绪论

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1 第 0 章 绪 论 教 材 : 生 物 化 学 ( 上 下 册 ) 主 编 王 镜 岩 朱 对 庚 徐 长 法 高 等 教 育 出 版 社 出 版,2003 讲 述 内 容 : 第 0 章 绪 论 第 一 章 糖 的 化 学 第 二 章 脂 类 的 化 学 第 三 章 蛋 白 质 化 学 第 四 章 酶 学 第 五 章 维 生 素 和 辅 酶 第 六 章 核 酸 的 化 学 第 七 章 生 物 氧 化 第 八 章 糖 代 谢 第 九 章 脂 类 的 代 谢 第 十 章 蛋 白 质 的 酶 促 降 解 及 氨 基 酸 代 谢 第 十 一 章 核 酸 的 酶 促 降 解 和 核 苷 酸 代 谢 第 十 二 章 核 酸 的 生 物 合 成 第 十 三 章 蛋 白 质 的 生 物 合 成 第 十 四 章 物 质 代 谢 的 相 互 联 系 和 调 节 控 制 总 学 时 108 讲 授 72 学 时, 实 验 36 学 时 生 物 化 学 的 概 念 和 研 究 内 容 概 念 : 生 物 化 学 是 研 究 生 命 现 象 的 化 学 本 质 的 科 学 它 主 要 是 运 用 化 学 的 ( 当 然 也 应 用 物 理 学 和 生 物 学 的 ) 理 论 和 方 法, 从 分 子 水 平 来 研 究 生 物 体 的 化 学 组 成 和 生 命 过 程 中 的 化 学 变 化 规 律 的 科 学 所 以 生 物 化 学 就 是 生 命 的 化 学 研 究 内 容 : 生 物 化 学 研 究 的 对 象 是 生 物 体 包 括 病 毒 微 生 物 动 植 物 和 人 体 生 物 化 学 的 研 究 内 容 主 要 有 以 下 几 个 方 面 : 1 生 物 体 的 化 学 组 成 2 生 物 体 的 物 质 代 谢 能 量 转 换 和 代 谢 调 节 (1) 生 物 体 是 由 哪 些 物 质 组 成 的? 它 们 的 结 构 和 性 质 如 何? (2) 这 些 物 质 在 生 物 体 内 发 生 什 么 变 化? 是 怎 样 变 化 的? 变 化 过 程 中 能 量 是 怎 样 转 变 的? 也 就 是 说 这 些 物 质 在 生 物 体 内 怎 样 进 行 物 质 代 谢 和 能 量 代 谢 的? (3) 这 些 物 质 的 结 构 代 谢 和 生 物 功 能 及 复 杂 的 生 命 现 象 ( 如 生 长 生 殖 遗 传 运 动 等 ) 之 间 有 什 么 联 系? 另 外, 肿 瘤 细 胞 识 别 ( 输 血 ), 遗 传 信 息 的 贮 存 传 递 和 表 达 等 都 属 于 生 物 化 学 研 究 的 范 畴 当 然 欠 研 究 生 物 化 学 的 目 的 并 不 限 于 了 解 上 述 现 象, 而 是 在 于 利 用 已 经 了 解 的 知 识 去 改 造 自 然, 并 使 其 更 好 地 为 我 们 的 社 会 主 义 建 设 和 维 护 人 民 健 康 服 务 生 物 化 学 发 展 简 史 : 作 为 一 门 新 兴 的 边 缘 学 科, 生 物 化 学 的 发 展 已 有 200 年 历 史 生 物 化 学 的 发 展 可 分 为 以 下 四 个 时 期 : 1 生 物 化 学 发 生 前 时 期 它 是 生 物 化 学 发 生 前 的 准 备 时 期 1770 年 以 前, 虽 无 生 物 化 学 存 在, 但 已 认 识 到 与 生 命 现 象 有 关 的 一 些 现 象 例 如, 我 们 的 祖 先 很 早 就 知 道 酿 酒 ( 公 元 前 15 世 纪 ), 做 酱 ( 公 元 前 12 世 纪 ), 制 醋, 很 早 就 提 出 了 从 营 养 的 观 点 来 氨 基 酸 膳 食 以 及 饮 食 治 疗 的 思 想 在 左 传 一 书 中 记 载 用 曲 来 治 肠 胃 病 公 元 前 4 世 纪, 在 庄 子 1

2 书 中 记 载 瘿 病 后 人 用 含 有 碘 的 海 带 紫 菜 等 来 治 甲 状 腺 肿, 用 猪 肝 治 雀 直 目 ( 即 夜 盲 症 ) 到 了 明 朝, 李 时 珍 著 有 本 草 纲 目, 记 载 药 物 1800 多 种, 对 药 物 生 化 的 发 展 做 出 杰 出 贡 献 2 描 述 的 或 有 机 生 物 化 学 发 展 时 期 ( ) 这 个 时 期 的 生 物 化 学 更 多 地 依 附 组 成 成 分 及 含 量 等 作 定 性 或 定 量 的 测 定 主 要 成 就 有 1 开 始 从 难 从 严 天 然 产 物 中 分 离 各 种 氨 基 酸 甘 油 柠 檬 酸 苹 果 酸 乳 酸 和 尿 酸 2 从 肝 中 分 离 出 糖 丸 3 发 现 了 脱 氧 核 糖 核 酸 4 开 始 了 酶 学 的 研 究, 先 后 基 本 上 解 决 了 酶 的 催 化 我 作 用 条 件 及 其 作 用 机 理 1877 年 Hoppe Seyler 首 先 使 用 BiochemistsrY,1903 年 有 人 首 先 使 用 Biochery 这 人 词 儿, 它 反 映 了 作 为 独 立 学 科 的 生 物 化 学 的 诞 生 由 Neuberg 提 出 来 的 3 动 态 的 或 生 理 生 物 化 学 发 展 时 期 ( ),19 世 纪 中 叶, 生 理 学 积 累 了 若 干 有 关 血 液 循 环 和 消 化, 吸 收 的 知 识, 巴 甫 洛 夫 消 化 生 理 学 比 较 完 整 地 建 立 起 来 了 开 始 探 索 生 理 功 能 的 化 学 过 程, 从 而 派 生 出 了 生 理 生 物 化 学 这 个 时 期 生 物 化 学 主 要 成 就 有 : 1 分 离 制 备 出 多 种 结 晶 酶, 在 酶 的 蛋 白 质 化 学 本 质 确 立 上 有 了 新 的 突 破 酶 促 动 力 学 发 展 起 来 了 2 阐 明 了 细 胞 氧 化 的 全 过 程 3 开 始 了 维 生 素 的 分 离 制 备 生 理 功 能 的 研 究 4 对 酵 解 发 酵 过 程 作 了 大 量 探 索 研 究, 提 出 了 发 酵 途 径 的 完 整 的 化 学 概 念 脂 肪 酸 β 氧 化 作 用 机 理, 排 脲 动 物 肝 脲 形 成 机 理 以 及 三 羧 酸 循 环 等 得 到 比 较 完 整 的, 清 晰 的 阐 明 我 国 科 学 工 作 者 创 立 了 血 滤 液 制 备 与 血 糖 测 定 等 方 法, 提 出 了 蛋 白 质 变 性 等 说, 对 生 物 化 学 的 发 展 作 出 了 多 方 面 的 贡 献 4 分 子 的 或 综 合 生 物 化 学 发 展 时 期 (1950 年 以 后 ), 由 于 各 种 现 代 化 技 术 和 设 备, 如 电 镜 反 唇 相 讥, 各 种 类 型 的 层 析 和 电 泳 反 唇 相 讥, 超 速 离 心 技 术,X- 射 线 衍 射 分 析 技 术 等 的 发 明 和 发 展, 生 物 化 学 进 入 了 分 子 的 或 综 合 生 物 化 学 发 展 时 期 这 个 时 期 生 物 化 学 的 主 要 成 就 有 : 1 生 物 化 学 研 究 技 术 和 设 备 有 了 巨 大 发 展 2 蛋 白 质 酶 和 核 酸 分 子 结 构 的 研 究 取 得 了 辉 煌 成 果 进 行 了 胰 岛 素 核 糖 核 酸 酶 分 子 氨 基 酸 的 组 成 和 序 列 分 析, 一 级 结 构 的 测 定,1953 年 提 出 了 DNA 双 螺 旋 结 构 及 其 后 提 出 DNA 中 心 法 则 3 合 成 了 肽 激 素, 催 产 素 和 加 压 素 4 提 出 了 反 馈 抑 制 和 调 节 控 制 的 操 纵 子 假 说 5 破 译 遗 传 密 码 6 限 制 性 切 酶 和 遗 传 酶 研 究 作 用 7 DNA 体 外 重 组 和 分 子 克 陇 我 国 科 学 工 作 者,1965 年 首 先 成 功 地 人 工 合 成 有 生 物 流 行 性 的 牛 胰 岛 素,1972 年 用 X- 射 线 衍 射 技 术 测 定 了 猪 胰 岛 素 分 子 的 空 间 结 构 分 辩 率 达 到 1.8A,1981 年 又 首 先 合 成 了 有 活 性 的 酵 母 丙 氨 酰 TRNA 即 这 个 时 期 开 始 从 分 子 水 平 上 研 究 生 物 大 分 子 并 人 工 合 成 ; 人 工 模 拟 ( 如 酶 的 功 能, 生 物 摸 的 功 能 ) 并 创 立 了 基 因 工 程 ( 如 抗 虫 棉 等 ) 生 物 化 学 与 有 关 学 科 的 关 系 1 生 物 化 学 与 化 学 的 关 系 : 生 物 化 学 是 在 19 世 纪 末 20 世 纪 初 在 有 机 化 学 和 生 理 学 基 础 发 展 起 来 的 一 门 独 立 学 科 研 究 生 物 体 的 化 学 组 成 必 须 应 用 化 学 的 方 法 把 它 分 离 出 来, 然 后 进 行 纯 化 或 进 行 定 性 定 量 的 测 定, 对 物 质 组 分 的 结 构 以 及 在 体 内 代 谢 中 的 变 化 的 研 究 都 需 要 应 用 分 析 化 学, 有 机 化 学, 物 理 化 学 等 理 论 和 方 法 2

3 2 生 物 化 学 与 其 他 生 物 学 科 的 关 系 : 生 物 化 学 与 生 理 学 微 生 物 学, 细 胞 生 物 学 遗 传 学 分 子 生 物 学 生 物 工 程 等 学 科 都 有 密 切 的 联 系, 在 这 些 学 科 的 研 究 中 都 要 应 用 生 物 化 学 的 方 法 和 技 术 生 物 化 学 根 据 研 究 对 象 的 不 同 又 分 为 植 物 生 物 化 学 动 物 生 物 化 学, 微 生 物 生 物 化 学, 人 体 生 物 化 学, 病 理 笨 物 化 学 临 床 笨 物 化 学, 工 业 生 物 化 学 农 业 生 物 化 学, 生 物 物 理 化 学 等 生 物 化 学 的 应 用 1 在 工 业 上 的 应 用 : 1 食 品 工 业 : 如 制 造 面 色 食 品 添 加 剂 营 养 补 剂 2 发 酵 工 业 : 如 制 造 味 精 抗 菌 素 等 3 生 物 制 品 工 业 : 如 胰 岛 素 一 些 AA 还 有 一 些 药 5 皮 革 工 车 : 脱 毛 脱 脂 要 用 生 化 方 法 效 果 较 好 2 在 农 业 上 的 应 用 : 1 1 植 物 新 品 种 的 选 育 : 新 品 种 要 高 产 优 质, 这 些 性 状 必 须 用 生 化 的 方 法 和 技 术 进 行 测 定 2 畜 禽 选 育 : 也 要 用 生 化 的 方 法 和 技 术 3 在 栽 培 植 物 时, 应 用 生 化 研 究 植 物 新 陈 代 谢 的 理 论 作 指 导 可 获 得 高 产 优 质 4 在 贮 藏 上, 应 用 生 化 对 新 陈 代 谢 过 程 及 外 界 因 素 对 它 的 影 响 研 究 指 导 贮 藏 5 植 物 病 虫 害 的 防 治, 除 草 剂 和 植 物 激 素 的 应 用 都 离 研 生 化 知 识 6 生 物 化 学 的 研 究 对 于 家 畜 的 营 养 和 畜 牧 业 生 产 率 的 提 高 如 提 高 肉 类 及 蛋 类 产 量, 牛 乳 脂 肪 含 量 等 都 有 实 际 意 义 3 在 医 药 卫 生 方 面 : 1 在 监 床 医 学 上 : 生 化 是 基 础 在 医 疗 过 程 中 常 要 测 定 有 关 生 化 指 标, 作 为 诊 断 疾 病 的 依 据, 如 测 定 血 清 和 尿 中 常 数 酶 活 力 可 协 助 诊 断 急 性 胰 腺 炎 等 2 在 预 防 医 学 上 : 测 定 食 品 中 的 营 养 成 分, 进 行 合 理 搭 配, 有 益 于 人 体 健 康, 预 防 疾 病, 各 种 疫 苗 激 素 V 抗 菌 素 3 在 治 疗 上 : 生 化 治 疗 ; 如 食 VC VA 基 因 治 疗 : 如 白 血 病 4 生 化 工 程 学 : 生 化 工 程 : 遗 传 工 程 基 因 工 程 : 把 离 体 的 基 因 扩 充 再 移 植 酶 工 程 : 从 合 成 酶 模 拟 酶 思 考 题 : 1 什 么 是 生 物 化 学? 为 什 么 要 学 习 生 物 化 学? 2 生 物 化 学 的 主 要 研 究 内 容 是 什 么? 3 我 国 科 学 家 对 生 化 有 哪 些 重 要 贡 献? 4 生 物 化 学 与 工 农 业 生 产 有 什 么 关 系? 5 翻 阅 资 料 总 结 生 物 化 学 的 发 展 简 史 3

4 第 一 章 糖 化 学 对 教 学 目 的 1. 掌 握 糖 的 定 义 及 分 类 及 物 化 性 质 2. 了 解 三 种 主 要 双 糖 的 组 成, 连 接 键 的 种 类 及 其 环 状 结 构 3. 了 解 淀 粉 糖 元. 纤 维 素 的 组 成 单 位 和 特 有 的 颜 色 反 应 及 生 物 学 功 能 4. 了 解 糖 胺 聚 糖, 糖 蛋 白, 蛋 白 聚 糖 的 定 义 及 键 的 连 接 方 式 重 点 难 点 1. 糖 的 定 义 及 分 类 及 物 化 性 质 2. 单 糖 双 糖 的 基 本 结 构 性 质 3. 三 种 主 要 双 糖 的 组 成, 连 接 键 的 种 类 及 其 环 状 结 构 教 学 内 容 一 概 述 ( 一 ) 糖 的 生 物 学 作 用 1 作 为 生 物 体 的 结 构 成 分 ; 2 作 为 生 物 体 内 的 主 要 能 源 物 质 ; 3 在 生 物 体 内 转 变 为 其 他 物 质 ; 4 作 为 细 胞 识 别 的 信 息 分 子, 如 糖 蛋 白 ( 糖 生 物 学 ) ( 二 ) 糖 的 化 学 本 质 及 组 成 元 素 糖 类 是 多 羟 基 的 醛 或 酮, 由 C H O 三 种 元 素 组 成 1. 糖 的 分 类 : 根 据 水 解 的 情 况 分 类 ⑴ 单 糖 (monosaccharide) 凡 不 能 被 水 解 成 更 小 的 糖, 也 称 简 单 糖 ; ⑵ 寡 糖 (oligosaccharide) 凡 能 水 解 成 少 数 (2-6) 单 糖 分 子 的 糖 类 ; 单 糖 和 寡 糖 能 溶 于 水, 多 有 甜 味 ⑶ 多 糖 (polysaccharide) 凡 能 水 解 为 多 个 (20 个 以 上 ) 单 糖 分 子 的 糖, 包 括 : 1 同 多 糖 (homopolysaccharide) 水 解 时 只 产 生 一 种 单 糖 或 单 糖 衍 生 物, 如 糖 原 ; 2 杂 多 糖 (heteropolysaccharide) 水 解 时 产 生 一 种 以 上 的 单 糖 或 / 和 单 糖 衍 生 物 ⑷ 复 合 糖 (glycoconjugate) ⒉ 单 糖 的 分 类 ⒊ 旋 光 异 构 ⑴ 异 构 现 象 的 几 个 概 念 同 分 异 构 (isomerism) 是 指 在 两 个 或 多 个 具 有 相 同 数 目 和 种 类 的 原 子 并 因 而 具 有 相 相 同 分 子 量 的 化 合 物 的 现 象 分 为 两 类 : 4

5 1 结 构 异 构 (structural isomerism) 2 立 体 异 构 (stereoisomerism) Ⅰ 几 何 异 构 (geometric isomerism) Ⅱ 旋 光 异 构 (optical isomerism): 由 于 分 子 的 手 性 (chirality) 造 成 的, 最 常 见 的 是 分 子 内 存 在 不 对 称 碳 原 子 ⑵ 旋 光 性 1 平 面 偏 振 光 : 当 光 波 通 过 尼 科 尔 棱 镜 时, 由 于 棱 镜 的 结 构 只 允 许 沿 某 一 平 面 振 动 的 光 波 通 过, 其 他 光 波 被 阻 断, 这 种 光 称 为 平 面 偏 振 光 2 旋 光 异 构 现 象 : 当 光 波 通 过 具 有 旋 光 性 的 某 一 溶 液 时, 偏 振 光 会 向 右 ( 顺 时 针, 用 + 号 表 示 ) 或 向 左 ( 反 时 针, 用 - 号 表 示 ) 方 向 旋 转, 使 偏 振 光 振 动 而 右 旋 的 物 质 称 为 右 旋 光 物 质, 反 之 称 为 左 旋 光 物 质 3 旋 光 性 : 是 旋 光 性 物 质 使 平 面 偏 振 光 的 偏 振 面 发 生 旋 转 的 能 力 称 旋 光 性 它 是 旋 光 性 物 质 的 一 种 物 理 性 质, 用 旋 光 度 表 示 ⑶ 不 对 称 碳 原 子, 手 性 是 指 与 四 个 不 同 的 原 子 或 原 子 基 团 共 价 连 接 并 因 而 失 去 对 称 性 的 四 面 体 碳, 也 称 手 性 碳 原 子 不 对 称 中 心 或 手 性 中 心, 常 用 C* 表 示 手 性 与 旋 光 性 是 一 对 孪 生 子 ⑷ 构 型 构 型 (configuration): 指 一 个 分 子 由 于 各 原 子 特 有 的 固 定 空 间 排 列, 而 使 得 该 分 子 所 具 有 的 特 定 的 立 体 化 学 形 式 当 某 一 种 构 型 转 变 为 另 一 种 构 形 时, 要 求 共 价 键 的 断 裂 和 重 新 形 成 构 型 的 表 示 方 式 有 : 投 影 式 纽 曼 式 透 视 式 # 注 :D L 与 + - 不 是 一 一 对 应 二 单 糖 ( 一 ) 单 糖 的 结 构 1. 单 糖 的 链 状 结 构 通 过 实 验 证 实 葡 萄 糖 果 糖 存 在 非 立 体 链 状 结 构 2. D 系 单 糖 和 L 系 单 糖 所 有 的 醛 糖 都 可 以 看 成 是 由 甘 油 醛 的 醛 基 碳 下 端 逐 个 插 入 C* 延 伸 而 成, 酮 糖 可 看 成 是 由 二 羟 基 丙 酮 衍 生 而 来 单 糖 的 构 型 是 指 分 子 中 离 羰 基 碳 最 远 的 手 性 碳 原 子 的 构 型 如 果 在 投 影 式 中 此 碳 原 子 上 的 -OH 具 有 与 D(-)- 甘 油 醛 C2-OH 相 同 的 取 向, 则 为 D 型 糖, 反 之 为 L 型 糖 3. 单 糖 的 环 状 结 构 (1) 变 旋 现 象 的 概 念 : 许 多 单 糖 新 配 制 的 溶 液 回 发 生 旋 光 度 的 改 变 的 现 象 在 不 同 条 件 下 获 得 的 D(+)- 葡 萄 糖, 其 比 旋 值 不 同 ( 2) 环 状 半 缩 醛 : 葡 萄 糖 的 羟 基 和 羰 基 处 于 同 一 分 子 内, 可 以 发 生 分 子 内 亲 核 加 成, 形 成 环 状 半 缩 醛 5

6 (3)α 和 β 异 头 物 : 单 糖 由 直 链 结 构 变 成 环 状 结 构 后, 羰 基 碳 原 子 成 为 新 的 手 性 中 心, 导 致 C1 差 向 异 构 化, 产 生 两 个 非 对 映 异 构 体 这 种 羰 基 碳 上 形 成 的 差 向 异 构 体 称 异 头 物 在 环 状 结 构 中, 半 缩 醛 碳 原 子 也 称 异 头 碳 原 子 或 异 头 中 心 异 头 碳 的 羟 基 具 有 相 同 取 向 的 异 构 体 称 α 异 头 物, 具 有 相 反 取 向 的 称 β 异 头 物 差 向 异 构 体 (epimers) 是 指 单 糖 中 除 了 一 个 不 对 称 碳 原 子 不 同 外, 其 余 结 构 完 全 相 同, 这 种 仅 一 个 不 对 称 碳 原 子 不 同, 两 镜 像 非 对 映 体 异 构 物 称 为 差 向 异 构 体 (4) 吡 喃 糖 和 呋 喃 糖 : 开 链 的 单 糖 形 成 环 状 半 缩 醛 时, 最 容 易 形 成 五 元 环 和 六 元 环 的 结 构 例 如 D- 葡 萄 糖 C5 上 的 羟 基 与 C1 的 醛 基 加 成 生 成 六 元 环 的 吡 喃 型 葡 糖,D- 果 糖 C5 上 的 羟 基 与 C2 的 酮 基 加 成 形 成 五 元 环 的 呋 喃 型 果 糖 D- 葡 萄 糖 主 要 以 吡 喃 糖 存 在 且 稳 定, 果 糖 以 两 种 形 式 存 在 ( 结 构 式 ) 4. 单 糖 的 构 象 : ⑴ 概 念 ⑵ 表 示 方 法 构 象 体 常 采 用 锯 齿 式 (Sawhorse representation) 或 纽 曼 投 影 式 (Newman projection) 来 表 示 ⑶ 吡 喃 糖 和 呋 喃 糖 的 构 象 吡 喃 糖 环 一 般 采 取 椅 式 构 象, 呋 喃 糖 环 采 取 信 封 式 构 象 ( 二 ) 单 糖 的 性 质 1. 物 理 性 质 : 旋 光 性 甜 度 溶 解 度 (1) 旋 光 性 : 几 乎 所 有 的 单 糖 都 具 有 不 对 称 碳 原 子, 都 具 有 旋 光 性 ; 许 多 单 糖 在 水 溶 液 中 发 生 变 旋 现 象 (2) 甜 度 : 各 种 糖 的 甜 度 不 一 样 甜 度 通 常 用 蔗 糖 作 为 参 照 物, 以 他 为 100, 果 糖 几 乎 为 其 两 倍, 其 他 天 然 糖 均 小 于 它 (3) 溶 解 度 : 单 糖 分 子 中 有 多 个 羟 基, 增 加 了 它 的 水 溶 性, 除 甘 油 醛 微 溶 于 水 外, 其 它 单 糖 均 易 溶 于 水 2. 化 学 性 质 ⑴ 异 构 化 ( 弱 碱 的 作 用 ): 通 过 烯 二 醇 中 间 物 互 相 转 化 ⑵ 单 糖 的 氧 化 : 氧 化 生 成 醛 糖 酸 醛 糖 二 酸 以 及 糖 醛 酸 ( 氧 化 剂 不 同 导 致 ) ⑶ 单 糖 的 还 原 : 在 还 原 剂 的 作 用 下 转 变 为 糖 醇 ⑷ 形 成 糖 脎 : 成 脎 反 应 可 用 来 鉴 别 还 原 糖 ( 生 成 的 脎 晶 形 和 熔 点 不 同 ) ⑸ 形 成 糖 脂 和 糖 醚 ⑹ 形 成 糖 苷 : 环 状 单 糖 的 半 缩 醛 ( 或 半 缩 酮 ) 羟 基 与 另 一 化 合 物 法 发 生 缩 合 形 成 缩 醛 ( 或 缩 酮 ) 即 为 糖 苷 或 糖 甙 ⑺ 单 糖 脱 水 ( 无 机 酸 的 作 用 ): 戊 糖 与 12% 盐 酸 共 热 时 脱 水 生 成 糠 醛, 己 糖 与 酸 共 热 产 生 5- 羟 甲 糠 醛, 在 进 一 步 分 解 为 乙 酰 丙 酸 甲 酸 和 暗 色 的 不 溶 缩 合 物 不 同 的 糠 醛 与 多 元 酚 作 用 产 生 颜 色 反 应, 如 羟 甲 糠 醛 与 间 苯 二 酚 反 应 生 成 红 色 缩 合 物, 可 用 于 鉴 定 酮 糖 ( 三 ) 重 要 的 单 糖 及 单 糖 衍 生 物 6

7 1. 单 糖 : 丙 糖 丁 糖 戊 糖 己 糖 ( 葡 萄 糖 果 糖 ) 庚 糖 和 辛 糖 2. 单 糖 磷 酸 酯 ( 结 构 式 及 英 文 表 示 ):D-G-1-P D-F-2,6-2P 等 3. 脱 氧 糖 ( 脱 氧 戊 糖 ) 糖 醇 糖 酸 氨 基 糖 糖 苷 三 寡 糖 ( 一 ) 结 构 与 性 质 寡 糖 是 由 2~20 个 单 糖 通 过 糖 苷 键 连 接 而 成 的 糖 类 物 质, 确 定 一 个 寡 糖 时, 必 须 考 虑 : 1 参 与 组 成 的 单 糖 单 位 ;2 参 与 成 键 ( 糖 苷 键 ) 的 碳 原 子 的 位 置 ;3 参 与 成 键 的 每 一 异 头 碳 羟 基 的 构 型 ( 异 头 定 向 );4 单 糖 单 位 的 次 序 ( 二 ) 常 见 的 寡 糖 ⒈ 二 糖 : 蔗 糖 乳 糖 麦 芽 糖 纤 维 二 糖 等 (1) 蔗 糖 (sucrose) 俗 称 食 糖, 广 泛 分 布 于 光 合 植 物 中, 动 物 中 不 存 在 蔗 糖 是 由 α-d- 葡 萄 糖 和?-D- 果 糖 各 一 分 子 按 α (1 2) 键 型 缩 合 失 水 而 成, 是 植 物 机 体 糖 的 运 输 形 式 蔗 糖 很 甜, 易 结 晶, 易 溶 于 水, 但 很 难 溶 于 乙 醇 (2) 乳 糖 (lactose) 存 在 于 哺 乳 类 乳 汁 中, 具 有 还 原 性, 能 成 脎, 有 变 旋 现 象 由 α-d- 葡 萄 糖 和?-D- 半 乳 糖 缩 合 而 成, 其 溶 解 度 远 小 于 蔗 糖, 可 结 晶 (3) 麦 芽 糖 (maltose) 为 还 原 糖, 大 量 存 在 于 发 芽 的 谷 粒, 特 别 是 麦 芽 中 它 是 由 两 分 子 葡 萄 糖 缩 合 失 水 而 成 具 有 还 原 性, 能 成 脎, 有 变 旋 现 象 (4)α,α- 海 藻 糖 (trehalose) 存 在 于 卷 柏 蕨 类 山 毛 榉 属 及 芥 属 等 植 物 中 (5) 纤 维 二 糖 (cellobiose) 是 纤 维 素 的 二 糖 单 位, 水 解 纤 维 素 可 得 之 ⒉ 三 糖 四 糖 和 五 糖 棉 子 糖 (raffinose) 广 泛 分 布 于 高 等 植 物 界 棉 子 糖 完 全 水 解 产 生 葡 萄 糖 果 糖 和 半 乳 糖 各 一 分 子, 为 非 还 原 糖, 其 五 水 合 物 是 针 形 晶 体 四 多 糖 ( 聚 糖 ) 分 类 : 根 据 生 物 来 源 不 同 分 为 植 物 多 糖 动 物 多 糖 和 微 生 物 多 糖 ; 根 据 是 由 一 种 还 是 多 种 单 糖 单 位 组 成 分 为 同 多 糖 和 杂 多 糖 ; 根 据 生 物 功 能 不 同 分 为 贮 存 或 贮 能 多 糖 ( 如 淀 粉 糖 原 等 ) 和 结 构 多 糖 ( 纤 维 素 壳 多 糖 等 ) ( 一 ) 同 多 糖 1. 淀 粉 几 乎 存 在 于 所 有 的 绿 色 植 物 组 织 中 淀 粉 在 酸 和 体 内 酶 的 作 用 下, 最 终 水 解 为 葡 萄 糖 即 淀 粉 红 色 糊 精 无 色 糊 精 麦 芽 糖 葡 萄 糖 淀 粉 分 为 直 链 淀 粉 支 链 淀 粉 (1) 直 链 淀 粉 7

8 直 链 淀 粉 的 分 子 量 为 1 万 ~200 万 之 间, 相 当 250~300 个 葡 萄 糖 分 子, 以 α(1 4) 糖 苷 键 缩 合 而 成 实 验 证 明, 直 链 淀 粉 不 是 完 全 伸 直 的, 而 通 常 卷 曲 成 螺 旋 形, 每 转 一 周 有 6 个 葡 萄 糖 分 子 遇 碘 形 成 螺 旋 形 复 合 物, 呈 紫 兰 色,620~680nm 间 有 最 大 光 吸 收 (2) 支 链 淀 粉 支 链 淀 粉 中 葡 萄 糖 除 α(1 4) 糖 苷 键 外, 还 有 5~6% 存 在 于 分 支 点 处 的 α(1 6) 糖 苷 键 所 以, 支 链 淀 粉 有 许 多 分 支 点 其 分 子 量 为 ~4 108 遇 碘 显 紫 色, 最 大 光 吸 收 为 530~555nm 一 般 淀 粉 都 含 有 支 链 和 直 链 淀 粉 可 溶 性 淀 粉 : 淀 粉 与 酶 缓 和 的 作 用 时 ( 如 7.5%HCl, 室 温 下 放 置 7 日 ) 即 可 形 成 2. 糖 原 糖 原 是 动 物 和 细 菌 细 胞 内 糖 及 其 所 反 映 的 能 源 的 一 种 贮 能 形 式, 有 动 物 淀 粉 之 称 它 主 要 贮 存 在 肝 脏 和 骨 骼 肌 中,70Kg 体 重 的 人 肝 脏 和 骨 骼 肌 糖 原 量 分 别 为 90 和 3350 克 干 燥 状 态 下, 糖 原 呈 无 定 形 淀 粉 状 糖 原 与 碘 作 用 呈 棕 红 色, 在 430~490nm 下 呈 现 最 大 吸 收 其 结 构 类 似 于 支 链 淀 粉 3. 纤 维 素 与 淀 粉 糖 原 不 同, 它 是 由 葡 萄 糖 通 过 β-1,4 糖 苷 键 连 接 而 成 的 这 一 结 构 特 点 使 纤 维 素 具 有 适 于 作 为 结 构 成 分 的 物 理 特 性, 它 属 于 结 构 多 糖 4. 半 纤 维 素 5. 壳 多 糖 ( 二 ) 糖 胺 聚 糖 1. 功 能 (1) 由 于 其 亲 水 性 强, 对 保 持 疏 松 结 缔 组 织 中 的 水 分 有 重 要 意 义 ; (2) 作 为 多 价 阴 离 子, 对 K+ Na+ Mg2+ Ca2+ 等 有 较 大 的 亲 和 力, 从 而 调 节 这 些 离 子 在 组 织 中 的 分 布 ; (3) 具 有 润 滑 和 保 护 作 用 ; (4) 由 促 进 创 伤 愈 合 的 作 用 2. 种 类 透 明 质 酸 硫 酸 软 骨 素 和 硫 酸 皮 肤 素 硫 酸 角 质 素 硫 酸 乙 酰 肝 素 和 肝 素 五 复 合 糖 ( 一 ) 糖 蛋 白 :O- 糖 苷 建 N- 糖 苷 键 1. 糖 蛋 白 的 存 在 和 含 糖 量 糖 蛋 白 是 一 类 复 合 糖 或 一 类 缀 合 蛋 白 质 许 多 内 在 膜 蛋 白 质 和 分 泌 蛋 白 质 都 是 糖 蛋 白 不 同 的 糖 蛋 白 中 含 糖 量 变 化 很 大, 通 常 糖 成 分 占 糖 蛋 白 重 量 的 1% 到 80% 2. 糖 链 结 构 的 多 样 性 糖 蛋 白 和 糖 脂 中 的 寡 糖 链, 序 列 多 变, 结 构 信 息 丰 富, 甚 至 超 过 核 酸 和 蛋 白 质 一 个 寡 糖 链 中 单 糖 种 类 连 接 位 置 异 头 碳 构 型 和 糖 环 类 型 的 可 能 排 列 组 合 数 目 是 一 个 天 文 数 字 3. 糖 肽 连 键 的 类 型 (1)N- 糖 肽 键 : 如 与 Asn 的 酰 胺 键, 形 成 -N- 糖 苷 键 (2)O- 糖 肽 键 : 以 丝 氨 酸 苏 氨 酸 和 羟 赖 氨 酸 的 羟 基 为 连 接 点, 形 成 -O- 糖 苷 键 8

9 4 糖 链 的 分 类 (1)N- 糖 链 : 复 杂 型, 高 甘 露 糖 型, 杂 合 型 (2)O- 糖 链 : 结 构 比 N- 糖 链 简 单, 但 连 接 形 式 远 比 N- 糖 链 的 多 5, 糖 链 的 生 物 学 功 能 (1) 在 糖 蛋 白 新 生 肽 链 折 叠 和 缔 合 中 的 作 用 (2) 影 响 糖 蛋 白 的 分 泌 和 稳 定 性 (3) 其 他 功 能 ; 糖 蛋 白 中 的 寡 糖 链 在 细 胞 识 别 包 括 细 胞 粘 着 淋 巴 细 胞 归 巢 和 精 卵 识 别 等 生 物 学 过 程 中 起 重 要 作 用 (4) 血 型 物 质 : 在 人 红 细 胞 表 面 上 存 在 很 多 血 型 抗 原 决 定 簇, 其 中 多 数 是 寡 糖 链 在 A BO 血 型 系 统 中 A B O(H) 三 个 抗 原 决 定 簇 只 差 一 个 单 糖 残 基,A 型 在 寡 糖 基 (H 物 质 ) 的 非 还 原 端 有 一 个 GlaNAc,B 型 有 一 个 Gla,O 型 这 两 个 残 基 均 无 (5) 凝 集 素 是 一 类 非 抗 体 的 能 与 糖 类 专 一 结 合 的 蛋 白 质 或 糖 蛋 白, 伴 刀 豆 凝 集 素 A (ConA) 花 生 凝 集 素 等 属 植 物 凝 集 素 ; 细 菌 和 病 毒 也 有 凝 集 素, 如 流 感 病 毒 含 红 细 胞 凝 集 素 作 为 各 类 白 细 胞 CAM 的 选 择 蛋 白 家 族 也 属 于 凝 集 素 此 家 族 中 已 知 有 L E P 三 种 选 择 蛋 白, 它 们 通 过 细 胞 粘 着 产 生 多 种 生 物 学 效 应, 如 免 疫 应 答 炎 症 反 应 肿 瘤 转 移 等 ( 二 ) 蛋 白 聚 糖 N- 糖 肽 键 O- 糖 肽 键 糖 胺 聚 糖 是 由 己 糖 醛 酸 和 己 糖 胺 组 成 的 二 糖 单 位 重 复 构 成 多 数 糖 胺 聚 糖 都 不 同 程 度 地 被 硫 酸 化, 如 4- 硫 酸 软 骨 素 硫 酸 角 质 素 等 糖 胺 聚 糖 多 以 蛋 白 聚 糖 形 式 存 在, 但 透 明 质 酸 是 例 外 蛋 白 聚 糖 是 一 类 特 殊 的 蛋 白, 由 一 条 或 多 条 糖 胺 聚 糖 链 和 一 个 核 心 蛋 白 共 价 连 接 而 成 具 有 粘 性 有 的 蛋 白 聚 糖 以 聚 集 体 ( 透 明 质 酸 分 子 为 核 心 ) 形 式 存 在 它 们 是 高 度 亲 水 的 多 价 阴 离 子, 在 维 持 皮 肤 关 节 软 骨 等 结 缔 组 织 的 形 态 和 功 能 方 面 起 重 要 作 用 糖 胺 聚 糖 和 蛋 白 聚 糖 是 动 物 细 胞 外 基 质 的 重 要 成 分 六, 糖 链 的 结 构 分 析 寡 糖 链 结 构 分 析 的 一 般 步 骤 是 : 分 离 纯 化 待 测 定 的 完 整 糖 链, 对 获 得 的 均 一 样 品 用 GLC 法 测 定 单 糖 组 成, 根 据 高 碘 酸 氧 化 或 甲 基 化 分 析 确 定 糖 苷 键 的 位 置, 用 专 一 性 糖 苷 酶 确 定 糖 苷 键 的 构 型 糖 链 序 列 可 采 用 外 切 糖 苷 酶 连 续 断 裂 或 FAB-MS 等 方 法 加 以 测 定 9

10 第 二 章 脂 类 化 学 教 学 目 的 ⒈ 掌 握 脂 肪 酸 的 特 征 ⒉ 脂 肪 酸 的 特 征 了 解 自 然 界 常 见 的 脂 肪 酸, 必 需 脂 肪 酸 的 定 义 及 其 种 类 ⒊ 掌 握 三 脂 酰 甘 油 的 性 质 ⒋ 了 解 甘 油 磷 脂 和 鞘 磷 脂 的 组 成, 种 类 和 性 质 ⒌ 了 解 血 浆 脂 蛋 白 的 分 类 ⒍ 了 解 胆 固 醇 的 结 构 及 其 衍 生 物 重 点 难 点 ⒈ 脂 类 的 概 论, 分 类 及 功 能 ⒉ 脂 肪 酸 的 特 征 ⒊ 三 脂 酰 甘 油 的 性 质 教 学 内 容 一 概 述 ㈠ 脂 类 的 生 物 学 功 能 1. 构 成 生 物 膜 的 重 要 成 分 ; 2. 脂 类 中 的 油 脂 是 机 体 代 谢 所 需 燃 料 的 贮 存 形 式 和 运 输 形 式 ; 3. 某 些 萜 类 和 固 醇 类 物 质 的 衍 生 物 如 : 维 生 素 A D K E 胆 酸 具 有 营 养 价 值 ; 4. 脂 类 物 质 可 以 防 止 机 体 的 机 械 损 伤, 防 止 热 量 散 发 等 保 护 作 用 5. 脂 类 作 为 细 胞 的 表 面 物 质, 与 细 胞 识 别 和 组 织 免 疫 等 有 密 切 关 系 ㈡ 脂 类 的 分 类 ⒈ 按 化 学 组 成 不 同 分 为 : 1 单 纯 脂 (simple lipid): 脂 肪 酸 和 醇 类 组 成 的 酯 Ⅰ 甘 油 三 酯 或 称 三 酰 甘 油 由 3 分 子 脂 肪 酸 和 1 分 子 甘 油 组 成 ; Ⅱ 蜡 : 主 要 由 长 链 脂 肪 酸 和 长 链 醇 或 固 醇 组 成 2 复 合 脂 (compound lipid) 除 含 醇 类 脂 肪 酸 外, 还 含 有 其 他 非 脂 分 子 物 质 按 照 非 脂 分 子 的 不 同 分 为 Ⅰ 磷 脂 : 甘 油 磷 脂 类 和 鞘 氨 醇 磷 脂 ; Ⅱ 糖 脂 : 鞘 糖 脂 和 甘 油 糖 脂 3 衍 生 脂 (derived lipid) 包 括 : Ⅰ 固 醇 类 Ⅱ 萜 类 Ⅲ 其 他 脂 类 : 如 分 别 与 蛋 白 质 糖 类 结 合 的 脂 类, 维 生 素 A D E K 等 ⒉ 根 据 脂 类 在 水 中 和 水 界 面 上 的 行 为 不 同, 分 为 : 1 非 极 性 (nonpolar) 脂 类 在 水 中 溶 解 度 极 低, 也 不 能 在 空 气 - 水 界 面 或 油 - 水 界 面 分 散 成 单 分 子 层 属 于 这 一 类 的 有 长 链 脂 肪 烃 如 烷 胡 萝 卜 素 鲨 烯, 固 醇 醚, 甘 油 的 长 链 三 醚 等 2Ⅰ 类 极 性 脂 类 10

11 它 具 有 界 面 可 溶 性, 但 不 具 有 容 积 可 溶 性 ; 能 掺 入 膜, 但 自 身 不 能 形 成 膜 如 三 酰 甘 油 视 黄 醇 神 经 酰 胺 等 3Ⅱ 类 极 性 脂 类 ( 磷 脂 和 鞘 糖 脂 ) 它 是 成 膜 分 子, 能 形 成 双 分 子 层 和 微 囊 如 磷 脂 酰 胆 碱 等 4 Ⅲ 类 极 性 脂 类 ( 去 污 剂 ) 它 是 可 溶 性 脂 类, 虽 具 有 界 面 可 溶 性, 但 形 成 的 单 分 子 层 不 稳 定 常 见 的 有 阴 ( 阳 ) 离 子 去 污 剂 皂 苷 青 霉 素 等 ⒊ 按 照 脂 类 的 生 物 学 功 能 可 把 脂 类 分 为 三 大 类 : 1 贮 存 脂 类 (storage lipid): 属 于 这 一 类 的 有 三 酰 甘 油 和 蜡 2 结 构 脂 类 (structural lipid): 如 磷 脂 类 固 醇 和 糖 脂 构 成 脂 双 层 3 活 性 脂 类 (active lipid): 如 类 固 醇 和 萜 ( 类 异 戊 二 烯 ) 二 脂 肪 酸 ( 一 ) 脂 肪 酸 的 种 类 ⒈ 种 类 : 饱 和 脂 肪 酸 (saturated FA): 烃 链 不 含 双 键 ( 和 三 键 ) 的 为 饱 和 脂 肪 酸 (saturated FA), 1 不 饱 和 脂 肪 酸 : ( unsaturated FA ) 含 一 个 或 多 个 双 键 的 为 不 饱 和 脂 肪 酸 (unsaturated FA) 2 单 不 饱 和 脂 肪 酸 : 只 含 一 个 双 键 的 脂 肪 酸 为 单 不 饱 和 脂 肪 酸 ; 3 多 不 饱 和 脂 肪 酸 : 含 有 两 个 或 两 个 以 上 双 键 的 称 多 不 饱 和 脂 肪 酸 ⒉ 脂 肪 酸 的 写 法 : 1 软 脂 酸 16:0 表 示 软 脂 酸 含 有 16 个 碳 原 子, 无 双 键 ; 2 油 酸 18:1 或 18:1Δ9, 表 示 油 酸 含 有 18 个 碳 原 子, 在 第 9~10 位 之 间 又 一 个 不 饱 和 键 的 脂 肪 酸 ; 3 花 生 四 烯 酸 20:4( ) 或 20:4Δ5,8,11,14 ( 二 ) 天 然 脂 肪 酸 的 结 构 特 点 1. 脂 肪 酸 链 长 个 碳 原 子 占 多 数 ; 最 常 见 的 为 :16 和 18 个 碳 原 子 2. 饱 和 脂 肪 酸 最 普 遍 为 : 软 脂 酸 和 硬 脂 酸 ; 不 饱 和 脂 肪 酸 为 油 酸 和 亚 油 酸 3. 高 等 植 物 和 低 等 动 物 中, 不 饱 和 脂 肪 酸 含 量 大 于 饱 和 脂 肪 酸 4. 不 饱 和 脂 肪 酸 的 熔 点 比 同 等 碳 链 的 饱 和 脂 肪 酸 的 熔 点 低 5. 高 等 动 植 物 的 单 不 饱 和 脂 肪 酸 的 双 键 位 置 一 般 在 第 9~10 个 碳 原 子 之 间, 多 不 饱 和 脂 肪 酸 的 一 个 双 键 也 位 于 第 9~10 个 碳 原 子 之 间, 而 且 两 个 双 键 之 间 往 往 隔 着 一 个 亚 甲 基 6. 不 饱 和 脂 肪 酸 几 乎 都 具 有 几 何 异 构 型, 而 且 都 是 顺 式 7. 细 菌 中 脂 肪 酸 种 类 比 高 等 动 植 物 多 ( 三 ) 脂 肪 酸 的 物 化 性 质 ⒈ 物 理 性 质 : 脂 肪 酸 和 含 脂 肪 酸 化 合 物 的 物 理 性 质 很 大 程 度 上 决 定 于 脂 肪 酸 烃 链 的 长 度 与 不 饱 和 程 度 (1) 非 极 性 烃 链 是 造 成 脂 肪 酸 在 水 中 溶 解 度 降 低 的 原 因 ; 烃 链 越 长, 溶 解 度 越 低 (2) 脂 肪 酸 和 含 脂 肪 酸 化 合 物 的 熔 点 也 受 烃 链 长 度 和 不 饱 和 程 度 的 影 响 对 于 相 同 长 度 的 不 饱 和 脂 肪 酸, 双 键 越 多 熔 点 越 低 11

12 2. 化 学 性 质 : 脂 肪 酸 可 以 发 生 氧 化 和 过 氧 化, 不 饱 和 脂 肪 酸 在 双 键 处 可 以 发 生 加 成 反 应 ( 如 卤 化 和 氢 化 ) 3. 脂 肪 酸 盐 与 乳 化 作 用 :. 脂 肪 酸 盐 属 Ⅲ 类 极 性 脂 类, 具 有 亲 水 基 和 疏 水 基, 是 典 型 的 两 亲 化 合 物, 是 一 种 离 子 型 去 污 剂 ( 四 ) 必 需 脂 肪 酸 是 指 维 持 哺 乳 动 物 正 常 生 长 所 需 的, 而 体 内 又 不 能 合 成 的 脂 肪 酸, 亚 油 酸 和 α- 亚 麻 酸 ; 前 者 属 ω-6 家 族, 后 者 属 ω-3 家 族 ( 五 ) 类 二 十 碳 烷 主 要 是 由 20 碳 的 花 生 四 烯 酸 衍 生 万 里 来 并 因 此 得 名, 包 括 前 列 腺 素 凝 血 烷 和 白 三 烯, 它 们 是 体 内 的 局 部 激 素 三 甘 油 三 酯 ㈠ 甘 油 甘 油 味 甜, 和 水 以 任 意 比 例 互 溶, 但 不 溶 于 乙 醚 氯 仿 及 苯 ㈡ 甘 油 三 酯 的 类 型 在 三 酰 甘 油 的 通 式 中 R1,R2 和 R3 相 当 于 各 种 脂 肪 酸 的 烃 链 当 三 者 相 同 时, 该 化 合 物 称 为 简 单 三 酰 甘 油 (simple TG); 当 三 者 中 任 何 两 个 不 相 同 或 三 个 各 不 相 同 时, 称 为 混 合 三 酰 甘 油 (mixed TG) 大 多 数 天 然 的 油 脂 都 是 简 单 甘 油 三 酯 和 混 合 甘 油 三 酯 的 复 杂 混 合 物 ㈢ 甘 油 三 酯 的 物 化 性 质 ⒈ 溶 解 度 : 甘 油 三 酯 不 溶 于 水, 由 于 它 们 具 有 羟 基, 因 而 有 形 成 高 度 分 散 的 倾 向 ⒉ 熔 点 : 甘 油 三 酯 的 熔 点 由 其 脂 肪 酸 决 定 的, 一 般 随 饱 和 脂 肪 酸 数 目 和 链 长 的 增 加 而 升 高 3. 光 学 性 质 : 没 有 光 学 性 质, 但 是, 脂 肪 中 天 然 存 在 一 个 不 对 称 碳 原 子, 习 惯 上 按 照 L- 甘 油 醛 衍 生 物 的 原 则 命 名 4. 皂 化 和 皂 化 值 : 将 脂 酰 甘 油 与 酸 或 碱 共 煮 或 经 脂 酶 作 用 时, 都 可 以 发 生 水 解 酸 水 解 可 逆, 碱 水 解 不 可 逆 当 用 碱 水 解 脂 酰 甘 油 时, 由 于 产 物 之 一 为 脂 肪 酸 的 盐 类, 即 肥 皂, 此 反 应 称 为 皂 化 作 用 (saponification) 皂 化 值 是 指 完 全 皂 化 一 克 油 或 脂 所 消 耗 的 KOH 毫 克 数 5. 酸 败 和 酸 值 : 油 脂 在 空 气 中 暴 露 过 久 即 产 生 难 闻 的 臭 味, 这 种 现 象 称 为 酸 败 (rancidity) 酸 值 (acid number) 是 指 中 和 1 克 油 脂 中 的 游 离 脂 肪 酸 所 消 耗 的 KOH 的 毫 克 数 6. 氢 化 (hydrogenation): 油 脂 中 的 不 饱 和 键 可 以 在 金 属 镍 催 化 下 发 生 氢 化 反 应 氢 化 可 防 止 酸 败 作 用 7. 卤 化 和 碘 值 : 油 脂 中 不 饱 和 键 可 与 卤 素 发 生 加 成 作 用, 生 成 卤 代 脂 肪 酸, 这 一 作 用 称 为 卤 化 作 用 (halogenation) 碘 值 (iodine number) 指 100 克 油 脂 所 能 吸 受 的 碘 的 克 数 12

13 8. 乙 酰 化 值 (acetylation number): 油 脂 中 含 羟 基 的 脂 肪 酸 可 与 乙 酸 酐 或 其 他 酰 化 剂 作 用 形 成 相 应 的 酯 乙 酰 化 值 指 1g 乙 酰 化 的 油 脂 所 分 解 出 的 乙 酸 用 KOH 中 和 时, 所 需 KOH 的 毫 克 数 四. 脂 质 过 氧 化 作 用 ( 一 ) 基 本 概 念 1. 自 由 基 1 定 义 2 特 征 3 产 生 途 径 : 辐 射 诱 导, 热 诱 导, 单 电 子 氧 化 还 原 ⒉ 活 性 氧 1 概 念 2 几 种 重 要 的 活 性 氧 : 超 氧 阴 离 子 自 由 基, 羟 基 自 由 基, 过 氧 化 氢, 单 线 态 氧 ⒊ 自 由 基 链 式 反 应 (1) 引 发 (2) 增 长 (3) 终 止 ㈡ 脂 质 过 氧 化 的 化 学 过 程 ㈢ 脂 质 过 氧 化 作 用 对 身 体 的 损 伤 ⒈ 产 物 自 由 基 导 致 蛋 白 质 分 子 的 聚 合 ⒉ 产 物 丙 二 醛 导 致 蛋 白 质 分 子 的 交 联 ⒊ 对 膜 的 损 害 ⒋ 过 氧 化 与 动 脉 粥 样 硬 化 ⒌ 与 衰 老 ( 四 ) 抗 氧 化 剂 的 保 护 作 用 1. 抗 氧 化 剂 : 具 有 还 原 性 而 能 抑 制 靶 分 子 自 动 氧 化 的 物 质 称 为 抗 氧 化 剂 2. 几 种 重 要 的 抗 氧 化 剂 : 超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD), 过 氧 化 氢 酶, 维 生 素 E 五 磷 脂 ( 一 ) 甘 油 磷 脂 1. 结 构 甘 油 的 第 三 个 羟 基 被 磷 酸, 另 外 两 个 羟 基 被 脂 肪 酸 酯 化 分 子 中 磷 酸 基 与 这 些 酯 化 的 醇 部 分 一 起 构 成 极 性 头 基, 两 条 长 的 烃 链 组 成 非 极 性 尾 部 2. 一 般 性 质 纯 的 甘 油 磷 脂 都 是 白 色 蜡 状 固 体 1 电 荷 和 极 性 : 所 有 的 甘 油 磷 脂 在 ph7 时, 其 磷 酸 基 团 带 负 电 荷 其 中 磷 脂 酰 肌 醇 磷 脂 酰 甘 油 和 磷 脂 酰 糖 类 头 部 不 带 电 荷 而 磷 脂 酰 胆 碱 和 磷 脂 酰 乙 醇 胺 的 极 性 头 部 在 ph7.0 时 带 正 电 荷 2 水 解 作 用 : 弱 碱 可 以 使 磷 脂 发 生 水 解 水 解 产 物 : 脂 肪 酸 磷 酸 甘 油 乙 醇 胺 3. 几 种 常 见 的 甘 油 磷 脂 : 磷 脂 酰 胆 碱 磷 脂 酰 乙 醇 胺 等 13

14 ( 二 ) 鞘 磷 脂 简 称 鞘 磷 脂 类, 它 是 长 的 不 饱 和 的 氨 基 醇, 鞘 氨 醇, 而 非 甘 油 的 衍 生 物 在 鞘 脂 类 中, 鞘 氨 醇 氨 基 以 酰 胺 键 连 接 到 一 脂 肪 酸 上, 其 羟 基 以 酯 键 与 磷 酰 胆 碱 相 连 六 萜 类 和 类 固 醇 ( 一 ) 萜 类 萜 类 属 于 非 皂 化 性 物 质, 是 异 戊 二 烯 的 衍 生 物 萜 类 的 分 类 是 根 据 异 戊 二 烯 的 个 数 由 两 个 异 戊 二 烯 构 成 萜 类 称 为 单 萜 ; 由 三 个 异 戊 二 烯 构 成 的 萜 类 称 倍 半 萜 ; 由 四 个 异 戊 二 烯 构 成 的 萜 称 为 二 萜 萜 类 可 以 是 直 链 的, 也 可 以 是 环 状 分 子 ; 可 以 是 单 环 双 环 和 多 环 化 合 物 ( 二 ) 类 固 醇 类 固 醇 广 泛 分 布 于 生 物 界, 其 功 能 多 样, 作 为 激 素, 起 到 某 种 代 谢 调 节 作 用 类 固 醇 中 固 醇 类 占 相 当 大 的 比 例 1. 类 固 醇 的 结 构 特 点 类 固 醇 也 称 甾 类 (steroid), 以 环 戊 烷 多 氢 菲 为 基 础 其 结 构 特 点 是 :(1) 甾 核 的 C3 上 常 为 羟 基 或 酮 基 ;(2)C17 上 可 以 是 羟 基 酮 基 或 其 他 各 种 形 式 的 侧 链 ;(3)C4-C5 和 C5-C6 之 间 常 是 双 键 ;(4)A 环 在 某 些 化 合 物 中 是 苯 环, 如 雌 酮, 这 类 类 固 醇 无 C19- 角 甲 基 2. 类 型 (1) 动 物 固 醇 : 多 以 酯 的 形 式 存 在 胆 固 醇 (cholesterol, 胆 甾 醇 ) 是 脊 椎 动 物 细 胞 的 重 要 成 分, 在 脑 肝 肾 和 蛋 黄 中 含 量 很 高, 它 是 最 常 见 的 一 种 动 物 固 醇 胆 固 醇 是 个 两 亲 分 子, 但 它 的 极 性 头 部 (C3 上 的 羟 基 ) 弱 小, 而 非 极 性 部 分 ( 甾 核 和 C17 上 的 烷 烃 侧 链 ) 大 而 刚 性 此 两 亲 性 使 胆 固 醇 对 膜 中 脂 类 的 物 理 状 态 具 有 调 节 作 用 (2) 植 物 固 醇 (3) 酵 母 固 醇 3. 类 固 醇 衍 生 物 胆 汁 酸 在 胆 汁 中 合 成, 人 胆 汁 中 由 三 种 不 同 的 胆 酸, 即 胆 酸 脱 氧 胆 酸 鹅 脱 氧 胆 酸 胆 汁 酸 的 生 物 学 功 能 : 乳 化 剂, 降 低 水 和 有 的 表 面 张 力, 使 肠 腔 内 的 油 脂 乳 化 成 微 粒, 以 增 加 油 脂 与 消 化 液 中 的 脂 肪 酶 的 接 触 面 积, 便 于 油 脂 肪 消 化 吸 收 ⒋ 前 列 腺 素 前 列 腺 素 是 一 类 脂 肪 酸 的 衍 生 物, 是 花 生 四 烯 酸 以 及 其 他 不 饱 和 脂 肪 酸 的 衍 生 物 它 在 前 列 腺 体 的 分 泌 物 中 检 测 出 来 的, 故 名 前 列 腺 素 前 列 腺 素 是 具 有 五 元 环 和 20 个 碳 原 子 的 脂 肪 酸, 前 列 腺 素 主 要 有 :PGA,PGB,PGD,PGE,PGF,PGH 以 及 PGI 其 主 要 生 理 功 能 为 平 滑 肌 收 缩, 血 液 供 应, 神 经 传 递, 发 炎 反 应 的 发 生, 电 解 质 出 钠 和 血 液 凝 结 等 七 结 合 脂 类 ( 一 ) 糖 脂 一 个 或 多 个 单 糖 残 基 与 脂 类 部 分 单 脂 酰 或 二 脂 酰 甘 油, 如 鞘 氨 醇 长 链 上 的 碱 基 或 神 经 酰 胺 上 的 氨 基 以 糖 苷 键 相 连 所 形 成 的 化 合 物, 称 为 糖 脂 常 见 的 有 脑 苷 脂 神 经 节 苷 脂 ( 二 ) 脂 蛋 白 类 14

15 1. 核 蛋 白 类 : 代 表 是 凝 血 因 子 致 活 酶, 脂 类 占 40-50%, 核 酸 18% 2. 磷 蛋 白 类 (phosphoproteins): 卵 黄 中 的 磷 脂 蛋 白, 含 脂 类 18% 3. 单 纯 蛋 白 类 (simple proteins): 主 要 有 血 浆 脂 蛋 白 和 脑 蛋 白 (1) 血 浆 脂 蛋 白 :VLDL LDL HDL VHDL 以 及 乳 糜 微 粒 等 VLDL IDL LDL HDL (2) 脑 蛋 白 质 15

16 第 三 章 蛋 白 质 化 学 教 学 目 的 1. 了 解 蛋 白 质 对 生 物 体 的 重 要 意 义 2. 了 解 蛋 白 质 的 分 类, 掌 握 蛋 白 质 元 素 组 成 的 特 点 3. 掌 握 蛋 白 质 的 基 本 构 成 单 体 : 氨 基 酸 的 结 构 特 点, 从 各 氨 基 酸 的 结 构 特 点 上 理 解 氨 基 酸 的 分 类 4. 掌 握 氨 基 酸 的 理 化 性 质, 重 点 掌 握 两 性 电 离 与 等 电 点 含 义 茚 三 酮 反 应 及 其 应 用 5. 掌 握 蛋 白 质 一 级 结 构 的 概 念 ; 了 解 蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定 方 法 与 思 路, 学 会 分 析 简 单 多 肽 的 氨 基 酸 顺 序 6. 理 解 并 掌 握 蛋 白 质 二 级 结 构 的 概 念 ; 二 级 结 构 的 基 本 类 型 :α 螺 旋 及 β 折 叠 的 结 构 特 点 ; 了 解 几 种 常 见 纤 维 状 蛋 白 质 的 结 构 特 性 ; 了 解 超 二 级 结 构 及 结 构 域 的 概 念 7. 了 解 蛋 白 质 三 级 结 构 四 级 结 构 的 概 念 及 稳 定 因 素 8. 充 分 理 解 蛋 白 质 结 构 与 功 能 的 关 系 ; 从 核 糖 核 酸 酶 的 变 性 与 复 性 实 验 理 解 一 级 结 构 与 空 间 结 构 的 关 系 ; 以 细 胞 色 素 C 等 为 例 充 分 理 解 一 级 结 构 与 蛋 白 质 生 物 学 功 能 的 关 系 ; 从 血 红 蛋 白 与 肌 红 蛋 白 的 结 构 特 性 理 解 蛋 白 质 空 间 结 构 与 生 物 学 功 能 的 关 系 9. 掌 握 蛋 白 质 的 理 化 性 质 : 胶 体 性 质 两 性 电 离 与 等 电 点 沉 淀 作 用 变 性 作 用 以 及 这 些 性 质 的 生 理 意 义 及 实 践 意 义 10. 了 解 蛋 白 质 分 离 提 纯 的 常 用 方 法 及 基 本 原 理 重 点 和 难 点 1. 蛋 白 质 的 基 本 构 成 单 体 : 氨 基 酸 的 结 构 特 点 2. 氨 基 酸 的 理 化 性 质, 两 性 电 离 与 等 电 点 含 义 茚 三 酮 反 应 及 其 应 用 3. 蛋 白 质 一 级 结 构 的 概 念 ; 蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定 方 法 与 思 路, 分 析 简 单 多 肽 的 氨 基 酸 顺 序 的 方 法 4. 蛋 白 质 二 级 结 构 的 概 念 5. 二 级 结 构 的 基 本 类 型 :α 螺 旋 及 β 折 叠 的 结 构 特 点 6. 超 二 级 结 构 及 结 构 域 的 概 念 7. 肌 红 蛋 白 和 血 红 蛋 白 的 结 构 与 功 能 8. 蛋 白 质 的 两 性 电 离 胶 体 变 性 沉 淀 凝 固 紫 外 吸 收 的 性 质 9. 蛋 白 质 的 茚 三 酮 和 双 缩 脲 反 应 原 理 教 学 内 容 第 一 节 蛋 白 质 的 概 念 组 成 分 类 及 生 物 学 意 义 一 蛋 白 质 的 概 念 我 们 常 见 的 豆 腐 是 植 物 蛋 白, 蛋 清 是 蛋 白 质, 瘦 肉 也 是 非 曲 直 蛋 白 质 如 果 给 蛋 白 质 下 个 定 义, 可 以 这 样 说 ; 蛋 白 质 是 由 许 多 氨 基 酸 连 接 而 成 的 高 分 子 有 机 物 质 它 的 分 子 量 很 大, 在 几 千 至 几 万, 结 构 很 复 杂 它 可 以 被 酸 碱 或 酶 催 化 而 水 解, 水 解 的 最 终 产 物 是 氨 基 酸 蛋 白 质 的 组 成 1 元 素 组 成 : 大 多 数 蛋 白 质 的 元 素 组 成 很 近 似, 都 含 有 C(50-55%)H(6-8%)O (20-23%)N(15-18%)S0-4%) 有 的 还 含 有 P Fe Cu Mo Zn I 等 其 中 N 的 含 量 在 各 种 蛋 白 质 中 都 比 较 接 近 平 均 为 16%, 因 此 可 由 测 定 生 物 样 品 中 氮 的 含 量, 粗 略 地 计 算 出 其 中 的 蛋 白 质 含 量,(1g 氮 =6.25 克 蛋 白 质 ) 16

17 2 分 子 组 成 :α- 氨 基 酸 (20 种 L 型 ) 蛋 白 质 的 分 类 蛋 白 质 根 据 分 子 形 状 可 分 为 : 球 状 蛋 白 质 : 外 形 近 似 球, 溶 解 度 大, 大 多 数 蛋 白 质 属 于 这 一 类 纤 维 状 蛋 白 质 : 分 子 呈 纤 维 状 可 溶 性 纤 维 状 蛋 白 质 如 肌 球 蛋 白 血 纤 维 蛋 白 原 不 溶 性 纤 维 状 蛋 白 质 如 胶 原 角 蛋 白 丝 心 蛋 白 弹 性 蛋 白 蛋 白 质 根 据 分 子 的 组 成 可 分 为 : 简 单 蛋 白 质 : 只 由 α- 氨 基 酸 组 成 结 合 蛋 白 质 : 除 了 蛋 白 质 部 分 外 还 有 非 蛋 白 质 成 分, 这 些 成 分 通 常 称 为 辅 基 简 单 蛋 白 质 简 单 蛋 白 质 根 据 溶 解 度 等 理 化 性 质 分 为 七 类, 看 P33 表 1 9 结 合 蛋 白 质 结 合 蛋 白 质 根 据 辅 基 不 同 可 分 为 七 类 核 蛋 白 : 辅 基 是 核 酸 如 核 糖 体 就 是 由 核 工 业 糖 核 酸 和 蛋 白 持 组 成 的 核 蛋 白, 烟 花 叶 病 毒 也 是 核 蛋 白 糖 蛋 白 ( 包 括 蛋 白 聚 糖 ): 辅 基 是 糖 或 糖 的 衍 生 物, 与 蛋 白 质 以 其 价 键 连 接 一 般 将 糖 果 的 含 量 小 于 蛋 白 质 的 叫 糖 蛋 白, 而 将 糖 的 含 量 大 于 蛋 白 质 的 叫 蛋 白 聚 糖, 如 卵 清 蛋 白,r- 球 蛋 白 脂 蛋 白 : 与 脂 质 结 合 的 蛋 白 质 脂 质 成 分 有 磷 脂, 固 醇 中 性 脂 等 如 血 浆 脂 蛋 白, 卵 黄 球 蛋 白 等 色 蛋 白 : 与 色 素 相 结 合 的 蛋 白 质 色 蛋 白 种 类 很 多, 其 中 以 含 卟 啉 类 的 色 蛋 白 最 为 重 要, 如 血 红 蛋 白 就 是 由 珠 蛋 白 和 血 经 素 组 成 的 血 红 素 说 是 铁 卟 啉 组 成 的 含 镁 的 有 叶 绿 蛋 白, 含 铜 的 有 血 蓝 蛋 白 磷 蛋 白 : 蛋 白 质 和 磷 酸 相 结 合, 磷 酸 基 通 过 酯 键 与 蛋 白 质 中 的 Ser 或 Thr 残 基 侧 链 的 羟 基 相 连 如 胃 蛋 白 酶 ; 乳 中 酷 蛋 白, 卵 黄 中 的 卵 黄 磷 蛋 白 黄 素 蛋 白 : 辅 基 为 FAD 如 琥 珀 酸 脱 氢 酶 等 金 属 蛋 白 : 与 金 属 直 接 结 合 的 蛋 白 质 如 铁 蛋 白 含 Fe I 醇 脱 氢 酶 含 Zn, 黄 嘌 呤 氧 化 酶 含 M0 和 Fe 蛋 白 质 的 生 物 学 意 义 生 命 是 物 质 运 动 的 高 级 形 式, 而 这 种 运 动 形 式 是 通 过 蛋 白 质 来 实 现 的 因 此, 蛋 白 质 有 着 极 其 重 要 的 生 物 学 意 义 蛋 白 质 是 生 物 体 的 结 构 成 分 如 原 生 质 质 膜 毛 发 批 甲 啼 角 等 都 是 由 蛋 白 质 组 成 的 (2) 酶 是 蛋 白 质, 催 化 体 内 各 种 代 谢 反 应 的 进 行 (3) 是 生 物 的 一 促 贮 藏 物 质 如 卵 清 蛋 白, 乳 中 的 酪 蛋 白, 小 麦 种 子 中 的 麦 醇, 溶 蛋 白 等 用 作 有 机 体 及 其 胚 胎 或 幼 体 生 长 发 育 的 原 料 (4) 是 运 输 物 质 的 载 体 : 如 血 红 蛋 白 运 载 氧, 血 液 脂 蛋 白 运 载 脂 质, 色 蛋 白 中 的 Cytc 传 递 电 子 (5) 有 些 运 动 功 能 : 如 肌 肉 收 缩 是 肌 纤 维 的 肌 球 蛋 白 和 肌 动 蛋 白 的 相 对 滑 动 完 成 的, 还 有 细 菌 鞭 毛 的 运 动 (6) 免 疫 球 蛋 白 即 抗 体 产 生 免 疫 反 应 (7) 是 细 胞 信 息 的 接 受 和 传 递 的 受 体 如 接 受 各 种 激 素 的 受 体 蛋 白, 接 受 外 界 刺 激 的 感 觉 蛋 白 如 视 蛋 白 如 视 网 膜 上 的 视 色 素, 味 觉 蛋 白 (8) 调 节 和 控 制 细 胞 的 生 长 分 化 和 遗 传 信 息 的 表 达, 细 胞 膜 的 通 透 性, 以 及 高 等 17

18 动 物 的 记 忆 和 思 维 等 蛋 白 质 的 基 本 结 构 单 位 ---- 氨 基 酸 化 学 一 氨 基 酸 的 化 学 结 构 现 在 已 经 证 明 蛋 白 质 是 由 20 种 氨 基 酸 组 成 的, 除 Pro 外 都 是 α-- 氨 基 酸 α-- 氨 基 酸 的 结 构 通 式 可 以 这 样 表 示 从 结 构 通 式 可 以 看 出, 除 R 为 H 原 子 ( 即 Gly) 外 所 有 的 α-- 氨 基 酸 的 α 碳 原 子 都 是 手 征 性 碳 原 子, 因 此,α-- 氨 基 酸 都 具 有 旋 光 性, 也 就 有 两 种 不 同 的 构 型, 即 L 型 D 型 天 然 蛋 白 质 中 的 氨 基 酸 均 为 L 型, 但 生 物 体 内 存 在 D 型 氨 基 酸 二 氨 基 酸 的 分 类 蛋 白 质 是 由 20 种 氨 基 酸 组 成 的, 但 从 生 物 体 内 发 现 的 氨 基 酸 已 有 180 多 种 先 看 组 成 蛋 白 质 的 20 种 氨,P7 表 1 2 这 20 种 氨 基 酸 根 据 侧 链 R 基 的 化 学 结 构 可 将 它 们 分 为 四 大 类 脂 肪 族 氨 基 酸 (15 种 ):Ser Thr Asn Gls Asp Gln Lys Arg Gly Ala Val Leu Jle met 芳 香 族 氨 基 酸 (2 种 ):Phe Tyr 杂 环 氨 基 酸 (2 种 ):His Trp 杂 环 亚 氨 基 酸 (1 种 ):Pro 按 侧 链 基 的 极 性 可 将 氨 基 酸 分 为 两 大 类 1 非 极 性 氨 基 酸 (9 种 ):Gly Ala Val Len Ile phe Met Pro Typ 2 极 性 氨 基 酸 ( 根 据 它 们 在 Ph6-7 范 围 内 是 否 带 电 ) 极 性 不 带 电 荷 ( 中 性 )6 种 :Ser Thr Asn Gln Tyr Cys 极 性 带 负 电 荷 ( 酸 性 )2 种 :Asp Glu 极 性 带 正 电 荷 ( 碱 性 )3 种 :His Lys Arg 三 氨 基 酸 的 重 要 理 化 性 质 ( 一 ) 一 般 物 理 性 质 α- 氨 基 酸 为 无 色 晶 体, 熔 点 一 般 在 200 以 上 一 般 都 能 溶 于 水, 但 溶 解 度 差 别 很 大, 胱 AA Tyr Asp Glu 的 溶 解 度 很 小,Arg 和 Lys 溶 解 度 很 大 能 溶 于 稀 酸 或 稀 碱 中 但 不 溶 于 有 机 溶 剂 ( 除 Pro) ( 二 ) 化 学 性 质 1 两 性 解 离 与 等 电 点 两 性 解 离 : 氨 基 酸 分 子 中 的 羧 基 可 进 行 酸 解 离 而 释 放 出 质 子, 而 可 接 受 酸 解 离 的 质 子, 这 种 分 子 既 能 酸 解 离 又 能 碱 解 离 叫 两 性 解 离 2 两 性 离 子 : 氨 基 酸 发 生 酸 碱 解 离 后, 羧 基 带 负 电 荷, 带 正 电 荷, 这 种 既 带 正 电 荷 又 带 负 电 荷 的 离 子 叫 两 性 离 子 3 通 过 实 验 证 明 : 氨 基 酸 不 论 在 晶 体 状 态 还 是 在 水 溶 液 中 都 是 以 两 性 离 子 的 形 式 存 在 两 性 离 子 的 氨 基 酸 溶 解 于 水 时, 正 负 离 子 都 可 解 离, 但 解 离 主 与 溶 液 的 PH 有 关, 向 AA 溶 液 中 加 酸,--Coo 接 受 质 子, 成 为 正 离 子, 在 电 场 中 向 阴 极 移 动, 加 入 碱 时, 正 离 子 解 离 放 出 质 子 ( 与 OH - 结 合 成 H 2 O) 在 电 场 中 向 阳 极 移 动 当 调 节 氨 基 酸 溶 液 的 PH, 使 AA 分 子 上 的 NH 3 基 和 -Coo 基 的 解 离 度 完 全 相 等 时, 即 AA 所 带 净 电 荷 为 零, 在 电 场 中 既 不 向 阴 极 移 动 又 不 向 阳 极 移 动, 此 时 氨 基 酸 溶 液 的 PH 称 为 氨 基 酸 的 等 电 点, 以 PI 表 示 上 述 情 况 如 下 式 表 示 : 两 重 点 : 在 AA 溶 液 中 加 酸 或 碱 调 节 PH 使 AA 以 两 性 离 子 形 式 存 在 并 使 净 电 荷 为 零, 这 时 在 外 加 电 场 作 用 不 既 不 向 阴 极 移 动 也 不 向 阳 极 移 动, 此 时 溶 液 的 PH 叫 等 电 点 18

19 各 种 氨 基 酸 的 等 电 点 如 P7 表 1 3 每 一 种 氨 基 酸 都 有 它 特 定 的 等 电 点 等 电 点 可 以 通 过 解 离 常 数 来 计 算 下 面 分 别 以 Ala 代 表 中 性 AA Asp 代 表 酸 性 AA,Lys 代 表 碱 性 AA 来 介 绍 从 PI 的 方 法 丙 氨 基 酸 Ala 氨 基 酸 完 全 质 子 化 时, 可 以 看 成 是 多 元 酸, 侧 链 不 解 离 的 中 性 AA 可 看 作 是 二 元 酸, 酸 性 AA 和 碱 性 AA 可 视 为 三 元 酸 中 性 的 丙 氨 基 酸 的 解 离 情 况 如 下 : 天 冬 氨 酸 Asp Asp 是 酸 性 氨 基 酸, 它 的 侧 链 上 有 解 基 团, 它 的 解 离 情 况 如 下 : 等 电 点 时,Asp 主 要 以 两 性 离 子 Asp + 存 在 [Asp + ] 和 [Asp - ] 很 少 且 相 等 Asp 2- 量 可 忽 略, 因 此 : 赖 氨 基 酸 Lys Lys 的 解 离 情 况 如 下 : A Lys 2+ 的 影 响 极 小,Lys + 是 等 电 点 PH 时 的 主 要 形 式, 所 以 氨 基 酸 名 称 Pk 1 (α-cooh) Pk 2 Pk 3 pi Gly Ala Val Leu Ile Ser Thr Cys(30 ) (SH) 10.28(α-NH 3 + ) 5.07 胱 AA(30 ) (COO) 7.48 和 Met Asp (β-COO - ) 9.60(α-NH 3 + ) 2.77 Glu (γ-COO - ) 9.67(α-NH 3 + ) 3.22 Asn Gln Lys (α-NH 3 + ) 10.53(α-NH 3 + ) 9.74 Ary (α-NH 3 + ) 12.48( 胍 基 ) Phe Tyr (α-NH 3 + ) 10.07(OH) 5.66 Trp His ( 咪 唑 基 ) 9.17(α-NH 3 + ) 7.59 Pro Hyr α- 氨 基 参 与 的 化 学 反 应 (1) 与 亚 硝 酸 的 反 应 含 游 离 α- 氨 基 的 氨 基 酸, 在 室 温 下 能 与 亚 硝 酸 反 应 生 成 羟 酸 和 氮 气 所 生 成 的 N 2, 一 半 来 自 氨 基 酸 分 子 上 的 α- 氨 基 氮, 一 半 来 自 亚 硝 酸 的 氮, 故 在 一 定 条 件 下 测 定 氮 气 的 体 积 即 可 计 算 出 氨 基 酸 的 量 这 是 范 斯 莱 克 法 测 定 氨 基 酸 氮 的 原 理 此 法 可 用 于 测 定 蛋 白 质 的 水 解 程 度 因 为 亚 硝 酸 只 能 与 游 离 氨 基 起 作 用, 蛋 白 质 虽 然 是 由 许 多 AA 组 成 的, 但 绝 大 部 分 氨 基 与 羧 基 形 成 肽 键, 在 蛋 白 质 水 解 过 程 中, 每 切 断 19

20 一 个 肽 键 就 释 放 一 个 氨 基, 随 着 蛋 白 质 水 解 的 进 行, 释 放 的 氨 基 越 多, 与 亚 硝 酸 反 应 产 生 的 氮 量 越 多, 在 水 解 过 程 中, 蛋 白 质 的 总 氮 量 不 变, 而 氨 基 氮 不 断 上 升, 因 此 可 用 氨 基 氮 和 总 蛋 氮 的 比 例 表 示 蛋 白 质 的 水 解 程 度 此 外 应 该 指 出, 除 α-nh2 外,Lys 的 ε- NH NH2 也 能 与 HNO2 反 应 但 速 度 较 慢 含 亚 氨 基 的 Pro 则 不 能 与 亚 硝 酸 反 应 (2) 与 甲 醛 的 反 应 由 于 AA 分 子 在 溶 液 中 主 要 以 两 性 离 子 的 形 式 存 在, 故 不 能 用 酸 碱 直 接 滴 定 其 含 量 这 是 因 为 AA 酸 碱 滴 定 的 等 当 点 PH 过 高 (12-13) 或 过 低 (1-2), 没 有 适 当 的 指 示 剂 可 选 用 但 是 向 AA 溶 液 中 加 入 过 量 甲 醛 就 可 用 酚 酞 作 指 示 剂 用 NaOH 来 滴 定 其 原 因 是 这 样 : 氨 基 酸 在 溶 液 中 存 在 如 下 平 衡 : 加 入 甲 醛 后 AA 的 氨 基 可 与 甲 醛 反 应 生 成 羟 甲 基 氨 基 酸 和 二 羟 甲 基 氨 基 酸, 使 平 衡 向 右 移 动, 促 使 AA 分 子 上 的 -NH + 3 基 解 离 释 放 H +, 从 而 使 溶 液 酸 性 增 加,PH 降 低 就 可 用 酚 酞 作 指 示 剂 有 NaOH 来 滴 定 由 滴 定 所 用 的 NaoH 量 就 可 以 计 算 出 AA 的 含 量 这 就 是 AA 的 甲 醛 滴 定 法 的 原 理 用 此 法 也 可 大 体 判 断 蛋 白 质 水 解 或 合 成 的 进 度 (3) 与 2,4 一 二 硝 基 氟 苯 的 反 应 氨 基 酸 的 α- 氨 基, 在 弱 碱 性 溶 液 中, 很 容 易 与 2,4 一 二 硝 基 氟 苯 (DNFB) 反 应, 生 成 黄 色 的 2,4 一 二 硝 基 酸 ( 简 易 DNP 氨 基 酸 ) 多 酞 或 蛋 白 质 N- 末 端 氨 基 酸 的 α- 氨 基 也 能 与 DNFB 反 应, 生 成 DNP 多 肽 或 DNP 蛋 白 质 当 DNP 多 肽 或 DNP 蛋 白 质 用 酸 水 解 时, 所 有 的 肽 键 被 切 开, 只 有 DNP 基 仍 连 在 N 末 端 氨 基 酸 上, 形 成 黄 色 的 DNP 氨 基 酸 利 用 DNP 氨 基 酸 在 有 机 溶 剂 中 的 溶 解 度 与 其 他 氨 基 酸 不 同, 可 以 用 乙 醚 把 DNP 氨 基 酸 抽 提 出 来, 从 而 与 其 他 氨 基 酸 分 开 所 得 DNP 氨 基 酸 径 纸 层 析, 从 纸 层 析 图 谱 上 黄 色 斑 点 的 位 置 可 鉴 定 N 末 端 AA 的 种 类 当 初 英 国 的 Sanger 等 人 就 是 应 用 这 一 方 法 测 定 了 胰 岛 素 的 一 级 结 构 现 在 仍 然 是 蛋 白 质 末 端 AA 测 定 的 方 法 之 一 近 年 来 使 用 5-= 甲 氨 基 柰 -1- 磺 酰 氯 代 替 DNFB 测 定 蛋 白 质 N 末 端 氨 基 酸, 由 于 产 生 的 5-= 甲 氨 基 柰 -1- 磺 酰 氨 基 酸 有 强 烈 的 荧 光, 可 用 荧 光 光 度 计 快 速 检 出, 灵 敏 度 高, 只 需 微 量 蛋 白 质 样 品 就 可 以 测 定 其 N- 末 端 与 异 硫 氰 酸 苯 酯 的 反 应 氨 基 酸 中 的 α- 氨 基 在 弱 碱 性 条 件 下 与 硫 氰 酸 苯 酯 (PITC) 反 应, 生 成 苯 氨 基 硫 甲 酰 氨 基 酸 ( 简 称 PTC- 氨 基 酸 ), 在 无 水 弱 酸 中,PTC 氨 基 酸 即 环 化 变 为 苯 乙 内 酰 硫 脲 (PTH) 衍 生 物,(PTH 氨 基 酸 ), 后 者 在 酸 中 极 稳 定 蛋 白 质 多 肽 链 N 末 端 氨 基 酸 的 α- 氨 基 也 可 以 与 PITC 反 应 生 成 PTC 蛋 白 质, 在 酸 性 溶 液 中 它 就 释 放 末 端 的 PTH 氨 基 酸 和 比 原 来 少 一 个 AA 残 基 的 多 肽 链 所 得 的 PTH 氨 基 酸 径 乙 酸 乙 酯 抽 提 后, 用 层 析 法 进 行 鉴 定, 就 可 确 定 出 肽 链 N 末 端 的 氨 基 酸 种 类 剩 余 的 肽 链 可 以 重 复 应 用 这 个 方 法 测 定 其 N 端 的 第 二 三 的 AA 种 类 这 样 就 可 确 定 出 多 肽 链 的 AA 顺 序 P Edman 首 先 应 用 这 个 方 法 测 定 多 肽 链 或 蛋 白 质 的 N- 末 端 氨 基 酸 目 前 根 据 此 原 理, 设 计 出 多 肽 顺 序 自 动 分 析 仪 进 行 自 动 测 定, 一 次 可 连 续 测 出 60 个 以 上 下 班 的 AA 顺 序 4 α- 氨 基 与 α- 羧 基 共 同 参 与 的 反 应 茚 三 酮 反 应 即 当 α- 氨 基 酸 在 弱 酸 性 溶 液 中 与 茚 三 酮 一 起 加 热 就 会 生 成 蓝 紫 外 线 的 化 合 物 其 反 应 如 下 : α- 氨 基 酸 与 水 合 茚 三 酮 一 起 加 热, 经 氧 化 脱 氨 变 成 相 应 的 酮 酸, 酮 酸 进 一 步 脱 变 成 醛, 水 合 茚 三 酮 成 还 原 型 茚 三 酮 在 弱 酸 性 溶 液 中, 还 原 型 茚 三 酮, 氨 和 另 一 分 子 的 水 合 茚 三 酮 反 应, 缩 合 成 兰 紫 色 的 物 质 吸 收 光 谱 峰 在 570nm, 可 用 比 色 法 在 570nm 测 定 其 含 量 此 反 应 非 常 灵 敏,Nwh 微 克 的 AA 就 能 显 色, 故 在 纸 层 析 离 子 交 换 层 析 和 电 泳 等 方 法 分 离 AA 20

21 时, 常 用 茚 三 酮 作 显 色 剂, 以 定 性 和 定 量 地 测 定 AA 同 时 反 应 中 生 成 CO2, 故 也 可 用 气 体 分 析 法 定 量 测 定 AA 多 肽 和 蛋 白 质 与 茚 三 酮 也 有 反 应, 但 肽 越 大, 灵 敏 度 就 越 差 水 合 茚 三 酮 与 两 个 亚 氨 基 酸 -Pr0 HO-PrO 反 应 不 释 放 NH3, 直 接 生 成 黄 色 化 合 物 : 其 最 大 吸 收 波 长 为 440nm 因 此 可 在 此 波 长 测 定 PrO 的 含 量 氨 基 酸 的 分 离 分 析 分 离 分 析 氨 基 酸 的 方 法 很 多, 其 基 本 的 分 离 分 析 方 法 有 两 种 ( 一 ) 分 配 层 析 法 分 配 层 析 法 是 根 据 不 同 物 质 在 两 种 互 不 相 溶 的 溶 剂 中 的 分 配 系 数 不 同 来 分 离 的 方 法 分 配 系 数 α: 当 一 种 溶 质 在 两 种 一 定 的 互 不 相 溶 的 溶 剂 中 分 配 时, 在 一 定 温 度 下 达 到 平 衡 后, 溶 质 在 两 相 中 的 深 度 的 比 值 为 一 常 数 称 为 分 配 系 数 这 两 相 一 相 称 为 固 定 相 一 相 称 的 流 动 相 则 α= 溶 质 在 固 定 相 中 的 深 度 CS 即 一 种 物 质 在 某 种 溶 剂 系 统 中 的 分 配 系 数 在 一 定 的 温 度 下 是 一 个 常 数 在 分 配 层 析 中, 固 定 相 通 常 是 极 性 溶 剂 ( 如 水 甲 醇 稀 H2SO4) 并 且 结 合 在 固 定 的 惰 性 支 持 物 ( 剂 ) 上 ( 如 淀 粉 纤 维 素 粉 滤 纸 等 吸 附 力 小, 反 应 性 弱 的 惰 性 物 质 ), 流 动 相 则 为 流 动 的 非 极 性 有 机 溶 剂, 当 它 流 过 固 定 相 对 时, 混 合 物 中 各 组 分 在 两 相 中 的 分 配 系 数 不 同 而 被 分 离 支 持 物 在 分 配 层 析 中 只 起 支 持 固 定 相 的 作 用, 根 据 其 使 用 方 式 的 不 同, 分 配 层 析 法 包 括 纸 层 析, 柱 层 析 和 薄 层 析 三 种 1 分 配 柱 层 析 层 析 柱 中 的 支 持 剂 是 一 些 具 有 亲 水 性 的 不 溶 物 质, 如 纤 维 素 淀 粉 硅 胶 等 支 持 剂 吸 附 着 一 层 不 会 流 动 的 结 合 水, 可 以 看 作 是 固 定 相, 沿 固 定 相 流 过 的 与 它 不 互 溶 的 溶 剂 ( 如 苯 酚 正 丁 醇 等 ) 是 流 动 相 当 有 洗 脱 液 法 脱 时, 即 流 动 相 移 动 时, 加 在 柱 上 端 的 AA 混 合 物 样 品 在 两 相 之 间 将 发 生 分 配, 混 合 物 中 具 有 不 同 分 配 系 数 的 各 种 成 分 沿 柱 以 不 同 的 速 度 向 下 移 动 分 部 收 集 下 端 的 洗 出 液 收 集 的 组 分 分 别 用 茚 三 酮 显 色 定 量 以 氨 量 对 洗 出 液 体 积 作 图, 得 洗 脱 曲 线 曲 线 中 的 每 个 峰 相 当 于 某 一 种 氨 基 酸 2 薄 层 层 析 薄 层 层 析 是 把 支 持 剂 涂 布 在 玻 璃 板 上 使 成 一 个 均 匀 的 薄 层, 把 要 分 析 的 样 品 滴 加 在 薄 层 的 一 端, 然 后 用 合 适 的 溶 剂 在 密 闭 的 容 器 中 进 行 展 层 使 样 品 中 各 成 分 分 离 出 来, 最 后 进 行 鉴 定 和 定 量 测 定 薄 层 层 析 分 辨 率 高, 所 需 样 品 量 少, 层 析 速 度 快, 可 使 用 的 支 持 剂 种 类 多 如 纤 维 素 粉, 硅 胶 和 氧 化 铝 等 3 纸 层 析 纸 层 析 是 以 滤 纸 为 支 持 剂, 滤 纸 纤 维 素 上 吸 附 的 水 是 固 定 相, 展 层 用 的 溶 剂 是 流 动 相 层 析 时, 混 合 AA 在 这 两 相 中 分 配, 使 它 们 分 布 在 滤 纸 的 不 同 位 置 上 具 体 方 法 是 ; 1 选 择 滤 纸 ( 如 新 华 1 号 ) 将 它 剪 成 长 长 方 形 ( 如 24*28Cm 14*22Cm 28*28Cm), 然 后 距 纸 一 端 2Cm 处 划 一 条 线, 在 线 上 每 隔 2-3Cm, 画 一 小 点 作 为 点 样 点 2 点 样 : 用 毛 细 管 吸 取 AA 混 合 液 点 在 点 样 点 处, 可 以 点 2-3 次, 但 每 点 一 次 都 要 用 吹 风 机 吹 干 后 方 能 点 第 二 次, 每 点 直 径 不 得 超 过 0.5Cm 3 展 层 : 将 滤 纸 卷 成 圆 筒 形, 有 线 缝 好, 竖 立 在 层 析 中 的 培 养 皿 中, 原 点 在 下 端 培 养 皿 旁 放 一 小 烧 杯, 内 盛 大 平 衡 用 的 溶 剂, 盖 好 层 析 缸 盖, 平 衡 2 小 时 后, 打 开 盖 子 上 的 塞 子, 用 长 颈 漏 斗 加 入 展 层 剂, 取 出 漏 斗, 加 上 塞 子 当 展 层 剂 至 距 滤 纸 上 沿 约 1Cm 时, 取 出 滤 纸 立 即 用 铅 笔 标 出 溶 剂 前 沿 位 置, 晾 干 滤 纸 4 显 色 : 用 喷 雾 器 均 匀 喷 上 茚 三 酮 显 色 然 后 用 吹 风 机 吹 干 或 烘 干 5 计 算 Rf 值 Rf 值 是 Rf= 原 点 至 斑 点 中 心 的 距 离 X 原 点 至 溶 剂 前 沿 的 距 离 Y 21

22 称 为 比 移 值 或 迁 移 率 0<Rf<1 它 反 映 AA 在 滤 纸 上 移 动 的 速 度 每 一 种 AA 在 一 定 的 溶 剂 将 系 统 中 有 它 特 点 的 Rf 值 因 此 根 据 Rf 值 可 以 鉴 定 各 种 AA 也 可 用 书 籍 标 准 样 品 同 时 作 层 析 对 照 Rf 值 的 大 小 与 AA 侧 链 的 极 性 有 关,R 的 极 性 越 大, 分 配 系 数 α 越 大,Rf 值 越 小 如 果 各 种 AA 的 Rf 值 相 差 在 0.02 以 上 就 可 用 上 述 单 向 层 法 进 行 分 离 如 果 混 合 物 中 所 含 的 氨 基 酸 种 类 比 较 多,Rf 相 差 较 小 就 要 进 行 双 向 层 析 法 双 向 层 析 法 是 将 氨 基 酸 混 合 物 点 在 滤 纸 的 一 个 角 上 称 原 点 然 后 在 密 封 的 容 器 中 用 一 个 溶 器 中 用 一 个 溶 剂 系 统 ( 如 丁 醇 一 乙 酸 ) 沿 滤 纸 的 一 个 方 向 进 行 展 层 烘 干 滤 纸 后, 旋 转 90, 再 用 另 一 个 溶 剂 系 统 ( 如 苯 酚 一 甲 一 水 ) 进 行 第 二 向 展 层 由 于 各 种 AA 在 两 个 溶 剂 系 统 中 具 有 不 同 的 Rf 值, 因 此 就 彼 此 分 开, 分 布 在 滤 纸 的 不 同 位 置, 用 茚 三 酮 显 色 得 到 双 向 层 析 谱 分 别 计 算 Rf 值, 根 据 Rf 确 定 AA 的 种 类 如 果 要 进 行 定 量, 可 将 显 色 点 剪 下 洗 脱, 再 进 行 此 色 误 差 在 10% ( 二 ) 离 子 交 换 柱 层 析 法 离 子 交 换 柱 层 析 是 一 种 用 离 子 交 换 树 脂 作 支 持 剂 的 层 析 法 离 子 交 换 树 脂 的 种 类 很 多, 但 都 是 一 类 具 有 酸 性 或 碱 性 基 团 的 人 工 合 成 的 不 溶 性 高 分 子 化 合 物 其 中 聚 苯 乙 烯 一 苯 二 乙 烯 是 一 种 常 用 于 AA 分 离 的 树 脂, 它 是 由 苯 乙 烯 ( 单 体 ) 和 苯 二 乙 烯 ( 交 联 剂 ) 进 行 聚 合 和 交 联 反 应 生 成 的 具 有 网 状 结 构 的 高 聚 物 它 是 离 子 交 换 树 脂 的 基 质, 带 电 基 团 是 通 过 后 来 的 化 学 反 应 引 入 基 质 的 树 脂 一 般 都 制 成 球 队 形 的 颗 粒 阳 离 子 交 换 树 脂 含 有 的 酸 性 基 团 如 -SO3H( 强 酸 型 ) 或 -C00H( 弱 酸 型 ) 可 解 离 出 H +, 当 溶 液 中 含 沙 射 影 有 其 它 阳 离 子 时 例 如 在 酸 性 环 境 中 的 氨 基 酸 阳 离 子, 它 们 可 以 和 H + 发 生 交 换 而 结 合 在 树 脂 上 同 样 阴 离 子 交 换 树 脂 含 有 的 碱 性 基 团 如 -N(CH3)3OH( 强 碱 型 ) 或 -NH30H( 弱 碱 型 ) 可 解 离 出 OH -, 能 各 能 和 溶 液 中 的 阴 离 子 如 碱 性 环 境 中 的 氨 基 酸 阴 离 子 发 性 交 换 而 结 合 在 树 脂 上 分 离 AA 混 合 物 经 常 使 用 强 酸 型 的 阴 离 子 交 换 树 脂 在 交 换 柱 中, 树 脂 先 用 碱 处 理 成 Na 型, 将 氨 基 酸 混 合 液 上 柱 在 PH2-3 时,AA 主 要 以 阳 离 子 的 形 式 存 在, 与 树 脂 上 的 Na 发 生 交 换 而 被 挂 地 树 脂 上 但 是 不 同 的 AA 与 树 脂 结 合 的 半 固 程 度 不 同, 这 首 先 决 定 于 AA 与 阳 离 子 之 间 的 静 电 引 力, 其 次 是 氨 基 酸 与 树 脂 之 间 的 疏 水 相 互 作 用, 因 此 上 AA 与 阳 离 子 树 脂 之 间 的 静 电 吸 引 的 大 小 次 序 是 碱 性 AA> 中 性 AA> 酸 性 AA, 非 极 性 AA> 极 性 AA, 所 以 在 用 不 同 PH 和 离 子 强 度 的 缓 冲 液 ( 逐 步 提 高 PH 和 盐 浓 度 以 降 低 AA 与 树 脂 的 亲 合 力 而 使 各 种 AA 将 以 不 同 速 度 被 洗 脱 下 来 ) 洗 脱 时, 酸 性 AA 和 极 性 较 大 AA 先 被 洗 脱 下 来 接 着 被 洗 脱 下 来 的 是 中 性 和 碱 性 AA: 用 茚 三 酮 显 色, 定 量 然 后 以 氨 基 酸 量 对 洗 脱 液 体 积 作 洗 耳 恭 听 脱 曲 线, 每 一 个 峰 就 是 一 种 AA 利 用 此 原 理 目 前 已 有 全 部 自 动 化 的 AA 分 析 仪 另 外 利 用 分 配 原 理 的 气 相 色 谱 法, 它 是 层 析 系 统 的 流 动 相 为 气 体, 固 定 相 为 涂 在 固 体 表 面 的 液 体, 当 样 品 组 分 在 流 动 的 气 相 和 固 定 在 颗 粒 表 面 的 液 相 中 分 配 时, 分 配 系 数 不 同 而 分 离 此 法 要 用 气 相 色 谱 仪, 还 有 高 压 液 相 色 谱 法, 此 法 溶 剂 系 统 采 取 高 压, 因 此 洗 脱 速 度 快 多 种 类 型 的 柱 层 分 析 都 可 用 高 压 液 相 色 谱 法 如 分 配 层 析, 离 子 交 换 层 析, 吸 附 层 析 以 及 凝 胶 过 滤 第 二 节 肽 一 肽 肽 键 和 肽 链 1 肽 由 两 个 或 两 个 以 上 的 氨 基 酸, 通 过 脱 水 以 酰 胺 键 连 接 而 成 的 化 合 物 称 为 肽 最 简 单 的 肽 由 两 个 氨 基 酸 脱 去 一 分 子 水 组 成 称 为 二 肽 由 三 个 四 个 等 等 氨 基 酸 脱 水 组 成 的 就 称 为 三 肽 四 肽 等 一 般 把 小 于 十 个 氨 基 酸 进 度 组 成 的 肽 称 为 寡 肽, 十 个 以 上 氨 基 酸 残 组 成 的 肽 叫 多 肽 肽 与 蛋 白 质 的 主 要 区 别 在 于 肽 一 般 含 个 或 更 小 的 氨 基 酸 残 基, 不 能 形 成 稳 定 的 高 级 构 象 例 如 由 丙 氨 酸 的 α- 氨 基 缩 合 形 成 的 二 肽 叫 丙 氨 酰 甘 氨 酸 肽 分 子 中 的 氨 基 酸 已 不 是 完 整 的 AA 分 子, 因 此 称 为 氨 基 酸 残 基 22

23 2 肽 键 肽 键 就 是 肽 分 子 的 酰 胺 键 它 是 形 成 肽 或 蛋 白 质 的 共 价 主 键 肽 键 是 单 键 却 具 有 双 键 的 性 质 ( 因 为 上 的 孤 电 子 对 与 相 邻 的 羰 基 碳 之 间 产 生 共 振 作 用, 共 振 在 两 种 形 式 的 肽 键 之 间 发 生, 肽 键 的 实 际 结 构 是 一 种 共 振 杂 化 体 ), 即 C-N 键 不 能 自 由 旋 转, 其 中 H 原 子 和 O 原 子 处 于 C-N 键 的 四 个 原 子 及 它 所 连 接 的 两 个 α- 碳 都 在 一 个 平 面 上 形 成 酰 胺 平 面 结 构 叫 做 肽 平 面 因 此 多 肽 是 由 许 多 肽 平 面 组 成 的 链 状 结 构 就 称 多 肽 链 其 主 链 骨 架 为 NCCNCCNCC-- 与 C-N 肽 键 连 接 的 C-Cα 和 N- Cα 是 单 键 性 质 可 以 自 由 旋 转, 故 多 肽 链 在 空 间 有 许 多 可 能 的 构 象 实 际 上 由 于 肽 键 的 性 质 以 及 氨 基 酸 残 基 侧 链 基 团 的 相 互 影 响, 只 能 是 有 限 个 构 象 3 肽 链 : 由 肽 平 面 组 成 的 链 状 结 构 称 为 肽 链 在 肽 链 中 只 有 两 端 的 AA 残 基 含 有 游 离 的 α- 氨 基 或 α- 羧 基 具 有 游 离 的 α- 氨 基 的 末 端 称 为 氨 基 末 端 ( 或 N 端 ) 具 有 游 离 α-coh 的 末 端 称 为 羧 基 末 端 ( 或 C 端 ) 多 肽 链 AA 顺 序 在 书 写 时 以 氨 基 端 的 AA 残 基 开 始 从 左 向 右 例 如 由 Gly Ala Val 三 残 基 组 成 的 三 肽, 结 构 式 的 书 写 为 : 命 名 为 : 甘 氨 酰 丙 氨 酰 结 页 氨 酸 有 的 肽 为 环 状 结 构, 没 有 末 端 残 基, 如 短 杆 菌 肽 S 它 的 结 构 式 为 : L- 亮 -D- 苯 丙 -L- 脯 - 结 页 - 鸟 鸟 - 结 页 -L- 脯 苯 丙 亮 肽 键 是 多 肽 或 蛋 白 质 分 子 中 的 主 要 共 价 键, 但 还 有 二 硫 键, 它 是 肽 链 中 两 个 CyS 残 基 脱 氨 连 接 而 成 的, 是 肽 链 内 或 肽 链 间 的 主 要 桥 键 二 肽 的 性 质 肽 的 性 质 基 本 上 与 氨 基 酸 相 似, 在 水 溶 液 中 以 偶 极 离 子 存 在, 各 种 肽 也 有 一 定 的 等 电 点 酸 碱 性 主 要 决 定 于 游 离 的 末 端 α-nh2, 游 离 末 端 α-cooh 以 及 R 基 可 以 发 生 与 AA 中 的 相 应 基 团 灯 似 的 反 应 双 缩 脲 反 应 是 肽 和 蛋 白 质 所 恃 有 的, 而 为 AA 所 没 有 的 一 个 颜 色 反 应 双 缩 脲 反 应 后 面 介 绍 肽 分 子 中 α- 羧 基 的 PK1 比 游 离 AA 的 长 一 些,α- 氨 基 的 PK2 少 一 些, 侧 链 基 因 的 PKR 变 化 不 大 三 肽 类 中 几 种 重 要 的 活 性 肽 1 谷 胱 甘 肽 (GSH) 是 存 在 于 动 植 物 各 身 微 生 物 细 胞 中 的 一 种 三 肽, 是 由 Glu Cys GlY 组 成 的, 结 构 式 为 : 分 子 中 有 一 个 特 殊 的 r- 肽 链, 是 由 Glu 的 r COOH 与 Cys-α-NH2 缩 合 而 成 的, 这 与 普 通 的 肽 键 不 同 由 于 含 有 -SH 基, 故 常 以 GSH 表 示 GSH 中 的 -DH 基, 很 容 易 被 氧 化, 两 分 子 的 GSH 脱 去 一 分 子 氢 以 二 硫 键 相 连 成 氧 化 型 的 谷 胱 甘 肽 (GSSG) 因 此 谷 胱 甘 肽 在 生 物 体 内 的 氧 化 还 原 过 程 中 起 重 要 的 作 用 在 AA 吸 收 过 程 中 有 运 输 AA 的 作 用 2 催 产 素 和 加 压 素 都 是 脑 下 垂 体 分 泌 的 多 肽 激 素, 都 是 九 肽, 它 们 的 结 构 见 P16, 它 俩 结 构 十 分 相 似, 分 子 中 都 有 一 个 环 状 结 构, 两 者 仅 在 3.8 位 有 两 个 AA 不 同, 催 产 素 为 Ile Leu 而 加 压 素 Phe Arg 它 们 的 生 理 功 能 不 同 催 产 素 : 促 进 子 宫 乳 腺 平 滑 肌 收 缩, 具 有 催 产 和 使 乳 腺 排 乳 的 作 用 另 外 还 有 促 进 遗 忘 的 功 能 加 压 素 : 促 进 血 管 平 滑 肌 收 缩, 具 有 升 高 血 压 和 抗 利 尿 作 用 另 外 还 参 与 记 忆 过 程, 其 中 环 状 部 分 参 与 记 忆 的 巩 固 过 程, 直 线 部 分 参 与 记 忆 的 恢 复 过 程 3 脑 啡 肽 脑 啡 肽 是 在 高 等 动 物 脑 中 发 现 的 具 有 镇 痛 作 用 的 活 性 肽, 是 五 肽 物 质 从 猪 脑 中 分 离 出 了 两 种 脑 啡 肽, 其 结 构 为 : 甲 硫 氨 酸 型 (met- 脑 啡 肽 ):H.Tyr.Gly.Gly.Phe.met.OH 23

24 亮 氨 酸 型 (leu- 脑 啡 肽 ):H.Tyr.Gly.Gly.Phe.leu.OH 由 于 脑 啡 肽 一 类 物 质 是 高 等 动 物 脑 组 织 中 原 来 就 有 的, 所 以 如 果 能 合 成 出 来, 这 必 然 是 一 类 既 有 镇 痛 作 用 而 又 不 会 象 吗 啡 那 样 例 病 人 上 瘾 的 药 物, 我 国 中 科 院 上 海 生 化 所 于 1982 年 5 月 已 成 功 的 合 成 了 亮 氨 酸 - 脑 啡 肽 第 三 节 蛋 白 质 的 分 子 结 构 实 验 已 经 证 明 蛋 白 质 是 由 各 种 氨 基 酸 通 过 肽 键 连 接 而 成 的 多 肽 链, 再 由 一 条 或 一 条 以 上 的 多 肽 链, 按 各 自 的 特 殊 方 式, 形 成 特 有 的 空 间 结 构, 从 而 成 为 具 有 完 整 生 物 活 性 的 分 子 随 着 肽 链 数 目 氨 基 酸 组 成 及 其 排 列 顺 序 的 不 同, 并 具 有 不 同 的 三 度 空 间 结 构 就 形 成 了 不 同 的 蛋 白 质 人 们 为 了 认 识 的 方 便, 通 常 将 蛋 白 质 分 子 结 构 分 为 一 级 结 构, 二 级 结 构 三 级 结 构 和 四 级 结 构 一 蛋 白 质 的 一 级 结 构 1 概 念 : 蛋 白 质 多 肽 链 中 氨 基 酸 的 种 类 以 及 氨 基 酸 残 基 的 排 列 顺 序, 称 为 蛋 白 质 的 一 级 结 构 2 书 写 : 同 肽 的 书 写 3 一 级 结 构 中 的 化 学 键 a 肽 链 : 它 是 蛋 白 质 一 级 结 构 中 的 主 要 共 价 键 b 二 硫 键 ( 二 硫 桥 ): 它 是 肽 链 内 或 肽 链 间 相 应 部 位 上 半 胱 氨 酸 的 巯 基 脱 氢 连 接 在 一 起 形 成 的 化 学 键 它 决 定 一 级 结 构 进 一 步 发 展 时 的 空 间 结 构, 与 蛋 白 质 分 子 的 稳 定 有 关, 一 般 二 硫 键 越 多, 蛋 白 质 结 构 的 稳 定 性 越 强, 另 外 还 与 蛋 白 质 生 物 活 性 有 关, 当 二 硫 键 破 坏 后, 蛋 白 质 分 子 的 生 物 活 性 就 消 失 c 蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定 蛋 白 质 的 一 级 结 构, 最 先 被 测 定 出 的 牛 胰 岛 素 是 在 1953 年 被 英 国 的 F.Sangen 等 到 人 测 定 出 主 链 结 构,1955 年 全 部 阐 明. 它 由 51 个 氨 基 酸 组 成, 分 子 量 5.734, 由 两 条 肽 链 组 成, 一 条 叫 A 链, 一 条 叫 B 链 A 链 和 B 链 通 过 两 对 二 硫 键 把 两 条 链 连 起 来 另 外 A 链 本 身 6 位 和 11 位 上 的 两 个 Cys 残 基 通 过 二 硫 键 相 连 形 成 链 内 小 环 牛 胰 岛 素 的 一 级 结 构 见 P18 图 1 2 随 着 蛋 白 质 化 学 的 进 展, 目 前 已 有 上 千 种 蛋 白 质 的 一 级 结 构 已 全 部 搞 清, 如 牛 胰 核 糖 酸 酶, 溶 菌 酶 血 红 蛋 白 等 虽 然 测 定 每 种 蛋 白 质 的 一 级 结 构 都 有 自 己 特 殊 的 问 题 需 要 解 决, 然 而 一 般 的 测 定 步 骤 可 以 概 括 为 : (1) 确 定 多 肽 链 的 数 目 根 据 蛋 白 质 末 端 残 基 ( 氨 基 末 端 或 羧 基 末 端 ) 的 摩 乐 尔 数 和 蛋 白 质 的 分 子 量 来 确 定 (2) 测 定 蛋 白 质 分 子 中 氨 基 酸 的 组 成 方 法 为 主 要 是 酸 水 解, 辅 之 以 碱 水 解 一 般 用 6moL/LH 于 110 下 水 解 成 游 离 AA, 然 后 层 析 用 茚 三 酮 显 色, 与 标 准 比 较 确 定 AA 的 种 类 和 数 目 但 在 酸 水 解 过 程 中 Trp 全 部 被 破 坏, 为 了 测 定 Trp 的 含 量, 可 用 5moL/LnaoH 在 110 下 水 解 蛋 白 质 的 氨 基 酸 组 成 一 般 用 每 摩 尔 蛋 白 质 中 含 氨 基 酸 残 基 的 摩 尔 数 表 示 (3) 分 析 蛋 白 质 的 N 末 端 和 C 末 端 残 基 这 是 两 个 重 要 的 氨 基 酸 顺 序 的 参 放 点 N 末 端 的 测 定 方 法 很 多 : 有 二 硝 基 氟 苯 法 ; 异 硫 氰 酸 苯 酯 法 : 磺 酰 氯 ( 二 甲 氨 基 萘 磺 酰 氯 ) 法 氨 肽 酶 法 等 C 末 端 测 定 的 方 法 也 很 多 常 用 的 有 : 羧 肽 酶 法 ; 还 原 法 ; 肼 解 法 (4) 拆 分 蛋 白 质 多 肽 链 由 几 条 多 肽 链 构 成 的 蛋 白 质 分 子, 有 两 种 情 况, 一 种 是 几 条 多 肽 链 借 助 非 共 价 键 连 接 起 来 的 如 血 红 蛋 白 ( 四 聚 体 ), 烯 醇 化 酶 ( 二 聚 体 ) 等 寡 聚 蛋 白 质 ; 另 一 种 是 几 条 多 肽 链 通 过 共 价 二 硫 键 交 联 在 一 起, 如 胰 岛 素 如 果 是 寡 聚 蛋 白, 可 用 变 性 剂 如 8mol/L 或 6mol/L 盐 酸 胍 处 理 就 能 使 寡 聚 蛋 白 质 分 子 中 的 亚 基 ( 多 肽 链 ) 拆 开 如 果 多 肽 链 之 间 由 二 24

25 硫 键 交 联, 或 者 虽 然 蛋 白 质 分 子 只 由 一 条 多 肽 链 构 成, 但 有 链 内 二 硫 键, 则 必 须 先 将 二 硫 键 打 开 最 普 遍 的 方 法 是 用 过 量 的 β- 巯 基 乙 醇 处 理 (PH8-9 室 温 下 放 置 数 小 时 ) 或 过 甲 酸 氧 化, 然 后 用 碘 乙 酸 烷 基 化 -SH 基 以 防 重 新 被 氧 化 多 肽 链 的 分 离 提 纯 与 蛋 白 质 的 分 离 提 纯 基 本 相 同, 后 讲 (5) 多 肽 链 断 裂 成 肽 段 天 然 的 蛋 白 质 分 子 中 的 AA 残 基 一 般 比 较 长 多 在 100 个 以 上, 而 目 前 用 于 顺 序 分 析 的 方 法 能 测 定 的 顺 序 都 不 太 长, 最 常 用 也 最 有 效 的 Edman 法 也 只 能 连 续 测 定 n+ 个 残 基, 因 此, 必 须 将 多 肽 链 断 裂 成 较 小 的 肽 段, 然 后 把 它 们 分 离 开 来, 测 定 每 一 肽 段 的 氨 基 酸 顺 序 多 肽 链 断 裂 的 方 法 有 二 : 化 学 裂 解 法 ; 酶 裂 解 法 化 学 裂 开 解 法 : 裂 解 的 肽 段 一 般 较 大, 常 用 于 分 子 量 大 的 蛋 白 质 顺 序 测 定, 适 合 在 自 动 顺 序 仪 中 测 定 顺 序 用 溴 化 氰 断 裂 : 只 断 裂 由 甲 硫 氨 酸 met 残 基 的 羧 基 参 加 形 成 的 肽 键 用 无 水 溴 化 氰 断 裂 :Rn=met 和 Rn=Trp 酶 裂 解 法 : 用 专 一 性 的 蛋 白 水 解 酶 水 解 肽 链 常 用 的 有 胰 蛋 白 酶, 胰 凝 乳 蛋 白 酶 ( 糜 蛋 白 酶 ), 嗜 热 菌 蛋 白 酶 胃 蛋 白 酶 等 这 些 都 是 内 切 酶 胰 蛋 白 酶 : 只 水 解 由 Lys 或 Arg 的 羧 基 形 成 的 肽 键 即 :Rn=Lys.Arg Rn+1=pro( 抑 制 水 解 ) 胰 凝 乳 蛋 白 酶 : 它 水 解 Phe.Trp 或 Tyr 等 氨 基 酸 的 羧 基 形 成 的 肽 键.Rn=phe.Tyr. Rn 为 Leu met 或 His 也 能 水 解 速 度 次 于 phe.trp.tyr Rn+1=pro( 抑 制 水 解 ) 嗜 热 菌 蛋 白 酶 : 专 一 性 差. 它 水 解 由 Val Leu Ile Phe Typ Mel 等 硫 水 性 AA 的 氨 基 端 形 成 的 肽 键 Rn+1=Gly 或 Pro 不 水 解 胃 蛋 白 酶 : 专 一 性 差, 这 要 求 我 键 两 侧 的 残 基 都 是 疏 水 性 残 基 Rn=Pro 不 水 解 酸 性 磷 酸 酶 Rn 的 C 侧 作 用,Rn=Asp,Glu 用 上 述 方 法 断 裂 后 所 得 的 肽 段 混 合 物 进 行 分 离 提 纯 ( 方 法 同 AA 和 蛋 白 质 的 分 离 提 纯 ) (6) 测 定 各 肽 段 的 氨 基 酸 顺 序, 常 用 的 有 Edman 降 解 法, 还 有 酶 解 法, 气 相 色 谱 一 质 谱 联 用 法 等 (7) 确 定 肽 段 在 多 肽 链 中 的 次 序 用 两 种 或 两 种 以 上 的 不 同 方 法 断 裂 多 肽 样 品 使 成 两 套 或 几 套 肽 段, 用 重 叠 法 确 定 多 肽 链 的 次 序 (8) 确 定 原 多 肽 链 中 二 硫 键 的 位 置 用 胃 蛋 白 酶 水 解 原 来 含 二 硫 键 的 蛋 白 质, 然 后 用 Brown 及 Hartlay 对 角 线 电 泳 技 术 进 行 分 离 确 定 二 蛋 白 质 的 高 级 结 构 1 高 级 结 构 的 概 念 蛋 白 质 的 高 级 结 构 是 指 蛋 白 质 分 子 中 的 原 子 或 基 因 在 空 间 的 排 列 分 布 和 肽 链 的 走 向, 因 此 也 称 蛋 白 质 的 构 象 或 空 间 结 构 P19 天 然 蛋 白 质 的 构 象, 主 要 分 为 纤 维 状 蛋 白 质 和 球 状 蛋 白 质 两 大 类 纤 维 状 蛋 白 质 中, 多 肽 链 沿 着 纤 维 轴 的 方 向, 借 助 链 内 氢 键 或 链 间 的 氢 键 形 成 纤 维 状 分 子 纤 维 状 蛋 白 质 不 溶 于 水 或 稀 酸 中, 是 生 物 体 的 结 构 物 质, 如 毛 发 中 的 角 蛋 白 胶 原 蛋 白, 肌 纤 维 蛋 白 等 在 球 状 蛋 白 质 中, 多 肽 链 盘 绕 成 紧 密 的 球 队 形 或 椭 园 形 分 子, 球 状 蛋 白 质 多 数 溶 于 水, 是 生 物 体 的 功 能 蛋 白, 如 血 红 蛋 白, 肌 红 蛋 白, 酶 蛋 白, 激 素 蛋 白 等 根 据 天 然 蛋 白 的 构 象, 蛋 白 质 的 高 级 结 构 可 以 从 几 个 结 构 层 次 上 加 以 认 识, 这 就 是 二 级 结 构, 三 级 结 构, 四 级 结 构 25

26 1 二 级 结 构 (1) 概 念 : 蛋 白 质 的 二 级 结 构 是 指 蛋 白 质 多 肽 链 本 身 的 折 叠 和 盘 绕 方 式 ( 不 包 括 侧 链 的 构 象 内 容 ) (2) 类 型 : A.α- 螺 旋 结 构 α- 螺 旋 结 构 是 Pauling 等 人 研 究 毛 发 等 α- 角 蛋 白 时 于 1951 年 提 出 来 的 α- 角 蛋 白 属 于 纤 维 状 蛋 白 质, 这 种 蛋 白 质 几 乎 全 是 α- 螺 旋 结 构 α- 螺 旋 结 构 除 存 在 于 纤 维 状 蛋 白 质 中 外, 球 队 状 蛋 白 质 分 子 中 也 有, 只 是 多 少 不 同 而 已 α- 螺 旋 结 构 特 点 为 : 1. 在 α- 螺 旋 结 构 中, 每 隔 3.6 个 氨 基 酸 残 基 螺 旋 上 升 一 圈 因 此 每 个 AA 残 基 绕 轴 旋 转 螺 旋 体 每 上 升 一 圈, 向 上 平 移 0.54nm 2. 在 α- 螺 旋 结 构 中,AA 残 基 侧 链 伸 向 外 侧, 相 今 邻 螺 圈 之 间 形 成 链 内 氢 键, 氢 键 的 取 向 几 乎 与 中 心 轴 平 行 氢 键 是 由 每 个 AA 残 基 的 N H 基 的 H 与 其 后 第 四 个 AA 残 基 的 >C=0 的 氧 原 子 之 间 形 成 氢 键 α- 螺 旋 体 的 每 个 肽 键 都 能 参 与 形 成 链 内 氢 键, 因 此 α- 螺 旋 结 构 是 相 当 稳 定 的 2 α- 螺 旋 有 右 手 螺 旋 和 左 手 螺 旋 两 种, 在 天 然 蛋 白 质 中 的 α- 螺 旋 绝 大 多 数 是 右 手 螺 旋 凡 从 R-CH-NH-C- 端 作 起 点, 围 绕 螺 旋 轴 向 右 盘 旋 的 多 肽 键, 称 为 右 手 -α- 螺 旋 右 手 螺 旋 比 左 手 螺 旋 稳 定 左 手 α- 螺 旋 虽 然 很 稀 少, 但 也 偶 有 出 现, 如 在 嗜 热 菌 蛋 白 酶 中 就 有 很 短 一 段 左 手 螺 旋, 由 Asp-Asn-Gly-Gly( ) 组 成 蛋 白 质 多 肽 链 能 否 形 成 α- 螺 旋 结 构 以 及 形 成 的 螺 旋 体 是 否 稳 定, 与 它 的 AA 组 成 和 排 列 顺 序 有 关, 如 多 肽 链 中 有 Pro 时,α- 螺 旋 就 被 中 断, 肽 链 就 拐 弯 不 再 形 成 α- 螺 旋, 产 生 一 个 结 节, 这 是 因 为 Pro 的 α- 亚 氨 基 上 H 参 与 肽 键 形 成 后, 再 没 有 氢 原 子 形 成 氢 键 Gly 由 于 无 侧 链, 二 面 角 可 任 意 取 值, 形 成 α- 螺 旋 所 需 要 的 二 面 角 机 率 很 小, 也 妨 碍 α- 螺 旋 的 形 成 另 外, 侧 链 R 基 的 大 小 和 电 荷 性 质 也 影 响 α- 螺 旋 结 构 的 稳 定 R 基 越 大, 彼 此 之 间 带 相 同 的 电 荷 就 不 易 形 成 α- 螺 旋 在 毛 发 等 角 蛋 白 中, 有 三 条 或 七 条 含 α- 螺 旋 的 多 肽 链, 互 相 拧 在 一 起, 形 成 三 股 或 七 股 的 螺 旋 索, 彼 此 靠 二 硫 键 交 联 在 一 起 B.Фψ 折 叠 结 构 这 种 结 构 也 是 由 Pauling 等 人 提 出 来 的, 是 一 种 肽 链 较 为 伸 展 的 结 构 将 α- 角 蛋 白 用 热 水 和 稀 碱 等 方 法 处 理, 或 用 外 力 拉 伸 后, 就 转 变 为 β- 角 蛋 白 这 时 α- 螺 旋 的 氢 键 被 破 坏 在 β- 角 蛋 白 中, 多 肽 链 的 长 轴 互 相 平 行, 相 邻 肽 链 之 间 借 助 氢 键 彼 此 连 成 锯 齿 状 的 片 层 结 构 称 为 β- 折 叠 片 如 P22 图 1-5,1-6, 在 β- 折 叠 片 中, 所 有 肽 键 都 参 与 链 间 氢 键 交 联 氢 键 与 链 的 长 轴 接 近 垂 直, 形 成 稳 定 结 构 残 基 为 距 为 0.35nm β- 折 叠 片 除 纤 维 状 蛋 白 中 存 在 外, 球 队 状 蛋 白 质 中 也 存 在 β- 折 叠 有 两 种 : 一 种 是 平 行 的, 即 所 有 肽 链 的 N- 端 一 顺 端 如 β- 角 蛋 白, 另 一 种 是 反 平 行 的, 就 是 肽 链 的 N 端 一 顺 一 倒 地 排 列, 如 蚕 丝 心 蛋 白 反 平 行 的 比 平 行 的 结 构 更 为 稳 定 由 具 有 紧 密 侧 链 的 AA 重 复 顺 序 构 成 的 多 肽 如 (Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n 很 容 易 形 成 β- 折 叠 片 C.β- 转 角 结 构 β- 转 角 是 球 状 蛋 白 质 分 子 中 广 泛 存 在 的 一 结 构 在 球 状 蛋 白 质 分 子 的 空 间 结 构 中, 肽 链 经 常 出 现 的 回 折, 在 肽 链 的 这 种 回 折 角 上 有 规 律 的 肽 链 结 构 就 是 β- 转 角 结 构 它 是 第 一 个 AA 残 基 的 >C=0 氧 与 第 四 个 AA 残 基 的 >NH 氢 形 成 氢 键. 但 是 并 非 所 有 的 空 间 回 折 都 是 β- 转 角, 有 的 是 没 有 一 定 规 律 的 松 散 结 构 D. 无 规 卷 曲 ( 自 由 回 转 ) 是 指 没 有 一 定 规 律 的 松 散 肽 链 结 构 酶 的 功 能 部 位 就 是 这 咱 结 构 3 三 级 结 构 26

27 (1) 概 念 : 蛋 白 质 的 三 级 结 构 是 指 在 二 级 结 构 的 基 础 上, 肽 链 再 进 一 步 卷 曲 和 折 叠, 形 成 不 规 则 的 特 定 空 间 构 象 称 为 蛋 白 质 的 三 级 结 构 (2) 肌 红 蛋 白 ( 哺 乳 动 物 肌 肉 中 运 载 氧 的 蛋 白 质 ) 它 是 由 一 条 含 有 153 个 AA 残 基 的 多 肽 链 和 一 个 血 红 素 辅 基 组 成 的, 分 子 量 为 17800, 整 个 肽 链 盘 绕 成 八 段 长 度 为 7-24 AA 残 基 的 α- 螺 旋, 在 拐 角 处 都 有 一 段 1-8 个 AA 残 基 的 无 规 卷 曲 的 松 散 肽 链 ( 如 图 1-7P23) 整 个 分 子 卷 曲 折 又 叠 成 紧 密 的 球 队 状 结 构, 分 子 内 部 只 有 一 个 能 包 涵 4 个 水 分 子 的 空 间 具 有 极 性 基 因 侧 链 的 AA 残 基 几 乎 全 部 分 布 在 分 子 的 表 面, 蜚 极 性 残 基 被 埋 在 分 子 内 部, 因 而 肌 红 蛋 白 是 可 溶 性 的 血 红 素 位 于 α- 螺 旋 肽 段 间 的 空 穴 中, 垂 直 地 伸 出 在 分 子 的 表 面, 并 通 过 肽 链 上 的 组 氨 酸 残 基, 与 肌 红 蛋 白 相 连 4 四 级 结 构 : 概 念 : 由 两 条 或 两 条 以 上 的 具 有 三 级 结 构 的 多 肽 链 非 共 价 聚 合 而 成 特 定 构 象 的 蛋 白 质 分 子 叫 蛋 白 质 的 四 级 结 构 其 中 每 条 多 肽 链 称 为 亚 基, 亚 基 单 独 存 在 时 无 生 物 活 力, 只 有 聚 合 成 四 级 结 构 才 具 有 完 整 的 生 物 活 性 一 般 来 说 分 子 量 在 以 上 的 蛋 白 质 几 乎 都 有 亚 基 血 红 蛋 白 ( 哺 乳 动 物 血 液 中 运 输 氧 的 蛋 白 质 ) 它 的 分 子 量 为 它 是 由 两 条 α- 链 和 两 条 β- 链 组 成, 含 有 两 种 不 同 亚 基 的 四 聚 体 每 一 个 亚 基 同 一 个 血 红 素 相 连 α- 链 由 141 个 AA 组 成,β- 链 由 146 个 AA 组 成, 各 自 都 有 一 定 的 排 列 顺 序, 并 都 形 成 与 肌 红 蛋 白 相 似 的 三 级 结 构, 再 在 各 自 三 级 结 构 的 基 础 上, 通 过 盐 键, 氢 键 等 次 级 键 相 互 嵌 合, 而 形 成 具 有 生 理 功 能 的 血 红 蛋 白 分 子 如 P24 图 胶 原 蛋 白 的 构 象 胶 原 蛋 白 是 动 物 体 内 皮 肤, 肌 腱, 软 骨 等 的 主 要 组 成 成 分 它 是 由 许 多 原 胶 原 蛋 白 分 子 组 成 的, 每 一 个 原 胶 原 蛋 白 分 子 是 由 三 股 左 手 螺 旋 的 多 肽 链 相 互 绞 合 成 右 手 螺 旋 在 胶 原 蛋 白 中 有 很 多 的 Pro 和 羟 Pro 6 蛋 白 质 的 一 级 结 构 是 由 共 价 键 形 成 的 如 肽 键 和 二 硫 键 都 是 共 价 键 而 维 系 蛋 白 质 空 间 构 象 的 稳 定 性 的 是 次 级 键, 次 级 键 是 非 共 价 键 包 括 氢 键 盐 键 ( 离 子 键 ), 疏 水 键, 范 生 华 力 盐 键 ( 离 子 键 ): 是 蛋 白 质 中 带 正 负 电 荷 的 侧 链 基 团 相 互 接 近, 通 过 静 电 引 力 而 形 成 的 疏 水 键 ( 力 ): 是 由 蛋 白 质 分 子 中 非 极 性 基 团 因 疏 水 而 相 互 聚 集 在 一 起 的 作 用 力 范 德 华 力 : 是 极 性 基 团 之 间 的 相 互 吸 引 力 二 级 结 构 中 : 氢 键 二 硫 键 三 级 结 构 中 : 疏 水 键 盐 键 二 硫 键 氢 键 范 德 华 力 四 级 结 构 中 : 主 要 化 学 键 仍 为 疏 水 键 血 红 蛋 白 含 有 30% 以 上 的 疏 水 AA 残 基, 而 且 不 可 能 将 这 些 残 基 全 部 埋 藏 在 由 一 条 肽 链 折 迭 所 形 成 的 核 心 里, 过 剩 的 疏 水 残 基 不 得 不 暴 露 在 与 水 相 接 触 的 亚 基 表 面, 亚 基 表 面 的 疏 水 侧 链 为 避 开 水 相 通 而 聚 合, 以 实 现 将 疏 水 侧 链 包 藏 在 亚 基 之 间 氢 键 盐 键 范 德 华 力 在 维 系 四 级 结 构 稳 定 中 也 有 次 要 作 用 次 级 键 很 容 易 被 破 坏, 所 以 蛋 白 质 容 易 变 性 第 四 节 蛋 白 质 的 结 构 与 功 能 的 关 系 蛋 白 质 的 功 能 与 其 特 异 的 构 象 有 密 切 关 系, 而 一 级 结 构 对 空 间 结 构 有 决 定 性 的 作 用 因 此, 一 级 结 构 与 空 间 结 构 都 与 蛋 白 质 的 功 能 有 关 一 蛋 白 质 一 级 结 构 与 功 能 关 系 具 有 相 同 功 能 的 蛋 白 质 允 许 其 一 级 结 构 存 在 种 属 间 的 差 异, 但 是 这 些 具 有 相 同 功 能 的 蛋 白 仍 然 具 有 大 致 相 同 的 空 间 结 构, 这 样 的 空 间 结 构 是 由 一 些 它 们 共 同 具 有 的 始 终 保 持 不 变 27

28 的 氨 基 酸 残 基 所 构 成 的 例 如 胰 岛 素 : 通 过 分 析 比 较 不 同 哺 乳 动 物 胰 岛 素 的 组 成 发 现, 胰 岛 素 分 子 的 51 个 AA 残 基 的 排 列 顺 序 大 致 是 相 同 的, 但 有 细 微 的 差 异 其 中 有 22 个 AA 残 基 是 始 终 不 变 的, 如 A 链 和 B 链 中 的 6 个 Cys, 残 基 及 其 位 置 还 有 一 些 非 极 性 的 疏 水 侧 链 的 AA 残 基, 它 们 都 是 对 维 持 胰 岛 素 的 高 级 结 构 起 着 重 要 作 用 的 氨 基 酸, 不 同 种 属 的 差 异 主 要 表 现 在 A 链 位 和 B 链 的 30 位 AA 残 基 如 P25 表 1-4, 说 明 这 4 个 AA 残 基 的 改 变 并 不 影 响 胰 岛 素 的 生 物 活 性, 对 胰 岛 素 的 生 物 活 性 并 不 起 决 定 作 用 表 1-5 不 同 哺 乳 动 物 的 胰 岛 素 分 子 中 的 氨 基 酸 差 异 胰 岛 素 来 源 氨 基 酸 排 列 顺 序 的 差 异 A 8 A 9 A 10 B 30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 牛 Ala Ser Val Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 山 羊 Ala Gly Val Ala 马 Ala Gly Val Ala 象 Thr Gly Val Thr 抹 香 鲸 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Ser Iie Ser 细 胞 色 素 C( 存 在 于 需 氧 化 过 程 中 起 传 递 电 子 的 作 用 ) 它 是 由 104 个 氨 基 酸 残 基 组 成 的, 分 子 量 约 13000, 对 各 种 生 物 ( 包 括 动 物 植 物 微 生 物 ) 细 胞 色 素 C 的 一 级 结 构 进 行 比 较, 发 现 亲 缘 关 系 越 近, 结 构 越 相 似 看 P26 表 1-5, 因 此 根 据 它 们 在 结 构 上 的 差 异, 可 以 推 断 它 们 在 亲 缘 关 系 的 远 近 Cytc 的 一 级 结 构 存 在 差 异, 但 是 与 功 能 关 系 密 切 的 AA 顺 序 是 相 同 的, 如 在 这 104AA 残 基 中 有 35 个 是 固 定 不 变 的, 共 同 亿 有 的, 看 P160 图 8-3, 其 中 14 和 17 位 的 两 个 Cytc 功 能 的 关 键 部 位, 它 拉 与 血 红 素 的 连 接 如 图 示 表 1~6 不 同 生 物 与 人 的 细 胞 色 素 C 相 比 较 的 氨 基 酸 差 异 数 目 生 物 名 称 和 人 不 同 的 氨 基 酸 数 目 生 物 名 称 和 人 不 同 的 氨 基 酸 数 目 黑 猩 猩 0 响 尾 蛇 14 恒 河 猴 1 海 龟 15 兔 9 金 枪 鱼 21 袋 鼠 10 角 鲛 23 牛 猪 羊 10 小 蝇 25 狗 11 蛾 31 驴 11 小 麦 35 马 12 粗 糙 链 孢 霉 43 鸡 火 鸡 13 酵 母 菌 44 分 子 病 : 这 是 一 种 遗 传 病, 突 出 的 一 个 例 子 是 镰 刀 型 红 细 胞 贫 血 症, 它 跟 睚 正 常 人 的 血 红 蛋 白 一 样 都 是 由 574 个 AA 残 基 组 成 的, 而 仅 是 在 β- 链 的 N- 端 第 6 位 上 以 Val 代 替 了 正 常 的 Glu 就 发 生 了 功 能 上 的 巨 大 变 化, 使 患 者 的 红 细 胞 在 缺 氧 的 呈 镰 刀 状, 易 破 裂 而 发 生 溶 血 性 贫 血 28