结构稳定性由二硫键保证，α-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成β-构象，烫发的化学机理Cys含量较高。
？a-角蛋白(a-Keratin)中有两种类型的多肽链：I型和II型。每一个I型多肽型和一个II型多肽链形成一个卷曲螺旋二聚体(Coiled coil dimmer)。一对卷曲螺旋反平行式地形成左手超螺旋结构称原纤维(Protofilament，4股右手a-螺旋)，原纤维的亚基间以氢键和二硫键相连。4个原纤维形成微纤维，成百根微纤维形成大纤维，每一个头发细胸，也将纤维(fiber)含有数个大纤维，一根头发就是由无数的死细胞相互间以角蛋白相连组成的。？
（2）、 β-角蛋白
P157 图3-65
含大量的Gly、Ala、Ser，以β-折叠结构为主。
丝心蛋白取片层结构，即反平行式β-折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系。
2、 胶原蛋白
3、 弹性蛋白
4、 肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白
第六节 球状蛋白质的高级结构与功能
前面讲了蛋白质结构的两个较低级的组织水平：一级结构和二级结构（包括超二级结构），本节讲述蛋白质（主要是球蛋白）的高级结构：结构域、三级结构、四级结构，及其与生物功能。
一、 蛋白质的一级结构决定高级结构
蛋白质功能的复杂性和多样性是建立在结构多样性的基础上。
多肽链的二级结构由R基的短程顺序决定，当一组在肽链上相邻的氨基酸残基具有适当的顺序时，能自发形成α-螺旋和β-折叠，并处于稳定状态。
而多肽链的三级结构由氨基酸的长程顺序决定，如产生特异转弯的氨基酸残基（Pro、Thr、Ser）的精确位置决定多肽链转弯形成的方向和角度。
同源蛋白质的不变残基决定蛋白质的高级结构。
RNase的变性、复性实验，证明蛋白质的三维构象归根结底是复杂生物大分子的“自我装配”。
P164 图3-69 RNase的变性与复性示意图二、 球状蛋白质的结构域、三级结构与功能
（一） 结构域
结构域(domain)，又称motif(模块)
在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。
对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。
结构域一般有１００－２００氨基酸残基，结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。
每个结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。
结构域间的裂缝，常是活性部位，也是反应物的出入口。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域的裂缝中。
EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix结构
锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn
亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸倒链形成的拉链式结构，
图5.19
（二） 三级结构：
三级结构：整个多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上盘旋、折叠，形成的特定的整个空间结构。
或者说，三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。
1、 三级结构有以下特点：
 许多在一级结权上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。
‚ 球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互用成为可能。
ƒ 大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能(如结合离子和小分子)
2、 维持三级结构的作用力：
P164 图3-70
（1）氢键
大多数蛋白质采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如α-螺旋、β-折叠），同时保持大部分能成氢键的侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。
（2）范德华力（分子间及基团间作用力）
包括三种弱的作用力：
定向效应 极性基团间
诱导效应 极性与非极性基团间
分散效应 非极性基团间
（3）疏水相互作用
蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位。
（4）离子键（盐键）
是正电贺和负电荷之间的一种静电作用。
生理pH下，Asp、Glu侧链解离成负离子，Ｌys、Arg、His离解成正离子。多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的表面，与水分子形成排列有序的水化层。偶尔有少数带相反电荷的测链在分子的疏水内部形成盐键。
（5）共价健，主要的是二硫键，
在二硫键形成之前，蛋白质分子已形成三级结构，二硫键不指导多肽链的折叠，三级结构形成后，二硫键可稳定此构象。
主要存在于体外蛋白中，在细胞内，由于有高浓度的还原性物质，所以没有二硫键。
6、静电相互作用
最强的静电作用就是带相反电何的离子基因间的静电作用，又称盐桥。盐桥和较弱的静电相互作用(离子-偶级、偶级-偶级、范德华力)也是维持亚基间以及蛋白质与配体间的作用力。
3、 免疫球蛋白的一级结构
P193 图3-99
第七节 蛋白质的性质与分离、纯化、鉴定
一、 蛋白质的酸碱性质
蛋白质也是一类两性电解质，能和酸、碱发生作用。
在蛋白质分子中，可解离基团主要是侧链基团，及少数N端-NH2和C端-COOH。
P197 表3-16
天然球状蛋白质的可解离基团大部分可被滴定，而某些天然蛋白质中有一部分可解离基因由于埋藏在分子内部或参与氢键形成而不能解离。
1、 等电点和等离子点（中性盐Ca2+、Mg2+、cl、HPO42++）
等电点：
P198表3-17 3-18
蛋白质的等电点和它所含的酸性氨基酸残基和碱性氨基酸残基的比例有关。
等离子点：没有其它盐类干扰时，蛋白质质子供体解离出的质子数与质子受体结合的质子数相等时的pH值称等离子点，是每种蛋白质的特征常数。
在等电点条件下，蛋白质的电导性、溶解度最小，粘度最大。
2、 蛋白质的电泳分离
聚丙烯酰胺凝胶电泳PAGE
SDS-PAGE（荷质比相同，分子量不同）
3、 离子交换层析分离蛋白质
与氨基酸分离原理相似
二、 蛋白质的大小与形状
测分子量的方法：
化学组成法
凝胶过滤法
SDS-PAGE法
三、 胶体性质与蛋白质的沉淀
蛋白质分子直径在1-100nm之间，在水溶液中具有胶体溶液的通性（布朗运动，丁达耳现象，不能通过半透膜）
透析：将含小分子杂质的蛋白质放入透析袋中，置水溶液中，小分子杂质不断从袋中出来，大分子蛋白质仍留在袋中。
蛋白质在水中溶解度依赖于多肽链氨基酸残基侧链基团的相对极性，离子化基因数量越多，溶解度越大。
1、 稳定蛋白质胶体溶液的主要因素
①蛋白质表面极性基团形成的水化膜将蛋白质颗粒彼此隔开，不会互相碰撞凝聚而沉淀。
②两性电解质非等电状态时，带同种电荷，互相排斥不致聚集而沉淀。
一旦电荷被中和或水化膜被破坏，蛋白质颗粒聚集，便从溶液中析出沉淀。
2、 沉淀蛋白质的方法
①盐析法 向蛋白质溶液中加入大量的中性盐[（NH4）2SO4、Na2SO4、Nacl]，使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。
②有机溶剂沉淀法 破坏水化膜，降低介电常数
③重金属盐沉淀
pH大于等电点时，蛋白质带负电荷，可与重金属离子（Hg2+. Pb2+. Cu2+ 等）结成不溶性沉淀
④生物碱试剂和某些酸类沉淀法
pH小于等电时，蛋白质带正电荷，易与生物碱试剂和酸类的负离子生成不溶性沉淀。
生物碱试剂：是指能引起生物碱沉淀的一类试剂，单宁酸、苦味酸、钨酸。
酸 类：三氯乙酸、磺基水杨酸。
⑤加热变性沉淀。
往往是不可逆的。
四、 蛋白质的变性
变性作用：理、化因素影响，使蛋白质生物活性丧失，溶解度下降，不对称性增大及其它理化常数改变。
（1）变性的因素：
 强酸和强碱；‚ 有机溶剂，破坏疏水作用；ƒ 去污剂、去污剂都是两亲分子，破坏疏水作用；„ 还原性试剂：尿素、b-硫基乙醇；… 盐浓度、盐析、盐溶；† 重金属离子，Hg2+、pb2+，能与-SH或带电基团反应。‡ 温度；ˆ 机械力：如搅拌和研磨中的气泡。
（2）变性的实质：
次级键（有时包括二硫键）被破坏，天然构象解体。变性不汲及一级结构的破坏。
（3）蛋白质变性后，往往出现下列现象：
①结晶及生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。
②硫水侧链基团外露。
③理化性质改变，溶解度降低、沉淀，粘度增加，分子伸展。
④生理化学性质改变。分子结构伸展松散，易被蛋白酶水解。
实际应用：
A.消毒灭菌：75%乙醇，紫外线，高温。
B.制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。
（4）变性机理
①热变性（往往是不可逆的）多肽链受到过分的热振荡，引起氢链破坏。
②酸碱变性：破坏了盐链。
③有机溶剂：破坏水化膜，降低蛋白质溶液介电常数。
（5）可逆变性与不可逆变性
有人认为：二级、三级或四级结构遭受被破坏即为变性，三级（或四级）结构被破坏时引起可逆变性，而二级及三级（或四级）结构一并遭破坏时引起不可逆变性。
五、 分离纯化蛋白质的主要方法
实质：①蛋白与非蛋白分开，②蛋白质之间分开
原理：
1. 溶解度差异
PEG沉淀法
有机溶剂沉淀法
等电点沉淀法
2. 热稳定性差异
热处理沉淀法
铜锌SOD（65℃、15分钟、稳定）
3. 电荷性质差异
离子交换层析法
电泳法
4. 分子大小和形状差异
凝胶过滤、超滤法
透析法、离心法
5. 亲和力的差异
亲和层析法
某种蛋白质能与一种配基特异而非共价结合。
配基是指能被生物大分子识别并与之结合的原子、原子团和分子，如酶的底物、辅酶、调节效应物及其结构类似物，激素与受体蛋白、抗原与抗体。
分离原理：
P224 图3-124
u 蛋白质毒素
一些致病生物产生的毒素中有很多是蛋白质。毒性机理有： 破坏细胞膜；‚ 干扰细胞内机能；ƒ 抑制神经细胞突触的功能。
直接作用于细胞膜的毒素称溶细胞毒素，可以由细菌、真菌、植物、鱼、蛇等产生。链球菌属(Streptoccus)Pyogene产生的链球菌溶血素(包括0.5等)，能使精细胞产生孔洞，Na+等离子外渗，细胞死亡。链球菌溶血素O是产生风湿热的原因之一(rheiematie fever)。此外，一些有毒的酶点，如蛇的磷酯酶在A2也能破坏细胞膜。
破坏细胞内机能的毒素也很多，如白候杆菌(Corynebacteriadiphtheriae)产生的白候毒素(diphtheria toxin)和霍乱弧菌(Vibrio cholerae)产生的霍乱毒素(cholera toxin)。它们均由A、B两个亚基组成，B亚基与靶细胞结合，A亚基致毒。白候毒素分子一旦进入靶细胞，AB亚在就分开，A亚基是一种酶能阻止蛋白质的合成，寄主的心、肾和神经组织都会被破坏。
霍乱毒素的B亚基由5个相同亚基组成，B亚基与肠细胞膜结合，A亚基就被送入这些细胞中，A亚基激活一种酶使cAMP大量产生，cAMP打开细胞膜的CL通道，由于CL-外泄引起渗适压的改变，水分也大量丧失，结果导致腹泻(diarrhoea)，不加治疗的话，严重的脱水可使病人48小时内死亡。
神经突触连接两个神经元或一个神经元与一个肌肉细胞。一种毒蜕的产生的毒素a-Latrotoxin(125KD)是一条多肽链，能剌激神经递质乙酰胆碱(acetylcholine, ACH)的广谱性释放酶。肉毒杆菌(Lostrldium botulinum)产生的肉毒杆菌毒素(botulinum toxin)能抑制Ach释放酶肉毒中毒(botulism)为是由于受了被污染的罐袋食物引起的
生化笔记--沈同（适用第2版及第3版）第四章 酶
第四章 酶
酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。
1957巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。
1 分子Glc→2分子乙醇+2分子CO2 从Glc开始，经过12种酶催化，12步反应，生成乙醇。
1897 Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。
1913 Michaelis和Menten提出米氏学说—酶促动力学原理。
1926 Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具有蛋白质性质。
1969 化学合成核糖核酸酶。
1967-1970 从E.coli中发现第I、第II类限制性核酸内切酶。
1986 Cech发现四膜虫细胞大核期间26S rRNA前体具有自我剪接功能。
ribozyme ， deoxyribozyme
E.coRI
5’——GAATTC——3’
3’——CTTAAG——5’
限制作用 修饰作用
5’——GAATTC——3’ 5’——GAATTC——3’
3’——CTTAAG——5’ 3’——CTTAAG——5’
第一节 酶学概论
一、 酶的生物学意义
大肠杆菌生命周期20分钟，生物体内化学反应变得容易和迅速进行的根本原因是体内普通存在生物催化剂—酶。没有酶，生长、发育、运动等等生命活动就无法继续。
限制性核酸内切酶（限制-修饰）
二、 酶的概念及其作用特点
1、 酶是一种生物催化剂
酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。
生物催化剂 ：酶(enzyme)，核（糖）酶(ribozyme)，脱氧核（糖）酶(deoxyribozyme)
2、 酶催化反应的特点
（1）、 催化效率高
酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。
（2）、 专一性高
酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。
（3）、 反应条件温和
温度低于100℃，正常大气压，中性pH环境。
（4）、 活性可调节
根据据生物体的需要，许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。
（5）、 酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子
3、 酶与非生物催化剂相比的几点共性：
①催化效率高，用量少（细胞中含量低）。
②不改变化学反应平衡点。
③降低反应活化能。
P234 图4-1 非催化过程及催化过程自由能的变化
④反应前后自身结构不变。
催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行，催化剂的效应只反映在动力学上（反应速度），不影响反应的热力学（化学平衡）。
三、 酶的化学本质
（一） 酶的蛋白质本质
经典概念：所有的酶都是蛋白质，酶是具有催化功能的蛋白质，因此酶具有蛋白质的一切共性。
1、 酶的蛋白质组成
有些酶仅由蛋白质组成，例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等
有些酶不仅含有蛋白质（酶蛋白），还含有非蛋白质成分（辅助因子），只有酶蛋白与辅助因子结合形成复合物（全酶）才表现出酶活性，如超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）
酶的专一性由酶蛋白的结构决定，辅助因子传递电子或某些化学基团。
2、 酶的辅助因子
酶的辅助因子主要有金属离子（Fe2+、Fe3+ 、Cu+、Cu2+、 Mn2+、、Mn3+、Zn2+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等）和有机化合物。
辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。
辅基：与酶蛋白结合较紧。
酶 辅助因子
CuZn-SOD Cu2+ Zn2+
Mn-SOD Mn2+
过氧化物酶 Fe2+或Fe3+
II型限制性核酸内切酶 Mg2+
羧肽酶 Zn2+
P235 表4-1 一些酶的辅助因子（金属离子）
P237 表4-2 基团反应中的辅酶和辅基。
酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如，NAD+可与多种酶蛋白结合，构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。
生物体内酶种类很多，而辅助因子种类却很少，原因是一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。
（二） ribozyme核酶（具有催化功能的RNA）
1980以前，已知所有的生物催化剂，其化学本质都是蛋白质。
80年代初，美国科罗拉多大学博尔德分校的Thomas Cech和美国耶鲁大学Sidney Altman各自独立发现RNA具有生物催化功能，此发现被认为是近十年生化领域最令人鼓舞的发现，此二人分亨1989诺贝尔化学奖。
ribozyme种类：①自我剪接ribozyme ②自我剪切ribozyme ③催化分子间反应ribozyme
后边细讲
四、 按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类
1、 单体酶
由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子
牛胰RNase 124a.a 单链
鸡卵清溶菌酶 129a.a 单链
胰凝乳蛋白酶 三条肽链
单体酶种类较少，一般多催化水解反应。
2、 寡聚酶
由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。
①含相同亚基的寡聚酶
苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基
②含不同亚基的寡聚酶
琥珀酸脱氢酶（牛心），αβ2个亚基
寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。
大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。
3、 多酶复合体
由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。
例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成
①丙酮酸脱氢酶（E1） 以二聚体存在2×9600
②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000
③二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 以二聚体存在2×56000
复合体：12个E1二聚体 24×96000
24个E2单体 24×70000
6个E3二聚体 12×56000
总分子量560万
4、 多酶融合体
一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，这往往是基因融合的产物。
例如：天冬氨酸激酶I---高丝氨酸脱氢酶I融合体（双头酶）
该酶是四聚体α4，每条肽链含两个活性区域：N-端区域是Asp激酶，C端区域是高Ser脱氢酶。
五、 酶在细胞中的分布
一个细胞内含有上千种酶，互相有关的酶往往组成一个酶体系，分布于特定的细胞组分中，因此某些调节因子可以比较特异地影响某细胞组分中的酶活性，而不使其它组分中的酶受影响。
1. 分布于细胞核的酶
核被膜 酸性磷酸酶
染色质 三磷酸核苷酶
核仁 核糖核酸酶
核内可溶性部分 酵解酶系、乳酸脱氢酶
2. 分布于细胞质的酶
参与糖代谢的酶 酵解酶系
磷酸戊糖途径酶系
参与脂代谢的酶 脂肪酸合成酶复合体
参与a.a蛋白质的酶 Asp氨基转移酶
参与核酸合成的酶 核苷激酶 核苷酸激酶
3. 分布于内质网的酶
光滑内质网 胆固醇合成酶系
粗糙内质网 蛋白质合成酶系
（细胞质一侧）
4. 分布于线粒体的酶
外膜：酰基辅酶A合成酶
内膜：NADH脱氢酶
基质：三羧酸循环酶系
脂肪酸β-氧化酶系
5. 分布于溶酶体的酶
水解蛋白质的酶
水解糖苷类的酶
水解核酸的酶
水解脂类的酶
6. 标志酶
有些酶只分布于细胞内某种特定的组分中，
核： 尼克酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶，功能：DNA、RNA生物合成
线粒体：琥珀酸脱氢酶（电子转移、三羧酸循环）
溶酶体：酸性磷酸酶（细胞成分的水解）
微粒体：（核蛋白体、多核蛋白体、内质网）Glc-6-磷酸酶
上清液：乳酸脱氢酶
第二节 酶的国际分类及命名
一、 习惯命名
1961年6以前使用的酶沿用习惯命名
1.（绝大多数酶）依据底物来命名
如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。
2. 依据催化反应的性质命名
如：水解酶、转氨酶
3 结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。
4. 有时加上酶的来源
如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶
习惯命名较简单，但缺乏系统性。
二、 国际系统命名
系统名称应明确标明酶的底物及催化反应的性质。
如：草酸氧化酶（习惯名），系统名称： 草酸：氧氧化酶
