)時(shí)間，研究用Mb一般由鯨魚提供。

一級(jí)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螚l肽鏈，153個(gè)aa，其中的83個(gè)aa為保守序列（即同源蛋白質(zhì)均相同，是決定功能的最重要序列），含有一分子血紅素輔基，見P104，其中保持Fe2+，血紅素通過(guò)Fe2+以配位鍵吊在肽鏈的His的咪唑基上，示意。O2將結(jié)合在Fe2+上。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是α-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲和結(jié)來(lái)連接。

三級(jí)結(jié)構(gòu)：扁平的菱形，見P99或沈同P172，屬于球蛋白。

功能：儲(chǔ)存氧氣。其三級(jí)結(jié)構(gòu)在分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進(jìn)入而拒絕水的進(jìn)入，保證了Fe2+結(jié)合O2而避免了Fe2+→Fe3+。

Mb結(jié)合氧氣的特征可以由氧合曲線來(lái)描述，見P104，為雙曲線形。其中的氧飽和度（飽和百分?jǐn)?shù)）為MbO2/（MbO2+Mb），PO2為氧的分壓。從圖中可以看出，Mb傾向于結(jié)合氧氣而不愿意放出氧氣，所以它的功能是儲(chǔ)存氧氣，只有在PO2極低的時(shí)候（體內(nèi)缺氧的時(shí)候）它才釋放出氧氣。另外，CO可以與O2競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合Mb。

血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結(jié)構(gòu)和功能大同小異，此處以HbA為例。

一級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈，α2β2。α141，β146，每條肽鏈都結(jié)合著一分子的血紅素，兩條β鏈之間還夾著一分子DPG（二磷酸甘油酸），每條肽鏈都有保守序列。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb,幾乎全是α-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲和結(jié)來(lái)連接。

三級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同同Mb,扁平的菱形，見沈同P181，屬于球蛋白。

四級(jí)結(jié)構(gòu)：4個(gè)亞基占據(jù)著4面體的4個(gè)角，鏈間以離子鍵結(jié)合，一條α鏈與一條β鏈形成二聚體，Hb可以看成是由2個(gè)二聚體組成的（αβ）2，在二聚體內(nèi)結(jié)合緊密，在二聚體之間結(jié)合疏松。

功能：運(yùn)輸氧氣，4價(jià)。其三級(jí)結(jié)構(gòu)在每個(gè)肽鏈的分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進(jìn)入而拒絕水的進(jìn)入，保證了Fe2+結(jié)合O2而避免了Fe2+→Fe3+。

其氧合曲線見P104，為S形曲線，只有在PO2很高的情況下（在肺部）Hb才結(jié)合氧氣，而PO2一降低（在外周血管中），它就釋放O2，而此時(shí)的Mb卻紋絲不動(dòng)。就結(jié)合O2的能力而言，4價(jià)的Hb還不如1價(jià)的Mb。

Hb的氧合曲線形狀與Mb不同是因?yàn)樗兄鳰b所不具有的一些特性，如：

協(xié)同效應(yīng)：Hb分子中一條鏈結(jié)合O2后，可以導(dǎo)致其構(gòu)象的變化，使其它幾條鏈結(jié)合O2的結(jié)合能力突然增強(qiáng)，表現(xiàn)出其氧合曲線為S形曲線。對(duì)Hb協(xié)同效應(yīng)的解釋為：在沒(méi)有結(jié)合氧氣時(shí)，Hb的四條鏈之間結(jié)合緊密，這種構(gòu)象稱為T態(tài)，這種緊密是由離子鍵和DPG（位于2條β鏈之間）造成的，屏蔽了分子表面疏水的空穴，使Hb分子結(jié)合O2的能力降低（游離的α鏈和β鏈結(jié)合氧氣的能力與Mb相同）。當(dāng)一條鏈結(jié)合了氧氣之后，鐵卟啉把His的咪唑基向下一扯，導(dǎo)致該肽鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（牽一發(fā)而動(dòng)全局），肽鏈之間的離子鍵被破壞，Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)也隨之改變，2個(gè)二聚體（αβ）之間發(fā)生錯(cuò)位，擠出DPG，四級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，每條鏈表面疏水的空穴暴露在外，這種構(gòu)象稱為R態(tài)，結(jié)合氧氣的能力得以增強(qiáng)。

別構(gòu)效應(yīng)：是某些寡聚蛋白質(zhì)特有的現(xiàn)象。是指蛋白質(zhì)與效應(yīng)物結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的生物活性。

Hb的活性中心：Hb每個(gè)亞基上血紅素存在的那個(gè)疏水空穴是結(jié)合氧氣的地方，稱之為活性中心，也叫活性部位。

別構(gòu)中心：在Hb分子的其它地方還有結(jié)合效應(yīng)物的部位，如結(jié)合H+、CO2、DPG甚至O2，這些部位結(jié)合了效應(yīng)物之后，可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而影響到活性中心與氧氣的結(jié)合，這些部位就叫別構(gòu)中心。活性中心與別構(gòu)中心可以重合也可以不重合，在Hb中是不重合的。

因此，別構(gòu)效應(yīng)可以說(shuō)成是別構(gòu)中心結(jié)合了效應(yīng)物之后影響了活性中心與氧氣的結(jié)合。協(xié)同效應(yīng)實(shí)際上就是一種別構(gòu)效應(yīng)。Mb只有活性中心沒(méi)有別構(gòu)中心，它的氧合曲線就是雙曲線形的。

Hb的另一個(gè)別構(gòu)效應(yīng)是波爾效應(yīng)：H+和CO2對(duì)Hb與氧氣結(jié)合的影響。具體的影響見P105的方程式，敘述為H+和CO2促進(jìn)Hb釋放O2，這也解釋了Hb為什么在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧。

另外，DPG降低Hb與O2的結(jié)合能力。

關(guān)于鐮刀形細(xì)胞貧血癥：紅細(xì)胞減少，只有正常人的1/2，無(wú)力，劇烈運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致死亡。Hbs與Hb在結(jié)合O2的能力方面并沒(méi)有區(qū)別，區(qū)別在于Hbs造成紅細(xì)胞溶血，溶血后的Hb不能像紅細(xì)胞中的Hb一樣正常運(yùn)輸O2。Hbs導(dǎo)致溶血的原因在于其β6Val，正常的血紅蛋白的β6Glu，紅細(xì)胞表面的Hbs由于疏水鍵而聚集，使細(xì)胞膜破裂。

鐮刀形細(xì)胞貧血癥在非洲某些地區(qū)居然是自然選擇的結(jié)果，是與瘧疾抗?fàn)幍漠a(chǎn)物。

Hbs純合子：β6Valβ6ValHbs雜合子：β6Gluβ6Val正常人β6Gluβ6Glu

童年死，抗瘧疾死亡分布年齡廣，抗瘧疾長(zhǎng)壽，一得瘧疾立即死

瘧疾桿菌只能利用正常人的Hb，不能利用Hbs，所以Hbs者是不感染瘧疾的。在該地，Hbs純合子和正常人都經(jīng)不起自然選擇，只有Hbs雜合子存活了下來(lái)。

六.多肽的固相合成

1.多肽的液相合成：aa1-aa2-aa3-aa4-aa5

aa1+aa2→aa1-aa2+aa2-aa1+aa1+aa2，得率很低而且分離出2肽aa1-aa2很煩，合成越到后面，分離工作越困難。

2.經(jīng)過(guò)保護(hù)和活化處理的多肽的液相合成：

保護(hù)氨基aa1活化羧基+aa2保護(hù)羧基→

保護(hù)氨基aa1-aa2保護(hù)羧基+保護(hù)氨基aa1活化羧基+aa2保護(hù)羧基

分離2肽“保護(hù)氨基aa1-aa2保護(hù)羧基”，去掉氨基保護(hù)，再與“保護(hù)氨基aa3活化羧基”反應(yīng)。

得率提高，分離簡(jiǎn)化，但仍然很煩。

3.多肽的固相合成：主要就是解決了分離提取方面的難題。

整個(gè)過(guò)程見草圖，其中□表示保護(hù)，第五章酶

§1.酶的概論

一.酶是生物催化劑

二.酶的特點(diǎn)

1.效率高：用轉(zhuǎn)換數(shù)來(lái)衡量，即每個(gè)酶分子每秒鐘催化底物的量（uM），比其它催化劑高出107～1013倍。

2.具有專一性：每一種酶只能作用與一種或一類相似的物質(zhì)，稱為底物。專一性表現(xiàn)在對(duì)某一種鍵的催化上（如水解糖苷鍵、肽鍵），高度專一性的酶不僅對(duì)化學(xué)鍵有要求，對(duì)該鍵兩側(cè)的基團(tuán)也有要求（胰蛋白酶），甚至對(duì)基團(tuán)的構(gòu)型也有嚴(yán)格要求（體內(nèi)所有蛋白質(zhì)合成或分解的酶都只認(rèn)L型AA）

3.條件溫和：室溫、常壓、溫和的PH，劇烈條件反而使酶失活。對(duì)比蛋白質(zhì)的酸堿水解。

三.酶的化學(xué)本質(zhì)

1.是蛋白質(zhì)：酶的性質(zhì)符合蛋白質(zhì)的特性，為主，80年代以前的書籍都認(rèn)為酶的本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。

2.是RNA：新發(fā)現(xiàn)的某些酶的成分是RNA，稱為核糖酶。

對(duì)比而言，蛋白質(zhì)作為的酶種類多，數(shù)量大，效率高，是酶中的主力。核糖酶僅限于水解酶類，且效率低。

四.酶的分類

1.按組成成分分：

簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)：只有蛋白質(zhì)成分。

結(jié)合蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)+非蛋白成分＝全酶，蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白。

非蛋白成分稱為輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松

或輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密

通過(guò)透析可以鑒別兩者。

2.按分子結(jié)構(gòu)分：

單體酶：酶蛋白只是一條單肽鏈，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、溶菌酶等。

寡聚酶：酶蛋白是具有4級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，有幾條～幾十條彼此非共價(jià)連接的肽鏈，如糖原磷酸化酶等。這種酶便于進(jìn)行調(diào)節(jié)。

多酶體系：由幾種獨(dú)立的酶彼此結(jié)合形成的聚合體，后一種酶的底物正好是前一種酶的產(chǎn)物，多酶體系的效率極高，很像是流水作業(yè)。

3.按反應(yīng)性質(zhì)分：6大類，很重要。

氧化還原酶類：催化氧化還原反應(yīng)的酶，以催化脫氫為主加氧為次（包括其逆反應(yīng)：就是加氫脫氧）。用方程式表示就是：A·2H+B←→A+B·2H

這類酶通常都需要輔酶幫忙，輔酶有下列幾種：NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）、FMN（黃素腺嘌呤單核苷酸），這些都是維生素的衍生物。

具體例子：乳酸發(fā)酵的最后一步，見草圖。

轉(zhuǎn)移酶類（移換酶類）：催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的，用方程式表示為：AB+CD←→AC+BD

具體例子：aa代謝中的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)：見草圖。

水解酶類：催化水解反應(yīng)。用方程式表示為：AB+HOH→AOH+BH例子太多。

裂解酶類：從底物中移去一個(gè)基團(tuán)并形成雙鍵的反應(yīng)，無(wú)方程式可表示。

例子：見草圖。

異構(gòu)酶：催化同分異構(gòu)反應(yīng)。用方程式表示為：A←→B例子：見草圖。

合成酶：催化2種物質(zhì)合成一種物質(zhì)，又必須由ATP水解提供能量的反應(yīng)，無(wú)方程式可表示。例子：見草圖。

六大類酶的記憶訣竅：Z字訣：O2+H2←→H2O氧轉(zhuǎn)水，裂亦合。

思考題：催化ATP+G←→G-6-P+ADP反應(yīng)的酶是那一類酶。

五.酶的命名

1.習(xí)慣名：規(guī)律性不強(qiáng)，搶先原則，比較亂，會(huì)出現(xiàn)一酶多名或一名多酶，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了。

2.系統(tǒng)命名：酶與名一一對(duì)應(yīng)，要求標(biāo)名所有底物的名稱以及反應(yīng)的性質(zhì)，例如上述的谷氨酰氨合成酶是習(xí)慣名，其系統(tǒng)名為：Glu：NH3合成酶，優(yōu)點(diǎn)是明確，缺點(diǎn)是羅嗦。

3.酶的編號(hào)：為了對(duì)酶進(jìn)行有效的分類和查詢，國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)對(duì)每一種酶都編有一個(gè)號(hào)，其形式是：EC□·□·□·□，其中EC＝EnzymeCommission，第一個(gè)□為6大類之一，第二個(gè)□為該大類中的亞類，依此類推。

§2.酶的作用機(jī)制：關(guān)于酶的高效性和專一性的理論

一.中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)：解釋酶的高效性的理論，即酶為什么能催化生化反應(yīng)。

1.內(nèi)容：（以單底物單產(chǎn)物的生化反應(yīng)為例：S←→P），酶先與底物形成過(guò)渡態(tài)的中間復(fù)合物，進(jìn)而分解成為底物和酶，從而降低了反應(yīng)的活化能。用方程式表示為：

E+S←→［ES］←→E+P

2.用圖來(lái)描述上述過(guò)程：見草圖，隧道效應(yīng)。

3.證據(jù)：

理論證據(jù)：用該理論推導(dǎo)出的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程（米氏方程）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極為相符。

直接證據(jù)：尋找過(guò)渡態(tài)中間復(fù)合物［ES］，這是一種極不穩(wěn)定的物質(zhì)，壽命只有10-12～10-10秒，正常情況下是找不到的，通過(guò)低溫處理（-50℃），使［ES］的壽命延長(zhǎng)至2天，彈性蛋白酶，切片的電鏡照片以及X光衍射圖都證明了［ES］的存在。

二.鎖鑰學(xué)說(shuō)：解釋酶專一性的理論，已經(jīng)過(guò)時(shí)，但是解釋得很形象。

1.酶的活性中心：酶與底物直接接觸和作用的部位。一般而言，底物比酶要小得多。

2.鎖鑰學(xué)說(shuō)：酶的活性中心的構(gòu)象與底物的結(jié)構(gòu)（外形）正好互補(bǔ)，就像鎖和鑰匙一樣是剛性匹配的，這里把酶的活性中心比作鑰匙，底物比作鎖。

在此理論的基礎(chǔ)上還衍生出一個(gè)三點(diǎn)附著學(xué)說(shuō)，專門解釋酶的立體專一性。

3.缺陷：酶促反應(yīng)多數(shù)是可逆反應(yīng)，S←→P，這就產(chǎn)生了一只鑰匙開2把鎖的情況，是荒唐的。

三.誘導(dǎo)鍥合理論：這是為了修正鎖鑰學(xué)說(shuō)的不足而提出的一種理論。它認(rèn)為，酶的活性中心與底物的結(jié)構(gòu)不是剛性互補(bǔ)而是柔性互補(bǔ)。當(dāng)酶與底物靠近時(shí)，底物能夠誘導(dǎo)酶的構(gòu)象發(fā)生變化，使其活性中心變得與底物的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)。就好像手與手套的關(guān)系一樣。該理論已得到實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)，電鏡照片證實(shí)酶“就像是長(zhǎng)了眼睛一樣”。

四.關(guān)于酶與底物具體作用的方式：全部用于說(shuō)明酶的高效性，不同的酶適用于不同的類型，但第一種類型是共有的。

1.鄰近與定向效應(yīng)：鄰近指底物匯聚于酶的活性中心，使酶的活性中心的底物濃度高于其它處，定向則指底物的敏感化學(xué)鍵與酶的催化基團(tuán)正好對(duì)準(zhǔn)，使反應(yīng)加速進(jìn)行。見P198。

2.張力與變形效應(yīng)：酶的活性中心與底物結(jié)合后，底物分子中的敏感鍵被拉扯而變形，易于斷裂。見P198。

3.廣義的酸堿催化：釋放與吸收H+的物質(zhì)分別稱為廣義的酸堿，用得失H+來(lái)催化反應(yīng)是廣泛存在的，酶的廣義的酸堿催化機(jī)理與有機(jī)化學(xué)中的相同。酸性氨基酸和堿性氨基酸常常作為這類酶的活性中心，酶蛋白中的His的咪唑基也很特別，它即能行酸催化，又能行堿催化。

4.共價(jià)催化：當(dāng)酶與底物形成［ES］時(shí)是以共價(jià)鍵相連的，導(dǎo)致底物的敏感鍵發(fā)生斷裂，又導(dǎo)致新的共價(jià)鍵形成，最后［ES］中的共價(jià)鍵斷裂而釋放出E。

§3.酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：研究反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)速度的影響，這里僅研究最簡(jiǎn)單的酶促反應(yīng)，即單底物單產(chǎn)物的反應(yīng)：S←→P

一.酶促反應(yīng)的速度：僅指初速度，即剛開始反應(yīng)不久的速度，舉例，3Mol→2Mol→1.9Mol與2Mol→1.9Mol。

v=d[P]/dt=-d[S]/dt，單位Mol/L*s，各個(gè)符號(hào)的意義，考慮到測(cè)定的難易程度，最好用v=d[P]/dt

二.各種因素對(duì)v的影響

1.［E］的影響：保持其它因素不變，則［E］與v成正比，見P214，其斜率就是酶的轉(zhuǎn)換數(shù)。

2.［S］的影響：保持其它因素不變，如［E］、T、PH，對(duì)于單底物單產(chǎn)物的酶促反應(yīng)而言，［S］對(duì)v的影響見圖P203，分析之。Michaelis和Menten兩人總結(jié)出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，這就是米氏方程，它與根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)推導(dǎo)出的方程是一致的（P204，請(qǐng)大家回去自己看懂）。互相證明了其正確性。該方程的形式為P204，各個(gè)符號(hào)的意義。

Vm：最大速度，是當(dāng)［S］→∞時(shí)的速度，注意，［E］恒定了，Vm就是常數(shù)，但不同的［E］Vm不同。

Km：米氏常數(shù)，是研究酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)最重要的常數(shù)。它的意義如下：

它的數(shù)值等于酶促反應(yīng)達(dá)到其最大速度Vm一半時(shí)的底物濃度［S］，圖示以及公式推導(dǎo)。

它可以表示E與S之間的親和能力，Km值越大，親和能力越小，反之亦然。

它可以確定一條代謝途徑中的限速步驟：代謝途徑是指由一系列彼此密切相關(guān)的生化反應(yīng)組成的代謝過(guò)程，前面一步反應(yīng)的產(chǎn)物正好是后面一步反應(yīng)的底物，例如，EMP途徑。限速步驟就是一條代謝途徑中反應(yīng)最慢的那一步，Km值最大的那一步反應(yīng)就是，該酶也叫這條途徑的關(guān)鍵酶。

它可以用來(lái)判斷酶的最適底物，某些酶可以催化幾種不同的生化反應(yīng)，叫多功能酶，其中Km值最小的那個(gè)反應(yīng)的底物就是酶的最適底物。

Km是一種酶的特征常數(shù)，只與酶的種類有關(guān)而與酶的濃度無(wú)關(guān)，與底物的濃度也無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)與Vm是不同的，因此，我們可以通過(guò)Km值來(lái)鑒別酶的種類。但是它會(huì)隨著反應(yīng)條件（T、PH）的改變而改變。

Km的求法：

雙倒數(shù)作圖法：將米氏方程兩邊取倒數(shù)就變成了P208的形式，這是一個(gè)典型的直線方程，y=kx+b，只要測(cè)得［S］和v，就能作出一條直線P208，該直線的X軸截距為-1/Km，Y軸截距為1/Vm，這樣就能通過(guò)作圖求出Km和Vm。之所以要變成直線形式是為了減少誤差，也就是說(shuō)，凡是測(cè)量誤差較大的點(diǎn)，都很容易剔除掉（偏離直線），若是曲線的話，正確點(diǎn)和誤差點(diǎn)是很難區(qū)別的。該法的缺點(diǎn)是所測(cè)各點(diǎn)過(guò)于集中，不利于確定直線的位置。

Eadie-Hofstee法：將米氏方程兩邊乘以（Km+［S］）/［S］就變成了P209的形式，也是一個(gè)直線方程，只要測(cè)得［S］和v，就能作出一條直線P209，該直線的X軸截距為Vm/Km，Y軸截距為Vm，這樣也能通過(guò)作圖求出Km和Vm。本法的點(diǎn)分布較為均勻，直線位置容易定，但數(shù)據(jù)處理要麻煩些。

3.PH的影響：保持其它條件不變，則PH對(duì)v的影響見圖P213，其中的縱坐標(biāo)改為v。最適PH：v最大時(shí)的PH。

4.T的影響：保持其它條件不變，則T對(duì)v的影響見圖P212，其中的縱坐標(biāo)改為v。最適T：v最大時(shí)的T。

5.抑制劑的影響：抑制劑是使酶活性降低或喪失的物質(zhì)，用I表示，根據(jù)它與酶的結(jié)合情況分為兩種，結(jié)合緊密（一般為共價(jià)連接）的不可逆性抑制劑以及結(jié)合松弛（一般為非共價(jià)連接）的可逆性抑制劑，后者可以通過(guò)透析來(lái)除去?？咕夭⒉荒芟麥缂?xì)菌，而是抑制了細(xì)菌中某種酶的活性。

不可逆性抑制劑實(shí)例，酶學(xué)研究的探針：

DIFP二異丙基氟磷酸：結(jié)構(gòu)見草圖，這是一種有機(jī)磷農(nóng)藥，殺蟲劑，其中的F能夠與酶的的Ser的-OH特異性結(jié)合（脫HF），形成DIP-酶，從而抑制了酶的活性。Thr和Tyr雖然也有-OH，但不與DIFP作用，所以DIFP可以當(dāng)探針來(lái)研究酶活性中心的結(jié)構(gòu)，看看有沒(méi)有Ser。

對(duì)氯汞苯甲酸：結(jié)構(gòu)見草圖，能夠特異性的結(jié)合酶中Cys的SH基（脫HCl），因此也能當(dāng)探針來(lái)研究酶活性中心的結(jié)構(gòu)，看看有沒(méi)有Cys。

可逆性的抑制劑：分為三種，其特點(diǎn)如下

競(jìng)爭(zhēng)性的抑制劑：與底物競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合酶的活性中心，它的結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)相似，這種抑制可以通過(guò)提高底物的濃度來(lái)消除。其作用方式可以表示為P216。抑制的結(jié)果使Km↑，Vm不變。例如：

CH2COOH琥珀酸脫氫酶CHCOOHCOOH

｜←---------→‖抑制劑：｜

CH2COOHCHCOOH是底物的類似物CH2COOH

琥珀酸延胡索酸丙二酸

非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑：抑制劑與酶活性中心以外的地方結(jié)合，形成IES三元復(fù)合物，從而降低了酶活性中心對(duì)底物的催化。其作用方式可以表示為P217。抑制的結(jié)果使Km不變，Vm↓。

反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑：I不能和E結(jié)合，只能和ES結(jié)合，形成IES三元復(fù)合物，從而降低了酶活性中心對(duì)底物的催化。其作用方式可以表示為P218。抑制的結(jié)果使Km↓，Vm↓。

三種抑制劑對(duì)比：

KmVm

競(jìng)爭(zhēng)性的抑制劑↑不變

非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑不變↓

反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑↓↓

§4.酶的活性及調(diào)節(jié)

一.酶的活性：指酶具有催化生化反應(yīng)的能力。

二.酶的活力：表示具有活性的酶的數(shù)量，其單位就叫活力單位，U，其定義為：在最適條件下，單位時(shí)間內(nèi)催化一定量的底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的酶的量。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)活力單位的定義為：在標(biāo)準(zhǔn)條件（25℃、最適PH、底物過(guò)量）下，1分鐘催化1uMol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的酶的量，就是1個(gè)活力單位，舉例。有些情況下用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)活力單位不方便，則用習(xí)慣單位。剛開始接觸這個(gè)概念時(shí)不大習(xí)慣，因?yàn)槠綍r(shí)我們衡量物質(zhì)的量都是用重量和體積。關(guān)鍵在于“活性”上，舉例，密閉的酶制劑。為了加深理解，做一對(duì)比：

數(shù)量測(cè)定法單位單位的定義

酶活力測(cè)反應(yīng)速度（乘上體積就是活力）U見上面

其它物質(zhì)重量稱重g使天平扭轉(zhuǎn)某個(gè)角度的物質(zhì)的量

三.與酶活力有關(guān)的幾個(gè)概念

1.酶的濃度：［E］，單位體積酶溶液中的酶的活力。

2.比活力：?jiǎn)挝恢亓棵钢苿┲忻傅幕盍?，代表酶制劑的純度，也反映酶制劑的質(zhì)量。

3.轉(zhuǎn)換數(shù)：每秒鐘每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的量（uMol），反映酶的效率。

四.酶活力的測(cè)定：嚴(yán)格的測(cè)定方法是，在25℃，最適PH，過(guò)量［S］（要求大于100Km）下，測(cè)定反應(yīng)的初速度（uMol/L*M），乘以反應(yīng)體積就是酶的活力。也有特殊情況。

五.酶活性的調(diào)節(jié)：酶活力的改變可以通過(guò)增加或減少酶分子的個(gè)數(shù)，也可以通過(guò)提高或降低每一個(gè)酶分子的催化能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者牽扯到非常復(fù)雜的過(guò)程（激素→DNA→RNA→蛋白質(zhì)），是慢反應(yīng)。后者在現(xiàn)成的酶分子上進(jìn)行加工，是快反應(yīng)，是酶活性的調(diào)節(jié)的內(nèi)容，這種調(diào)節(jié)一般有5種方式：別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶原激活、共價(jià)修飾、反饋調(diào)節(jié)、級(jí)聯(lián)放大。

1.別構(gòu)酶和別構(gòu)調(diào)節(jié)

什么是別構(gòu)酶：研究酶的動(dòng)力學(xué)曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)存在2種線型，一是雙曲線形，符合米氏方程，叫米氏酶。另一類不是雙曲線形而是S形的，不符合米氏方程，這就是別構(gòu)酶，見P226，它有如下4個(gè)特點(diǎn)：

是寡聚酶

既有活性中心又有別構(gòu)中心，通常分別位于不同的亞基上，出現(xiàn)了催化亞基和調(diào)節(jié)亞基

具有別構(gòu)效應(yīng)：別構(gòu)中心結(jié)合了效應(yīng)物（效應(yīng)物）后，導(dǎo)致酶的構(gòu)象發(fā)生改變，影響了活性中心對(duì)底物的催化作用，別構(gòu)效應(yīng)有下面4種類型：

正協(xié)同效應(yīng)：提高了酶的催化活性

負(fù)協(xié)同效應(yīng)：降低了酶的催化活性

同促作用：效應(yīng)物（效應(yīng)物）就是S，所有的別構(gòu)酶都有此效應(yīng)，它也是導(dǎo)致別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線為S形的原因。

異促作用：效應(yīng)物（效應(yīng)物）是其它物質(zhì)

動(dòng)力學(xué)曲線為S形：v-[S]曲線。

判斷米氏酶和別構(gòu)酶的簡(jiǎn)單方法：

通過(guò)Rs值：Rs＝［S］90％Vm/［S］10％Vm

Rs≈81米氏酶

Rs>>81別構(gòu)酶，負(fù)協(xié)同效應(yīng)

Rs1別構(gòu)酶，正協(xié)同效應(yīng)

n<<1別構(gòu)酶，負(fù)協(xié)同效應(yīng)

別構(gòu)效應(yīng)的生理意義：酶對(duì)底物量的變化十分敏感。比如：

對(duì)米氏酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝81，意思是［S］提高了81倍，v才提高9倍，說(shuō)明酶對(duì)［S］的變化很遲鈍。

而對(duì)于一般的別構(gòu)酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝3，意思是［S］只要提高了3倍，v就能提高9倍，說(shuō)明酶對(duì)［S］的變化很敏感。

別構(gòu)效應(yīng)的機(jī)制

序變模型（KNF）：別構(gòu)酶中的一條亞基結(jié)合了效應(yīng)物之后，構(gòu)象發(fā)生改變，并導(dǎo)致其相鄰的亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，這種構(gòu)象變化依次傳遞，從而影響酶的催化活性。此模型適應(yīng)于活性中心和別構(gòu)中心同處于一條亞基上的別構(gòu)酶。

齊變模型（MWL）：別構(gòu)酶中的一條亞基結(jié)合了效應(yīng)物之后，構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致其它所有亞基的構(gòu)象一起變化，從而影響酶的催化活性。此模型適應(yīng)于活性中心和別構(gòu)中心分別處于不同亞基上的別構(gòu)酶。血紅蛋白的功能可以用此模型解釋。

具體例子：Asp氨甲酰磷酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶（ATCase）

催化的反應(yīng)：

ATCase

Asp+氨甲酰磷酸――-―-→氨甲酰Asp+磷酸

ATP

組成：12條亞基，6條催化亞基，C；6條調(diào)節(jié)亞基，R。對(duì)稱排列，3R2?2C3，見草圖。

動(dòng)力學(xué)特征：雙底物反應(yīng)，固定氨甲酰磷酸，變化［Asp］，其s-v圖為S形，是別構(gòu)酶。

效應(yīng)物：S（同促）、ATP（正協(xié)同，異促）、CTP（負(fù)協(xié)同，異促），見草圖。

2.反饋調(diào)節(jié)：在一條代謝途徑中，其中間產(chǎn)物，尤其是終產(chǎn)物，對(duì)第一步反應(yīng)的酶活性進(jìn)行的調(diào)節(jié)就是反饋調(diào)節(jié)。有短反饋（D對(duì)E1）、長(zhǎng)反饋（G對(duì)E1）、正反饋（加速）、負(fù)反饋（抑制，默認(rèn)）

A---E1-→B---E2-→C---E3-→D---E4-→E---E5-→F---E6-→G

至于反饋調(diào)節(jié)的方式，可以是別構(gòu)效應(yīng)，也可以是其它方式。

3.共價(jià)修飾：給酶共價(jià)結(jié)合一個(gè)基團(tuán)或者去掉一個(gè)基團(tuán)，從而改變其活性的調(diào)節(jié)方式。

最常見的共價(jià)修飾方式就是磷酸化或去磷酸化：例如糖原磷酸化酶的活性調(diào)節(jié)

糖原磷酸化酶a

糖原------------------------→G-1-P

激酶

ATP+糖原磷酸化酶b-----------→糖原磷酸化酶a+ADP

磷酸酶

糖原磷酸化酶a------------------→糖原磷酸化酶b+○P

4.級(jí)聯(lián)放大：通過(guò)一系列的酶活性的改變，產(chǎn)生一種放大效應(yīng)。如4秒種放大10000倍（對(duì)比40倍）。

E2

E1→↓E3

1E2*→↓E4

10E3*→↓E5

100E4*→↓

1000E5*

10000

5.酶原激活：剛生物合成出來(lái)的酶蛋白是沒(méi)有活性的，叫酶原，經(jīng)過(guò)加工后（剪切，修飾等）才具有活性。

例如，胃蛋白酶原要釋放到胃液中才被截?cái)嘁欢坞?，成為有活性的酶?/p>

第六章維生素和輔酶

Vitamine→Vitamin，生命胺→維生素，維他命

定義：生命活動(dòng)不可缺少的一類有機(jī)物，在代謝中起調(diào)節(jié)作用，缺乏時(shí)會(huì)導(dǎo)致疾病。

特點(diǎn)：植物以及少數(shù)微生物能夠自我合成，動(dòng)物以及大多數(shù)微生物不能自我合成，故植物是維生素的來(lái)源

小分子化合物：相對(duì)于蛋白質(zhì)而言

調(diào)節(jié)作用：充當(dāng)輔酶。

分類：水溶性：是大多數(shù)，如VC、VB族等

脂溶性：少數(shù)，如VA、VD、VE、VK

重要維生素總結(jié)一覽表

V結(jié)構(gòu)輔酶酶作用缺乏病補(bǔ)充溶解性備注

VB1硫胺素TPP脫羧酶去掉CO2腳氣種皮水Thiamine硫胺素，PP焦磷酸

VB2核黃素FMN、FAD脫氫酶?jìng)鬟f2H口角炎肝、糠水Flav黃，Mono單，Nucleartide核苷酸

VB5泛酸COA脫氫酶、硫激酶?jìng)鬟f乙?；瓹oenzymeA

VB6吡哆醛磷酸吡哆醛轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)移氨基脂溢性皮炎水

VB12鈷胺素VB12輔酶變位酶轉(zhuǎn)移H或R基惡性貧血肝、肉水含Co2+

Vpp尼克酸、尼克酰胺NAD（CoⅠ）、NADP（CoⅡ）脫氫酶?jìng)鬟f2H癩皮病玉米以外的食品水抗癩皮病V，Trp是前體，玉米缺Trp，N尼克酰胺，A，D二

VH生物素生物素羧化酶?jìng)鬟fCO2蛋黃水生蛋清中有抗VH蛋白，因此，不能生吃雞蛋

Vc抗壞血酸抗壞血酸羥化酶、氧還酶?jìng)鬟f羥基和2H壞血癥生植物、水果水Pro的羥化，膠原蛋白合成，血管脆弱，易出血

硫辛酸硫辛酸硫辛酰胺脫氫酶、轉(zhuǎn)乙酰酶?jìng)鬟f2H和乙?；?/p>

葉酸葉酸THFA、THF、FH4轉(zhuǎn)移酶?jìng)鬟f一碳單位*貧血（血球不分裂）水其類似物為抗癌藥物，T：tetra，F(xiàn):foli，A：acid

泛醌泛醌CoQ呼吸鏈傳遞2e和2H心臟病心肝腎脂溶劑

VA視黃醇光信號(hào)傳遞夜盲、干眼肝脂溶劑抗干眼病V

VD固醇類Ca、P代謝雞胸、佝僂啤酒、米酒脂溶劑抗佝僂病V，膽固醇是前體（紫外線），曬太陽(yáng)

VE生育酚抗氧化劑、防衰老老年斑脂溶劑防止不飽和脂肪酸氧化

VK醌類凝血流血不止脂溶劑凝血V

一碳單位：甲基、亞甲基、甲川基、甲酰基、羥甲基等第七章核酸

前言：核酸是生命最重要的分子，最簡(jiǎn)單的生命僅含有核酸（病毒）。150億年宇宙蛋，50億年太陽(yáng)，46億年地球，無(wú)機(jī)有機(jī)生物大分子細(xì)胞。美國(guó)的Miller在做其PhD時(shí)，模擬40億年前地球的原始大氣條件，產(chǎn)生了AA，見（B）P13，有了AA當(dāng)然就會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。但核苷酸何時(shí)產(chǎn)生？據(jù)估計(jì)也不少于40億年前，誰(shuí)先誰(shuí)后？1868年首次在繃帶上的膿細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)一種富含磷酸呈酸性又不溶于酸溶液的分子，命名為核素，其實(shí)是核蛋白，1898年從小牛的胸腺中提取了一種溶于堿性溶液中的純凈物，這才是真正的核酸，從此，對(duì)核酸的研究全面展開，揭開了生物化學(xué)領(lǐng)域驚天動(dòng)地的一頁(yè)。

§1.核酸的分子組成

一.基苯分子組成：對(duì)核酸的水解發(fā)現(xiàn)

核酸酶磷酸單酯酶核苷酶

（脫氧）核酸—--→（脫氧）核苷酸—------→○P+（脫氧）核苷----→戊糖+堿基

由上面可知，核酸的結(jié)構(gòu)單位是（脫氧）核苷酸，基本組成成分是○P、戊糖、堿基

核酸共有2類，脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA，其特點(diǎn)如下

○P戊糖基本堿基

DNA同脫氧核糖（2位）P129A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）

RNA同核糖P129A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、U（尿嘧啶）

二．堿基的結(jié)構(gòu)：基本堿基一共只有5種，從分子骨架上分將堿基分為嘌呤堿基和嘧啶堿基。

1.嘌呤堿基：嘌呤（Pu）的結(jié)構(gòu)及編號(hào)：P130下

A（腺嘌呤）的結(jié)構(gòu)：P130

G（鳥嘌呤）的結(jié)構(gòu)：見草圖

2.嘧啶（Py）堿基：嘧啶（Py）堿基的結(jié)構(gòu)及編號(hào)：新系統(tǒng)，P130上

C（胞嘧啶）：氨基態(tài)，P131

U（尿嘧啶）：酮式，P131

T（胸腺嘧啶）：見草圖

以上各具體堿基的結(jié)構(gòu)最好見（B）P61，結(jié)合圖來(lái)記憶。

記憶口訣：先將嘌呤和嘧啶的結(jié)構(gòu)式記住，然后再記住下面口訣

胸前一灘尿：U+一碳基團(tuán)（甲基）＝T

尿里兩泡泡：嘧啶中有兩個(gè)O＝U

上面一個(gè)是氨氣包：U靠上面的一個(gè)O換成-NH2就是C

鳥兒張嘴吸氨氣：張嘴即O，嘌呤有O又有-NH2＝A

線兒將鳥嘴來(lái)系，注意換氣：系嘴即去掉O，G去掉O再把-NH2換個(gè)位置＝A

三.核苷：由戊糖和堿基形成的糖苷，見P132上