蛋白质-酶-核酸

第二十章

蛋白质和核酸教学要求1.掌握α－氨基酸的结构、性质和制法。2.了解多肽的结构、命名和合成。3.了解蛋白质是构成生命体的重要物质,了解蛋白质的结构并掌握它的性质。4.初步了解核酸的结构。蛋白质(protein)和核酸(nucleicacid)都是天然高分子化合物，是生命物质的基础。我们知道，生命活动的基本特征就是蛋白质的不断自我更新。蛋白质是一切活细胞的组织物质，也是酶、抗体和许多激素中的主要物质。所有蛋白质都是α-由氨基酸构成的，因此，α-由氨基酸是建筑蛋白质的砖石。要讨论蛋白质的结构和性质，首先要研究α-由氨基酸的化学。第一节氨基酸一、氨基酸的结构、命名和分类氨基酸(aminoacid)是形成蛋白质的基石，在动植物体内也有游离的氨基酸。现在已分离出来的氨基酸将近百种，主要的蛋白质，大约是由20种氨基酸组成的。它们和蛋白质的关系正如字母和字的关系类似，由20种氨基酸可以形成无数的蛋白质。从结构上讲，都在羧基的α位上连有一个氨基。其通式可表示如下,天然产的各种不同的α-由氨基酸只是R结构不同而已。

1．分类：按烃基类型可分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。按分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。2．命名：多按其来源或性质而命名。国际上有通用的符号。

二、氨基酸的构型20种氨基酸中的烷基R，除一种R=H外，其它均是不同的有机基团，因此氨基酸的α碳原子（除R=H外）都是手性碳原子。氨基酸构型表示方法，与糖一样，习惯用D或L表示，天然的氨基酸中多数都是L型的（也有D型的，但很少）。氨基在费歇尔投影式直线的左边，与L-甘油醛中的羟基的向位类似。用D/L体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。三、氨基酸的性质1．氨基酸的酸-碱性氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基是酸性的。虽然它们的酸碱电离常数比起-COOH和–NH2来都低得多，但是氨基酸既能与酸反应，也能与碱反应，是一个两性化合物。两性

氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。

②等电点在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性——处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，常以pI表示。等电点为电中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。中性氨基酸pI=4.8~6.3；

酸性氨基酸pI=2.7~3.2；碱性氨基酸

pI=7.6~10.8。等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。

2．氨基酸氨基的反应①氨基的酰基化：氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。

乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。

选用苄氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引入，对以后应用的种种试剂较稳定，同时还能用多种方法把它脱下来。

②氨基的烃基化：氨基酸与RX作用则烃基化成N-烃基氨基酸：

氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定N端的试剂。③与亚硝酸反应

反应是定量完成的，衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量。④与茚三酮反应α-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别α-氨基酸的灵敏方法。

3．氨基酸羧基的反应氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质。这里值得特别提出的是将氨基酸转化为叠氮化合物的方法（氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）。叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽（用此法能合成光学纯度的肽）。4．氨基和羧基的反应两分子的氨基酸可以各出一个氨基和羧基失水，形成环状的酰胺，例如两分子甘氨酸失水，得甘氨酸失水物，或称2，5-二酮哌嗪：在实验室内，最好的方法是用氨基酸酯制备。氨基酸酯的盐酸盐是稳定的化合物，但游离的氨基化合物相互作用即失去两分子的醇，变为二酮哌嗪。氨基酸酯是用氨基酸在氯化氢及醇的作用下制备：二酮哌嗪在浓盐酸的作用下，可以将一个酰胺键保留，另一个酰胺键断开，因此就得到一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基失水形成的产物：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，它是一个内酰胺。由谷氨酸和等量的水在高压釜内加热制备：5．氨基酸的金属盐某些氨基酸的盐，和氨基络合，形成形状很好的结晶，有时可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如，甘氨酸的铜盐结构如下：许多氨基酸和金属盐以一定的比例形成分子络合物。例如1分子金属盐∶2分子氨基酸或1分子金属盐∶1分子氨基酸，利用这个性质，可以沉淀蛋白质，水解后得某些氨基酸。

四、氨基酸的制备氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法。氨基酸的合成方法主要有三种：由醛或酮制备；斯瑞克法是用醛与氢氰酸和氨或与氰化铵发生作用，得到氰氨化物，再经水解，生成（±）-氨基酸，例如：泽林斯基改进此法用氯化铵和氰化钾的混合水溶液，分解后也得到氰化铵，可以避免直接使用氢氰酸或氰化铵，反应后得到同样产物。

2．α-卤代酸的氨化赫尔-乌尔哈-泽林斯基α-溴化法：用赫尔等人的方法，先使羧酸溴化，然后和氨气反应，往往需在封管内或高压釜内进行。氨在这里不产生很多多元烷基化的产物，原因是氨基酸的氨基比胺的碱性稍弱，亲核的能力稍差，所以一般用这个方法氨化是可能成功的，也就是说产生的NH（CHRCOOH）2是较少的。

用卤代酸酯和邻苯二甲酰亚胺钾反应，可避免生成如上法产生的二元烷化产物仲胺和叔胺生成。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。

3．由丙二酸酯法合成：此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：①通过溴化丙二酸酯：溴代丙二酸酯用盖布瑞尔方法也可以合成多种的氨基酸，如：用上述的方法可以制备蛋、苯丙、丝、天冬等氨基酸。

D，L-苯丙氨酸

邻苯二甲酰亚氨基丙二酸二乙酯可与α，β-不饱和酯反应，水解，制备酸性氨基酸：邻苯二甲酰亚氨基丙二酸二乙酯与1，3-二溴丙烷反应，生成脯氨酸：通过酰基丙二酸酯：丙二酸酯经亚硝基化后，用催化氢化还原，再乙酰化，即得乙酰氨基丙二酸酯，它和芦竹碱反应（芦竹碱是一个很好的吲哚甲基化的试剂，反应前，芦竹碱失去（CH3）2NH），即在活泼次甲基处发生吲哚甲基化反应，经水解脱羧后，就得色氨酸：

用乙酰氨基丙二酸酯和甲醛反应，可以制备丝氨酸：

合成法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到D-合L-氨基酸。氨基酸的化学合成1850年就已实现，但氨基酸的发酵法生产在一百年后的1957年才得以实现用糖类（淀粉）发酵生产谷氨酸。第二节

多

肽一、多肽的组成和命名1．肽和肽键一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。

由n个α-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个α-氨基酸缩合而成的肽称为多肽(polypeptide)。一般把含100个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。无论肽脸有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称为N端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为C端。

2．肽的命名根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰…某氨酸（简写为某、某、某）。例如：

很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。

二、多肽结构的测定由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定100个氨基酸聚合成线形分子，可能具有20100中多肽。例如：由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。

甘-缬-亮；

甘-亮-缬；缬-亮-甘；缬-甘-亮；亮-甘-缬；

亮-缬-甘。多肽结构的测定主要是作如下工作：了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的；各种氨基酸的相对比例；确定各氨基酸的排列顺序。多肽结构测定工作步骤如下：1．测定分子量：渗透压法、光散射法、超离心法和X-射线衍射法。2．氨基酸的定量分析

现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定。3．端基分析（测定N端和C端）①测定N端（有两种方法）：方法一：

2,4-=硝基氟苯法——桑格尔(Sanger-英国人)法。2,4-=硝基氟苯与氨基酸的N端氨基反应后，再水解，分离除N-二硝基苯基氨基酸，用色谱法分析，即可知道N端为何氨基酸。

此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了。方法二：异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法——艾德曼(Edman)降解法。

测定咪唑衍生物的R，即可知是哪种氨基酸。异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽N端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就可以继续不断的测定其N端。

②测定C端方法一：

多肽与肼反应所有的肽键（酰胺）都与肼反应而断裂成酰肼，只有C端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应成酰肼。这就是说与肼反应后仍具有游离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-端的氨基酸单元可以通过羧肽酶催化水解，羧肽酶可以选择性切断游离羧基相邻的肽键，在溶液中切断下来的氨基酸是C-端位置的，已切断了C-端氨基酸的肽链，再与羧肽酶作用，如此不断进行，可以使整个多肽或蛋白质水解为氨基酸。根据氨基酸出现的时间，可以推断C-端氨基酸的排列顺序。实际上此法最多只能鉴定3～4个氨基酸，因此对于长链用处不大，可用于小肽（二肽、三肽等）。4．肽链的选择性断裂及鉴定上述测定多肽结构顺序的方法，对于分子量大的多肽是不适用的。对于大分子量多肽顺序的测定，是将其多肽用不同的蛋白酶进行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片，再用端基分析法分析个碎片的结构，最后将各碎片在排列顺序上比较并合并，即可推出多肽中氨基酸的顺序。部分水解法常用的蛋白酶有：胰蛋白酶——只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。糜蛋白酶——水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。溴化氰———只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。例1：一个八肽的结构分析：

完全水解后，经分析氨基酸的组成为：丙、亮、赖、苯丙、脯、丝、酪、缬；

端基分析：N-端丙……亮C-端；

胰蛋白酶催化水解：分离得到酪氨酸，一种三肽和一种四肽；

用Edman降解分别测定三肽、四肽的顺序，结果为：丙-脯-苯丙；赖-丝-缬-亮。由上述信息得知，八肽的顺序为：

SangerF及其他工作者花了约10年时间于1953年（35岁）首先测定出牛胰岛素的氨基酸顺序，由此Sanger获得了1958年（41岁）的诺贝尔化学奖。此后，有几百种多肽和蛋白质的氨基酸顺序被测定出来，其中包括含333个氨基酸单位的甘油醛-3-磷酸酯脱氢酶。以后SangerF又测定了DNA核苷酸顺序，因而他第二次（1980年62岁）获得了诺贝尔奖（同美国人伯格、

吉尔伯特共享）。两次获得诺贝尔奖的化学家是很少见的，所以说，SangerF是一个伟大的化学家。

三、多肽的合成要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一向十分复杂的化学工程，需要解决许多难题。氨基酸是多官能团化合物，在按要求形成肽键时，必须将两个官能团中的一个保护起来，留下一个去进行指定的反应，才能达到合成的目的。对保护基的要求是：易引入，之后又易除去。保护-NH2氨基保护的两个最重要化合物是：(1)氯代甲酸苯甲酯：它可以看作是碳酸的单酰氯和单苯甲酯，是用光气和苯甲醇制备的：C6H5CH2OH+COCl2→C6H5CH2OCOCl这个酰氯有一个特点，就是用催化氢化法可以将它分解成甲苯和二氧化碳及盐酸：当然它及其它的酰氯和酯也是类似的，可以用酸性或碱性水解将它分解。但是假若它和一个氨基酸反应，就生成苯甲氧羰基化的氨基酸，产物可以再变成酰氯，和另外的一个氮基酸反应，这样就把两个氨基酸通过酰胺键结合起来：现在的产物如用酸或碱去水解，其结果是将两个酰胺键都水解掉（上式中的虚线表示酰胺键分裂处），得回原来两分子的氨基酸和一分子苯甲醇和二氧化碳。但如用催化氢化法进行分解，就只将苯甲氧羰基除去，而保留着两个氨基酸结合起来的产物。这个关系可用下式表示：在后面将看到氯代甲酸苯甲酯与氨基所形成的酰胺，在合成多肽时所起的作用，由于它的名字及结构都较长，所以，现在按照规定的惯例，C6H5CH2OC(=O)-都用Z表示，这个符号是由英文名字Benzoxycarbonyl而来的。因此未氢解前的化合物可以写为：Z——NHCH2CONHCH2COOH上式可以更简便地写为：Z甘-甘或Z-Gly-Gly三级丁基对催化氢化及稀碱都不起作用，因此在同一化合物中，如有两个和多个的氨基，分别含有Z-和Boc-的肽键，那么用上述两种不同的分解法处理，就可有意识地保留某一个酰胺键。羧基的保护羧基一般可以在氯化氢作用下与甲醇或乙醇反应成为甲酯或乙酯的盐酸盐，用碳酸氢钠中和得氨基酸甲酯或乙酯。羧基也可在对甲苯磺酸作用下与苯甲醇反应，得到苯甲酯。这些酯比酰胺更容易水解，因此可以通过稀碱在室温水解，变为羧酸盐；苯甲酯更为有用，还可以用氢解的方法除去苯甲基，得回羧酸：有时也用游离的羧基即C-端未加保护，见下Delta促睡眠肽的合成。3.侧链的保护有许多氨基酸的侧链上带有某些官能团，在合成含有这些氨基酸（例如精氨酸，半胱氨酸等）的多肽时，这些侧链的基团需要保护起来，特别是巯基，很容易发生氧化-还原反应，一般是用苯甲基将它保护起来。形成半胱氨酸的苯甲硫醚。这个保护基团在钠、液氨的作用下，又分解为原来的半胱氨酸，在空气中氧化，即变为一个二硫键，把两个半胱氨酸连接起来了。肽链中位置不同的半胱氨酸是通过二硫键连接起来的，形成一个环。4.接肽的方法将两个相应的氨基被保护的及羧基被保护的氨基酸放在溶液内，并不形成肽键。要形成酰胺键，经常用的手段是将羧基活化，其方法或者将它变成一个所谓的混合酸酐，或者将它变为活泼酯，这样就增加了羧基的亲电能力。在制备普通酰胺时，不用羧酸本身，而是用酰氯或酯去和胺反应。或者用强的失水剂也可形成酰胺键。现将接肽最常用的方法介绍如下：①混合酸酐法：最常用的混合酸酐是羧酸和盐酸形成的酸酐，即酰氯；另一个常用的混合酸酐可以用下法制备，是用Z-氨基酸的三乙胺盐和氯代甲酸酯反应：如用这个混合酸酐和一个氨基酸的酯反应，后者的氨基就被酰化，生成一个氨基被Z、羧基被酯保护的二肽，用碱水解酯，然后催化氢解，将保护基去掉得二肽：②活泼酯法：普通的氨基酸烷基酯就可以酰化另一氨基酸的氨基，但如不够活泼时，可以在酯基内加入强吸电子基团，以增加羧基的亲电能力，使更容易形成酰胺键。例如对硝基苯酯，就是一个更为活泼的酯基：③碳二亚胺法：除用活化羧基的方法外，现在还用有效的失水剂（或称缩合剂）使氨基和羧基结合起来。其中最重要的一个就是前面提到的二环己基碳二亚胺（DCC）。二环己基碳二亚胺也可通过下法制得：二环己基碳二亚胺可以使醇或胺酰化，自身在反应中和水结合变为不溶的二环己基脲。这个副产物有时很难和产物分离。将二环己基脲除去后，就得到氨基被Z、羧基被苯甲基保护的二肽，用Pd－C催化氢化，一步将两个保护基去掉，就得到游离的二肽。④环酸酐法：氨基酸含有两个反应的基因，它应当可以聚合成为多聚氨基酸，但实际上，氨基酸很难聚合，其原因可能是氨基酸里面的反应基团形成了两性离子，从而降低了它们的反应性能。个别的氨基酸经酯化后，可以聚合。例如侧链简单的甘氨酸甲酯可以聚合成为聚甘氨酸，即由甘氨酸形成一个长的肽链。刘赫斯（LeuchsH）发现氨基酸N上的羧基衍生物在分子内后来发现这个酸酐在微量水的作用下，可以聚合成为高分子量聚氨基酸。通过这个酸酐可以制备多种氨基酸高聚物。因此这是一个非常重要的反应。虽然天然的蛋白质多肽绝大部分是由不同的氨基酸聚合而成的。但也有少数的是由相同的氨基酸聚合而成，例如通过γ-羧基聚合而成的谷氨酸存在于某些细菌的囊胞内。假若把上面的酸酐加入到另一氨基酸的溶液中，控制pH，在低温下，氨基即和酸酐的羰基发生反应，就得到一个氨基甲酸酯的衍生物，马上失去二氧化碳，就得到一个二肽：假若用一个肽和上面的酸酐反应，就可以形成高一级的肽，就是肽在它的N-端再加上一个氨基酸。通过以上对接肽方法的讨论，现在可以举一个实例来说明这个工作是如何进行的。在兔体中发现的促睡眠的肽类物质，叫作Delta促睡眠肽，体内存量极微，生理效能很强，每千克体重给9×10-9mol的剂量就可导致兔的正常睡眠，它是一个九肽，N-端基是色氨酸，C-端基是谷氨酸，它的结构如下所示：这是现在表示多肽合成步骤的一种标准方法，在文献中经常遇到。这种表示方法需要稍微加以解释，在氨基酸下面的方框代表某一个或某几个氨基酸，方框的左端为N-端基，右端为C-端基，例如第一行第一个方框表示N-端被Z保护，C-端是-NHNH2，以酰肼(-CONHNH2)形式存在，这是由丙氨酸和丝氨酸形成的一个二肽。酰肼在亚硝酸的作用下，变为酰叠氮-CON3，叠氮（-N3）是一个很好的离去基团，-CON3可以与氨基反应形成酰胺，是一种制备肽的常用方法，称为叠氮法。第二个方框左边的氢是表示N-端游离的甘氨酸，右边的OBu-t表示谷氨酸的两个羧基都成三级丁酯，这样形成一个二肽。注意侧链上的保护基都写在方框上面。这两个二肽经过叠氮法变为N-端（用Z保护），C-端及侧链的羧基均用OBu-t保护的四肽，即第二行的右边的四肽方框。第二行的左面的两个方框分别代表N-端用Z保护、C-端游离（OH）的丙氨酸和N-端及C-端均为游离的甘-甘二肽，它们结合成为三肽。第三行中的天冬氨酸的C-端用了一个新型的前面没有讨论过的活泼酯（OSu）保护，β-羧基用OBu-t保护，OSu是N-羟基丁二酰亚胺（succinimide）和羧基形成的酯：这个活泼酯和C-端保护的Ala-Ser-Gly-Glu四肽结合形成五肽。这样一步一步的连结，最后得到的九肽，N-端是BOC保护的，C-端及侧链（Asp及Glu的β和γ羧基）均被OBu-t保护，最后经酸处理，就得到游离的九肽，方格两头上H和OH分别表示N-端和C-端是游离的-NH2.从以上简短介绍中，不难看出，接肽是一个非常烦琐的工作，接一侧链最简单的二肽，就至少需要保护氨基、连接和去掉氨基保护基三步手续，还没有把保护羧基的步骤算在内，因羧基有时可以不必保护。这样，接一个51肽就需要几百个步骤。更困难的是，经过如此多的步骤，就算是每步产量都很高，最后的产物也非常少了。有机体合成蛋白质是有条不紊的，按着一定的顺序选择所需要的氨基酸进行合成，并且非常迅速，和现在实验室的手段无法比较，人类能不能学习有机体的方法，达到生物合成蛋白质的境界呢？现在基因工程这门新兴的科学已经为合成多肽及蛋白质提供了全新的方法，取得非常重要的成果。5.Merrifield固相多肽合成法为了增加每一步接肽的产量和避免在提取过程中的损失，麦尔德（MerrifieldRB）发现了固相接肽的方法。这不仅单纯提供了一个新的方法，而是一次思想上的突破。也不是说，固相接肽已解决了蛋白质或多肽的合成问题，事实上距离解决合成问题还非常遥远，还有许多较难克服的困难，但是，当我们面临一个困难的问题时，如何从各方面去考虑寻找解决这个问题的途径，固相接肽方法为我们提供了一个很好的范例。这个方法主要是在不溶的高分子树脂的表面上进行反应。把用二乙烯基苯交联的聚苯乙烯进行氯甲基化，在高分子的苯环上引入了氯甲基。这个苯氯甲基上的氯原子非常活泼，当它和氨基酸的水溶液一起搅拌时，就形成苯甲酯，挂在树脂上，然后将该树脂与氨基用BOC保护的另一个氨基酸在DCC缩合剂的溶液中一同振荡，结果就生成一个氨基被保护的二肽，如用HCl／CH3CO2H处理，可以把BOC除去，再重复上面的步骤，和另一个氨基酸反应，最后用三氟醋酸和溴化氢处理，就把合成的肽链从高分子上分裂下来。原来的树脂就变为溴甲基化的树脂，还可以再使用。这些步骤可表示如下：

第三节

蛋白质

分子量在1000以上，构型复杂的多肽称为蛋白质

一、蛋白质的分类1．根据蛋白质的形状分为：（1）纤维蛋白质

如丝蛋白、角蛋白等；（2）球状蛋白质

如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、γ-球代表蛋白（感冒抗体）等。2．根据组成分：（1）

单纯蛋白质——其水解最终产物是α-氨基酸。（2）

结合蛋白质——α-氨基酸+

非蛋白质（辅基）辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。3．根据蛋白质的功能分；①活性蛋白

按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等。②非活性蛋白

担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等等。

二蛋白质的结构各种蛋白质的特定结构，决定了各种蛋白质的特定生理功能。蛋白质种类繁多，结构极其复杂。通过长期研究确定，蛋白质的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。1．蛋白质的一级结构由各氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构。对某一蛋白质，若结构顺序发生改变，则可引起疾病或死亡。例如，血红蛋白是由两条α-肽链（各为141肽）和两条β-肽链（各为146肽）四条肽链（共574肽）组成的。在β链，N-6为谷氨酸，若换为缬氨酸，则造成红血球附聚，即由球状变成镰刀状，若得了这种病（镰刀形贫血症）不到十年就会死亡。2．蛋白质的二级结构多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间排列（构象）称为蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构主要有三中形式；°1°α-螺旋——右螺旋；2°β-折叠和β-转角；

3°无规则卷曲——没有确定规律性.

3．蛋白质的三级结构由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构。维持三级结构的作用力有：共价键（-S-S-）

静电键（盐键）

氢键

憎水基（烃基等）

形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。

4．蛋白质的四级结构

由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋白质的四级结构。三、蛋白质的性质1．两性及等电点

多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性。

2．胶体性质与沉淀作用蛋白质是大分子化合物，分子颗粒的直径在胶粒幅度之内（0.1~0.001μ）呈胶体性质。蛋白质颗粒表面都带电荷，在酸性溶液中带正电荷，在碱性溶液中带负电荷，达到帮助带有同性电荷就于周围电性相反的的离子构成稳定的双电层。由于同性电荷相斥，颗粒互相隔绝而不粘合，形成稳定的胶体体系。蛋白质与水形成的亲水胶体，也和其它胶体一样不是十分稳定，在各种因素的影响之下，蛋白质容易析出沉淀。①可逆沉淀（盐析）

②不可逆沉淀蛋白质与重金属盐作用，或在蛋白质溶液中加入有机溶剂（如丙酮、乙醇等）则发生不可逆沉淀。如70-75%的酒精可破坏细菌的水化膜，是细菌发生沉淀和变性，从而起到消毒的作用。3．蛋白质的变性作用蛋白质在一定条件下，共价键不变，但构象发生变化而丧失生物活性的过程成为蛋白质的变性作用。变性条件：物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X射线、超声等等。化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试剂（三氯乙酸、乙醇等等）。

变性后的特点：①失生物活性

②溶解度降低

③易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。变性作用的利用：①消毒、杀菌、点豆腐等；

②排毒（重金属盐中毒的急救）；

③肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）；变性作用的防治：①种子的贮存；

②人体衰老（缓慢变性）；

③防止紫外光灼伤皮肤。4．蛋白质的颜色反应①缩二脲反应

蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反应。②蛋白黄反应

蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。③米勒反应

蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液④茚三酮反应

蛋白质与稀的茚三酮溶液共热，即呈现蓝色。第四节

酶

酶(enzyme)是一种有生物活性的蛋白质，是生物体内的催化剂，是生命活动的基础，哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。绿色植物和某些细菌能够利用太阳能，通过光合作用，二氧化碳和少量的硝酸盐、磷酸盐等极简单的原料合成复杂的有机物质，都是靠酶的催化所完成。所以说，酶在复杂的生物合成中的作用是无法用其它方法替代的。

一、酶的组成

辅酶的种类颇多，按其化学组成可分两类：1．无机的金属元素，如铜、锌、锰。2．相对分子质量低的有机物，如血红素、叶绿素、肌醇、烟酰胺、维生素B1、B2、B6、B12等等。医疗上口服或注射维生素，就是给人体补充辅酶，以提高肌体内某些酶的活性，调节代谢，而达到治疗和增进健康的目的。酶蛋白可以是一条肽链，或多条肽链组成的。但所有的酶都是球状结构的。二、酶催化反应的特异性1．催化效率高（比一般催化剂高108-1010倍）。2．选择性强①化学选择性——能从混合物中挑选特殊的作用物。例如，麦芽糖酶只能使α-葡萄糖苷键断裂，而不能使β-葡萄糖苷键断裂。②立化学选择性——辨别对映体，酵母中的酶只能使天然D型糖发酵，而不能使相应的L型糖发酵。3．反应条件温和——一般是在常温常压和pH7左右进行的。人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡。例如，胆碱酯酶的作用是水解乙酰胆碱，有机磷农药中毒就是破坏了动物体内的胆碱酯酶，使之不能水解体内有毒的乙酰胆碱，致使中毒而亡。又如，小孩缺乏半乳糖酶时，就不能吃奶（因不能分解半乳糖）一吃就吐。再如，苯丙氨酸与酪氨酸在羟化酶的作用下达成转化平衡，若此平衡被破坏，则酪氨酸缺乏，酪氨酸缺乏则不能产生黑色素——称为白化病。三、酶的分类和命名1．分类按催化反应的类型，可把酶分为六大类：氧化还原酶；转移酶；水解酶；裂解酶；异构酶；连接酶（合成酶）。酶的命名

①习惯命名②系统命名第五节核

酸

核酸(nucleiacid)是控制生物遗传和支配蛋白质合成的模型。没有核酸，就没有蛋白质。因此，核酸是最根本的生命的物质基础。核酸和蛋白质结合成结合蛋白存在于细胞核之内，在细胞质中，核酸以可溶的形式存在，特别是在细胞质的粒质之中，含有丰富的核酸。有些核酸的相对分子质量非常巨大，它们是决定生命遗传的重要物质，是生物化学近些年来研究得最广泛最活跃的一个课题。现在已知核酸也有酶的作用。下面从有机化学的角度对它们的结构稍微加以讨论。一、核酸的组成

核酸是由核苷酸聚合而成的大分子。核苷酸是由一个杂环的碱基和一个核糖或脱氧核糖结合形成核苷，核苷再通过核糖中的羟基与磷酸形成磷酸酯。细胞核核酸和细胞质核酸彻底水解，分别得到下列的化合物：这几个杂环体系的碱基如下式：在核酸和脱氧核酸中，核糖和脱氧核糖都形成五元环的呋喃糖的形式，在3位或5位的羟基和磷酸成酯。所有的碱基都以β-苷键的形式在1位上结合，因此由以上组分形成的核苷和核酸，具有下列的结构，现举例说明：核酸或脱氧核酸是通过磷酸在不同核苷的3位或5位上结合起来的大分子，这两类核酸现分别简称为DNA（脱氧核糖核酸deoxyribonucleicacid）和RNA（核糖核酸ribonucleicacid）。

二、核酸的结构核酸是核苷酸单体中核糖的3ˊ位羟基和5ˊ位上的磷酸基酯化而成的高分子化合物。核酸和蛋白质一样，也有单体排列顺序和空间关系问题，因此，核酸也有一级结构、二级结构和三级结构的问题。1．核酸一级结构核苷酸的顺序组成了核酸的一级结构。RNA中的多核苷酸链如下图：

上面四个脱氧核苷分别为脱氧腺苷（deoxyadenosine，简写为dA）；脱氧胞苷（deoxycytidine，dC）；脱氧鸟苷（deoxyguanosine，dG）；脱氧胸苷（deoxythymidine，dT）。RNA或DNA中的多核苷酸链，都按上图方式表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示意法来表示。如上图可简化如下：

其中R1、R2、R3、R4表示碱基，P表示磷酸基，一竖表示糖分子，2ˊ、3ˊ、5ˊ表示糖中C原子编号。还可以进一步简化成PA-C-G-UP。RNA与DNA的区别：核糖——RNA中为核糖，DNA中为2-脱氧核糖。碱基——RNA中为A、U、C、G；DNA中为A、T、C、G。2．核酸的二级结构DNA的二级结构为右手双股螺旋结构。

两条螺旋链以相反的走向，通过一条链的碱基和另一条链的碱基配对（以氢键结合）交织起来形成相当稳定的构象（双螺旋结构）。象螺旋式的梯子。碱基配对只能是A与T（RNA中是A与U）配对，G与C配对。原因是：①只有当一个嘌呤环和一个嘧啶环成对排列时，碱基的连接才吻合；②只有腺嘌呤与胸腺嘧啶成对，鸟嘌呤与胞嘧啶成对才能吻合。RNA的二级结构的规律性不如DNA。有些RNA的多核苷酸链，可以形成螺旋结构，其二级结构是和DNA相似的双螺旋。但多数RNA的分子是由一条弯曲的多核苷酸链所构成，其中有间隔着的双股螺旋与单股非螺旋体结构部分。3．核酸的三级结构核酸的三级结构是在二级结构的基础上进一步紧缩、扭曲成闭链状环或开链状环以及麻花状的一定空间关系的结构。

三、核酸的生物功能核酸在生物的遗传变异、生长发育及蛋白质的合成中起着重要作用。DNA——遗传基因，转录副本，将遗传信息传到子代。是蛋白质合成的模板。RNA——决定蛋白质的生物合成（合成蛋白质的工厂）根据在蛋白质合成中