【内容节选】
第一篇生物化学
第一章生物大分子的结构与功能
常见命题线索图1.蛋白质的结构与功能：氨基酸的分类及理化性质、
蛋白质的结构及理化性质
2.核酸的结构与功能：核酸、DNA、RNA的结构与
功能、核酸的理化性质
3.酶：酶的结构与功能、酶促反应动力学
第一节蛋白质的结构与功能
一、蛋白质的分子组成
（一）氨基酸
1.氨基酸的分类
组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L氨基酸（甘氨酸除外）。根据其侧链的结构和理化性质
可分成五类:(1)非极性脂肪族氨基酸;(2)极性中性氨基酸;(3)芳香族氨基酸;(4)酸性氨基酸;(5)碱性氨
基酸。
2.氨基酸的理化性质
(1)两性解离及等电点:氨基酸是一种两性电解质，具有两性解离的特性。氨基酸的解离方式取决于其所
处溶液的酸碱度。在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子
，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(pI)。
(2)紫外吸收性质:根据氨基酸的吸收光谱，含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附
近。
(3)茚三酮反应:氨基酸与茚三酮水合物共加热时，合成为蓝紫色的化合物，此化合物最大吸收峰在570nm
波长处。可作为氨基酸的定量分析方法。
（二）肽
蛋白质中的氨基酸相互结合成肽。连接两个氨基酸的肽胺键称为肽键。蛋白质就是由许多氨基酸残基组
成的多肽链。常把由39个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽，而把含有51个氨基酸残基、分
子量为5733的胰岛素称为蛋白质。
二、蛋白质的分子结构
（一）蛋白质的一级结构
在蛋白质分子中，从N端至C端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构。一级结构中的主要化学键是肽
键，此外，蛋白质分子中所有二硫键的位置也属于一级结构的范畴。
（二）蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链主链骨架原子的相对
空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质的二级结构主要包括α螺旋、β折叠、β转
角和无规卷曲。
1.α螺旋
α螺旋的每个肽键的NH和第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。肽链中
的全部肽键都可形成氢键，以稳固α螺旋结构。
2.β折叠
β折叠通过肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键从而稳固β折叠结构。
3.β转角和无规卷曲
β转角通常由4个氨基酸残基组成，其第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢可形成氢键。β转
角的结构较特殊，第二个残基常为脯氨酸。
4.无规卷曲为没有确定规律性的部分肽链结构。
5.模体
在许多蛋白质分子中，可发现两个或两个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规
则的二级结构组合，被称为超二级结构。而模体是具有特殊功能的超二级结构。近年发现的锌指结构是
一个常见的模体例子。
(三)蛋白质的三级结构
1.三级结构
蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空
间的排布位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，如疏水键、盐键、氢键和Van der Waals力
等。
2.结构域
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域。
(四)蛋白质的四级结构
在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链，才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完整的三级
结构，称为亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接，这种蛋白质分子中各
个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。在四级结构中，各亚基
间的结合力主要是氢键和离子键。
三、蛋白质的理化性质
蛋白质既然是由氨基酸组成，其理化性质必然有与氨基酸相同或相关的方面，例如，两性电离及等电点
、紫外吸收性质、呈色反应等;但蛋白质又是生物大分子，具有一些氨基酸没有的理化性质。
(一)蛋白质的胶体性质
蛋白质属于生物大分子之一，其分子的直径在胶粒范围之内。若去除蛋白质胶体颗粒表面电荷和水化膜
两个稳定因素，蛋白质极易从溶液中沉淀析出。
(二)蛋白质的变性、沉淀和凝固
在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，即有序的空间结构变成无序的空间结构，从
而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。一般认为蛋白质的变性主要发生在二
硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。
蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出，这一现象被称为
蛋白质沉淀。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为
复性。
蛋白质经强酸、强碱作用发生变性后，仍能溶解于强酸或强碱溶液中，若将pH调至等电点，则变性蛋白
质立即结成絮状的不溶解物，此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热则絮状物可变成比较坚固的
凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中，这种现象称为蛋白质的凝固作用。实际上凝固是蛋白质变性后
进一步发展的不可逆的结果。
四、蛋白质的分离、纯化
(一)透析及超滤法
利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法叫透析。应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有
一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的，称为超滤法，是蛋白质溶液浓缩的常用方法。
(二)丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀
丙酮沉淀是常用的使蛋白质从溶液中沉淀的方法。蛋白质在溶液中一般含量很低，经沉淀浓缩，以便进
一步分离纯化。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离，否则蛋白质会变性。
盐析是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和且水化膜被破坏，导致
蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。
蛋白质具有抗原性，将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的
抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白，这就是免疫沉淀
法。
(三)电泳
蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。
这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术，称为电泳。带电多，分子量小的蛋白质泳
动速率快;带电少，分子量大的蛋白质则泳动慢，于是蛋白质被分离。
(四)层析
层析是蛋白质分离纯化的重要手段之一，一般有离子交换层析、凝胶过滤和亲和层析等。其中离子交换
层析和凝胶过滤应用最广。
离子交换层析，是将阴离子交换树脂颗粒填充在层析管内，由于阴离子交换树脂颗粒上带正电荷，能吸
引溶液中的阴离子，然后再用含阴离子（如Cl-）的溶液洗柱，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来，增
加Cl-的浓度，含负电量多的蛋白质也被洗脱下来，于是蛋白质被分离。
凝胶过滤又称分子筛层析，层析柱内填满带有小孔的颗粒，蛋白质溶液加于柱之顶部，任其往下渗漏，
小分子蛋白质进入孔内，在柱中滞留时间较长，大分子蛋白质不能进入而先被洗脱出来。
(五)超速离心
超速离心法既可以用来分离纯化蛋白质，也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质其密度与形态各
不相同，因此用此方法可将他们分开。
