生物化学讲义.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物化学讲义.精品文档.总体安排：第一章：有机化学基础生物化学中的一些重要概念第二章：静态生化第三章：动态生化第一节：糖类、脂类代谢及其调控第二节：蛋白质代谢及其调控第三节：核酸代谢及其调控第一章 有机化学基础生物化学中的一些重要概念一、如何用投影式观察一个分子的立体结构：通常都将碳链放在垂直线上，以垂直线相连的基团表示伸向纸后（即远离我们）；以水平线相连的基团表示伸出纸前（即伸向我们）。二、有机化合物的分类：数以百万计的有机物，可以按照它们的结构分成许多类。一般的分类方法有两类：一是根据分子中碳原子的连接方式（碳的骨架）分类；二是根据决定分子主要化学性质的特殊原子或基团（官能团）分类。这两种方法经常是混合使用的。1、根据碳的骨架可以把有机物分成三类：（1）开链化合物（脂肪族化合物）：这类化合物中的碳架成直链（即不带有支链），或为带有支链的开链，由于长链状的化合物最初是在油脂中发现的，所以开链化合也叫脂肪族化合物。（2）碳环化合物：这类化合物分子中含有完全由碳原子组成的环，又可分为：脂环族化合物：性质与脂肪族化合物相似，在结构上也可看作是由开链化合物关环而成。芳香族化合物：分子中都有一个或多个苯环，它们在性质上与脂肪族化合物有较大的区别。（3）杂环化合物：这类化合物分子中的环是由碳原子与其它元素的原子共同组成的。这里只是让大家有一个感性认识，以后涉及到这些化合物时不致太生疏。五元杂环：举例：吡咯、叶绿素、血红素及维生素B12吡咯的许多衍生物广泛分布于自然界，如叶绿素、血红素、它们都是有重要生理作用的细胞色素，叫做卟啉类化合物。叶绿素和血红素具有相同的基本骨架卟吩。卟吩是由四个吡咯环的-碳原子通过次甲基（CH=）相连而成的复杂体系，所以叶绿素、血红素等都有颜色。六元杂环：举例1：嘧啶、核苷、核苷酸与核酸 ：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸核苷可以看作是糖分子中的半缩醛羟基（-OH）与杂环中氮原子上的氢（-H）去水形成。举例2：吡啶、维生素PP与辅酶（Co、NAD：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）、辅酶（Co、NADP：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）维生素PP是B族维生素之一，它参与机体的氧化-还原过程，能促进组织新陈代谢，降低血中的胆固醇，体内缺乏维生素PP时能引起糙皮病，所以维生素PP也叫抗糙皮病维生素。维生素PP包括-吡啶甲酸（烟酸、尼克酸）及-吡啶甲酰胺（烟酰胺、尼克酰胺）两种物质。-吡啶甲酰胺是NAD+、NADP+中的一个重要组成，是生物体内氧化还原过程中传递氢和电子的辅酶之一，为极重要的化合物。稠杂环 举例1：吲哚与吲哚乙酸：一般认为吲哚乙酸是由色氨酸衍生而来。举例2：花色素苯并吡喃的衍生物。花色素是一类重要的植物色素，花色素与糖结合成花色苷，存在于花和果实中。花青（素）是花色苷的一种，它的颜色与介质的PH值密切相关：pH值介于7-8时，它呈淡紫色；pH<3时，呈红色；pH>11时呈蓝色，其颜色的改变是由于其结构在不同介质中发生变化所致。同一种花青素在不同的PH值下能显示不同颜色，不仅如此，其颜色也能随环境中金属离子的存在而改变，所以同一种花青素在不同的花中，或是同一种花由于种植的土壤不同，都能显出不同的颜色。举例3 ：嘌呤、核苷、核苷酸与核酸 举例4：蝶呤与叶酸、维生素B2 (核黄素)叶酸参与嘌呤与嘧啶环的生物合成，体内缺乏叶酸则患恶性贫血症；维生素B2是FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、FMN（黄素单核苷酸）的组成成分，是生物体内氧化还原过程中传递氢和电子的辅酶之一，极重要。举例5：生物碱 生物碱是指一类存在于生物体中的有机碱性物质，由于它们主要存在于植物中，所以也常叫植物碱，已发现数千种，氨基酸是生物碱合成的前身。 2、根据官能团分类：将含有同样官能团的化合物归为一类，因为一般来说，含有同样官能团的化合物在化学性质上是基本相同的。有些较复杂的化合物经常含有多个官能团，如单糖分子、氨基酸分子、核苷酸分子等。三、化合物的构型与构象1、手性碳原子与手性分子手性：实物与镜像不能重叠的特点叫做“手性”，某些化合物也有这种手性特征。手性碳原子（不对称碳原子）：是连接四个不同原子或基团的碳原子（以*号表示）。手性分子：一般指有手性碳原子的分子。2、有机物的旋光活性。偏振光：仅在某一平面上振动的光，叫平面偏振光。旋光活性物质：有些有机物可将偏振光的振动平面旋转一定的角度，具有这种性质的物质，叫旋光活性物质。3、构型：指一个分子由于其中各原子特有的、固定的空间排列，使该分子具有的特定的立体化学结构。当某一物质由一种构型转变为另一种构型时，要求共价键的断裂和重新形成。4、构象：指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。5异构体：分子式相同（或组成相同），而结构不同的分子叫同分异构体。生物化学中常见的异构现象：（1）结构异构（碳架异构、位置异构、功能异构等） （2）立体异构顺反异构体（几何异构）产生顺反异构条件：分子中必须有C=C双键；以C=C双键相连的每个碳原子必须和两个不同的的原子或基团相连。旋光异构体（镜象对映体、对映异构体、光学异构体） 举例：某种细菌对人工合成的丙氨酸只能摄取一半，而全部摄取天然物中提取的丙氨酸。若某分子中的手性碳为n个，则这种分子一般可有2n个光学异构体。四、分子间的力化学键是分子内部原子与原子之间的作用力，这是一种相当强的作用力，一般的键能每摩尔至少有一百多千焦（几十千卡）。主要是共价键和离子键（又称盐键）除了高度分散的气体分之外，分子间也存在一定的作用力，这种作用力较弱，要比键能小一个数量级，这对生物大分子而言，这种力是非常重要的，分子间的作用力本质上大都是静电作用力，主要有以几种：1偶极-偶极作用力。这种为产生于具有永久偶极的极性分子之间。2范德华力：非极性分子内由于电子运动的某一瞬间，分子内部的电荷分布可能不均匀，而产生一个很小的暂时偶极，这个暂时偶极又可影响周围分子也产生暂时偶极。暂时偶极虽然会很快消失，但它又不断出现，因此总的结果是在非极性分子间产生一种极弱的引力，这种引力就是范德华力。范德华力作用范围较小，只有分子间非常接近时，才起作用。3氢键：当氢原子与一个原子半径较小，而电负性又很强并带未共用电子对的原子Y（主要是F、O、N）结合时，由于Y原子有极强的拉电子作用，使得H-Y间电子云主要集中在Y一端，而使氢显部分正电，而Y显部分负电。结果，带部分正电荷的氢便可受另一分子中电负性强的Y的吸引以静电力相结合，这种分子间的作用力叫氢键。氢键实际上也是偶极-偶极间作用力，这是分子间作用力最强的。4.疏水相互作用：这种分子间的作用力并不是疏水基团之间有吸引力的缘故，而是疏水基团或疏水侧链要避开水而被迫接近引起的。举例：碱基堆积力是稳定DNA双螺旋结构的一个重要因素。嘌呤与嘧啶形状扁平，呈疏水性，分布于DNA双螺旋的内部，大量碱基层层堆积，两相邻碱基平面又十分贴近，于是使双螺旋内部形成一个强大的疏水区，把介质中的水分子隔开，维持了碱基的稳定性。第二章 静态生化一、糖类1糖类物质：是指含多个羟基的醛类或酮类化合物，或水解后能产生这些化合物的物质。2糖类物质的分类及生理作用：（1）分类：单糖（醛糖、酮糖、衍生糖（如糖胺、糖酸、糖酯）、寡糖（2-6个单糖分子）、多糖（又分为同多糖、杂多糖）、复合糖（又叫结合糖，糖与非糖物质如脂类、蛋白质共价结合而成，如糖蛋白、糖脂、蛋白聚糖）。（2）生理意义：主要为生物体的能量物质、结构物质；细胞识别的信息分子；其它分子的骨架分子（举例1、2）。 3DL构型与RS构型（1）DL构型D-构型与L-构型单糖分子 单糖分子中存在不对称碳原子，因此存在旋光异构的现象。单糖分子的D-构型或L-构型是以甘油醛为基准进行比较而确定（1951年前只对确定相对构型）：使平面偏振光发生右旋的甘油醛规定为D-构型甘油醛；使平面偏振光发生左旋的甘油醛规定为L-构型甘油醛。D-、L-指构型，+、-指该物质的旋光方向，注意D-与+、L-与-并没有必然的关系。如D-葡萄糖和D-果糖的旋光方向分别为+和-，而L-葡萄糖和L-果糖的旋光方向均为- 在生物体内，主要含的是D-构型的糖。（2）RS构型DL构型的局限性1951年以后，由于X射线衍射技术的发展，可测定某些光学异构体的真实构型（绝对构型）。RS构型命名系统（1956年）可以准确规定任何手性碳原子的绝对构型。DL构型与RS构型不一定是对应的。4葡萄糖分子的环状结构在葡萄糖的链状结构被证明存在后，发现葡萄糖的某些物理、化学性质不能用其链状结构来解释，从而提出葡萄糖还存在环状结构。1891年，Fischer正式提出葡萄糖分子的环状结构学说（投影式表示）。1926年，Haworth认为过长的氧桥是不合理的，他采用透视式表达葡萄的环状结构。粗线表平面向前的边缘，细线表示向后的边缘。以D-构型为例：投影式中向右的羟基（-OH）在透视式中处于平面之下；直链形葡萄C5上的羟基（-OH）与C1上的醛基（-CHO）连成15型氧桥，形成环状结构时，为了使C5上的羟基（-OH）与C1上醛基（-CHO）接近，依照单键自由旋转不改变构型的原理，将C5旋转109。28，所以D-葡萄糖的尾端羟甲基在平面之上。透视式中，D、L决定于羟甲基位置：如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列时，羟甲基在平面之上为D，反之为L；、决定于半缩醛羟基（-OH）的位置，如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列时，半缩醛羟基（-OH）在平面之下为-型、反之为-型，（-型、与-型互为异头体）5葡萄糖的构象（1）环已烷的构象 （2）葡萄糖的构象 对D-葡萄糖构象来说，型的半缩醛羟基（-OH）直立，而其余的羟基（-OH）和羟甲基（-CH2OH）为平伏的；而型的半缩醛羟基（-OH）、其余的羟基（-OH）和羟甲基（-CH2OH）均为平伏的。因此，在水溶液中型比型更稳定，其中-D（+）-葡萄糖占36%、-D（+）-葡萄糖占63%、直链葡萄糖仅1%。6重要的单糖：（1）醛糖和酮糖简介（2）重要的丙糖及其相关重要化合物D-甘油醛、3-磷酸甘油醛、二羟基丙酮、磷酸二羟丙酮D-甘油酸、3-磷酸甘油酸、1，3-二磷酸甘油酸丙酮酸、PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）（3）重要的丁糖：赤藓糖、4-磷酸赤藓糖（4）重要的戊糖：脱氧核糖、核糖、木酮糖（5-磷酸木酮糖）、核酮糖（1，5-二磷酸核酮糖（RUBP）、5-磷酸核酮糖）（5）重要的己糖：葡萄糖、6-磷酸葡萄糖、1-磷酸葡萄糖）、半乳糖、果糖（为酮糖，糖果类中最甜的）、6-磷酸果糖、1，6-二磷酸果糖。（6）庚糖：景天庚酮糖（1，7-二磷酸景天庚酮糖、7-磷酸景天庚酮糖）7重要的寡糖：糖苷：单糖的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而成，非糖部分为配糖体。如果配糖体也为单糖分子则形成双糖。糖苷也有-、-两种类型，以参与缩合的半缩醛羟基（-OH）是-还是-为准。重要的糖苷键：麦芽糖 （1-4）糖苷键、异麦芽糖 （1-6）糖苷键、蔗糖 ，（1-2）糖苷键、乳糖 （1-4）糖苷键、纤维二糖 （1-4）糖苷键、棉子糖 （1-6）糖苷键、，（1-2）糖苷键核苷：核糖或脱氧核糖分子中的半缩醛羟基与嘌呤或嘧啶中氮原子上的氢去水形成的糖苷。8重要的多糖：（1）均一多糖：指由一种单糖缩合而成的多糖A淀粉：用热水溶解淀粉时，可溶的一部分为“直链淀粉”；不溶的一部分为“支链淀粉”。直链淀粉相当于250-300年葡萄糖分子缩合而成，化学键为（1-4）糖苷键，螺旋化，遇碘变紫蓝色。支链淀粉相当于6000个或更多的葡萄糖分子，化学键同直链淀粉，5-6%为（1-6）糖苷键形成分支短链，平均23-30个葡萄糖残基，遇碘变紫红色。B糖原（动物淀粉）70kg 的人肝糖原为90g，骨胳肌中肌糖原为3350g。糖原结构似支链淀粉，遇碘变棕红色。每个分支平均为12-18个葡萄糖残基。C纤维素：（1-4）糖苷键，8000-10000个葡萄糖残基。D半纤维素：大量存在于植物木质化部位，为多聚戊糖和多聚己糖的混合物。E几丁质（壳多糖）：为N-乙酰-D葡萄糖胺（葡萄糖的衍生糖），以（1-4）糖苷键缩合而成，结构和功能与纤维素均相似。F琼脂：在某些海藻（如石花菜属）所含的多糖物质，主要为多聚半乳糖、硫及钙。（2）不均一多糖：指由不同类型的单体缩合而的多糖。如透明质酸、硫酸软骨素等。二、脂类1脂酰甘油类脂酰甘油（脂酰甘油酯）：是脂肪酸和甘油通过酯键所形成的化合物。根据脂肪酸的数目，可分为单脂酰甘油、二脂酰甘油、三脂酰甘油（即甘油三酯、脂肪）。油一般是常温下呈液态的脂肪；脂一般是常温下呈固态的脂肪（1）脂肪酸：所有的脂肪酸都有一长的碳氢链（以线性为主，分枝或环状的很少），其一端为一个羧基。在组织和细胞中，绝大多数的脂肪酸是以结合状态存在，从动、植物、微生物中已分离的脂肪酸已有上百种。饱合脂肪酸：碳氢链中全部为单键的脂肪酸，如硬脂酸、软脂酸等。不饱合脂肪酸：碳氢链中含有一个或和个双键，如油酸、亚油酸、亚麻酸等。（2）高等动植物脂肪酸的共性：A脂肪酸链长多为14-20个碳原子，且都是偶数，以16或18最常见。B饱合脂肪酸中以软脂酸、硬脂酸最为常见；不饱合脂肪酸中以油酸最为常见。C不饱合脂肪酸的溶点低于饱合脂肪酸；多存在于高等植物和低温生活的动物中。 D高等动、植物的单不饱合脂肪酸的双键位置一般在9-10碳原子之间，多不饱合脂肪酸中一个双键位置一般也在9-10碳原子之间，另一个双键位于第一个双键和碳氢链的末端甲基之间，且在两个双键之间常隔一个亚甲基（CH2），如亚油酸。E高等动、植物的不饱合脂肪酸，几乎都有相同的几何构型，且都属于顺式，极少数为反式（如反-11-十八碳烯酸）F细菌所含的脂肪酸种类比高等动、植物少得多，在12-18个碳原子之间，且多为饱合脂肪酸。（3）必需脂肪酸：把维持哺乳动物正常生长所需的，而机体又不能合成脂肪酸称为必需脂肪酸，主要为亚油酸和亚麻酸，这两种脂肪酸在植物中含量非常丰富。哺乳动物体内花生四烯酸可由亚油酸合成，而它是合成前列腺素的必需前体物质，植物中不含花生四烯酸。（4）脂肪酸的物理、化学性质A皂化和皂化值当将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶作用时可发生水解，形成甘油和3个脂肪酸。皂化反应：当用碱水解脂酰甘油时，产生这一为脂肪酸的盐类，即肥皂，此过程为皂化反应。皂化值：指完全皂化1g油或脂所消耗的KOH的毫克数。此值用以评估油脂质量，并可计算该油脂的分子量。B卤化和碘值：卤化反应：油脂中的不饱合键可以与卤族元素发生加成反应，生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化反应。碘值：100克油脂所能吸收的碘的克数。通过碘值计算油脂中不脂肪酸的双键数目。酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗的KOH的毫克数，此值可反应酸败程度。C氢化：油脂中的不饱合键可以金属镍的催化下发生氢化反应，这样处理的油脂可防止酸败。D酸败和败值酸败：油脂在空气中暴露过长时间会产生难闻的气味，这种现象叫油脂的酸败。酸败的化学本质是由于油脂水解（日光下可加速此过程）放出低分子量游离脂肪酸（如丁酸），经氧化形成有臭味的醛或酮等物质。不饱合脂肪酸的氧化产物（醛或酮）可聚合成胶膜状的化合物，如桐油等可用作油漆即根据此原理。2磷脂酰甘油类（1）组成：磷脂酸：是各类甘油磷脂的母体化合物，它是甘油C3的羟基（-OH）磷酸化；另外两个羟基（-OH）为脂肪酸所酯化而成的。甘油磷脂：磷脂酸的磷酸再与氨基醇，如胆碱、乙醇胺、丝氨酸、肌醇缩合而成的化合物。天然存在甘油磷脂都属L-构型甘油磷脂有极性的头部（含磷酸部分）和非极性尾部（脂肪酸部分），这种结构特点使甘油磷脂溶于水时，除极少数形成真溶液外，绝大部分可自发形成微团。（2）重要的甘油磷脂类化合物磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、二磷脂酰甘油（心磷脂）。（3）生理功能：A维持正常生物膜的结构和功能，类脂（主要为磷脂）约占膜重量的一半。B胆固醇可以在体内转变成多种类固醇激素、维生素D3及胆汁酸等。3萜类化合物（1）萜类：不含脂肪酸，为异戊二烯的衍生物。萜类有的是线状，有的是环状。相连的异戊二烯有的是头尾相连，也有的是尾尾相连。多数直链萜类的双键为反式。（2）萜的分类：主要根据异戊二烯的数目来分类。（3）几种萜类化合物：维生素A、E、K、胡萝卜素、叶绿醇、天然橡胶等都属于萜类；植物中多数萜类都具有特殊臭味，而是各类植物特有油类的主要成分。例如柠檬苦素、薄荷醇、樟脑依次是柠檬油、薄荷油、樟脑油的主要成分。4甾类（类固醇类）化合物甾类（类固醇类）：也为异戊二烯的衍生物，基本结构为环戊烷多氢菲。固醇类（甾醇类）：为甾类化合物，其特点为甾核的第3位上有一个羟基（-OH），在第17位上有一个分支的碳氢链。客观存在又可分为固醇和固醇衍生物两大类。（1）固醇类：胆固醇（2）固醇衍生物：A胆汁酸：肝脏合成，可从胆汁中分离得到。人的胆汁中有三种不同的胆汁酸。大多数脊椎动物的胆汁中，胆酸与甘氨酸牛磺氨酸结合成甘氨胆酸或牛磺胆酸，这是胆汁苦的主要原因。胆酸可与脂肪或其它脂类（如胆固醇、胡萝卜素）形成盐类，因此它是很好的乳化剂，降低不和油脂的表面张力，使肠腔内油脂乳化成微粒，以增加油脂与消化液中的脂肪酶的接触面积，便于油脂消化吸收。B维生素D2、D3 C各种甾醇类激素：性激素、肾上腺皮质激素等。D强心苷：有使心搏减慢，强度增加的作用。主要从玄参科及百合科的植物中提取，最常见强心苷是洋地黄毒素，它存在于洋地黄植物的叶子中；蟾蜍分泌蟾毒素也有类似的药用效果。5蜡：是不溶于水的固体，是高级脂肪酸（蜡酸）和长链、脂肪族一羟基醇（蜡醇）或固醇所形成的酯。6血脂：血浆中脂类总称为血脂。正常人空腹时含脂类情况为：总胆固醇：100-200mg%（每100ml血液中含100-200mg）；甘油三酯：20-110mg%；磷脂：110-210mg%。血浆中的脂类不是以游离的状态存在，而是以与蛋白质结合成脂蛋白的形式存在的，由于脂蛋白具有亲水性，从而有利于脂类的转运。用超速离心法可把不同的脂蛋白分离成五类：乳糜微粒（CM，转运外源性脂肪）、极低密度脂蛋白（VLDL，转运内源性脂肪）、低密度脂蛋白（LDL，转运胆固醇和磷脂）、高密度脂蛋白（HDL，转运磷脂和胆固醇）、极高密度脂蛋白（VHDL，转运游离脂肪酸）。7在生化反应中重要的酸：丙酮酸、柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸（丁二酸）、L-苹果酸、草酰乙酸、乙醛酸等。 三、蛋白质、酶与维生素（一）蛋白质1蛋白质的基本结构单位氨基酸及其分类从各种生物体中发现的氨基酸已有180种。基本氨基酸：指20种直接参与蛋白质组成的氨基酸；非蛋白质氨基酸：180多种天然氨基酸大多数是不参与蛋白质组成的，这些氨基酸被称为非蛋白质氨基酸。（1）通式：从蛋白质水解物中分离出来的常见氨基酸有20种，除脯氨酸外，这些氨基酸在结构上的共同点是与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为- 氨基酸 。- 氨基酸除甘氨酸外，其-碳原子都为一个不对称碳原子，因此都具有旋光性，且生物体内的-氨基酸均为L-型。（2）基本氨基酸的简写符号（三字符）（3）基本氨基酸的R基（4）基本氨基酸的分类按基本氨基酸R基的化学结构分类：脂肪族氨基酸A含一氨基一羧基的中性氨基酸B含羟基氨基酸C含硫氨基酸D 含酰胺基氨基酸E含一氨基、二羧基的酸性氨基酸F含二氨基、一羧基的碱性氨基酸芳香族氨基酸杂环族氨基酸按基本氨基酸R基的极性分类： 非极性氨基酸不带电荷的氨基酸带正电荷的氨基酸带负电荷的氨基酸（5）非蛋白质氨基酸：-丙氨酸（辅酶A或HS-CoA）、-氨基丁酸（抑制性神经递质）、L-瓜氨酸、L-鸟氨酸（参与尿素循环）等。2氨基酸的理化性质：（1）氨基酸的晶体为离子晶格过去长期认为氨基酸的晶体或在水溶液中是以不解离的中性分子存在的。后来发现氨基酸晶体的熔点很高，一般在200摄氏度以上，此外还发现氨基酸能使水的介电常数增高，而一般的有机化合物如酒精、丙酮使水的介电常数降低的。如果氨基酸在晶体或水中主要是以兼性离子（偶极离子）存在，而不带电荷的分子为数极少，那么上述两个现象就易解释了。即：氨基酸晶体是以离子晶格组成，像氯化钠晶体一样，维持晶格中质点的作用力是异性电荷间的吸引，而不象分子晶格那样以范德华力来维系，这种静电引力要比范力强得多。（2）氨基酸在水溶液中具两性解离氨基酸完全质子化时，可以看成为多元酸：侧链不解离的中性氨基酸可看为二元酸；侧链解离的酸性氨基酸和碱性氨基酸可看为三元酸。A等电点（pI）：指水溶液中，氨基酸分子净电荷为0时的溶液PH值。在等电点时，氨基酸在电场不向正极也不向负极移动，都处于兼性离子状态，少数解离为阳离子和阴离子，但解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等。B等电点的计算：对侧链不解离的中性氨基酸，其等电点是它的pK，1（表观解离常数）和pK，2的算术平均值。对侧链解离的酸性或碱性氨基酸，其等电点是其兼性离子两边的pK，值的算术平均值。C等电点对氨基酸分子电荷数的影响：pH>pI 氨基酸带净负电荷，因此在电场中将向正极移动。pH=pI 氨基酸带净电荷为0，因此在电场中将向不移动。pH<pI 氨基酸带净正电荷，因此在电场中将向负极移动。（3）氨基酸的紫外吸收能力参与蛋白质组成的20种氨基酸，在可见光区都没有光吸收，但在远紫外光区（<220nm）均有光吸收。在近紫外光区（220-300nm）只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。因为它们的R基含有苯环共轭双键系统。酪氨酸的最大光吸收波长为275nm（苯酚基）、苯丙氨酸为257nm（苯基）、色氨酸为280nm（吲哚基）。蛋白质由于含有这些氨基酸，所以也有紫外吸收能力，一般最大光吸收在280nm波长处，可利用蛋白质的这个特点方便地测定蛋白质的含量。（4）与茚三酮反应在弱酸性溶液中茚三酮与-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨、脱羧反应，最后茚三酮与反应产物，即氨和还原茚三酮发生作用，生成紫色物质，利用这个反应可以定性或定量地测定各种氨基酸。两个亚氨基酸，即脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反不释放氨，而直接生成黄色化合物。3氨基酸混合物的分析分离简介（1）分配层析的一般原理层析的方法虽很多，但原理都有是一样的。所有的层析系统通常都有由两个相组成，一个为固定相，一个为流动相。混合物在层析系统中的分离决定于该混合物的组分在这两相中的分配情况。物质分配在液相-液相系统、液相-气相系统、气相-气相系统中均可发生。分配系数：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，溶质在两相中的浓度比值为一常数，即为分配系数。利用层析分离混合物，如氨基酸时，其先决条件是各种氨基酸成分的分配系数要有差异哪怕是很小的差异也可。一般差异越大，越容易分开。层析原理：以逆流分配为例结论：在层析过程中，分配系数大的物质移动快；分配系数小的物质移动慢。（2）举例：柱层析滤纸层析离子交换层析：强酸型阳离子交换树脂，带正电的氨基酸与树脂交换而被“挂”在树脂上，从而使其移动得慢，氨基酸被洗出的顺序一般为：酸性氨基酸、中性氨基酸、碱性氨基酸。4蛋白质的化学结构组成及其分类（1）蛋白质的化学结构（2）蛋白质的分类：生物界蛋白质的种类估计在1010-1012数量级。造成种类如此多的原因是20种参与蛋白质组成的氨基酸肽链中的排列顺序不同引起的。如20种氨基酸组成的20肽，其顺序异构体为20！=2×1018按组成的化学成分为A简单蛋白质：完全由氨基酸构成的蛋白质，如核糖核酸酶、胰岛素等。B结合蛋白质：除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成分，这种成分称辅基（或配基），这种蛋白质叫结合蛋白质，结合蛋白质按其辅基进行分类。按蛋白质分子的形状分为A球状蛋白质：分子对称性佳，溶解度较好，能结晶，大多数蛋白质属此类型。B纤维状蛋白质：分子对称性差，溶解度较差，呈细棒状或纤维状，又可分为：可溶性纤维状蛋白质，如肌球蛋白、血纤维蛋白原；不可溶性纤维状蛋白质，主要生理功能是在生物体内作为结构成分存在，如胶原、弹性蛋白、角蛋白、丝心蛋白等。按蛋白质的生物功能分为酶蛋白、结构蛋白、载体蛋白、受体蛋白、防御蛋白（免疫球蛋白）、营养和贮存蛋白、收缩蛋白、运动蛋白等。5蛋白质的大小与分子量蛋白质的分子量变化很大，一般在6000-106道尔顿。确定蛋白质的分子量的简单方法（1）凯氏定氮法：蛋白质含量=蛋白氮×6.25蛋白质元素组成特点：蛋白质的平均含氮量为16%，这是凯氏定氮法的计算基础，式中的6.25为16%的倒数，即为1g氮所代表的蛋白质量。（2）含辅基的简单蛋白质，用110除它的分子量即可估计其氨基酸残基的数目。因为，蛋白质中20种氨基酸的平均分子量为138，但在多数蛋白质中较小的氨基酸占优势，因此其平均分子量接近128，又因为每形成一个肽键将除去一分子水的分子量（18），所以氨基酸残基的平均分子量为110。6蛋白质的构象 蛋白质的生物学功能决定于它的高级结构，而蛋白质的高级结构由它的一级结构，即氨基酸的顺序决定。天然存在的蛋白质总是处于热力学最稳定的状态。蛋白质的构象：每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这各空间结构通常称为蛋白质的构象。为了表示蛋白质结构的不同组织层次，一般采用下列的专门术语：（1）一级结构：指多肽链共价主链中氨基酸的排列顺序。共价主链：肽链是由规则单位重复排列而成，称为共价主链。各肽链中共价主链都是一样的，差异在于R基的顺序，即氨基酸的顺序。肽键和肽平面：肽键：由于肽键中氮原子的孤对电子对与相邻羰基之间的相互作用，表现出高稳定性。X-射线衍射分析证明，CN单键有40%的双键性质，C=O双键有40%的单键性质。肽链中肽键都为反式构型。重要的特例是：含脯氨酸的肽键，其构型可以反式的，也可以是顺式的，因此脯氨酸侧链的四氢吡络环引起的空间位阻消去了反式构型的优势。肽平面：多肽主链上的肽键CN具有双键性质而不能自由旋转，结果肽键的所有4个碳原子和与之相连的两个-碳原子（C）都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称为肽平面。肽链主链上只有-碳原子连接的两个键（如CN1，CC2）是单键，可以自由旋转。氨基酸残基：多肽链中的每一个氨基酸单位叫做氨基酸残基，因为在形成肽键时丢失了一分子水。多肽链顺序及命名：对直链多肽而言，规定从肽链的氨基末端（N-端）的氨基酸残基开始命名，书写时，也通常把氨基末端氨基酸写在左面，羧基末端（C-端）氨基酸写在右面。肽的显色反应肽的化学反应也和氨基酸一样，游离的-氨基、-羧基和R基可以发生与氨基酸中的相应的基团类似的反应。A与茚三酮的反应：NH2末端的氨基酸也能与茚三酮发生定量反应，生成紫色物质。这一反应广泛用于肽的定性和定量测定。B双缩脲反应：是肽和蛋白质所特有的，此反应氨基酸不能进行。一般含有两个或两个以上的肽键的化合物与碱性硫酸铜溶液都发生双缩脲反应而生成紫红色或蓝紫色复合物，利用这个反应借助分光光度计可以测定蛋白质的含量。一级结构举例：天然存在的活性肽（如谷胱甘肽等）、牛胰岛素、胰岛素原的激活。（2）二级结构：指多肽链借氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象，如-螺旋、-折叠片、-转角等。使多肽链发生折叠的主要动力：一是疏水相互作用，这种相互作用使暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度；二是处于伸展状态的多肽链和周围水分子之间形成的氢键。蛋白质的二级结构主要有以下方式：A-螺旋：蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构，且几乎都是右手的，因为右手螺旋比左手螺旋稳定。-螺旋中的氢键是由肽键上的NH上的氢与它后面（N端）第四个残基上的C=O氧之间形成的。-螺旋由于它的构象具有规则结构，从而引起肽链折叠中的协同性，即一旦形成了一圈-螺旋，随后逐个残基的加入就会变得更加容易而迅速，这是因为第一圈螺旋成为安装相继的螺旋残基所需的模板。一条多肽链能否形成-螺旋，以及这条多肽链是否稳定，与它的氨基酸的组成与排列顺序有极大的关系，如R基的大小（较小易）、R基是否带有电荷（不带电荷易）、多肽链中是否存在脯氨酸及羟脯氨酸（有则-螺旋被中断，形成“结节”）等。B-折叠：蛋白质中常见的二级结构。两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=O之间形成有规则的氢键，这样的多肽构象就是-折叠。-折叠有两种类型，一种是平行式，即所有肽链的N端都在同一方向；另一种是反平行式，肽链的极性一顺一倒，N端间隔同向。C-转角：又叫回折、-弯曲等，多数位于球状蛋白分子的表面，因为在这里改变多肽链的方向阻力较小。有三种类型，共同特点为：每种类型都有4个氨基酸残基，且弯曲处的第一个残基的C=O和第四个残基的NH之间形成氢键，从而形成不很稳定的环形结构。 二级结构的预测：二级结构决定于一级结构中相邻氨基酸残基的短程顺序及其种类。每种氨基酸形成各种二级结构时，它们的倾向性是不同的。超二级结构：蛋白质中，特别是在球状蛋白中，由若干相邻的二级结构单元（即-螺旋、-折叠、-转角）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知的超二级结构有三种组合形式：（）、（）、（）纤维状蛋白质举例：角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白（3）三级结构：指多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕成具有特定肽链走向、呈紧密球状构象，在三级结构中，除了属于二级结构的-螺旋、-折叠片等规则构象外，还有无规则的松散肽段。三级结构决定于一级结构中氨基酸的长程顺序及其种类。多肽链转弯的形成和这些转弯的方向、角度都决定于能产生特异转弯的氨基酸残基的精确位置。三级结构是多肽链上各个单键的旋转自由度受各种限制的总结果，这些限制包括肽键的平面性质、CN，CC旋转的许可角度、肽链中疏水基和亲水基的数目和位置、带正负电荷的R基数目位置、溶剂溶质的性质等等。三级结构决定于它的氨基酸顺序这一结论最直接的证据是蛋白质的可逆变性实验，例如：60年代White等做的牛胰核糖核酸酶复性的经典实验维系蛋白质三级结构的作用力盐键、氢键、范德华力、疏水相互作用、二硫键等。二硫键（SS）二硫键在维持蛋白质的空间构象及维持蛋白质的生物活性方面上起重要作用。二硫键也叫二硫桥，存在同一条肽链中（链内二硫键），也可存在于不同的肽链间（链间二硫键），它多在-转角附近。二硫键是由两个半胱氨酸中的两个巯基（-SH）相连而成。从牛胰核糖核酸酶复性实验可知，在二硫键形成之前，蛋白质分子已产生了它特有的三级结构，即二硫键在三级结构的产生上不是必须的，但可起到稳定此三级结构的作用。球状蛋白质的三级结构及结构域结构域：又称辖区，它也是蛋白质三维折叠中的一个层次。多肽链首先是在相邻的氨基酸残基间形成有规则二级结构，然后相邻的二级结构片段形成超二级结构，在此基础上，多肽链折叠成近乎球状的、相对独立的三维实体，叫结构域。对较大的蛋白质或亚基，多肽链往往两个或两个以上结构域构成其三级结构；对于较小的蛋白质分子或亚基而言，结构域与三级结构往往是同一结构。从结构形成角度看，一条长的多肽链，先分别折叠成几个相对独立的区域，再缔合成三级结构要比整条多肽链直接折叠成三级结构更为合理，易行。三级结构举例：肌红蛋白D寡聚蛋白质及其四级结构：四级结构：很多蛋白质以三级结构的球状蛋白通过非共价键彼此缔合在一起形成聚集体，这就是蛋白质的四级结构。亚基：又称单体，四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基或亚单位，亚基一般中人是一条多肽链，但有的亚基由二条或多条肽链通过二硫键连接而成。单体蛋白质：无四级结构的蛋白质，如肌红蛋白、溶菌酶等。寡聚蛋白质：是由两条或更多条多肽链（亚基）组成的蛋白质，叫寡聚蛋白质。别构蛋白质和别构效应别构蛋白质：又叫调节蛋白质，为寡聚蛋白质，分子中每个亚基都有活性部位或者还有别构部位（调节部位）。如天冬氨酸转氨甲酰酶，活性部位与别构部位分属不同的亚基。别构效应：别构蛋白质具有别构效应，指蛋白质与配基结合后，蛋白质通过改变构象，进而改变蛋白质（如血红蛋白、别构酶等）生物活性的现象。四级结构举例：血红蛋白的结构、抗体7蛋白质的变性与复性（1）蛋白质的变性作用：天然蛋白质分子受到某些物理、化学等因素的影响，引起蛋白质分子中次级键被破坏，使蛋白质分子从有序紧密的构象变为无序而松散的构象，即构象改变至解体的现象。变性不涉及共价（肽键和二硫键等）的断裂，一级结构保持完好。变性是一个协同过程，变性过程是在变性剂很窄浓度范围内；或很窄的PH范围内，或或很窄的温度间隔内突然发生的。（2）引起蛋白质变性因素有：物理因素：热、紫外线照射、高压和表面张力等；化学因素：有机溶剂、脲、胍、酸、碱等。（3）变性过程中蛋白质的变化：蛋白质内部一些侧链基团暴露，如疏水基团外露等。蛋白质理化性质改变，如溶解度下降，蛋白质分伸展，不对称性增加等。生物化学性质的改变：更易被蛋白水解酶分解等。生物活性的丧失：生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。有时空间结构只有轻微的局部变化，甚至这些变还没有影响物理化学性质时，生物活性就已经丧失了。蛋白质的复性：当变性因素除去后，有些变性的蛋白质又可重新回复到天然构象，这一现象称为复性。8蛋白质的性质及其分离方法（1）蛋白质的酸碱性质在蛋白质分子末端有游离的-氨基和-羧以及R基侧链上的各种功能基团，因此蛋白质的很多物理化学性质与氨基酸是相同的，如蛋白质也是一类两性化合物；也可把它看成多价离子，也有等电点（pI）等。（2）蛋白质的胶体性质与沉淀蛋白质溶液属于胶体溶液根据分散程度可以把分散系统分成三类：分散相质点小于1nm的为真溶液；大于100nm的为悬浊液；介于1-100nm的为胶体溶液。分散相质点在胶体系统中保持稳定，需用要具备三个条件：一是分散相的质点在1-100nm间；二是分散相质点带有同种电荷互相排斥，不易产生沉淀；三是分散相质点能与溶剂形成溶剂化层，如水分层，质点有了水化层，相互不易靠近而沉淀。蛋白质溶液属于胶体溶液，和一般的胶体系统一样也有布朗运动、丁达尔现象以及不能通过半透膜等特性。蛋白质分子的质点大小、周围的双电层和水化层是稳