19.1 氨基酸
19.1.1氨基酸的结构、分类和命名
1．结构氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（-NH2）取代后的衍生物。
构成蛋白质的20余种常见氨基酸中除脯氨酸外，都是α-氨基酸，其结构可用通式表示：
２．分类
① 肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸
② 根据氨基和羧基的相对位置分为：α—氨基酸、β—氨基酸和γ—氨基酸。
③ 根据氨基和羧基的数目可分为：中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。
④ 除氨基和羧基外，还可根据连的基团（或原子）不一样可分：
氢氨基酸（甘氨酸）、烃基氨基酸（丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，异氨酸，苯丙氨酸）、羟基氨基酸（丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸）、氨基氨基酸（色氨酸，赖氨酸，精氨酸，组氨酸，）、含硫氨基酸（半胱氨酸，蛋氨酸）、含羧基氨基酸（门冬氨酸，谷氨酸）、含酰氨氨基酸（谷氨酰胺）、含杂环氨基酸（脯氨酸）。
３．命名：
根据氨基酸的来源或性质命名。
见P４５０表１９－１。生物体内作为合成蛋白质的原料只有二十种。这二十种氨基酸都有国际通用的符号，但熟记比较困难，暂用它的中文名的第一个字，如甘氨酸用“甘”。
４．氨基酸的构型
D/L标记法：距羧基最近的手性碳原子为标准。
注意和糖中讲的D/L构型区别，糖中是以距醛基最远的手性碳原子为标准。
１9．１．２物理和光谱性质
1．α—氨基酸都是无色结晶。因是在等电点成两性离子时结晶出来的，在分子内即有极强的静电引力，其熔点无疑要较相应的胺或羧酸高，通常熔融时都分解。
2．α—氨基酸溶于水，在等电点时溶解度最小。由于它具两性离子的结构，一般难溶于非极性有机溶剂。
3．α—氨基酸IR：1600cm-1处有一羧负离子的吸收带（1720 cm-1没有羧基的典型谱带）。在3100-2600 cm-1间有一强而宽的N-H键伸缩吸收带。
１9．１．３化学性质
具有氨基和羧基的典型反应。还表现出特性。
1．酸碱性－两性
①形成内盐 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。
如果把测得甘氨酸的Ka值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度，
如果把测得甘氨酸的Kb值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度，
测得甘氨酸的Ka=1.6×10-10，甘氨酸的Kb=2.5×10-12。而大多数羧酸Ka约为10-5，大多数脂肪胺的Kb约为10-4。
因为在水溶液中，一个共轭酸和它的共轭碱的酸碱度的关系式是Ka×Kb=10-14。由上式算出甘氨酸中的正离子—N+H3Ka=1.6×10-10，这意味着它的共轭碱—NH2的Kb=6.3×10-5。同样算出甘氨酸中共轭碱—COO -的Kb为2.5×10-12，这意味着它的共轭酸—COOH的Ka=4×10-3。前者对一个脂肪胺来说，后者对一个有强吸电子的羧酸来说，其酸碱度都是合理的数值。因此，在象甘氨酸这样简单的氨基酸中它的酸性基团是—N+H3，它的碱性基团是—COO -。
② 氨基酸存在形式：氨基酸在强酸性溶液中以正离子存在，在强碱性溶液中以负离子存在。在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在：
这样，在强酸性介质中电解氨基酸溶液，则在阴极上析出氨基酸；反之，如在强碱性介质中，则氨基酸的负离子移向阳极。
③ 成盐
在溶液中有少量不电离的氨基酸，可与强酸、强碱都能成盐，遇酸成铵盐，遇碱成羧酸盐：
④ 离子化在水溶液中，氨基酸分子中的羧基和氨基可以分别象酸或碱一样的离子化。
2．等电点氨基酸在水中可以发生离子化，但离子化程度是不相同的。当向氨基酸水溶液中加入酸或碱可以抑制氨基酸分子中的羧基或氨基的离子化程度。
正离子 偶极离子 负离子
pH < pI pI pH > pI
① 等电点：当溶液调节至一定的pH值时，氨基酸可以两性离子的形式存在，将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性状态，这时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，通常以pl表示。
K1：-COOH电离常数；K2：-NH3+电离常数。
② pH值：中性氨基酸的等电点小于7（负离子要多些）。等电点一般在5～6.3之间。
酸性氨基酸需加入酸将溶液调到等电点，故其等电点小于7。等电点一般在2.8～3.2之间。
碱性氨基酸需加入碱将溶液调到等电点，故其等电点大于7。等电点一般在7.6～10.8之间。（习题：P649，2）
pH<pI 氨基酸以正离子形式存在(酸性增加)；
pH>pI氨基酸以负离子形式存在(碱性增加)。
③ 氨基酸在等电点时，溶解度最小。可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。
3．氨基酸中氨基的反应
① 与亚硝酸反应 大多数氨基酸中含有伯氨基，可以定量与亚硝酸反应，生成α-羟基酸,并放氮气。
该反应定量进行，从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方法称为范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法，可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。
② 与甲醛反应 氨基酸分子中的氨基能作为亲核试剂进攻甲醛的羰基，生成（N,N-二羟甲基）氨基酸。
在（N,N-二羟甲基）氨基酸中，由于羟基的吸电子诱导效应，降低了氨基氮原子的电子云密度，削弱了氮原子结合质子的能力，使氨基的碱性削弱或消失，这样就可以用标准碱液来滴定氨基酸的羧基，用于氨基酸含量的测定。这种方法称为氨基酸的甲醛滴定法。
在生物体内，氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下，可与醛酮反应生成弱碱性的西佛碱（Schiff’ base）,它是植物体内合成生物碱及生物体内酶促转氨基反应的中间产物。
③ 与2,4-二硝基氟苯反应 氨基酸能与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应生成N-（2,4-二硝基苯基）氨基酸，简称N-DNP-氨基酸。这个化合物显黄色，可+用于氨基酸的比色测定。英国科学家桑格尔（Sanger）首先用这个反应来标记多肽或蛋白质的N-端氨基酸,再将肽链水解，经层析检测，就可识别多肽或蛋白质的N-端氨基酸。
④ 氧化脱氨反应 氨基酸分子的氨基可以被双氧水或高锰酸钾等氧化剂氧化，生成α-亚氨基酸，然后进一步水解，脱去氨基生成α-酮酸。
生物体内在酶催化下，氨基酸也可发生氧化脱氨反应，这是生物体内蛋白质分解代谢的重要反应之一。
4．氨基酸中羧基的反应
① 与醇反应 氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢，加热回流时生成氨基酸酯。
α-氨基酸酯在醇溶液中又可与氨反应，生成氨基酸酰胺。
这是生物体内以谷氨酰胺和天冬酰胺形式储存氮素的一种主要方式。
② 脱羧反应 将氨基酸缓缓加热或在高沸点溶剂中回流，可以发生脱羧反应生成胺。生物体内的脱羧酶也能催化氨基酸的脱羧反应，这是蛋白质腐败发臭的主要原因。例如赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺（尸胺）。
5．氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应
① 与水合茚三酮的反应 α-氨基酸与水合茚三酮的弱酸性溶液共热，一般认为先发生氧化脱氨、脱羧，生成氨和还原型茚三酮，产物再与水合茚三酮进一步反应，生成蓝紫色物质。这个反应非常灵敏，可用于氨基酸的定性及定量测定。
凡是有游离氨基的氨基酸都和水合茚三酮试剂发生显色反应，多肽和蛋白质也有此反应，脯氨酸和羟脯氨酸与水合茚三酮反应时，生成黄色化合物。
② 与金属离子形成配合物 某些氨基酸与某些金属离子能形成结晶型化合物，有时可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如二分子氨基酸与铜离子能形成深紫色配合物结晶：
③ 脱羧失氨作用 氨基酸在酶的作用下，同时脱去羧基和氨基得到醇。
工业上发酵制取乙醇时，杂醇就是这样产生的。
此外，一些氨基酸侧链具有的官能基团，如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非α-氨基等，均可以发生相应的反应，这是进行蛋白质化学修饰的基础。α-氨基酸还可通过分子间的-NH2基与-COOH基缩合脱水形成多肽，该反应是形成蛋白质一级结构的基础，将在蛋白质部分介绍。
6,氨基酸的受热分解反应
α-氨基酸受热时发生分子间脱水生成交酰胺；γ-或δ-氨基酸受热时发生分子内脱水生成内酰胺；β-氨基酸受热时不发生脱水反应，而是失氨生成不饱和酸。
α-氨基酸 交酰胺
β-氨基酸 α,β-不饱和酸
γ-氨基酸 内酰胺
19.1.4氨基酸的制备
１．有蛋白质水解
２．由卤代酸氨解
３．由丙二酸酯制备
１9．２多肽
１9．２．１肽和肽键
氨基酸分子间的氨基与羧基失水，以酰胺键（肽键）相连而成的化合物叫做肽。
1．肽键
2．肽的结构
C—端：保留游离的羧基； N—端：保留游离的氨基。
三肽有6种可能的方式；四肽有24种可能的方式；六肽有720种可能的方式。
氨基酸和二肽类的整个酰胺基是共平面的，即羰基碳、氮以及连接它们的四个原子都处于一个平面中，
3．多肽的命名以含C—端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸名称中的酸字改为酰字，将含N—端的氨基酸写在最前，然后按它们在链中的顺序依次排列至最后含C—端的氨基酸。
我国于1965年成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质— —牛胰岛素。这是我国的骄傲。
１9．２．２多肽结构的测定和末端分析确定天然多肽结构是很麻烦的。首先知道由哪些氨基酸组成的（可通过长度水解确定），还要知道各氨基酸的连接顺序。
1．分子量大小的测定（相对分子质量）
多肽虽是个高分子化合物，但是个具有极其严格而精细结构的，有固定的相对分子质量，而不是象一般高分子化合物那样只是一个平均相对分子质量，可用化学方法或用各种物理方法，如渗透压法、光散射法，以用测量超离心时的性能和X衍射。
2．氨基酸的定量分析多肽在6mol/LHCl，105℃时水解（碱性水解易引起手性碳的外消旋化，故不能用）。水解后得的氨基酸混合液可用氨基酸分析仪分离和测定。
3．测定N端和C端
① 2，4—二硝基氟苯法(DNFB—Dintrofluorobenzene法)
DNFB为标记N—端试剂。N—端的氨基酸生成为黄色的N—（2，4—二硝基苯基）氨基酸，通过纸上层析便可确定N—端是哪一种氨基酸。此法的主要缺点是当水解分离N-二硝基苯氨基酸的同时，整个多肽链也会分解成氨基酸了。
② 异硫氰酸酯法
末端氨基与异硫氰酸酯中的碳进行亲核加成得到标记的肽，小心水解，则末端氨基酸与标记试剂环化，形成苯乙酰硫脲而从多肽链上分离，再与标准试剂比较，可确定哪种氨基酸。这个方法的特点是，除多肽N端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样可继续不断的测定其N端。
③ 酶水解 （蛋白质水解有高度选择性，往往只水解一种肽键。）
现在有自控的氨基酸顺序测定仪问世，用它测定氨基酸的顺序，就较为便捷了。
④ 测定C端。氨基酸的酯与肼反应生成酰肼的方法也是测定C端的方法。因为只有酯、酰胺能与肼反应而生成酰肼，而羧基不能与肼反应。所以多肽与肼反应时，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端的氨基酸了。
4．肽链选择性地裂解并鉴定相对分子量较大的多肽一般需要把它裂解成小碎片，一一测定这些小碎片的顺序，再从各个碎片在排列上的重叠，重建整个肽链的顺序。
１9．３蛋白质蛋白质是由多种α-氨基酸组成的一类天然高分子化合物，分子量一般可由一万左右到几百万，有的分子量甚至可达几千万，但元素组成比较简单，主要含有碳、氢、氮、氧、硫，有些蛋白质还有磷、铁、镁、碘、铜、锌等。
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%，即每克氮相当于6.25g蛋白质，生物体中的氮元素，绝大部分都是以蛋白质形式存在，因此，常用定氮法先测出农副产品样品的含氮量，然后计算成蛋白质的近似含量，称为粗蛋白含量。
W粗蛋白=W氮×6.25
１9．３．１ 蛋白质的分类和功能分类
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 球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。
2．根据蛋白质的化学组成分为：
① 单纯蛋白质：它是由多肽组成的，其水解最终产物是α-氨基酸。如白蛋白、球蛋白、谷蛋白等。
② 结合蛋白质：它是由单纯蛋白质与非蛋白质部分结合而成的。如脂蛋白、磷蛋白、色蛋白、金属蛋白、血红蛋白。
3．根据蛋白质的功能分为：
① 活性蛋白质：它包括在生命运动过程中一切有活性的蛋白质。
② 非活性蛋白质：主要包括一大类担任生物的保护或支持作用的蛋白，从现有的了解看，都是不具有生物活性的物质。
功能
１．起组织结构的作用，如：角蛋白组成皮肤、毛发、指甲，
２．蛋白质起生物调节作用，如：各种酶对生物化学起催化作用，血红蛋白在血液中输送氧气
１9．３．２ 蛋白质的结构
1．一级结构一级结构：蛋白质分子中氨基酸的连接顺序。蛋白质的一级结构也是由肽键连接起来的肽链，它和多肽的区别仅仅在于蛋白质有较高的相对分子量（一般认为在一万以上）和较为复杂的一些结构而已。
氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序：
肽键是蛋白质一级结构的基本结构键
2．蛋白质的次级结构：蛋白质分子中的氨基酸是通过共价键结合的，因此是最稳定、最基本的结构，称为一级结构，在一级结构的长链中，存在不同的基团如—H，—C=O，—NH2，—COOH，—R等等。它们之间也可以互相作用，形成了分子的立体结构。这种分子中原子团间非键合的相互作用，要比共价键弱得多，称为次级键或副键。主要有以下几种：
① 氢键：蛋白质分子中形成氢键的有两种情况，一是主链的肽键之间形成的，另一是侧链与侧链间或侧链与主链间形成的。
② 疏水作用：蛋白质分子的侧链，有一些极性很小的基团，这些基团和水的亲和力小，而疏水性较强，也有一种自然的趋势避开水相，当蛋白质长链卷曲成特定的构象时，它们要互相接触，与水疏远，而自相粘附形成分子内胶束，藏于分子内部，这种非极性侧链互相接近的趋势说明存在着一种力，这种力称为疏水力或疏水作用。这些非极性侧链不参与水分子形成的连续氢键结构，为极性基团与水的强烈氢键结构所稳定，可以看成是反氢键，对蛋白质分子的空间结构的稳定也起着重要的作用。
③ 盐键：在中性溶液中，蛋白质的氨基与胍基带正电荷，羧基带负电荷。在天然蛋白质中，上述基团中有一部分是接近，因静电吸引而成键，这种键称为盐键。在蛋白质中虽然带电基团只有少数成盐键，但许多蛋白质都存在有盐键。
④ 范德华引力：由于次级键的作用，使肽链和链中的某些部分联系在一起，而成特定的空间结构。
3．蛋白质的空间结构
①蛋白质二级结构：α- 螺旋和β- 折叠片。
α- 螺旋：一条肽链可以通过一个酰胺键中羰基的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键而绕成螺旋形结构。
β- 折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起形成“片”状的结构。
② 蛋白质的三级结构和四级结构：螺旋形的肽链相互扭在一起或卷曲的其它形状的结构。蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构。三级结构主要依靠疏水键。具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性。不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接，而是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性。
１9．３．３蛋白质的性质
1,两性和等电点蛋白质分子在酸性溶液中能电离成阳离子，在碱性溶液中能电离成阴离子，在某一pH值溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH值就是该蛋白的等电点pI。
蛋白质在等电点时水溶性最小，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极。因此可利用蛋白质的两性和等电点分离、提纯蛋白质。
2．胶体性质蛋白质溶液的胶体性质在生命活动中起着极为重要的作用。
蛋白质形成胶体溶液，它具有一定稳定性，主要原因是：
① 蛋白质分子中含有许多亲水基如：-COOH、-NH2、-OH等，它们外在颗粒表面，在水溶液中能与水起水合作用形成水化膜，水化膜的存在增强了蛋白质的稳定性。
② 蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷，由于同性电荷相互排斥，使蛋白质分子间不会互相凝聚。
3．沉淀蛋白质溶液与其它胶体一样，在各种不同的因素影响下，也会从溶液中析出沉淀，其方法很多。
① 盐析法在蛋白质溶液中加入大量盐[如NaCl、Na2SO4、硫酸铵等]，由于盐既是电解质又是亲水性的物质，它能破坏蛋白质的水化膜，因此当加入的盐达到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出。
② 重金属法
在蛋白质溶液中加入Hg2+、Pb2+等能与蛋白质结合成不溶性蛋白质的重金属离子（盐）。重金属中毒，可用蛋白质（如牛奶、豆浆、生鸡蛋等）解毒。
③ 生物碱试剂沉淀法 苦味酸、三氯乙酸、鞣酸、磷钨酸、磷钼酸等生物碱沉淀剂，能与蛋白质阳离子结合，使蛋白质产生不可逆沉淀。例如：
此外，强酸或强碱以及加热、紫外线或X-射线照射等物理因素，都可导致蛋白质的某些副键被破坏，引起构象发生很大改变，使疏水基外露，引起蛋白质沉淀，从而失去生物活性。这些沉淀也是不可逆的。
可逆沉淀：是指沉淀出来的蛋白质分子的各级结构基本不变，只要消除沉淀因素，沉淀物能重新溶解。盐析法则是可逆沉淀。
不可逆沉淀：则不能恢复原蛋白质的结构。如重金属法则是不可逆沉淀。
4．水解蛋白质在酸或碱催化下能使各级结构彻底破坏，最后水解为各种氨基酸的混合物。
蛋白质 → → 胨 → 多肽 → 氨基酸
研究蛋白质水解中间产物的结构和性质，可以为蛋白质的研究提供有价值的资料。
5．变性变性作用是指蛋白质受物理因素（如加热。强烈振荡、紫外线或X-射线的照射等）或化学因素（如强酸、重金属、乙醇等有机溶剂）的影响，其性质和内部结构发生改变的作用。
蛋白质的变性一向认为是蛋白质的二级、三级结构有了改变或遭受破坏，结果使肽链松散开来，导致蛋白质一些理化性质的改变和生物活性的丧失。如用酒精、煮沸、高压、紫外线消毒或杀菌的原因就在于这些条件均可导致细菌或病毒体内蛋白质变性，从而造成细菌死亡或病毒丧失活性。
6．显色反应
氨基酸、肽、蛋白质可与许多化学试剂反应，显出一定的颜色，常用于它们的定性及定量分析。例如，茚三酮反应是检验α-氨基酸、多肽、蛋白质最通用的反应之一。二缩脲反应中肽键越多，颜色越深。这两个反应可用于蛋白质的定性和定量测定，也可用于检测蛋白质的水解程度。
蛋白质的重要颜色反应反应名称
试剂
现象
反应基团
使用范围
茚三酮反应
水合茚三酮试剂
蓝紫
游离氨基
氨基酸，蛋白质，多肽
二缩脲反应
稀碱，稀硫酸铜溶液
粉红~蓝紫
二个以上肽键
多肽，蛋白质
黄蛋白反应
浓硝酸、加热、稀NaOH
黄~橙黄
苯基
含苯基的多肽及蛋白质
米隆反应
米隆试剂*、加热
白~肉红
酚基
含酚基的多肽及蛋白质
乙醛酸反应
乙醛酸试剂、浓硫酸
紫色环
吲哚基
含吲哚基的多肽及蛋白质
*米隆试剂是硝酸汞、亚硝酸汞、硝酸、亚硝酸的混合溶液酶、脱氢酶、转移酶等。有时也根据上述两条原则综合起来命名。
② 系统命名法：是以酶的催化反应为基础进行命名的。规定每种酶的名称要写出作用物的名及其催
１9．４ 酶
酶是生命活动的基础，哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。
１9．４．１酶的组成酶是一种有生物活性的蛋白质，也就是生物体内的催化剂，它可以分为单纯酶和结合酶两类。
单纯蛋白酶：仅有蛋白质构成，其催化活性仅由蛋白结构所决定。如脲酶、淀粉酶、溶菌酶等水解酶类。
结合蛋白酶：由酶蛋白和辅助因子（非蛋白部分）所组成。如两者分离，往往失去催化活性。酶催化反应的专一性和高效性主要决定于酶蛋白，而辅助因子主要对电子、原子或某些基团起传递作用。
１9．４．２酶蛋白催化反应的特异性
1．具有一般催化剂的共性。①促进某一反应的速率，酶的催化效力远远效超过化学催化剂（催化效率是一般催化剂的108-1010倍）。许多在体外有机化学家无法进行的反应，在体内却易进行，并且都是在常温常压下进行的。②只能催化热力学上允许进行的反应，加速其达到平衡状态，而不能改变其平衡点，更不能催化热力学上不能进行的反应。③也是通过降低活化能，以加速化学反应的速度。
2．具有化学选择性——即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。
3．具有立体化学选择性——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。
4．一般在温和的条件下进行催化作用——即在pH7附近和37℃进行（但胃蛋白酶可在pH1-2时催化例外）。
胰凝蛋白酶是研究得比较清楚的一个酶。如图：
胰凝蛋白酶是化学选择性较差的一个酶，它能与其多种底物作用。
它是由一个单独多肽链组成的蛋白质。这个多肽链是由241个氨基酸组成的。
１9．４．３酶的分类和命名
1．按其催化类型可分为六大类：
① 氧化还原酶：能促进作用物氧化还原的酶类如细胞色素氧化酶等；
② 转移酶：催化一个底物分子的某一基团转到另一底物上去如转氨酶,
③ 水解酶：催化水解反应。如淀粉酶、脂肪酶、明蛋白酶等；
④ 裂解酶：促进一种化合物分裂为两种化合物，或由两种化合物合成一种化合物的反应。如碳酸酐酶；
⑤ 异构酶：促进异构化反应。如磷酸葡萄糖异构酶；
⑥ 连接酶：促进两分子连接起来，同时使ATP（或其他三磷酸核苷）中的高能键断裂，转变成ADP和无机磷酸盐，或AMP和焦磷酸。如谷氨酰胺合成酶。
2．酶的命名有习惯命名和系统命名两种习惯命名法：两个原则原则1：根据所作用物命名。如水解淀粉的酶叫淀粉酶，水解蛋白质的酶叫蛋白酶。有时还要加上来源以区别不同来源的同一类酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。
原则2：根据催化反应的性质及类型命名。如水解酶、氧化化性质，并以“：”号将两者分开。比较长，尚未广泛使用。
１9．５核酸核酸是储存、复制及表达生物遗传信息的生物高分子化合物。任何有机体包括病毒、细菌、植物和动物，都无例外地含有核酸。核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两类，RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成；DNA主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。“种瓜得瓜，种豆得豆”是劳动人民对核酸遗传信息子孙相传的最早认识。因此，核酸化学是分子生物学和分子遗传学的基础。现在已知某些核酸也有酶的作用。
我国于1981年全合成出了酵母丙氨酸t-RNA，标志着我国在核酸研究上已达到世界先进水平。
１9．５．１核酸的组成核酸仅由C、H、O、N、P五种元素组成，其中P的含量变化不大，平均含量为9.5%，每克磷相当于10.5克的核酸。因此，通过测定核酸的含磷量，即可计算出核酸的大约含量。
W粗核酸（%）= Wp×10.5
核酸在酸、碱或酶的作用下，可以逐步水解。核酸完全水解后得到磷酸、戊糖、含氮碱三类化合物。
核酸中的戊糖分为D-核糖（D-ribose）和D-2-脱氧核糖（D-2-deoxyribose）两类。核酸的分类通常是根据戊糖种类不同进行的。核酸中的碱基可分为嘌呤碱及嘧啶碱两类，两种核酸在碱基组成上也有差异。两种核酸均含有磷酸
RNA与DNA在化学组成上的异同类 别
RNA
DNA
戊 糖
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
含氮碱
嘧啶碱
尿嘧啶 胞嘧啶
胸腺嘧啶 胞嘧啶
嘌呤碱
腺嘌呤 鸟嘌呤
腺嘌呤 鸟嘌呤
磷 酸
H3PO4
H3PO4
１9．５．２（单）核苷酸——核酸的基本结构单位核酸是由单核苷酸连接而成的高分子化合物，而单核苷酸又是由核苷和磷酸结合而成的磷酸酯。
1,核苷
核苷是由D-核糖或D-2-脱氧核糖C1位上的β-羟基与嘧啶碱的1位氮上或嘌呤碱9位氮上的氢原子脱水而成的氮糖苷。两种核苷的结构以腺苷及脱氧胞苷为例表示如下，其它核苷只需用相应碱基进行置换即得。
为了区别碱基和糖中原子的位置，戊糖中碳原子编号用带撇的数码表示。它们的名称与缩写见表。
核苷的名称及缩写
RNA中的核糖核苷
DNA中的脱氧核糖核苷
名称
缩写
名称
缩写
腺嘌呤核苷
A（腺苷）
腺嘌呤脱氧核苷
dA（脱氧腺苷）
鸟嘌呤核苷
G（鸟苷）
鸟嘌呤脱氧核苷
dG（脱氧鸟苷）
胞嘧啶核苷
C（胞苷）
胞嘧啶脱氧核苷
dC（脱氧胞苷）
尿嘧啶核苷
U（尿苷）
胸腺嘧啶脱氧核苷
dT（脱氧胸苷）
2．（单）核苷酸
（单）核苷酸是核苷中戊糖上的C5’或C3’位上的羟基与磷酸缩合而成的酯。
单核苷酸的命名有两种方法：
①作为酸来命名，即5’-某核苷酸或3’-某核苷酸。
②作为核苷的磷酸酯，可命名为某苷-5’-磷酸或某苷-3’-磷酸。例如：
5’-腺苷酸 或 腺苷-5’-磷酸 5’-脱氧胞苷酸 或 脱氧胞苷- 5’-磷酸
RNA和DNA中的5’-单核苷酸的名称及其缩写
RAN和DNA中的5’-单核苷酸的名称
RNA
DNA
名 称
缩写
名 称
缩写
5’-腺苷酸 或 腺苷-5’-磷酸
5’-AMP
5’-脱氧腺苷酸 或 脱氧腺苷-5’-磷酸
5’-dAMP
5’-鸟苷酸 或 鸟苷-5’-磷酸
5’-GMP
5’-脱氧鸟苷酸 或 脱氧鸟苷-5’-磷酸
5’-dGMP
5’-胞苷酸 或 胞苷-5’-磷酸
5’-CMP
5’-脱氧胞苷酸 或 脱氧胞苷-5’-磷酸
5’-dCMP
5’-尿苷酸 或 尿苷-5’-磷酸
5’-UMP
5’-脱氧胸苷酸 或 脱氧胸苷-5’-磷酸
5’-dTMP
１9．５．３核酸的结构
1,核酸的一级结构：是指核酸中各核苷酸单位的排列次序。
2．核酸的二级结构
DNA的双螺旋结构：
1953年瓦特生（Waston ）和克利格（Crick ）通过对DNA分子的X-衍射的研究和碱基性质的分析，提出了DNA的二级结构为双螺旋结构，被认为是二十世纪自然科学的重大突破之一。DNA双螺旋结构（图13-10）的要点是：
（1）DNA分子由两条走向相反的多核苷酸链组成，绕同一中心轴相互平行盘旋成双螺旋体结构。两条链均为右手螺旋，即DNA主链走向为右手双螺旋体。
（2）碱基的环为平面结构，处于螺旋内侧，并与中心轴垂直。磷酸与2-脱氧核糖处于螺旋外侧，彼此通过3’或5’-磷酸二酯键相连，糖环平面与中心轴平行。
（3）两个相邻碱基对之间的距离（碱基堆积距离）为0.34nm。螺旋每旋一圈包含10个单核苷酸，即每旋转一周的高度（螺距）为3.4nm。螺旋直径为2nm。
（4）两条核苷酸链之间的碱基以特定的方式配对并形成氢键连接在一起。配对的碱基处于同一平面上，与上下的碱基平面堆积在一起，成对碱基之间的纵向作用力叫做碱基堆积力，它也是使两条核苷酸链结合并维持双螺旋空间结构的重要作用力。
DNA两条链之间碱基配对的规则是：一条链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧啶碱基配对。一方面，螺旋圈的直径恰好能容纳一个嘌呤碱和一个嘧啶碱配对。如两个嘌呤碱互相配对，则体积太大无法容纳；如两个嘧啶碱互相配对，则由于两链之间距离太远，不能形成氢键。另一方面，若以A-T、G-C配对可形成五个氢键，而以A-C、G-T配对只能形成四个氢键。氢键的数目越多，越有利于双螺旋结构的稳定性，因此在DNA双螺旋结构中，只有A与T之间或G与C之间才能配对。在DNA双螺旋结构中,这种A-T或C-G配对，并以氢键相连接的规律，称为碱基配对规则或碱基互补规则（图13-10）。
由于碱基配对的互补性，所以一条螺旋的单核苷酸的次序（即碱基次序）决定了另一条链的单核苷酸的碱基次序。这决定了DNA复制的特殊规律及在遗传学中具有重要意义。
RNA的空间结构与DNA不同，RNA一般由一条回折的多核苷酸链构成，具有间隔着的双股螺旋与单股螺旋体结构部分，它是靠嘌呤碱与嘧啶碱之间的氢键保持相对稳定的结构，碱基互补规则是A-U、C-G。
１9．５．４核酸的性质
1,物理性质
DNA为白色纤维状物质，RNA为白色粉状物质。它们都微溶于水，水溶液显酸性，具有一定的粘度及胶体溶液的性质。它们可溶于稀碱和中性盐溶液，易溶于2-甲氧基乙醇，难溶于乙醇、乙醚等溶剂。核酸在260nm左右都有最大吸收，可利用紫外分光光度法进行定量测定。
2,核酸的水解核酸是核苷通过磷酸二酯键连接而成的高分子化合物，在酸、碱或酶的作用下都能水解。在酸性条件下，由于糖苷键对酸不稳定,核酸水解生成碱基、戊糖、磷酸及单核苷酸的混合物。在碱性条件下，可得单核苷酸或核苷(DNA较RNA稳定)。酶催化的水解比较温和，可有选择性的断裂某些键。
3,核酸的变性在外来因素的影响下，核酸分子的空间结构被破坏，导致部分或全部生物活性丧失的现象，称为核酸的变性。变性过程中核苷酸之间的共价键（一级结构）不变，但碱基之间的氢键断裂。例如，DNA的稀盐酸溶液加热到80—100℃时，它的双螺旋结构解体，两条链分开，形成无规则的线团。核酸变性后理化性质随之改变：粘度降低，比旋光度下降，260nm区域紫外吸收值上升等。能够引起核酸变性的因素很多，例如，加热、加入酸或碱、加入乙醇或丙酮等有机溶剂以及加入尿素、酰胺等化学试剂都能引起核酸变性。
4,颜色反应核酸的颜色反应主要是由核酸中的磷酸及戊糖所致。
核酸在强酸中加热水解有磷酸生成，能与钼酸铵（在有还原剂如抗坏血酸等存在时）作用，生成蓝色的钼蓝，在660nm处有最大吸收。这是分光光度法通过测定磷的含量，粗略推算核酸含量的依据。
RNA与盐酸共热，水解生成的戊糖转变成糠醛，在三氯化铁催化下，与苔黑酚（即5-甲基-1，3-苯二酚）反应生成绿色物质，产物在670nm处有最大吸收。DNA在酸性溶液中水解得到脱氧核糖并转变为ω-羟基-γ-酮戊酸，与二苯胺共热，生成蓝色化合物，在595nm处有最大吸收。因此，可用分光光度法定量测定RNA和DNA。
１9．５．５核酸的功能任何有机体包括病毒、细菌、植物和动物，都无例外地含有核酸。核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两类，RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成；DNA主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。“种瓜得瓜，种豆得豆”是劳动人民对核酸遗传信息子孙相传的最早认识。因此，核酸化学是分子生物学和分子遗传学的基础。现在已知某些核酸也有酶的作用。
19.1.1氨基酸的结构、分类和命名
1．结构氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（-NH2）取代后的衍生物。
构成蛋白质的20余种常见氨基酸中除脯氨酸外，都是α-氨基酸，其结构可用通式表示：
２．分类
① 肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸
② 根据氨基和羧基的相对位置分为：α—氨基酸、β—氨基酸和γ—氨基酸。
③ 根据氨基和羧基的数目可分为：中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。
④ 除氨基和羧基外，还可根据连的基团（或原子）不一样可分：
氢氨基酸（甘氨酸）、烃基氨基酸（丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，异氨酸，苯丙氨酸）、羟基氨基酸（丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸）、氨基氨基酸（色氨酸，赖氨酸，精氨酸，组氨酸，）、含硫氨基酸（半胱氨酸，蛋氨酸）、含羧基氨基酸（门冬氨酸，谷氨酸）、含酰氨氨基酸（谷氨酰胺）、含杂环氨基酸（脯氨酸）。
３．命名：
根据氨基酸的来源或性质命名。
见P４５０表１９－１。生物体内作为合成蛋白质的原料只有二十种。这二十种氨基酸都有国际通用的符号，但熟记比较困难，暂用它的中文名的第一个字，如甘氨酸用“甘”。
４．氨基酸的构型
D/L标记法：距羧基最近的手性碳原子为标准。
注意和糖中讲的D/L构型区别，糖中是以距醛基最远的手性碳原子为标准。
１9．１．２物理和光谱性质
1．α—氨基酸都是无色结晶。因是在等电点成两性离子时结晶出来的，在分子内即有极强的静电引力，其熔点无疑要较相应的胺或羧酸高，通常熔融时都分解。
2．α—氨基酸溶于水，在等电点时溶解度最小。由于它具两性离子的结构，一般难溶于非极性有机溶剂。
3．α—氨基酸IR：1600cm-1处有一羧负离子的吸收带（1720 cm-1没有羧基的典型谱带）。在3100-2600 cm-1间有一强而宽的N-H键伸缩吸收带。
１9．１．３化学性质
具有氨基和羧基的典型反应。还表现出特性。
1．酸碱性－两性
①形成内盐 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。
如果把测得甘氨酸的Ka值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度，
如果把测得甘氨酸的Kb值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度，
测得甘氨酸的Ka=1.6×10-10，甘氨酸的Kb=2.5×10-12。而大多数羧酸Ka约为10-5，大多数脂肪胺的Kb约为10-4。
因为在水溶液中，一个共轭酸和它的共轭碱的酸碱度的关系式是Ka×Kb=10-14。由上式算出甘氨酸中的正离子—N+H3Ka=1.6×10-10，这意味着它的共轭碱—NH2的Kb=6.3×10-5。同样算出甘氨酸中共轭碱—COO -的Kb为2.5×10-12，这意味着它的共轭酸—COOH的Ka=4×10-3。前者对一个脂肪胺来说，后者对一个有强吸电子的羧酸来说，其酸碱度都是合理的数值。因此，在象甘氨酸这样简单的氨基酸中它的酸性基团是—N+H3，它的碱性基团是—COO -。
② 氨基酸存在形式：氨基酸在强酸性溶液中以正离子存在，在强碱性溶液中以负离子存在。在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在：
这样，在强酸性介质中电解氨基酸溶液，则在阴极上析出氨基酸；反之，如在强碱性介质中，则氨基酸的负离子移向阳极。
③ 成盐
在溶液中有少量不电离的氨基酸，可与强酸、强碱都能成盐，遇酸成铵盐，遇碱成羧酸盐：
④ 离子化在水溶液中，氨基酸分子中的羧基和氨基可以分别象酸或碱一样的离子化。
2．等电点氨基酸在水中可以发生离子化，但离子化程度是不相同的。当向氨基酸水溶液中加入酸或碱可以抑制氨基酸分子中的羧基或氨基的离子化程度。
正离子 偶极离子 负离子
pH < pI pI pH > pI
① 等电点：当溶液调节至一定的pH值时，氨基酸可以两性离子的形式存在，将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性状态，这时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，通常以pl表示。
K1：-COOH电离常数；K2：-NH3+电离常数。
② pH值：中性氨基酸的等电点小于7（负离子要多些）。等电点一般在5～6.3之间。
酸性氨基酸需加入酸将溶液调到等电点，故其等电点小于7。等电点一般在2.8～3.2之间。
碱性氨基酸需加入碱将溶液调到等电点，故其等电点大于7。等电点一般在7.6～10.8之间。（习题：P649，2）
pH<pI 氨基酸以正离子形式存在(酸性增加)；
pH>pI氨基酸以负离子形式存在(碱性增加)。
③ 氨基酸在等电点时，溶解度最小。可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。
3．氨基酸中氨基的反应
① 与亚硝酸反应 大多数氨基酸中含有伯氨基，可以定量与亚硝酸反应，生成α-羟基酸,并放氮气。
该反应定量进行，从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方法称为范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法，可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。
② 与甲醛反应 氨基酸分子中的氨基能作为亲核试剂进攻甲醛的羰基，生成（N,N-二羟甲基）氨基酸。
在（N,N-二羟甲基）氨基酸中，由于羟基的吸电子诱导效应，降低了氨基氮原子的电子云密度，削弱了氮原子结合质子的能力，使氨基的碱性削弱或消失，这样就可以用标准碱液来滴定氨基酸的羧基，用于氨基酸含量的测定。这种方法称为氨基酸的甲醛滴定法。
在生物体内，氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下，可与醛酮反应生成弱碱性的西佛碱（Schiff’ base）,它是植物体内合成生物碱及生物体内酶促转氨基反应的中间产物。
③ 与2,4-二硝基氟苯反应 氨基酸能与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应生成N-（2,4-二硝基苯基）氨基酸，简称N-DNP-氨基酸。这个化合物显黄色，可+用于氨基酸的比色测定。英国科学家桑格尔（Sanger）首先用这个反应来标记多肽或蛋白质的N-端氨基酸,再将肽链水解，经层析检测，就可识别多肽或蛋白质的N-端氨基酸。
④ 氧化脱氨反应 氨基酸分子的氨基可以被双氧水或高锰酸钾等氧化剂氧化，生成α-亚氨基酸，然后进一步水解，脱去氨基生成α-酮酸。
生物体内在酶催化下，氨基酸也可发生氧化脱氨反应，这是生物体内蛋白质分解代谢的重要反应之一。
4．氨基酸中羧基的反应
① 与醇反应 氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢，加热回流时生成氨基酸酯。
α-氨基酸酯在醇溶液中又可与氨反应，生成氨基酸酰胺。
这是生物体内以谷氨酰胺和天冬酰胺形式储存氮素的一种主要方式。
② 脱羧反应 将氨基酸缓缓加热或在高沸点溶剂中回流，可以发生脱羧反应生成胺。生物体内的脱羧酶也能催化氨基酸的脱羧反应，这是蛋白质腐败发臭的主要原因。例如赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺（尸胺）。
5．氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应
① 与水合茚三酮的反应 α-氨基酸与水合茚三酮的弱酸性溶液共热，一般认为先发生氧化脱氨、脱羧，生成氨和还原型茚三酮，产物再与水合茚三酮进一步反应，生成蓝紫色物质。这个反应非常灵敏，可用于氨基酸的定性及定量测定。
凡是有游离氨基的氨基酸都和水合茚三酮试剂发生显色反应，多肽和蛋白质也有此反应，脯氨酸和羟脯氨酸与水合茚三酮反应时，生成黄色化合物。
② 与金属离子形成配合物 某些氨基酸与某些金属离子能形成结晶型化合物，有时可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如二分子氨基酸与铜离子能形成深紫色配合物结晶：
③ 脱羧失氨作用 氨基酸在酶的作用下，同时脱去羧基和氨基得到醇。
工业上发酵制取乙醇时，杂醇就是这样产生的。
此外，一些氨基酸侧链具有的官能基团，如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非α-氨基等，均可以发生相应的反应，这是进行蛋白质化学修饰的基础。α-氨基酸还可通过分子间的-NH2基与-COOH基缩合脱水形成多肽，该反应是形成蛋白质一级结构的基础，将在蛋白质部分介绍。
6,氨基酸的受热分解反应
α-氨基酸受热时发生分子间脱水生成交酰胺；γ-或δ-氨基酸受热时发生分子内脱水生成内酰胺；β-氨基酸受热时不发生脱水反应，而是失氨生成不饱和酸。
α-氨基酸 交酰胺
β-氨基酸 α,β-不饱和酸
γ-氨基酸 内酰胺
19.1.4氨基酸的制备
１．有蛋白质水解
２．由卤代酸氨解
３．由丙二酸酯制备
１9．２多肽
１9．２．１肽和肽键
氨基酸分子间的氨基与羧基失水，以酰胺键（肽键）相连而成的化合物叫做肽。
1．肽键
2．肽的结构
C—端：保留游离的羧基； N—端：保留游离的氨基。
三肽有6种可能的方式；四肽有24种可能的方式；六肽有720种可能的方式。
氨基酸和二肽类的整个酰胺基是共平面的，即羰基碳、氮以及连接它们的四个原子都处于一个平面中，
3．多肽的命名以含C—端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸名称中的酸字改为酰字，将含N—端的氨基酸写在最前，然后按它们在链中的顺序依次排列至最后含C—端的氨基酸。
我国于1965年成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质— —牛胰岛素。这是我国的骄傲。
１9．２．２多肽结构的测定和末端分析确定天然多肽结构是很麻烦的。首先知道由哪些氨基酸组成的（可通过长度水解确定），还要知道各氨基酸的连接顺序。
1．分子量大小的测定（相对分子质量）
多肽虽是个高分子化合物，但是个具有极其严格而精细结构的，有固定的相对分子质量，而不是象一般高分子化合物那样只是一个平均相对分子质量，可用化学方法或用各种物理方法，如渗透压法、光散射法，以用测量超离心时的性能和X衍射。
2．氨基酸的定量分析多肽在6mol/LHCl，105℃时水解（碱性水解易引起手性碳的外消旋化，故不能用）。水解后得的氨基酸混合液可用氨基酸分析仪分离和测定。
3．测定N端和C端
① 2，4—二硝基氟苯法(DNFB—Dintrofluorobenzene法)
DNFB为标记N—端试剂。N—端的氨基酸生成为黄色的N—（2，4—二硝基苯基）氨基酸，通过纸上层析便可确定N—端是哪一种氨基酸。此法的主要缺点是当水解分离N-二硝基苯氨基酸的同时，整个多肽链也会分解成氨基酸了。
② 异硫氰酸酯法
末端氨基与异硫氰酸酯中的碳进行亲核加成得到标记的肽，小心水解，则末端氨基酸与标记试剂环化，形成苯乙酰硫脲而从多肽链上分离，再与标准试剂比较，可确定哪种氨基酸。这个方法的特点是，除多肽N端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样可继续不断的测定其N端。
③ 酶水解 （蛋白质水解有高度选择性，往往只水解一种肽键。）
现在有自控的氨基酸顺序测定仪问世，用它测定氨基酸的顺序，就较为便捷了。
④ 测定C端。氨基酸的酯与肼反应生成酰肼的方法也是测定C端的方法。因为只有酯、酰胺能与肼反应而生成酰肼，而羧基不能与肼反应。所以多肽与肼反应时，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端的氨基酸了。
4．肽链选择性地裂解并鉴定相对分子量较大的多肽一般需要把它裂解成小碎片，一一测定这些小碎片的顺序，再从各个碎片在排列上的重叠，重建整个肽链的顺序。
１9．３蛋白质蛋白质是由多种α-氨基酸组成的一类天然高分子化合物，分子量一般可由一万左右到几百万，有的分子量甚至可达几千万，但元素组成比较简单，主要含有碳、氢、氮、氧、硫，有些蛋白质还有磷、铁、镁、碘、铜、锌等。
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%，即每克氮相当于6.25g蛋白质，生物体中的氮元素，绝大部分都是以蛋白质形式存在，因此，常用定氮法先测出农副产品样品的含氮量，然后计算成蛋白质的近似含量，称为粗蛋白含量。
W粗蛋白=W氮×6.25
１9．３．１ 蛋白质的分类和功能分类
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 球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。
2．根据蛋白质的化学组成分为：
① 单纯蛋白质：它是由多肽组成的，其水解最终产物是α-氨基酸。如白蛋白、球蛋白、谷蛋白等。
② 结合蛋白质：它是由单纯蛋白质与非蛋白质部分结合而成的。如脂蛋白、磷蛋白、色蛋白、金属蛋白、血红蛋白。
3．根据蛋白质的功能分为：
① 活性蛋白质：它包括在生命运动过程中一切有活性的蛋白质。
② 非活性蛋白质：主要包括一大类担任生物的保护或支持作用的蛋白，从现有的了解看，都是不具有生物活性的物质。
功能
１．起组织结构的作用，如：角蛋白组成皮肤、毛发、指甲，
２．蛋白质起生物调节作用，如：各种酶对生物化学起催化作用，血红蛋白在血液中输送氧气
１9．３．２ 蛋白质的结构
1．一级结构一级结构：蛋白质分子中氨基酸的连接顺序。蛋白质的一级结构也是由肽键连接起来的肽链，它和多肽的区别仅仅在于蛋白质有较高的相对分子量（一般认为在一万以上）和较为复杂的一些结构而已。
氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序：
肽键是蛋白质一级结构的基本结构键
2．蛋白质的次级结构：蛋白质分子中的氨基酸是通过共价键结合的，因此是最稳定、最基本的结构，称为一级结构，在一级结构的长链中，存在不同的基团如—H，—C=O，—NH2，—COOH，—R等等。它们之间也可以互相作用，形成了分子的立体结构。这种分子中原子团间非键合的相互作用，要比共价键弱得多，称为次级键或副键。主要有以下几种：
① 氢键：蛋白质分子中形成氢键的有两种情况，一是主链的肽键之间形成的，另一是侧链与侧链间或侧链与主链间形成的。
② 疏水作用：蛋白质分子的侧链，有一些极性很小的基团，这些基团和水的亲和力小，而疏水性较强，也有一种自然的趋势避开水相，当蛋白质长链卷曲成特定的构象时，它们要互相接触，与水疏远，而自相粘附形成分子内胶束，藏于分子内部，这种非极性侧链互相接近的趋势说明存在着一种力，这种力称为疏水力或疏水作用。这些非极性侧链不参与水分子形成的连续氢键结构，为极性基团与水的强烈氢键结构所稳定，可以看成是反氢键，对蛋白质分子的空间结构的稳定也起着重要的作用。
③ 盐键：在中性溶液中，蛋白质的氨基与胍基带正电荷，羧基带负电荷。在天然蛋白质中，上述基团中有一部分是接近，因静电吸引而成键，这种键称为盐键。在蛋白质中虽然带电基团只有少数成盐键，但许多蛋白质都存在有盐键。
④ 范德华引力：由于次级键的作用，使肽链和链中的某些部分联系在一起，而成特定的空间结构。
3．蛋白质的空间结构
①蛋白质二级结构：α- 螺旋和β- 折叠片。
α- 螺旋：一条肽链可以通过一个酰胺键中羰基的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键而绕成螺旋形结构。
β- 折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起形成“片”状的结构。
② 蛋白质的三级结构和四级结构：螺旋形的肽链相互扭在一起或卷曲的其它形状的结构。蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构。三级结构主要依靠疏水键。具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性。不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接，而是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性。
１9．３．３蛋白质的性质
1,两性和等电点蛋白质分子在酸性溶液中能电离成阳离子，在碱性溶液中能电离成阴离子，在某一pH值溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH值就是该蛋白的等电点pI。
蛋白质在等电点时水溶性最小，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极。因此可利用蛋白质的两性和等电点分离、提纯蛋白质。
2．胶体性质蛋白质溶液的胶体性质在生命活动中起着极为重要的作用。
蛋白质形成胶体溶液，它具有一定稳定性，主要原因是：
① 蛋白质分子中含有许多亲水基如：-COOH、-NH2、-OH等，它们外在颗粒表面，在水溶液中能与水起水合作用形成水化膜，水化膜的存在增强了蛋白质的稳定性。
② 蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷，由于同性电荷相互排斥，使蛋白质分子间不会互相凝聚。
3．沉淀蛋白质溶液与其它胶体一样，在各种不同的因素影响下，也会从溶液中析出沉淀，其方法很多。
① 盐析法在蛋白质溶液中加入大量盐[如NaCl、Na2SO4、硫酸铵等]，由于盐既是电解质又是亲水性的物质，它能破坏蛋白质的水化膜，因此当加入的盐达到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出。
② 重金属法
在蛋白质溶液中加入Hg2+、Pb2+等能与蛋白质结合成不溶性蛋白质的重金属离子（盐）。重金属中毒，可用蛋白质（如牛奶、豆浆、生鸡蛋等）解毒。
③ 生物碱试剂沉淀法 苦味酸、三氯乙酸、鞣酸、磷钨酸、磷钼酸等生物碱沉淀剂，能与蛋白质阳离子结合，使蛋白质产生不可逆沉淀。例如：
此外，强酸或强碱以及加热、紫外线或X-射线照射等物理因素，都可导致蛋白质的某些副键被破坏，引起构象发生很大改变，使疏水基外露，引起蛋白质沉淀，从而失去生物活性。这些沉淀也是不可逆的。
可逆沉淀：是指沉淀出来的蛋白质分子的各级结构基本不变，只要消除沉淀因素，沉淀物能重新溶解。盐析法则是可逆沉淀。
不可逆沉淀：则不能恢复原蛋白质的结构。如重金属法则是不可逆沉淀。
4．水解蛋白质在酸或碱催化下能使各级结构彻底破坏，最后水解为各种氨基酸的混合物。
蛋白质 → → 胨 → 多肽 → 氨基酸
研究蛋白质水解中间产物的结构和性质，可以为蛋白质的研究提供有价值的资料。
5．变性变性作用是指蛋白质受物理因素（如加热。强烈振荡、紫外线或X-射线的照射等）或化学因素（如强酸、重金属、乙醇等有机溶剂）的影响，其性质和内部结构发生改变的作用。
蛋白质的变性一向认为是蛋白质的二级、三级结构有了改变或遭受破坏，结果使肽链松散开来，导致蛋白质一些理化性质的改变和生物活性的丧失。如用酒精、煮沸、高压、紫外线消毒或杀菌的原因就在于这些条件均可导致细菌或病毒体内蛋白质变性，从而造成细菌死亡或病毒丧失活性。
6．显色反应
氨基酸、肽、蛋白质可与许多化学试剂反应，显出一定的颜色，常用于它们的定性及定量分析。例如，茚三酮反应是检验α-氨基酸、多肽、蛋白质最通用的反应之一。二缩脲反应中肽键越多，颜色越深。这两个反应可用于蛋白质的定性和定量测定，也可用于检测蛋白质的水解程度。
蛋白质的重要颜色反应反应名称
试剂
现象
反应基团
使用范围
茚三酮反应
水合茚三酮试剂
蓝紫
游离氨基
氨基酸，蛋白质，多肽
二缩脲反应
稀碱，稀硫酸铜溶液
粉红~蓝紫
二个以上肽键
多肽，蛋白质
黄蛋白反应
浓硝酸、加热、稀NaOH
黄~橙黄
苯基
含苯基的多肽及蛋白质
米隆反应
米隆试剂*、加热
白~肉红
酚基
含酚基的多肽及蛋白质
乙醛酸反应
乙醛酸试剂、浓硫酸
紫色环
吲哚基
含吲哚基的多肽及蛋白质
*米隆试剂是硝酸汞、亚硝酸汞、硝酸、亚硝酸的混合溶液酶、脱氢酶、转移酶等。有时也根据上述两条原则综合起来命名。
② 系统命名法：是以酶的催化反应为基础进行命名的。规定每种酶的名称要写出作用物的名及其催
１9．４ 酶
酶是生命活动的基础，哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。
１9．４．１酶的组成酶是一种有生物活性的蛋白质，也就是生物体内的催化剂，它可以分为单纯酶和结合酶两类。
单纯蛋白酶：仅有蛋白质构成，其催化活性仅由蛋白结构所决定。如脲酶、淀粉酶、溶菌酶等水解酶类。
结合蛋白酶：由酶蛋白和辅助因子（非蛋白部分）所组成。如两者分离，往往失去催化活性。酶催化反应的专一性和高效性主要决定于酶蛋白，而辅助因子主要对电子、原子或某些基团起传递作用。
１9．４．２酶蛋白催化反应的特异性
1．具有一般催化剂的共性。①促进某一反应的速率，酶的催化效力远远效超过化学催化剂（催化效率是一般催化剂的108-1010倍）。许多在体外有机化学家无法进行的反应，在体内却易进行，并且都是在常温常压下进行的。②只能催化热力学上允许进行的反应，加速其达到平衡状态，而不能改变其平衡点，更不能催化热力学上不能进行的反应。③也是通过降低活化能，以加速化学反应的速度。
2．具有化学选择性——即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。
3．具有立体化学选择性——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。
4．一般在温和的条件下进行催化作用——即在pH7附近和37℃进行（但胃蛋白酶可在pH1-2时催化例外）。
胰凝蛋白酶是研究得比较清楚的一个酶。如图：
胰凝蛋白酶是化学选择性较差的一个酶，它能与其多种底物作用。
它是由一个单独多肽链组成的蛋白质。这个多肽链是由241个氨基酸组成的。
１9．４．３酶的分类和命名
1．按其催化类型可分为六大类：
① 氧化还原酶：能促进作用物氧化还原的酶类如细胞色素氧化酶等；
② 转移酶：催化一个底物分子的某一基团转到另一底物上去如转氨酶,
③ 水解酶：催化水解反应。如淀粉酶、脂肪酶、明蛋白酶等；
④ 裂解酶：促进一种化合物分裂为两种化合物，或由两种化合物合成一种化合物的反应。如碳酸酐酶；
⑤ 异构酶：促进异构化反应。如磷酸葡萄糖异构酶；
⑥ 连接酶：促进两分子连接起来，同时使ATP（或其他三磷酸核苷）中的高能键断裂，转变成ADP和无机磷酸盐，或AMP和焦磷酸。如谷氨酰胺合成酶。
2．酶的命名有习惯命名和系统命名两种习惯命名法：两个原则原则1：根据所作用物命名。如水解淀粉的酶叫淀粉酶，水解蛋白质的酶叫蛋白酶。有时还要加上来源以区别不同来源的同一类酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。
原则2：根据催化反应的性质及类型命名。如水解酶、氧化化性质，并以“：”号将两者分开。比较长，尚未广泛使用。
１9．５核酸核酸是储存、复制及表达生物遗传信息的生物高分子化合物。任何有机体包括病毒、细菌、植物和动物，都无例外地含有核酸。核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两类，RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成；DNA主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。“种瓜得瓜，种豆得豆”是劳动人民对核酸遗传信息子孙相传的最早认识。因此，核酸化学是分子生物学和分子遗传学的基础。现在已知某些核酸也有酶的作用。
我国于1981年全合成出了酵母丙氨酸t-RNA，标志着我国在核酸研究上已达到世界先进水平。
１9．５．１核酸的组成核酸仅由C、H、O、N、P五种元素组成，其中P的含量变化不大，平均含量为9.5%，每克磷相当于10.5克的核酸。因此，通过测定核酸的含磷量，即可计算出核酸的大约含量。
W粗核酸（%）= Wp×10.5
核酸在酸、碱或酶的作用下，可以逐步水解。核酸完全水解后得到磷酸、戊糖、含氮碱三类化合物。
核酸中的戊糖分为D-核糖（D-ribose）和D-2-脱氧核糖（D-2-deoxyribose）两类。核酸的分类通常是根据戊糖种类不同进行的。核酸中的碱基可分为嘌呤碱及嘧啶碱两类，两种核酸在碱基组成上也有差异。两种核酸均含有磷酸
RNA与DNA在化学组成上的异同类 别
RNA
DNA
戊 糖
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
含氮碱
嘧啶碱
尿嘧啶 胞嘧啶
胸腺嘧啶 胞嘧啶
嘌呤碱
腺嘌呤 鸟嘌呤
腺嘌呤 鸟嘌呤
磷 酸
H3PO4
H3PO4
１9．５．２（单）核苷酸——核酸的基本结构单位核酸是由单核苷酸连接而成的高分子化合物，而单核苷酸又是由核苷和磷酸结合而成的磷酸酯。
1,核苷
核苷是由D-核糖或D-2-脱氧核糖C1位上的β-羟基与嘧啶碱的1位氮上或嘌呤碱9位氮上的氢原子脱水而成的氮糖苷。两种核苷的结构以腺苷及脱氧胞苷为例表示如下，其它核苷只需用相应碱基进行置换即得。
为了区别碱基和糖中原子的位置，戊糖中碳原子编号用带撇的数码表示。它们的名称与缩写见表。
核苷的名称及缩写
RNA中的核糖核苷
DNA中的脱氧核糖核苷
名称
缩写
名称
缩写
腺嘌呤核苷
A（腺苷）
腺嘌呤脱氧核苷
dA（脱氧腺苷）
鸟嘌呤核苷
G（鸟苷）
鸟嘌呤脱氧核苷
dG（脱氧鸟苷）
胞嘧啶核苷
C（胞苷）
胞嘧啶脱氧核苷
dC（脱氧胞苷）
尿嘧啶核苷
U（尿苷）
胸腺嘧啶脱氧核苷
dT（脱氧胸苷）
2．（单）核苷酸
（单）核苷酸是核苷中戊糖上的C5’或C3’位上的羟基与磷酸缩合而成的酯。
单核苷酸的命名有两种方法：
①作为酸来命名，即5’-某核苷酸或3’-某核苷酸。
②作为核苷的磷酸酯，可命名为某苷-5’-磷酸或某苷-3’-磷酸。例如：
5’-腺苷酸 或 腺苷-5’-磷酸 5’-脱氧胞苷酸 或 脱氧胞苷- 5’-磷酸
RNA和DNA中的5’-单核苷酸的名称及其缩写
RAN和DNA中的5’-单核苷酸的名称
RNA
DNA
名 称
缩写
名 称
缩写
5’-腺苷酸 或 腺苷-5’-磷酸
5’-AMP
5’-脱氧腺苷酸 或 脱氧腺苷-5’-磷酸
5’-dAMP
5’-鸟苷酸 或 鸟苷-5’-磷酸
5’-GMP
5’-脱氧鸟苷酸 或 脱氧鸟苷-5’-磷酸
5’-dGMP
5’-胞苷酸 或 胞苷-5’-磷酸
5’-CMP
5’-脱氧胞苷酸 或 脱氧胞苷-5’-磷酸
5’-dCMP
5’-尿苷酸 或 尿苷-5’-磷酸
5’-UMP
5’-脱氧胸苷酸 或 脱氧胸苷-5’-磷酸
5’-dTMP
１9．５．３核酸的结构
1,核酸的一级结构：是指核酸中各核苷酸单位的排列次序。
2．核酸的二级结构
DNA的双螺旋结构：
1953年瓦特生（Waston ）和克利格（Crick ）通过对DNA分子的X-衍射的研究和碱基性质的分析，提出了DNA的二级结构为双螺旋结构，被认为是二十世纪自然科学的重大突破之一。DNA双螺旋结构（图13-10）的要点是：
（1）DNA分子由两条走向相反的多核苷酸链组成，绕同一中心轴相互平行盘旋成双螺旋体结构。两条链均为右手螺旋，即DNA主链走向为右手双螺旋体。
（2）碱基的环为平面结构，处于螺旋内侧，并与中心轴垂直。磷酸与2-脱氧核糖处于螺旋外侧，彼此通过3’或5’-磷酸二酯键相连，糖环平面与中心轴平行。
（3）两个相邻碱基对之间的距离（碱基堆积距离）为0.34nm。螺旋每旋一圈包含10个单核苷酸，即每旋转一周的高度（螺距）为3.4nm。螺旋直径为2nm。
（4）两条核苷酸链之间的碱基以特定的方式配对并形成氢键连接在一起。配对的碱基处于同一平面上，与上下的碱基平面堆积在一起，成对碱基之间的纵向作用力叫做碱基堆积力，它也是使两条核苷酸链结合并维持双螺旋空间结构的重要作用力。
DNA两条链之间碱基配对的规则是：一条链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧啶碱基配对。一方面，螺旋圈的直径恰好能容纳一个嘌呤碱和一个嘧啶碱配对。如两个嘌呤碱互相配对，则体积太大无法容纳；如两个嘧啶碱互相配对，则由于两链之间距离太远，不能形成氢键。另一方面，若以A-T、G-C配对可形成五个氢键，而以A-C、G-T配对只能形成四个氢键。氢键的数目越多，越有利于双螺旋结构的稳定性，因此在DNA双螺旋结构中，只有A与T之间或G与C之间才能配对。在DNA双螺旋结构中,这种A-T或C-G配对，并以氢键相连接的规律，称为碱基配对规则或碱基互补规则（图13-10）。
由于碱基配对的互补性，所以一条螺旋的单核苷酸的次序（即碱基次序）决定了另一条链的单核苷酸的碱基次序。这决定了DNA复制的特殊规律及在遗传学中具有重要意义。
RNA的空间结构与DNA不同，RNA一般由一条回折的多核苷酸链构成，具有间隔着的双股螺旋与单股螺旋体结构部分，它是靠嘌呤碱与嘧啶碱之间的氢键保持相对稳定的结构，碱基互补规则是A-U、C-G。
１9．５．４核酸的性质
1,物理性质
DNA为白色纤维状物质，RNA为白色粉状物质。它们都微溶于水，水溶液显酸性，具有一定的粘度及胶体溶液的性质。它们可溶于稀碱和中性盐溶液，易溶于2-甲氧基乙醇，难溶于乙醇、乙醚等溶剂。核酸在260nm左右都有最大吸收，可利用紫外分光光度法进行定量测定。
2,核酸的水解核酸是核苷通过磷酸二酯键连接而成的高分子化合物，在酸、碱或酶的作用下都能水解。在酸性条件下，由于糖苷键对酸不稳定,核酸水解生成碱基、戊糖、磷酸及单核苷酸的混合物。在碱性条件下，可得单核苷酸或核苷(DNA较RNA稳定)。酶催化的水解比较温和，可有选择性的断裂某些键。
3,核酸的变性在外来因素的影响下，核酸分子的空间结构被破坏，导致部分或全部生物活性丧失的现象，称为核酸的变性。变性过程中核苷酸之间的共价键（一级结构）不变，但碱基之间的氢键断裂。例如，DNA的稀盐酸溶液加热到80—100℃时，它的双螺旋结构解体，两条链分开，形成无规则的线团。核酸变性后理化性质随之改变：粘度降低，比旋光度下降，260nm区域紫外吸收值上升等。能够引起核酸变性的因素很多，例如，加热、加入酸或碱、加入乙醇或丙酮等有机溶剂以及加入尿素、酰胺等化学试剂都能引起核酸变性。
4,颜色反应核酸的颜色反应主要是由核酸中的磷酸及戊糖所致。
核酸在强酸中加热水解有磷酸生成，能与钼酸铵（在有还原剂如抗坏血酸等存在时）作用，生成蓝色的钼蓝，在660nm处有最大吸收。这是分光光度法通过测定磷的含量，粗略推算核酸含量的依据。
RNA与盐酸共热，水解生成的戊糖转变成糠醛，在三氯化铁催化下，与苔黑酚（即5-甲基-1，3-苯二酚）反应生成绿色物质，产物在670nm处有最大吸收。DNA在酸性溶液中水解得到脱氧核糖并转变为ω-羟基-γ-酮戊酸，与二苯胺共热，生成蓝色化合物，在595nm处有最大吸收。因此，可用分光光度法定量测定RNA和DNA。
１9．５．５核酸的功能任何有机体包括病毒、细菌、植物和动物，都无例外地含有核酸。核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两类，RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成；DNA主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。“种瓜得瓜，种豆得豆”是劳动人民对核酸遗传信息子孙相传的最早认识。因此，核酸化学是分子生物学和分子遗传学的基础。现在已知某些核酸也有酶的作用。
