§12-3 蛋白质（Protein) 一、蛋白质的结构(p378) 蛋白质是由一条或多条多肽链以特殊方式组合成的生物大分子，蛋白质的结构可以分为6个层次：一级结构，二级结构，超二级结构，三级结构，四级结构以及分子缔合体。一级结构以外的其它结构又称为空间结构或三维结构。

1.一级结构 蛋白质的一级结构包括组成蛋白质的多肽链数目，每一条多肽链的氨基酸的种类和顺序，以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 目前已知上千种不同蛋白质的一级结构，例如胰岛素。胰岛素的一条肽链相对分子质量约为6 000，应当属于多肽，但在溶液中受金属离子（例如Zn2+）的作用，两条分子链迅速结合，使相对分子质量达到约12 000。因此，胰岛素是目前最小的蛋白质。

任何一种蛋白质，在其自然状态或活性状态下，都具有特征而稳定的空间结构。一旦这种特征的立体结构遭到破环，即使其一级结构不变，蛋白质的生物功能也会完全丧失。 所以，具有独特的空间结构，是蛋白质区别于普通有机分子的最显著特点。蛋白质的空间结构首先与其一级结构有关，也就是说与组成它的氨基酸及排列顺序有关。

蛋白质分子能够维持某种相当稳定的空间结构不变，必然有某些力将链与链之间、或链中某些链段之间结合在一起。这些力是由组成肽链的氨基酸分子中的各种基团间相互作用形成的。 2.二级结构 蛋白质的二级结构是指肽链的主链在空间的排列。只涉及分子主链的构象及链内或链间肽键上形成的氢键。

①组成肽键的原子处于同一平面，肽链中两个相邻的肽键通过一个共同的α-碳相连： 多肽链的构象主要取决于两个条件： ①组成肽键的原子处于同一平面，肽链中两个相邻的肽键通过一个共同的α-碳相连： 

虽然肽键中的C—N键不能自由旋转，但Cα—N和Cα—C键可以自由旋转，因此肽链能在保持酰胺键平面结构不变的情况下，形成不同的空间排列——构象。 ②主链上酰胺键形成的链内或链间氢键 (1)α-螺旋 (2)-折叠

这种氢键对于稳定主链构象具有重要意义。因此在各种可能的构象中，能构形成氢键最多的构象最稳定。 化学家Pauling从20世纪30年代开始应用X射线衍射法研究蛋白质的晶体结构，并于1951年首先提出了蛋白质的立体结构模型： α-螺旋和-折叠。

α-螺旋结构是蛋白质二级结构中最典型的、也是最稳定的一种二级结构， 主链形成了右手螺旋。在Pauling提出的α-螺旋结构模型中，每隔3 α-螺旋结构是蛋白质二级结构中最典型的、也是最稳定的一种二级结构， 主链形成了右手螺旋。在Pauling提出的α-螺旋结构模型中，每隔3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距为0.54nm，与天然α-角蛋白的衍射图案中所推算的0.540.55nm一个周期是一致的。

在α-螺旋体中，氨基酸残基的侧链伸向外侧，相邻的罗圈之间形成链内氢键，取向几乎与中心轴平行，其氢键是肽键中氮原子上的氢原子与其后的第四个氨基酸残基上的羰基氧原子之间形成的。除了两端外，所有肽键都在螺旋内形成了氢键，每个肽键的成氢键能力都得到满足，所以构象稳定。

蛋白质的α-螺旋结构 1

在Pauling提出的-折叠结构模型中，肽链处于较伸展的曲折形式，多肽链的长轴互相平行，相邻肽链借助氢键彼此连成片层结构，例如-角蛋白和丝心蛋白。所有的肽键都参与链间氢键的形成，其氢键与链的长轴几乎垂直，侧链基团在折叠片平面的上和下交替伸展。 平行式：所有肽链的N-端都处于同一端，如-角蛋白。 反平行：肽链的N-端一顺一倒的排列，如丝心蛋白。反平行构象较稳定。

-折叠结构 2

从α-螺旋和-折叠结构可以看出非共价相互作用在稳定蛋白质结构中所起到的重要作用，而且无论蛋白质的结构如何复杂与变化，本质上均是受这些作用力所控制的。 在二级结构的基础上，蛋白质分子多肽链上的氨基酸残基借助氢键（非肽键）、二硫键、酯键、疏水键、正负离子间的盐键以及分子间其它作用力——次级键，进一步卷曲、折叠、盘绕形成更复杂的空间结构。

蛋白质分子中的次级键

2.超二级结构 蛋白质的超二级结构是指二级结构单元间的组合方式，主要是指纤维状蛋白（角蛋白、胶原蛋白等）的整体和球状蛋白（肌红蛋白、血红蛋白等）的局部。例如： α-角蛋白属于“三右一左”式，三股右手α-螺旋一起向左拧成一根左手螺旋结构。 丝心蛋白是典型的反平行-折叠的平行方式的再堆积。 胶原纤维属于“三左一右”式，三股左手α-螺旋一起向右拧成一根右手螺旋结构。

(a)α-螺旋，(b)-折叠，(c)无规则卷曲 蛋白质超二级结构示意图 (a)α-螺旋，(b)-折叠，(c)无规则卷曲

3.三、四级结构 (1)三级结构 三级结构的概念主要是对球状蛋白而言，例如肌红蛋白。其实体是结构域，各个结构域之间共价相连的区域称为铰链区。在结构域内部是球状蛋白的超二级结构。 3

(2)四级结构 有两条或两条以上具有三级结构的多肽链（亚基）聚合而成的特定空间结构称为蛋白质的四级结构。例如血红蛋白是肌红蛋白的类四聚体。 (2)四级结构 有两条或两条以上具有三级结构的多肽链（亚基）聚合而成的特定空间结构称为蛋白质的四级结构。例如血红蛋白是肌红蛋白的类四聚体。 依靠蛋白质分子弱的非共价次级键，球状蛋白的构象才成为可变，从而在不断变化的生物体内环境中，通过自身的构象改变来适应各种需要。 4

二、蛋白质的性质(p381) 1.两性和等电点 pH > pI pH = pI pH < pI

2.胶体性质 蛋白质是天然高分子化合物，分子的大小达到胶体颗粒直径范围（1100nm），因此蛋白质呈胶体性质：丁达尔效应、布朗运动和电泳现象且不能透过半透膜。蛋白质能形成较稳定的亲水胶体，其主要原因有： (1)双电层 (2)水化膜

(1)双电层 蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷，与氨基酸类似，pH pI时蛋白质颗粒带正电，pH  pI 时带负电，这种同性电荷与周围电性相反的离子形成稳定的双电层，防止蛋白质颗粒相互凝聚产生沉淀。若pH = pI，蛋白质颗粒上所带的正负电荷相互抵消，不可能形成双电层，也就失去了胶体的稳定性，生成沉淀。

(2)水化膜 蛋白质分子表面有许多极性基团，与水有高度的亲和性，使蛋白质颗粒被水分子层包围，从而形成水化膜。 水化膜的存在，使蛋白质的各个颗粒彼此分开，增强了蛋白质溶液的稳定性。 另外，由于蛋白质大分子不能透过半透膜，所以可用透析法分离提纯蛋白质。

3.蛋白质的沉淀和变性 (1)蛋白质的沉淀 可逆沉淀：破环了蛋白质的胶体体系 不可逆沉淀：破环了蛋白质的空间结构，使其生理活性丧失。 蛋白质的 沉淀

①盐析 Na2SO4,MgCl等碱金属、碱土金属的中性盐或(NH4)2SO4 破环蛋白质颗粒外的水化膜，中和蛋白质的电荷 蛋白质的胶体体系被破坏 生成↓ +水 胶体体系恢复 ↓消失 可逆沉淀 用于分离蛋白质

①盐析 可逆沉淀 用于分离蛋白质 ②有机溶剂 在短期内是可逆沉淀 ③重金属盐 pH  pI ：+ 醋酸铅、氯化汞、硝酸银等 不可逆沉淀

④生物碱试剂 pH pI ：+ 苦味酸、单宁酸、三氯乙酸等生物 碱试剂 不可逆沉淀 ⑤甲醛或苯酚 + 甲醛或苯酚 不可逆沉淀

蛋白质 + 重金属盐、生物碱试剂、甲醛或苯酚 → 不可逆沉淀 → 破环了蛋白质的空间结构 → 生物活性丧失 → 蛋白质变性 (2)蛋白质的变性 蛋白质 + 重金属盐、生物碱试剂、甲醛或苯酚 → 不可逆沉淀 → 破环了蛋白质的空间结构 → 生物活性丧失 → 蛋白质变性 除了上述引起变性作用的化学因素外，物理因素有：干燥、加热、高压、紫外线、x-射线、激烈震荡或搅拌，超声波处理等。 4.蛋白质的水解反应 在H+、OH –或酶的催化下，蛋白质可以发生一系列水解反应： 月 示 蛋白质→ →胨→多肽→二肽→α-氨基酸

变性作用是蛋白质受物理、化学因素的影响，改变其分子内部结构和性质的作用。变性后，蛋白质分子就从原来有序的卷曲而紧密的结构变为无序、松散而伸展的结构，即破环了原有的空间结构，致使蛋白质的分子空间构象发生不可逆的变化。同时溶解度降低，粘度增大，结晶性破环，对水解酶的抵抗力下降，丧失生物活性。 一般认为，变性初期是可逆的，继可逆阶段之后就成为不可逆变性。

5.蛋白质的颜色反应 (1) 二缩脲反应 三肽、……多肽 蛋白质 尿素受热缩合→二缩脲 紫红色 → 紫色 （肽键数目↑→色越红） 0.5%CuSO4,OH - 紫红色 → 紫色 （肽键数目↑→色越红） 9

蛋白质（含芳基侧链）+浓HNO3→白色↓（变性）→ 加热→黄色（硝基苯衍生物） →加OH -，橙黄色 (2)茚三酮反应 α-氨基酸 多 肽 蛋白质 水合茚三酮， 蓝、蓝紫色或紫色 (3)黄蛋白反应 蛋白质（含芳基侧链）+浓HNO3→白色↓（变性）→ 加热→黄色（硝基苯衍生物） →加OH -，橙黄色

(4)Millon反应 Millon试剂：Hg(NO3)2、Hg(NO2)2、HNO3、HNO2的 混合物 蛋白质（含酪氨酸残基） + Millon试剂 → 白色↓（变性）→ 加热 → 砖红色（酪氨酸酚羟基的反应） (5)乙醛酸反应 蛋白质（含色氨酸残基） + 乙醛酸/浓H2SO4 → 紫色

§12-4 核酸(Nucleic acid) 一、核酸的组成(p386) 核酸在不同条件下水解，可得到一系列不同的产物。 磷酸 核苷 核酸 核苷酸 戊糖：D-核糖或D-2-脱氧核糖 碱基：嘧啶和嘌呤类

二、核苷和核苷酸 1.核苷 腺苷（A） 11

鸟苷（G）

胞苷（C）

尿苷（U）

脱氧腺苷（dA)

H 脱氧鸟苷（dG）

脱氧胞苷（dC）

脱氧胸苷（dT）

2.核苷酸 核苷酸多指单核苷酸（MP），是核苷3’位或5’位的羟基与磷酸酯化的产物。 腺苷酸（AMP） 鸟苷酸（GMP） 胞苷酸（CMP） 尿苷酸（UMP） 组成RNA的核苷酸

脱氧腺苷酸（dAMP） 脱氧鸟苷酸（dGMP） 脱氧胞苷酸（dCMP） 脱氧胸苷酸（dTMP） 组成DNA的核苷酸

鸟苷-3’-磷酸

脱氧胸苷-5’-磷酸

AMP ADP（二磷酸腺苷） ATP（三磷酸腺苷）

三、核酸的结构 A 5’端 C G T DNA一级结构片段 3’端 磷酸二酯键的方向： 3’→5’ 通过一个核苷酸单位 戊糖的3’位羟基与另 一个核苷酸单位戊糖 的5’ 位羟基之间形 成磷酸酯键，将核苷 酸连接在一起，因此 在两个核苷酸之间有 一个磷酸二酯键。 G T DNA一级结构片段 3’端

DNA一级结构片段简化式 5

RNA和DNA等多聚核苷酸链的特点： RNA和DNA等多聚核苷酸是通过5’—3’磷酸二酯键连接而成： 链的一端如果含有一个游离的5’-磷酸基，另一端则有一个游离的3’-羟基，其基本单位就是5’核苷酸，链的方向就是5’→3’。 例如，PAPGPCPUPUPA…PA—OH

链的一端如果含有一个游离的3’-磷酸基，另一端则有一个游离的5’-羟基，其基本单位就是3’核苷酸，链的方向就是3’→5’。 例如，HO—TP…APTPCPGPTPAPd

多聚核苷酸是由含有不同碱基的核苷酸组成，具有一定的核苷酸顺序，即核酸的碱基顺序。核酸的碱基顺序就是核酸的一级结构，它决定了核酸的基本性质。核酸的碱基顺序具有极其重要的生理意义，DNA的碱基顺序本身就是遗传信息储存的分子形式。

和蛋白质类似，核酸除了一级结构外，还有二级、三级、四级等复杂的空间结构。例如，DNA的二级结构是由两条平行的脱氧核酸链彼此盘结成一个右手螺旋，两条链通过嘧啶碱和嘌呤碱基的氢键两两配对、彼此固定，即所谓DNA的双螺旋模型。但两条链间碱基的配对不是随意的，只能是A和T形成两个氢键，C和G形成三个氢键，这是由于如此配对成氢键时空间因素符合要求所致。这种碱基对称为互补碱基，其配对方式称为碱基互补原则。

RNA虽然也能通过碱基互补形成双螺旋，但由于糖基是核酸，其2位上的羟基深入到分子密集的部位，所以RNA二级结构一般不如DNA分子那样有规律。 脱氧核糖 胸腺嘧啶（T） 腺嘌呤（A）

脱氧核糖 胞嘧啶（C） 鸟嘌呤（G） 四、核酸的性质 1.物理性质 2.核酸的变性 3.核酸的降解 4.颜色反应

本章小结 氨基酸的分类 中性、酸性和碱性氨基酸分类的依据。 氨基酸 -氨基酸的命名 常见-氨基酸的命名。 氨基酸的分类 中性、酸性和碱性氨基酸分类的依据。 -氨基酸的命名 常见-氨基酸的命名。 -氨基酸的构型 用相对构型标记法标记-氨基酸的构型，可根据-碳上氨基在空间的排布判断。 物理性质 氨基酸物理性质与结构的关系。 氨基酸

化学性质 与亚硝酸、羰基化合物和2,4-二硝基氟苯的反应——伯胺的性质；两性，氧化脱氨，脱羧，生成配合物及茚三酮反应——氨基和羧基相互影响的特性。 氨基酸 多肽的命名 肽链上氨基酸残基的划分、N-端和C-端的判断及命名。 多肽的结构 肽键的结构特征，多肽结构测定的思路。 多 肽

蛋白质的结构 维持蛋白质一级结构和空间结构（主要是二级和三级结构） 的作用力及与蛋白质化学性质、尤其是生物活性的关系。 蛋白质的性质 两性和等电点，胶体性质，可逆沉淀和不可逆沉淀，物理因素和化学因素引起的变性。蛋白质的沉淀和变性的关系。 蛋白质

-氨基酸 茚三酮反应 蛋白质 缩二脲、黄蛋白、茚三酮、 Millon和乙醛酸反应 鉴 别 核苷和核苷酸的结构及命名； RNA和DNA在化学组成和结构上的区别； 在掌握多糖和蛋白质一级结构的基础上，理解DNA的一级结构。 核 酸