諉南去孝

生物科學(xué)專業(yè)本科理論

課程

教案

生命科學(xué)學(xué)院微生物與生物化學(xué)教研室

《生物化學(xué)》教案

一、課程基本信息

課程代碼課程類別專業(yè)必修

中文名稱《生物化學(xué)》英文名稱Biochemistry

適用專業(yè)生物科學(xué)、生物工程開課單位生命科學(xué)學(xué)院

總學(xué)時(shí)81學(xué)分4.5

先修課程無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)后續(xù)課程分子生物學(xué)、免疫學(xué)等

二、課程教材：生物化學(xué);出版社;高等教育出版社;第三版;2002;

三、教學(xué)對(duì)象：

生物科學(xué)、生物技術(shù)、生物工程專業(yè)及其他生命科學(xué)專業(yè)和醫(yī)學(xué)專業(yè)

四、主要參考資料：

1、鄭集等編著，《普通生物化學(xué)》，北京，高等教育出版社，2002；

2、TrudyMcke（影印版）,?Biochemistry:Anintroduction》（SecondEdition）,北京,科學(xué)出版社,2000；

3、盛等編著，《生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程》（第二版），北京，高等教育出版社，1999.

4、郭藹光.基礎(chǔ)生物化學(xué)（面向21世紀(jì)課程教材）.北京：高等教育出版社，2001

5、王希成，生物化學(xué)，北京：清華大學(xué)出版社，2000

6、Lubertstryer.Biochemistry.4thEdition.NewYork;W.HFreemanandCompany,Fifthprinting1998.

7^DLNelson.PrinciplesofBiochemistry.3rded.NewYork;Worthpublisher,2000

五、課程考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定

考試形式：閉卷。考試題型：名詞解釋、選擇題、判斷題、填空題、問答題。成績(jī)?cè)u(píng)定方法：平時(shí)成績(jī)

10%、課程論文20%,期末考試占70%。

六、教案（見后）

緒論

一、教學(xué)目的

了解生物化學(xué)的發(fā)展史，明確生物化學(xué)的概念、任務(wù)；

了解生物化學(xué)與各學(xué)科之間的聯(lián)系及研究生物化學(xué)現(xiàn)實(shí)意義；

了解生物化學(xué)的進(jìn)展和學(xué)習(xí)方法。

二、教學(xué)重點(diǎn)

一、生物化學(xué)的涵義

二、生物化學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系

三、生物化學(xué)的發(fā)展及突出成就

四、我國(guó)生物化學(xué)的發(fā)展過程

三、教學(xué)時(shí)數(shù)

2學(xué)時(shí)

四、教學(xué)方法

利用多媒體與傳統(tǒng)方法的相結(jié)合；只講重點(diǎn)和難點(diǎn)和前沿性的熱點(diǎn)，一般性知識(shí)看書。

五、教學(xué)內(nèi)容

緒論

一、生物化學(xué)的涵義

生物化學(xué)是介于生物和化學(xué)之間的一門邊緣科學(xué)，它是用化學(xué)的理論和方法作為主要手段來研究生命

現(xiàn)象，從而揭示生命的奧秘。它是從分子水平來研究生物體（包括人類、動(dòng)物、植物和微生物）內(nèi)基本物

質(zhì)的化學(xué)組成和生命活動(dòng)所進(jìn)行的化學(xué)變化（即代謝反應(yīng)）的規(guī)律及其與生理機(jī)能的關(guān)系的門科學(xué)。

生物化學(xué)的任務(wù)就是研究組成生物體基本物質(zhì)的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)與功能，以及這些物質(zhì)在生命活動(dòng)過程中

所進(jìn)行的化學(xué)變化的規(guī)律及其與生理機(jī)能的關(guān)系，從而闡明生命現(xiàn)象的本質(zhì)，并把這些知識(shí)應(yīng)用到社會(huì)實(shí)

踐和生產(chǎn)實(shí)踐中去，以達(dá)到征服自然和改造自然的目的。

二、生物化學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系

19世紀(jì)以前人們主要是通過生物體內(nèi)的化學(xué)變化來認(rèn)識(shí)生物體的生理機(jī)能，直到二十世紀(jì)初才發(fā)展

成為?門獨(dú)立的新型學(xué)科。它是介于生物和化學(xué)之間的?門學(xué)科，它和有機(jī)化學(xué)、生理學(xué)、生物物理學(xué)和

分子生物學(xué)等與生物化學(xué)的關(guān)系極為密切。

隨著對(duì)蛋白質(zhì)、酶、核酸、糖類和脂類等生物大分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能和代謝的不斷闡釋，越來越

多的科學(xué)工作者被吸引著，越來越多的學(xué)科向其不斷常攏，使生物化學(xué)迅速地跨入突飛猛進(jìn)的時(shí)代。生物

化學(xué)的日新月異也促進(jìn)了其它學(xué)科的發(fā)展，與許多學(xué)科相互聯(lián)系、相互發(fā)展。

如欲深入了解各種生物的生長(zhǎng)、生殖、生理、遺傳、衰老、疾病、生命起源和演化等理解，都需要用

生物化學(xué)的原理和方法進(jìn)行探討。因此，生物化學(xué)是各門生物科學(xué)的基礎(chǔ)，特別是生理學(xué)、微生物學(xué)、遺

傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)等各科的基礎(chǔ)，在分子生物學(xué)中占有特別重要的位置。

三、生物化學(xué)的發(fā)展及突出成就

（一）、生物化學(xué)的發(fā)展階段

第一階段從19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，主要是靜態(tài)的描述性階段,對(duì)生物體各種組成成分進(jìn)行分離、

純化、結(jié)構(gòu)測(cè)定、合成及理化性質(zhì)的研究。其中菲舍爾測(cè)定了很多糖和氨基酸的結(jié)構(gòu)，確定了糖的構(gòu)型，

并指出蛋白質(zhì)是以肽鍵連接的。1926年薩姆納制得了胭酶結(jié)晶，并證明它是蛋白質(zhì)。

第二階段約在20世紀(jì)30?50年代，主要特點(diǎn)是研究生物體內(nèi)物質(zhì)的變化，即代謝途徑，所以稱動(dòng)態(tài)生

化階段。其間突出成就是確定了糖酵解、三殷酸循環(huán)以及脂肪分解等重要的分解代謝途徑。對(duì)呼吸、光合

作用以及腺背三磷酸（ATF）在能量轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵位置有了較深入的認(rèn)識(shí)。

第三階段是從20世紀(jì)50年代開始，主要特點(diǎn)是研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。生物化學(xué)在這

?階段的發(fā)展，以及物理學(xué)、技術(shù)科學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)等其他學(xué)科的滲透，產(chǎn)生了分子

生物學(xué)，并成為生物化學(xué)的主體。

（二）、二十世紀(jì)生物化學(xué)的突出成就

在20世紀(jì)前30年代中，生物化學(xué)的研究仍繼續(xù)側(cè)重在酶、激素、維生素的分離和功能以及人體氨基

酸需要等幾個(gè)方面。在20世紀(jì)中最突出的生化成就有：酶的結(jié)果、中間代謝途徑的闡明、生物能量學(xué)的

發(fā)展、生物大分子結(jié)構(gòu)和功能以及分子生物學(xué)的興起幾個(gè)方面：

1）酶的結(jié)晶20世紀(jì)30年代中，最突出的生化成果之就是胭酶（urease）的第一次結(jié)晶成功。

1926年JamesB.Sumner（l877-1855）發(fā)表了他第一次成功地制成了晶體服酶,隨后是JohnH.Northrup

（1891-1987）制得了晶體胃蛋白酶和胰蛋白酶。這兩項(xiàng)研究成果是當(dāng)今酶學(xué)的重大突破。因?yàn)橛辛司w純

酷，就為體外研究個(gè)別酶的生物功能鋪平了道路，從而開辟了醐學(xué)研究的新領(lǐng)域。

2）代謝途徑的闡明HansA.Krebs提出的三竣酸循環(huán)對(duì)糖的分解代謝及尿素循環(huán)對(duì)氮的代謝都

取得巨大進(jìn)展。脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸及其他生物物質(zhì)的分解途徑也得到闡明。由于物質(zhì)分解途徑的闡明

及同位素在代謝研究上的應(yīng)用，大大促進(jìn)了20世紀(jì)晚期的合成代謝研究。

3）生物能研究的發(fā)現(xiàn)生物能的研究使生物化學(xué)更能深入地認(rèn)識(shí)代謝在生命過程中的功用，自

20世紀(jì)50年代以來，許多生化研究人員，包括OttoMeyerhof（】884-1951）、OttoWarburg（1883-1970）等在

代謝能的產(chǎn)生和利用上作了基本闡述。指出了ATP是代謝能的產(chǎn)生作用的關(guān)鍵化合物，提出了呼吸鏈及氧

化磷酸化的理論，從而建立了生物能量學(xué)（Bioenergetics）。

4）生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能的研究及分子生物學(xué)的興起從20世紀(jì)50年代起，生物化學(xué)的另

一重要研究成果就是蛋白質(zhì)及核酸的結(jié)構(gòu)和功能。首先是Pauling與RoberCorey利用X射線衍射技術(shù)研

究蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，提出了著名的蛋白質(zhì)的a-螺旋結(jié)構(gòu)（a-helix）、其次是FrederichSanger在1953年發(fā)

表了他對(duì)胰島素分子中51個(gè)氨基酸序列的研究。

在Pauling的蛋白質(zhì)的a-螺旋結(jié)構(gòu)的啟示HJamesD.Waston與FrancisH.C.Crick制成了DNA雙螺旋

結(jié)構(gòu)模型，這?成就導(dǎo)致人們從DNA分子的三維結(jié)構(gòu)去理解與DNA有關(guān)的生命現(xiàn)象，被認(rèn)為是分子生物

學(xué)的開始。

四、我國(guó)生物化學(xué)的發(fā)展過程

我國(guó)是世界文明發(fā)達(dá)最早的國(guó)家之一，中華民族是一個(gè)具仃悠久歷史和優(yōu)秀文化的民族。我國(guó)勞動(dòng)人

民，遠(yuǎn)在古代即因生活需要，在生產(chǎn)、醫(yī)療和營(yíng)養(yǎng)等方面的實(shí)踐中積累了許多有關(guān)生物化學(xué)的豐富經(jīng)驗(yàn)，

并有許多發(fā)明創(chuàng)造，對(duì)生物化學(xué)的發(fā)展做出了許多貢獻(xiàn)。比如，在四千多年前（夏禹時(shí)代）就已發(fā)明用糧

食服酒，釀酒用的酒母稱為曲或媒（即現(xiàn)代的酶）。在商周時(shí)期（公元前12世紀(jì)）已知制造醬、醋和飴糖

的技術(shù)。泗、醬、醋和飴都是屬于發(fā)酵釀造業(yè)，是利用生物體內(nèi)的酶所催化的化學(xué)產(chǎn)物。

在醫(yī)藥方面，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期（公元前6世紀(jì)）已知用曲治療消化道疾病，至今仍沿用，如“神曲”等。在

晉朝（公元4世紀(jì)）時(shí)，已知用海藻（含碘）治療麴?。谞钕倌[）。而在歐洲直到公元1170年始用海藻

治療甲狀腺腫。唐朝初年（公元7世紀(jì)）孫思邈已知腳氣病為食米區(qū)一種流行病，并用含維生素B1豐富的

國(guó)草藥如車前、防風(fēng)、大豆、米皮等進(jìn)行治療。他首先用含維生素A豐富的豬肝治療雀目（夜盲癥）。公

元10世紀(jì)起，我國(guó)就用動(dòng)物各種臟器治療疾病，尤其是明朝我國(guó)偉大科學(xué)家李時(shí)珍（公元16世紀(jì)）編著

《本草綱目》15,共載?千八百余種，其中有關(guān)動(dòng)物藥（包括代謝產(chǎn)物和分泌物）的記載就有四百多種。

可見，我國(guó)古代人民對(duì)生物化學(xué)已有很大貢獻(xiàn)。只是由于長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治和保守落后思想束縛了我國(guó)

生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物化學(xué)也不例外。

中國(guó)生物化學(xué)的發(fā)展是20世紀(jì)20年代開始的。從1917年起，中國(guó)才有生物化學(xué)這門

學(xué)科。在中國(guó)，現(xiàn)代生物化學(xué)起源于西方，尤其是美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)。所有中國(guó)生物化學(xué)的開拓者，都是

從美國(guó)及歐洲留學(xué)回來的。最早的是前齊魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的江清（1886-1939）、燕京大學(xué)的竇維廉（William

H.Adolph）（1890-1952）和協(xié)和醫(yī)學(xué)院的吳憲（1893-1959）等，對(duì)中國(guó)早期生物化學(xué)的發(fā)展都是有功勞的，特

別是吳憲法對(duì)中國(guó)生化的發(fā)展影響最大。

第一章蛋白質(zhì)化學(xué)

一、教學(xué)目的

1.掌握蛋白質(zhì)的概念和化學(xué)組成；蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸的分類及結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)各級(jí)分子結(jié)構(gòu)

的內(nèi)容和特點(diǎn)。

2.熟悉氨基酸、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離鑒定方法。

3.了解蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系及蛋白質(zhì)級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定。

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

掌握蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、重要性質(zhì)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

建議：在學(xué)習(xí)氨基酸的結(jié)構(gòu)時(shí)聯(lián)系有機(jī)化學(xué)的竣酸結(jié)構(gòu)：在學(xué)習(xí)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)時(shí)聯(lián)系氨基酸的結(jié)構(gòu)，

再將氨基酸的結(jié)構(gòu)和特性與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性聯(lián)系起來。同時(shí)注意氨基酸的某些特殊反應(yīng)在蛋白質(zhì)的合

成工作中的實(shí)際意義，認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的重要生物學(xué)意義和生產(chǎn)實(shí)踐意義。

三、教學(xué)時(shí)數(shù)

18學(xué)時(shí)

四、教學(xué)方法

利用多媒體與傳統(tǒng)方法的相結(jié)合

五、教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)蛋白質(zhì)概論

蛋白質(zhì)是所有生物中非常重要的結(jié)構(gòu)分子和功能分子，幾乎所有的生命現(xiàn)象和生物功能都是蛋白質(zhì)作用的

結(jié)果，因此，蛋白質(zhì)是現(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是基因工程，蛋白質(zhì)工程、酶工程等研究的重點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。

一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類

1、元素組成

碳50%氫7%氧23%氮16%硫03%

微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、銅

凱氏定氮：平均含氮16%,粗蛋白質(zhì)含量=蛋白氮X6.25

2、氨基酸組成

從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，蛋白質(zhì)是由20種L型a氨基酸組成的長(zhǎng)鏈分子。

二、蛋白質(zhì)分子大小與分子量

蛋白質(zhì)是由20種基本aa組成的多聚物，aa數(shù)目由兒個(gè)到成百上千個(gè)，分子量從兒干到兒千萬。一

般情況下，少于50個(gè)aa的低分子量aa多聚物稱為肽，寡肽或生物活性肽，有時(shí)也罕稱多肽。多于50個(gè)

aa的稱為蛋白質(zhì)。但有時(shí)也把含有一條肽鏈的蛋白質(zhì)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤Q為多肽。此時(shí)，多肽一詞著重于結(jié)構(gòu)意

義，而蛋白質(zhì)原則強(qiáng)調(diào)了其功能意義。

對(duì)于任一給定的蛋白質(zhì)，它的所有分子在氨基酸組成、順序、肽鏈長(zhǎng)度、分子量等方面都是相同的，

均一性。

三、蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次

蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾連接而成的共價(jià)多肽鏈，每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空

間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象。

四、蛋白質(zhì)功能的多樣性

細(xì)胞中含量最豐實(shí)、功能最多的生物大分子。

1.酶

2.結(jié)構(gòu)成分（結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白）

3.貯藏（卵清蛋白、種子蛋白）

4.物質(zhì)運(yùn)輸（血紅蛋白、Na+K+ATPase、葡萄糖運(yùn)輸載體、脂蛋白、電子傳遞體）

5.細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（肌肉收縮的肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白）

6.激素功能（胰島素）

7.防御（抗體、皮膚的角蛋白、血凝蛋白）

8.接受、傳遞信息（受體蛋白，味覺蛋白）

9.調(diào)節(jié)、控制細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、和遺傳信息的表達(dá)（組蛋白、阻遏蛋白

第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位一氨基酸

蛋白質(zhì)的水解

蛋白質(zhì)可以受酸、堿或酶的作用而水解成氨基酸。

1.酸水解用6MHe1或4MH2s04，105?；亓?0小時(shí)即可完全水解。酸水解不引起氨基酸的消旋，但色氨

酸完全被破壞，絲氨酸和蘇氨酸部分破壞，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解。如樣品含有雜質(zhì)，在酸

水解過程中常產(chǎn)生腐黑質(zhì)，使水解液變黑。用3moi/L對(duì)甲苯磺酸代替鹽酸，得到色氨酸較多，可像絲氨酸

和蘇氨酸一樣用外推法求其含量。

2.堿水解用5MNaOH,水解10—20小時(shí)可水解完全。堿水解使氨基酸消旋，許多氨基酸被破壞，但色氨

酸不被破壞。常用于測(cè)定色氨酸含量?？杉尤氲矸垡苑乐寡趸?。

3.酶水解酶水解既不破壞氨基酸，也不引起消旋。但酶水解時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)不完全。?般用于部分水解，若

要完全水解，需要用多種酶協(xié)同作用。

一、氨基酸的構(gòu)造、構(gòu)型、分類和命名

（一）氨基酸的構(gòu)造和構(gòu)型

通式：

+（poo-fOOH

H,N—C—H或H,N—C—H

3I

RR

作為生物體內(nèi)合成蛋白質(zhì)的原料的氨基酸的特點(diǎn)：

?均為a-氨基酸

?天然氨基酸大多屬于L型

（二）氨基酸的分類

酸性氨基酸（COOH數(shù)目〉NHz數(shù)目）

氨基酸（堿性氨基酸（N”數(shù)目）COOH數(shù)目）

中性氨基酸（N%數(shù)目=COOH數(shù)目）

賴氨酸H?NCH2cH2cH2cH之CH(NH2)C00H

(Asp,D)

pl=9.74

組氨酸?

堿性氨基酸~i|—CH,CH(NH2)C00H

(His,H)LNH

Npl=7.59

精氨酸F

(Arg,R)H2NCNHCH2CH2CH(NH2)COOH

pl=10.76

中性氨基酸（側(cè)鏈非極性）

甘氨酸HCH(NH)COOH脯氨酸H

21>

(G&￡)

pl=5.97SOH

(Pro,P)

丙氨酸CH，CH(NH,)COOHpI=6.30

本內(nèi)氨酸\

(A]a,A)

pI=6.02〈2-CH,CH（NH2）COOH

(Phe.F)5~pl=5.48

擷氨酸(CH)CHCH(NH)COOH

322色氨酸Cnr

-CH2CH(NH2)COOH

（AalV）pl=5.96

(pl=5.65H

亮氨酸*(CH5)2CHCH2CH(NH2)COOHpl=5.89

(Leu,L)

pl=5.98*

蛋氨&V

HASCH2CH2CH(NH2)COOH

異亮氨酸C,HQIJCHCH(NH2)COOH(Met,M)

pl=5.74

(ne,0pl=6.()2

必需氨基酸：嫡*號(hào)的8種氨基酸是人體內(nèi)不能合成而又是營(yíng)養(yǎng)所必不可少的，必需依靠食物供應(yīng),

稱為必需氨基酸。

*其它氨基酸：蛋白質(zhì)合成后，分子中某些氨基酸的側(cè)鏈可發(fā)生變化，而形成另一些氨基酸。

胱氨酸：

I-氧化L2H）_%CH,

2HS-CH-C-C00H-|~I~

-%還原（+

2H）CHNH2CHNH,

COOHCOOH

半胱氨酸胱氨酸

（三）氨基酸的命名

系統(tǒng)命名和俗名

二、氨基酸的性質(zhì)

氨基酸的化學(xué)性質(zhì)取決于其分子中的粉基、氨基、側(cè)鏈基團(tuán)以及這些基團(tuán)的相互影響。

氨基酸的性質(zhì)

?兩性電離

?成肽

?脫陵

?與亞硝酸的放氮反應(yīng)

?與苗三酮的顯色反應(yīng)

?與2,4-二硝基氟苯的反應(yīng)

?與金屬離子的螯合作用

（-）兩性電離及等電點(diǎn)

1.兩性電離Neutral,dipolarzwitterions

R—CH-COOHR—CH-COO

NH2+NH3

內(nèi)鹽（兩性離子、偶極離子）

2.等電點(diǎn)(Isoelectricpoint)

R-CH-COOH+H,0R-CH-COO+H,OR-CH-COO-

HO+|J'—Ir"-I.

+NH,-H,0+NH?-H2ONH,

偶極離子

陰離子

ffl離子（氨基酸的主要存在形式）

（pH<1時(shí)的主要存在形式）（pH>l2時(shí)的主要存在形式）

等電點(diǎn)：加入酸或堿調(diào)節(jié)某種氨基酸水溶液的pH值，使這種氨基酸的酸式電離與堿式電離的趨向恰

好相等。此時(shí)溶液的pH值就叫做這種氨基酸的等電點(diǎn)，以pl表示。

各類氨基酸的pl值范圍：

?中性氨基酸的等電點(diǎn)一般在5.0~6.5之間，

?酸性氨基酸為2.7~3.2,

堿性氨基酸為9.5~10.7。

［思考題I為什么中性氨基酸的等電點(diǎn)不等于7?

中性氨基酸的膠基的酸式電離略大于其氨基的堿式電離，因而溶液的pH值必須達(dá)到偏酸時(shí)，才能使

其兩種電離趨向恰好相等。

氨基酸溶液處于等電點(diǎn)時(shí)：

?［陰離子］=［陽離子］

?［偶極離子］>99.9%

?氨基酸的溶解度最小，最易從溶液中析出

*溶液pH與溶液離子的關(guān)系：（見幻燈）

（二）脫水生成肽

SC

H-N-CH-C-OH+--M

HR<i>Hd

R,

N肽

CF二

N—IIIOH

HRH

肽鍵

兩個(gè)氨基酸之間所產(chǎn)生的酰胺鍵又稱為肽鍵（peptidebond）。.肽分子的一端有氨基，另一端有竣基，

因此還可繼續(xù)與氨基酸縮合成為三肽、四肽以至多肽。

當(dāng)兩種不同的氨基酸A與B互相結(jié)合時(shí)，可按不同的排列方式結(jié)合，形成兩種結(jié)構(gòu)不同而性質(zhì)相似

的二肽A-B與B-Ao例如甘氨酸和丙氨酸可形成如下兩種二肽：

H,N—CH7C—N—CH—COOHH,N—CH—￡一廠CH/OOH

&HCH,CH”H

甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酸

三肽有6（3!）種可能的異構(gòu)體，其排列順序?yàn)锳BC,ACB,BAC,BCA,CAB.CBA。n肽有n!種異構(gòu)

體。

（三）脫竣反應(yīng)

脫竣反應(yīng)是人體內(nèi)氨基酸代謝的形式之一。例如在腸道細(xì)菌作用下，組氨酸脫竣變成組胺：

N一（j^CH-CH^COO|H-N-^-CH2NH2

HCCHNH,HCCH

\N/■、N/

HH

（四）與亞硝酸的放氮反應(yīng)

凡是具有氨基的化合物都能與亞硝酸作用產(chǎn)生氮?dú)猓ǜ彼峒傲u脯氨酸除外）

R—CH—COOH+HNO,R—CH—COOH+N2T+H20

OH

NH2

利用此反應(yīng)，可由氨的體積計(jì)算混合氨基酸的總含量或蛋白質(zhì)分子中氨基的含量。

（五）與苗三明的顯色反應(yīng)

藍(lán)色化合物

反應(yīng)后藍(lán)紫色的深度或二氧化碳的體積可作為a-氨基酸定量分析的依據(jù)。肽類和蛋白質(zhì)也有此反應(yīng)。

由于反應(yīng)非常靈敏，是鑒定氨基酸、肽類和蛋白質(zhì)最迅速而乂簡(jiǎn)便的方法，廣泛用于a-氨基酸、肽類和蛋

白質(zhì)的比色測(cè)定或紙層析與薄層層析的顯色。

（六）與2,4-二硝基氟苯（DNFB）（桑各試劑）的反應(yīng)

,NO?

—NH-CH~~COOH+HF

F+H2NCH-COOH?

R

DNFB氨基酸DNP-氨基酸

（桑各試劑）（黃）

用于測(cè)定蛋白質(zhì)或多肽N-端氨基酸的方法，稱為二硝基苯法，簡(jiǎn)稱為DNP法。利用此法不斷降解蛋

白質(zhì)或多肽，反復(fù)用DNFB標(biāo)記其氨基末端，就可確定蛋白質(zhì)或多肽鏈中氨基酸的排列順序。

（七）與金屬離子的螯合作用

O=?c—X0、H,LN—CH,

x

H2C—NH2o—C=O

蘭色

利用這類反應(yīng)可作為氨基酸或蛋自質(zhì)的定性試驗(yàn)或定量分析的依據(jù)。

第三節(jié)肽

一、肽的和命名

由氨基酸縮合而成的化合物稱為肽。

分類,般十肽以下的叫寡肽或低聚肽(oligopeptide),+■肽以上稱為多肽(polypeptide)。

多肽分子中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基(aminoacidresidue).

蛋白質(zhì)是由多肽組成的，除此之外，在人體內(nèi)還發(fā)現(xiàn)了許多肽類，其中有些是具有重要生理活性的激

素。

環(huán)狀肽鏈沒有首尾之分。開鏈肽為鏈狀，故乂稱多肽鏈。它們有兩端，端具有游離的氨基，稱為氨

基末端(或稱N-端)；另一端則具有游離的竣基，稱為叛基末端(或稱C-端)。

在寫多肽的構(gòu)造式或簡(jiǎn)化式時(shí)，習(xí)慣上將N-端寫在左邊，C-端寫在右邊。

多肽的命名是以含有C-端(竣基)的氨基酸為母體，而將其余的氨基酸殘基作為?；来闻帕性谀阁w

名稱之前。例如，谷胱甘肽(glutathione)可命名為Y-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。

二、肽的結(jié)構(gòu)和功能

肽鏈中氨基酸殘基之間的結(jié)合鍵主要是肽鍵。肽鍵是共價(jià)鍵，結(jié)合力很強(qiáng)，又較穩(wěn)定，除在酸、堿或

酶的作用下水解外，?般不易被破壞。

肽鏈中的半胱氨酸殘基側(cè)鏈上含有筑基-SH,容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)。例如，谷胱廿肽含有-SH,乂稱

還原型谷胱甘肽，可用GSH表示。在氧化反應(yīng)中，筑基被氧化成二硫鍵，肽變成了氧化型谷胱甘肽，可用

GS-SG表示。其氧化型也可被還原。

2GSH—“3叼

+2[H]

谷胱甘肽的還原型及氧化型的轉(zhuǎn)變是可逆的，它在生物氧化過程中起著氫的傳遞作用，能促進(jìn)不飽和

脂肪酸的氧化。體內(nèi)還有許多含航基的酶在生物氧化過程中起著傳遞質(zhì)子的作用。

肽鏈內(nèi)部的兩個(gè)筑基也可以互相結(jié)合成二硫鍵，使肽鏈成部分環(huán)狀.如催產(chǎn)素和抗利尿素：

第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

一、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)按層次可分為四級(jí)：

(-)一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列次序

蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)是多肽鏈。有些蛋白質(zhì)就是?條多肽鏈，有些是由兩條或兒條多肽鏈構(gòu)成。呈

肽鏈中氨基酸排列的次序稱為蛋白質(zhì)的「級(jí)結(jié)構(gòu)。

我國(guó)科學(xué)家首先合成了具有生理活性的結(jié)晶牛胰島素(圖12-2),它就是由A,B兩條多肽鏈通過二硫鍵

連結(jié)而成的蛋白質(zhì)。在A鏈的第6與第11的兩個(gè)半胱氨酸殘基之間還有一個(gè)二硫鍵相連。

(-)二級(jí)結(jié)構(gòu)

用x射線衍射的方法研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，證明了在蛋白質(zhì)分子的肽鍵(一￡一7一)

0H

中C-N鍵的鍵長(zhǎng)為0.132nm,介于C-N鍵長(zhǎng)(0.147nm)和C=N鍵長(zhǎng)(0.127nm)之間。這顯示了肽鍵中的C-N

鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，從而使肽鍵-C0NH-上所連接的各原子位于同一平面匕其中

0與H呈反式關(guān)系。這種平面結(jié)構(gòu)稱為“肽鍵平面”或“酰胺平面”。肽鍵平面兩側(cè)的Ca-N和C-Ca鍵則

是。鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)，即能引起肽鍵平面間的相互旋轉(zhuǎn)，使主鏈出現(xiàn)各種構(gòu)象。這種主鏈原子的局部空

間排列，稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（圖12-3）o

1952年鮑林（Pauling）等人根據(jù)X射線衍射法對(duì)纖維狀蛋白質(zhì)的研究，在肽鍵平面結(jié)構(gòu)及平面間相對(duì)旋

轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，提出了蛋白質(zhì)肽鏈構(gòu)象的兩種模型。

I.a一螺旋結(jié)構(gòu)模型：肽鏈以螺旋方式伸展，平均每3.6個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成一個(gè)螺旋圈，遞升0.54nm。每

隔18個(gè)殘基即5個(gè)螺旋圈（距長(zhǎng)2.7nm）又出現(xiàn)大的重復(fù)。每個(gè)氨基酸殘基上的氨基氫與其相隔的第五個(gè)氨

基酸殘基中?；跣纬蓺滏I；肽鏈上所有的上環(huán)CO與卜.環(huán)NH都有相應(yīng)的氫鍵對(duì)。這樣，要使一段螺旋

中的肽鏈發(fā)生旋轉(zhuǎn)，至少需要打開三個(gè)相鄰的氫鍵才有可能。這就使a-螺旋的構(gòu)象較為穩(wěn)定（圖12-4）,

a-螺旋的直徑為1.0?l.lnm,由于此空間太小以致溶劑分子進(jìn)不去。在20種氨基酸中，只有脯氨酸在肽

鏈上時(shí)，因其N1二無氫，不能形成氫鍵，a-螺旋在此不能連續(xù)，并使后面的肽鏈發(fā)生彎曲。因此脯氨酸的

出現(xiàn)與多肽的立體構(gòu)型有關(guān)。

2.6-片層結(jié)構(gòu)模型:片層結(jié)構(gòu)中肽鏈?zhǔn)钦郫B排列（與a-螺旋不同），每?jī)蓚€(gè)氨基酸殘基的距離約0.35nm

（在a-螺旋結(jié)構(gòu)中為0.15nm）,連接各殘基的肽鍵所構(gòu)成的平面有規(guī)則地折疊成折扇狀（圖12-5）,肽鏈

中CO與NH間的氫鍵是在兩條平行的或反平行的肽鏈間形成，每個(gè)氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)分別交替地位于折

疊面的上下。

由于空間障礙，就不能盤曲成螺旋，也不能折疊成片層，而呈無確定規(guī)律的線狀卷曲。這部分肽鏈構(gòu)象稱

為無規(guī)卷曲,此外在蛋白質(zhì)分子的肽鏈上還經(jīng)常因脯氨酸的存在而出現(xiàn)180°的回折，這種肽鏈的回折角

稱為6-轉(zhuǎn)角，我/'杷主肽鏈上的a-螺旋、片層、8-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲四種構(gòu)象單元統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)

結(jié)構(gòu)。

（=）三級(jí)結(jié)構(gòu)

上述蛋白質(zhì)的a-螺旋、B-折疊、轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)，往往由于側(cè)鏈及各主鏈構(gòu)象單元的

相互作用，而按一定方式進(jìn)一步卷曲，折疊成更復(fù)雜的三度空間結(jié)構(gòu)，這就是蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),三級(jí)結(jié)

構(gòu)是由鹽鍵、氫鍵、二硫鍵及疏水鍵等來維系的。它反映了蛋白質(zhì)分子（或亞基）內(nèi)所有原子的空間排布。

大多數(shù)蛋白質(zhì)都有纖維狀或球狀的三級(jí)結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)的變性可解釋為其二級(jí)及三級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果。

（四）四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的締合

復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子是由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈所組成。這時(shí)每條肽鏈稱為?個(gè)亞基.JL

個(gè)亞基通過氫鍵、疏水鍵或靜電引力締合而成個(gè)蛋白質(zhì)分子,這就是蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。例如，血紅蛋

白（HbA）是一個(gè)含有四條多肽鏈（二條a鏈和二條B鏈，圖12-7）組成的蛋白質(zhì)，每條肽鏈各自用副鍵維

系，折疊盤曲成呈四面體形式的三級(jí)結(jié)構(gòu)。具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的四條多肽鏈各自結(jié)合?個(gè)作為輔基的亞鐵血紅

素。四條多肽鏈間通過八個(gè)鹽鍵互相結(jié)合，構(gòu)成血紅蛋白A的四級(jí)結(jié)構(gòu)（圖12-7、12-8）。

二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定

推斷預(yù)測(cè)

氨基酸序列（一級(jí)結(jié)構(gòu)〉一空間結(jié)構(gòu)（高級(jí)結(jié)構(gòu)）~功能

（-）蛋白質(zhì)測(cè)序的一般步驟

測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目。

（1）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈。

（2）測(cè)定多肽鏈的氨基酸組成。

（3）斷裂鏈內(nèi)二硫鍵。

（4）分析多肽鏈的N末端和C末端。

（5）多肽鏈部分裂解成肽段。

（6）測(cè)定各個(gè)肽段的氨基酸順序

（7）確定肽段在多肽鏈中的順序。

（8）確定多肽鏈中二硫鍵的位置。

（二）蛋白質(zhì)測(cè)序的基本策略

對(duì)于一個(gè)純蛋白質(zhì)，理想方法是從N端直接測(cè)至C端，但目前只能測(cè)60個(gè)N端氨基酸。

直接法（測(cè)蛋白質(zhì)的序列）

兩種以上特異性裂解法

NC

A法裂解AlA2A3A4

B法裂解_B[B2B3B4

用兩種不同的裂解方法，產(chǎn)生兩組切點(diǎn)不同的肽段，分離純化每一個(gè)肽段，分離測(cè)定兩個(gè)肽段的氨基酸序

列，拼接成一條完整的肽鏈。

間接法（測(cè)核酸序列推斷第基酸序列）

核酸測(cè)序，一次可測(cè)600-800bp

（=）測(cè)序前的準(zhǔn)備工作

蛋白質(zhì)的純度鑒定

純度要求，97%以上，且均純度鑒定方法。（兩種以上才可靠）

⑴聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）要求一條帶

（2）DNS—cl（:甲氨基蔡磺酰氯）法測(cè)N端氨基酸

測(cè)定分子量

用于估算氨基酸殘基n=mw

110

方法：凝膠過濾法、沉降系數(shù)法

1、確定亞基種類及數(shù)目

多亞基蛋白的亞基間有兩種結(jié)合方式：

⑴非共價(jià)鍵結(jié)合

8mol/L尿素，SDSSDS測(cè)分子量

⑵二硫鍵結(jié)合

過甲酸氧化：

—S—S—+HCOOOH-SO3H

8疏基乙醇還原：

2、測(cè)定氨基酸組成

主要是酸水解，同時(shí)輔以堿水解。氨基酸分析儀自動(dòng)進(jìn)行。

確定肽鏈中各種a.a出現(xiàn)的頻率,便于選擇裂解方法及試劑。

①Trp測(cè)定

對(duì)二甲基氨基苯甲醛590nm.

②Cys測(cè)定

端基分析

①N端分析

DNS-cl法：最常用，黃色熒光，靈敏度極高，DNS-多肽水解后的DNS-氨基酸不需要提取。

DNFB法：Sanger試劑，DNP-多肽，酸水解，黃色DNP-氨基酸，有機(jī)溶劑（乙酸乙酯）抽提分離,

紙層析、薄層層析、液相等

PITC法：Edman法，逐步切下。無色PTH-氨基酸，有機(jī)溶劑抽提，層析。

②C端分析

A.啡解法

HjN-A-B-C-D-COOH無水肌NH2NH2100℃5-10ho

A-NHNH2、B-NHNH2、C-NHNH2、D-COOH

氨基酸的酰腫，用苯甲醛沉淀，C端在上清中，Gin,Asn、Cys、Arg不能用此法。

B.狡肽酶法（Pro不能測(cè)）

浚肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端a.a

竣肽酶B：只水解Arg、Lys

NH,NVai—Ser—GlyC

圖Pl18竣肽酶法測(cè)C末端

（二）肽鏈的部分裂解和肽段的分離純化

1、化學(xué)裂解法

①澳化鼠—Met—X—產(chǎn)率85%

②亞碘?；郊姿嵋籘rp—X—產(chǎn)率70-100%

③NTCB（2-硝基-5-硫鼠茶甲雀）一X—Cys—

④羥胺NH20H—Asn—Gly—

約150個(gè)氨基酸出現(xiàn)一次

2、酶法裂解

①胰蛋白酶Lys—

(XWPro)

ArgX

②胰凝乳蛋白酶lyiX

（X#Pro）

Trp——X

Phe——X

胃蛋白醐

PheQrp、Try、Leu)Phe(Trp>Try^Leu)

③Glu蛋白酶GluX

（Vg蛋白酶）

④Arg蛋白酶ArgX

⑤Ly$蛋白酶X——Lys

⑥Pro蛋白酶Pro——X

3、肽段的分離純化

①電泳法SDS-PAGE

根據(jù)分子量大小分離

②離子交換層析法（DEAE—CelluloseDEAE—Sephadex）

根據(jù)肽段的電荷特性分離

③反相HPLC法

根據(jù)肽段的極性分離

④凝膠過濾

4、肽段純度鑒定

分離得到的每一個(gè)肽段，需分別鑒定純度，常用DNS-cl法

要求：SDS—PAGE單帶、HPLC單峰、N端單一。

（=）肽段的序列測(cè)定及肽鏈的拼接

1、Edman法

一次水解一個(gè)N端a.a

（1）耦聯(lián)

PITC+H2N—A-B-C-DpH8—9,40℃PTC——A-*C-D

（2）裂解

PTC—A-B-C-D……TFA無水三氟乙酸ATZ—A+H2N—B-C-D

（3）轉(zhuǎn)化

ATZ—APTI1—A

用GC或HPLC測(cè)定PTH-A”

PTC肽：苯氨基硫甲酰肽

ATZ：曝哇咻酮苯胺（一氨基酸）

PTH：紫乙內(nèi)酰硫胭（一氨基酸）

耦得PTC肽

一次循環(huán)裂理：ATZ-a.a

轉(zhuǎn)，：PTH-a.a

反應(yīng)產(chǎn)率99次循環(huán)次數(shù)120

（偶聯(lián)、降98%60

解兩步）90%40

2,DNS-Edman法

用DNS法測(cè)N末端，用Edman法提供（n-1）肽段。

A—B—C—D—E肽

圖

3、有色Edman法

熒光基團(tuán)或有色試劑標(biāo)記的PITC試劑。

4、用自動(dòng)序列分析儀測(cè)序

儀器原理：Edman法，可測(cè)60肽。

1967液相測(cè)序儀

自旋反應(yīng)器，適于大肽段。

1971固相測(cè)序儀

表面接有丙氨基的微孔玻璃球，可耦連肽段的C端。

1981氣相測(cè)序儀

用Polybrcne反應(yīng)器。

（聚陽離子）四級(jí)鍍鹽聚合物

液相：5nmol2Q40肽97%

氣相：5pmol60肽98%

5、肽段拼接成肽鏈

16肽，N端HC端S

A法裂解：ONSPSEOVERLAH0WT

B法裂解：SEOWTONVERLAPSHO

重疊法確定序列：HOWTONSEOVERLAPS

(四)二破鍵、酰胺及其他修飾基團(tuán)的確定

1、二硫鍵的確定(雙向電泳法)

碘乙酰胺封閉-SH

胃蛋白酶酶解蛋白質(zhì)

第一向電泳

過甲酸氧化一s-s一生成-SO3H

第二向電泳

分離出含二硫鍵的兩條短肽，測(cè)序

與拼接出的肽鏈比較，定出二硫鍵的位置。

2、酰胺的確定

Asp-Asn、Glu-Gln

酶解肽鏈，產(chǎn)生含單個(gè)Asx或Glx的肽，用電泳法確定是Asp還是Asn

舉例：Leu-Glx-Pro-Val肽在pH=6.0時(shí)，電荷量是Leu+Pro0Vai'

此肽除Glx外，凈電荷為0,可根據(jù)此肽的電泳行為確定是Glu或是Gin。

3、糖、脂、磷酸基位置的確定

糖類逋過Asn、Ser與蛋白質(zhì)連接，-N-糖普-0?糖普

脂類：Ser、Thr、Cys

磷酸：Ser、Thr、His

經(jīng)驗(yàn)性序列：Lys(Arg)-Ser-Asn-Ser(PC)4)

Arg-Thr-Leu-Ser(PO4)

Lys(Arg)-Ala-Ser(PO4)

第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)和功能

蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)舉例：

(1)牛胰島素

(2)核糖核酸酶(RNase)

(3)人血紅蛋白a和B鏈及肌紅蛋白的級(jí)結(jié)構(gòu)

(五)二、同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與生物進(jìn)化

同源蛋白質(zhì)：在不同的生物體內(nèi)具有同一功能的蛋白質(zhì)。如：血紅蛋白在不同的脊椎動(dòng)物中都具有

輸送氧氣的功能，細(xì)胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。

同源蛋白質(zhì)的特點(diǎn)：

①多肽鏈長(zhǎng)度相同或相近

②同源蛋白質(zhì)的氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對(duì)所有種屬來說都是相同的，稱不變殘基，不變

殘基高度保守，是必需的。

③除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對(duì)不同的種屬有很大變化，稱可變殘基，可變殘基中，個(gè)別

氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能。

通過比較同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化，親源關(guān)系越遠(yuǎn)，

同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。

(六)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的個(gè)體差異一分子病

分子?。夯蛲蛔円鹉硞€(gè)功能蛋白的某個(gè)(些)氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導(dǎo)致整個(gè)分子

的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，致使其功能部分或全部喪失。

LinusPauling首先發(fā)現(xiàn)鐮刀形紅細(xì)胞貧血現(xiàn)是由于血紅蛋白發(fā)生了遺傳突變引起的，成人的血紅蛋白

是由兩條相同的a鏈和兩條相同的。鏈組成a2%，鐮刀形紅細(xì)胞中，血紅蛋白|3鏈第6位的aa線基由正常的

Glu變成了疏水性的VaL因此，當(dāng)血紅蛋白沒有攜帶02時(shí)就由正常的球形變成了剛性的棍棒形，病人的

紅細(xì)胞變成鐮刀形，容易發(fā)生溶血作用（血細(xì)胞溶解）導(dǎo)致病血.，棍棒形的血紅蛋白對(duì)O?的結(jié)合力比正常的

低。

以血紅蛋白為例：a282寡聚蛋白

正常人血紅蛋白，B.NGlu6

鐮刀型貧血B.NVai6

生理?xiàng)l件下電荷：

Val°Glu

疏水親水

人的血紅蛋白分子的四條肽鏈中（574個(gè)氨基酸殘基）只有兩個(gè)Glu分子變化成Vai分子，就能發(fā)生

鐮刀狀細(xì)胞貧血病。

一級(jí)結(jié)構(gòu)的部分切除與蛋白質(zhì)的激活

一些蛋白質(zhì)、酶、多肽激素在剛合成時(shí)是以無活性的前體形式存在，只有切除部分多肽后才呈現(xiàn)生

物活性，如血液凝固系統(tǒng)的血纖維蛋白原和凝血酶原，消化系統(tǒng)的蛋白酶原、激素前體等。

二、多肽與蛋白質(zhì)的人工合成（自學(xué)）

在醫(yī)藥和研究方面意義重大

1958年，北大生物系合成催產(chǎn)素8肽。

1965年，中國(guó)科學(xué)院生化所、有機(jī)所、北大化學(xué)系人工合成牛胰島素。

1969年，美國(guó)Merrifield用自動(dòng)化的固相多肽合成儀合成第一個(gè)酶——牛胰RNase（124aa-）?

P139圖3-46多肽的固相合成

C端_____端。

掛接f去讀第一中和~縮合一去保護(hù)一中和f縮合

第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

（）蛋白質(zhì)的兩性離解及等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)的兩性離解及其平衡移動(dòng)可用下式表示：（見幻燈）

P表示蛋白質(zhì)大分子。在pH<pI的溶液中，蛋白質(zhì)陽離子的濃度大于蛋白質(zhì)陰離子的濃度;在pH>pI

的溶液中，則蛋白質(zhì)陰離子濃度大于陽離子濃度。在某一pH值溶液中蛋白質(zhì)的兩性離子濃度處于極大值，

離解成陰、陽離子的幾率相等，其凈電荷等于零，這時(shí)溶濃的pH值就是該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pl）。蛋白質(zhì)在

等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小，最易于沉淀。不同種類的蛋白質(zhì)具有不同的等電點(diǎn)。

（-）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)、鹽析

1.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：

實(shí)驗(yàn)室中常選用不同孔徑的半透膜（透析袋）來分離提純蛋白質(zhì)，這種方法稱為透析，在膜上增加壓力，

加壓透析的方法稱為超過漉。

使蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的兩個(gè)因素：電荷與水化膜。

沉淀蛋白質(zhì)的方法：

⑴蛋白質(zhì)的鹽析：向蛋白質(zhì)溶液中加入電解質(zhì)到定濃度時(shí)，蛋白質(zhì)便沉淀析出，這個(gè)作用稱為鹽析。鹽

析所需鹽的最小量稱為鹽析濃度。鹽析是電解質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)溶液的沉淀作用。蛋白質(zhì)鹽析的特點(diǎn)是:①電解

質(zhì)用量很大（以mollJ計(jì)算）；②鹽析生成的沉淀，加溶劑稀釋時(shí)，又可重新溶解。③不同蛋白質(zhì)鹽析

時(shí)所需的鹽析濃度不同。利用此性質(zhì)，可用不同濃度的鹽溶液使蛋白質(zhì)分段析出，予以分離。

（2）有機(jī)溶劑的沉淀：甲醇、乙醇、丙酮等極性較大的有機(jī)溶劑，對(duì)水的親和力較大，亦能破壞蛋白質(zhì)

分子的水化膜。在等電點(diǎn)時(shí)加入這些脫水劑可使蛋白質(zhì)沉淀析出。但這些溶劑如與蛋白質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間接觸，則

沉淀的蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生性質(zhì)的改變，而不再溶解。在中草藥有效成分的提取過程中，常加適量的乙醇以沉淀

蛋白質(zhì)，就是根據(jù)這個(gè)道理。

(3)重金屬鹽沉淀，氯化汞、硝酸銀、醋酸鉛、硫酸銅等重金屬鹽，在溶液的pH值大于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)

時(shí)，它們的重金屬離子如C『+,Hg2+,Pb",Ag+等能與蛋白質(zhì)的竣基陰離子結(jié)合，生成不溶性的沉淀。

(4)某些酸類的沉淀：鋁酸、苦味酸、糅酸、磺基水楊酸、偏磷酸、：氯醋酸等酸的復(fù)雜酸根，在溶液

的pH值小于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，能與蛋白質(zhì)的鍍陽離子結(jié)合，成為不溶性的沉淀。

(=)蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)

1.縮二朦反應(yīng)：蛋白質(zhì)堿性溶液與稀硫酸銅溶液可發(fā)生縮二麻反應(yīng)，呈現(xiàn)出紫色或紫紅色。生成的顏色

與蛋自質(zhì)的種類有關(guān)。

2.茴三酮反應(yīng)：將蛋白質(zhì)的近中性溶液(pH5?7)與瑋三酮水溶液(1:400)1?2滴混合并加熱煮沸1?2min,

放冷后產(chǎn)生藍(lán)紫色反應(yīng)。蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸及其它伯胺類化合物等具有自由氨基的化合物(包括氨)對(duì)

荀三酮均呈陽性反應(yīng)。此反應(yīng)也可用于蛋白質(zhì)的定性與定量分析。

3.其它顯色反應(yīng)：氨基酸(及蛋白質(zhì))還與某些試劑發(fā)生顯色反應(yīng)(表12-6),這些反應(yīng)常用于氨基酸的鑒別。

第七節(jié)蛋白質(zhì)的分類

(-)按分子形狀分類

1.纖維狀蛋白形狀似纖維，不溶于水，如膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋臼等。纖維蛋白按溶解性可分為可溶

性纖維蛋白與不溶性纖維蛋白。前者如血液中的纖維蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等，后者如膠原蛋白，彈

性蛋白，角蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白。

2.球狀蛋白分子似球體，較易溶于水，如血紅蛋白、血清球蛋白等。球狀蛋白的長(zhǎng)度與直徑之比一般小于

10o

(-)按組成分類

1.簡(jiǎn)單蛋白完全由氨基酸組成，不含非蛋白成分。如血清清蛋白等。根據(jù)理化性質(zhì)及來源分為清蛋白(乂名

白蛋白,albumin),球蛋白(globulin)、谷蛋白(glutelin)、醇溶谷蛋白(prolamine)、精蛋白(protamine)、組蛋

白(histone)、硬蛋白(scleroprotein)等。

2.結(jié)合蛋白由蛋白質(zhì)和非蛋白成分組成，后者稱為輔基。根據(jù)輔基的不同，分為核蛋白(nucleoprotein)、磷

蛋白(phosphopmtein)、金屬蛋白(metalloprotein)、色蛋白(chromoprotein)等

(三)根據(jù)功能分類

1、活性蛋白質(zhì)：包括在生命過程中一切有活性的蛋白質(zhì)及其前體，如酶、激素蛋白質(zhì)、運(yùn)輸和貯存蛋白

質(zhì)、運(yùn)動(dòng)蛋白質(zhì)、受體蛋白質(zhì)、膜蛋白質(zhì)等。

2、非活性蛋白質(zhì)：對(duì)生物體起保護(hù)或支持作用，如膠原、角蛋白等。

第八節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化

一、蛋白質(zhì)的提取

研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能，首先需要得到純的蛋白質(zhì)樣品。

(1)蛋白質(zhì)來源：微生物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞；

(2)隨時(shí)測(cè)定蛋白質(zhì)活性并檢測(cè)蛋白質(zhì)含量。

(3)分離和純化過程都必須在溫和的條件下進(jìn)行。

蛋白質(zhì)的提取步驟

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