《生物学》课程教学资源（教材讲义）第一部分 生命的起源 第3章 生命的化学基石

第3章生命的化学基石要点概述3.1生物体由分子构成。碳化学。由于每个碳原子都可形成多个共价键，因此有机分子非常复杂。3.2细胞的化学功能由蛋白质实现蛋白质有多种功能。蛋白质有催化，转运，支持和调控的作用蛋白质由氨基酸构成。蛋白质是由各种氨基酸构成的长链。分子的构象决定蛋白质的功能。蛋白质的构象是由它的氨基酸序列决定的。蛋白质是如何折叠成具有活性的构象的。非极性氨基酸在肽链上的分布决定了蛋白质的折叠方式蛋白质是如何去折叠的。当环境一一如pH值或温度一一波动时，蛋白质可能会变性或去折叠3.3核苷酸储存并传递遗传信息。信息分子。在细胞中的核酸存储信息。RNA是单链的多聚核苷酸，而DNA有两条互相缠绕的链。3.4脂类是细胞膜的主要成份并且是储能分子。磷脂构成膜。生物膜的形成是由于磷脂在水中有自动聚集的性质。脂肪和其它脂类。有机体利用了多种不溶于水的分子。作为食物的脂肪。由于脂肪含有高比例的C一H键，它是非常高效的能量储存分子。3.5糖类储存能量并提供构建生命体的材料简单的糖类。单糖是简单的糖类，通常是六元环（原著中six-carbonrings是错误的，因为六元环中通常含5个C和一个0。译者注。）。糖的连接。糖能被连接而成多聚体，称为多糖

第 3 章 生命的化学基石 要点概述 3．1 生物体由分子构成。 碳化学。由于每个碳原子都可形成多个共价键 。 ，因此有机分子非常复杂 ， 。 3．2 细胞的化学功能由蛋白质实现 蛋白质有多种功能。蛋白质有催化 。 ，转运，支持和调控的作用 蛋白质由氨基酸构成。蛋白质是由各种氨基酸构成的长链 。 。 分子的构象决定蛋白质的功能。蛋白质的构象是由它的氨基酸序列决定的 。 。 蛋白质是如何折叠成具有活性的构象的。非极性氨基酸在肽链上的分布决定 。 了蛋白质的折叠方式 蛋白质是如何去折叠的。当环境——如 pH 值或温度——波动时，蛋白质可 能会变性或去折叠 3．3 核苷酸储存并传递遗传信息。 信息分子。在细胞中的核酸存储信息 。 。RNA 是单链的多聚核苷酸，而 DNA 有两条互相缠绕的链。 3．4 脂类是细胞膜的主要成份并且是储能分子。 磷脂构成膜。生物膜的形成是由于磷脂在水中有自动聚集的性质 。 。 脂肪和其它脂类。有机体利用了多种不溶于水的分子 。 。 作为食物的脂肪。由于脂肪含有高比例的 。 C—H 键，它是非常高效的能量 储存分子。 3．5 糖类储存能量并提供构建生命体的材料 简单的糖类。单糖是简单的糖类 。 ，通常是六元环（原著中 six-carbon rings 是错误的，因为六元环中通常含 5 个 C 和一个 O。译者注。）。 糖的连接。糖能被连接而成多聚体 。 ，称为多糖

结构糖。结构糖，如纤维素，是由糖类连接而成的长链，它不易被酶分解。和我们周围的世界相比，分子太小了。想象一下：杯中水分子的数量比天上的星星还多。与水分子相比，很多由成千上万个原子所组成的分子算得上巨大了。这些原子结合成许多小分子，小分子再连成长链（图3.1）。这些巨大的分子几乎都由有机体合成，又称作高分子。我们将会看到有四种基本的高分子，他们是构成所有有机体的基本单位。3.1生物体由分子构成图3.1计算机绘制的高分子模型。图中是一个酶分子，它参与糖代谢碳化学产能的过程。这个复杂的分子是由几百个氨基酸连接而成，最终形成了如图所示的典型的卷曲和折叠。我们在第二章讨论了原子是怎样结合成分子的。在这一章我们主要讨论含有机分子，即含有碳的化合物。碳原子之间，碳原子与氧、氮、硫、氢的原子之间相连，形成了生物分子的主要骨架。由于碳原子有四个价电子，即可形成四个共价键，所以含碳的分子可以形成直链、支链乃至环。可以想象，所有这些可能性产生了多样的分子结构和构型。只含有碳氢元素的化合物叫烃。碳氢键是高能键，我们的主要能源化石燃料，就是烃分子化合物，比如丙烷是含有八个氢原子的三碳烃。由子碳氢键蕴藏看相当大的能量，烃是一种很好的燃料。例如汽油就富含烃。官能团（FunctionalGroups）碳氢原子有相近的电负性，故在C一C、C一H链中两个原子间的电子云几乎是均分的，所以分子表面没有明显的电荷差别。基于这个原因，烃是非极性的。细胞合成的很多分子都含有其他原子，由于这些原子有不同的电负性，含有它们

图 3.1 计算机绘制的高分子模型。 图中是一个酶分子，它参与糖代谢 产能的过程。这个复杂的分子是由 几百个氨基酸连接而成，最终形成 了如图所示的典型的卷曲和折叠。 结构糖。结构糖，如纤维素，是由糖类连接而成的长链，它不易被酶分解。 和我们周围的世界相比，分子太小 了。想象一下：杯中水分子的数量比天上 的星星还多。与水分子相比，很多由成千 上万个原子所组成的分子算得上巨大了。 这些原子结合成许多小分子，小分子再连 成长链（图 3.1）。这些巨大的分子几乎都 由有机体合成，又称作高分子。我们将会 看到有四种基本的高分子，他们是构成所 有有机体的基本单位。 3.1 生物体由分子构成 物体由分子构成 碳化学 我们在第二章讨论了原子是怎样结 合成分子的。在这一章我们主要讨论含有机分子，即含有碳的化合物。碳原子之 间，碳原子与氧、氮、硫、氢的原子之间相连，形成了生物分子的主要骨架.。 由于碳原子有四个价电子，即可形成四个共价键，所以含碳的分子可以形成直链、 支链乃至环。可以想象，所有这些可能性产生了多样的分子结构和构型。 只含有碳氢元素的化合物叫烃。碳氢键是高能键，我们的主要能源化石燃 料，就是烃分子化合物，比如丙烷是含有八个氢原子的三碳烃 。 由于碳氢键蕴藏着相当大的能量，烃是一种很好的燃料。例如汽油就富含 烃。 官能团（Functional Groups） 碳氢原子有相近的电负性，故在 C—C、C—H 链中两个原子间的电子云几 乎是均分的，所以分子表面没有明显的电荷差别。基于这个原因，烃是非极性的。 细胞合成的很多分子都含有其他原子，由于这些原子有不同的电负性，含有它们

的分子就带有局部的正电荷或负电荷，同时也就有了极性。这些分子可以理解为由特殊原子团，即官能团，进攻C-H键的产Sroustura'shekmdelGroupFound In:FormulaCarbohydrates,-OHOHHydroxyl物。比如一个氢原子与alcohols?0一个氧原子结合，形成FormaldehydeCarbony!oO了被称作羟基（一OH）00Amino acids,的官能团。CCarboxylvinegarOBOHHH无论官能团在哪AmmoniaAminoNNRH里，它们都可以保持某Proteins,Sulfhydry!-S-HS8rubber些固有的化学性质。如0-OPhosphatePhospholipids,0-P-0+OPOnucleic acids,由于氧原子有很大的ATP60电负性，可以吸引电子HHMethaneMethylC-HOH（如我们在第二章所gasH8见)，所以羟基总是有图3.2主要的官能团。这些基团倾向于以一个整体参与化极性的。图3.2展示了学反应，并且赋予了包含这些基团的分子特定的化学性质。比如氨基使分子碱性增强，而羧基使其酸性增强。羟基和其他一些对生Group官能团，StructuralFormulate结构式，ball-and-stick物有重要意义的官能model球棍模型，foundin出现在，hydroxyl基，carbohydrate碳水化合物，alcohols醇类，carbonyl羰基，团。大多与生物有关的formaldehyde甲醛，carboxyl羧基，aminoacid氨基酸，化学反应都与官能团vinegar醋酸，amino氨基，ammonia氨，sulfhydryl筑基，protein蛋白质，rubber橡胶，phosphate磷酸基，phospholipid在分子间转移有关，其磷脂，nucleicacid核酸，ATP三磷酸腺苷，methyl甲基，过程中官能团总是作methanegas沼气为一个整体来反应。生物大分子（macromolecules）生物体内的一些分子小而简单，只包含一个或几个官能团，而其它分子则大而复杂，称为高分子。多数情况下，这些大分子是由大量彼此相似的小分子组成的聚合体，就像很多车厢连接成火车一样。举例来说，像淀粉（starch）那样复杂的糖类，是由许多简单的环状单糖聚合而成；蛋白质（protein）是氨基酸（aminoacid）的聚合体；核酸（nucleiccid）（DNA和RNA）是由核苷酸(nucleotide)

图 3.2 主要的官能团。这些基团倾向于以一个整体参与化 。 学反应，并且赋予了包含这些基团的分子特定的化学性质。 比如氨基使分子碱性增强，而羧基使其酸性增强。 Group 官能团，Structural Formulate 结构式，ball-and-stick model 球棍模型，found in 出现在，hydroxyl 羟基， carbohydrate 碳水化合物，alcohols 醇类，carbonyl 羰基， formaldehyde 甲醛，carboxyl 羧基，amino acid 氨基酸， vinegar 醋酸，amino 氨基，ammonia 氨，sulfhydryl 巯基， protein 蛋白质，rubber 橡胶，phosphate 磷酸基，phospholipid 磷脂，nucleic acid 核酸，ATP 三磷酸腺苷，methyl 甲基， methane gas 沼气 的分子就带有局部的正电荷或负电荷，同时也就有了极性。这些分子可以理解为 由特殊原子团，即官能 团，进攻 C—H 键的产 物。比如一个氢原子与 一个氧原子结合，形成 了被称作羟基（－OH） 的官能团。 无论官能团在哪 里，它们都可以保持某 些固有的化学性质。如 由于氧原子有很大的 电负性，可以吸引电子 （如我们在第二章所 见），所以羟基总是有 极性的。图 3.2 展示了 羟基和其他一些对生 物有重要意义的官能 团。大多与生物有关的 化学反应都与官能团 在分子间转移有关，其 过程中官能团总是作 为一个整体来反应。 生物大分子（macromolecules） 生物体内的一些分子小而简单，只包含一个或几个官能团，而其它分子则 大而复杂，称为高分子。多数情况下，这些大分子是由大量彼此相似的小分子组 成的聚合体，就像很多车厢连接成火车一样。举例来说，像淀粉（starch）那样 复杂的糖类，是由许多简单的环状单糖聚合而成；蛋白质（protein）是氨基酸 （amino acid）的聚合体；核酸（nucleic cid）（DNA 和 RNA）是由核苷酸(nucleotide)

聚合成。习惯上将生物大分子分为四大类：蛋白质，核酸，脂类（lipid）和糖类（carbohydrate）（此处及本书其他地方所提到的脂类是生物小分子，而非大分子。译者注）（表3.1）大分子的构建虽然四种H20(a)图3.3高分子的生成高分子是由不和解体。（a）生物大同的亚基HO分子是由亚基连接HO而成的聚合物。高分（subunit）构Energy子中每个残基之间成，但它们都是的共价键是通过脱水聚合反应形成的，HO以同一基本方这个反应需要能量，式结合：一个亚同时还产生了一分(b)子的水。（b）破坏残H20基脱去一OH,基之间的共价键需另一个脱去一要加上一分子的水，XHO这一水解过程同时H，从而在二者释放了能量。-Energy之间形成共价Dehydrationsynthesis 脱水反应HO-HCHH键（图3.3）。hydrolysis水解反应因为在形成新分子的过程中脱去的一OH和一H等价于脱去了一个水，这种缩合反应被称作脱水合成反应（dehydrationsynthesis）。高分子每增加一个亚基，就脱去一分子的水。由于在脱水过程中化学键的破坏要消耗能量，细胞必须为合成高分子化合物提供能量。包括水合反应在内的很多化学反应都需要将反应分子拉近并置于合适的空间位置，以使正确的化学键受力并断裂。上述这种定位和应力过程称作催化，在细胞内这是由一类被称为酶的特殊蛋白质完成。通过一个与脱水合成反应完全相反的过程一一加入而不是脱去一分子的水，细胞把高分子化合物分解成单体（图3.3b）。在这个被称为水解反应（hydrolysis,希腊语中hydro是水的意思，lyse即解体）的过程中，氢原子被加到一个亚基上

图 3.3 高分子的生成 和解体。（a）生物大 分子是由亚基连接 而成的聚合物。高分 子中每个残基之间 的共价键是通过脱 水聚合反应形成的， 这个反应需要能量， 同时还产生了一分 子的水。（b）破坏残 基之间的共价键需 要加上一分子的水， 这一水解过程同时 释放了能量。 Dehydration synthesis 脱 水 反 应 hydrolysis 水解反应 聚合成。习惯上将生物大分子分为四大类：蛋白质，核酸，脂类（lipid）和糖类 （carbohydrate）（此处及本书其他地方所提到的脂类是生物小分子，而非大分子。 译者注）（表 3.1） 大分子的构建 虽然四种 高分子是由不 同 的 亚 基 （ subunit ） 构 成，但它们都是 以同一基本方 式结合：一个亚 基脱去－OH， 另一个脱去－ H，从而在二者 之间形成共价 键（图 3 .3）。 因为在形成新 分子的过程中脱去的－OH 和－H 等价于脱去了一个水，这种缩合反应被称作脱 水合成反应（dehydration synthesis）。高分子每增加一个亚基，就脱去一分子的 水。由于在脱水过程中化学键的破坏要消耗能量，细胞必须为合成高分子化合物 提供能量。包括水合反应在内的很多化学反应都需要将反应分子拉近并置于合适 的空间位置，以使正确的化学键受力并断裂。上述这种定位和应力过程称作催化， 在细胞内这是由一类被称为酶的特殊蛋白质完成。 通过一个与脱水合成反应完全相反的过程——加入而不是脱去一分子的 水，细胞把高分子化合物分解成单体（图 3.3b）。在这个被称为水解反应（hydrolysis, 希腊语中 hydro 是水的意思，lyse 即解体）的过程中，氢原子被加到一个亚基上， (a) (b)

羟基被加到另一亚基上，从而破坏了高分子中连接它们的共价键。原先储存在共价键中的能量随着键的破坏而释放出来。聚合体是由相似的亚基通过脱水反应连成的长链大分子。在脱水合成反应中，一个单体脱去一OH而另一个脱去一H。表3.1 大分子亚基例子高分子功能蛋白质氨基酸催化；转运球蛋白(globular)血红蛋白（hemoglobin）支持毛发，蚕丝结构蛋白(structural)氨基酸核酸DNA核苷酸编码基因染色体（chromosome）RNA核苷酸基因表达信使RNA（messengerRNA)脂类（脂类不是大分子。译者注）脂肪(fat)甘油和三个脂储存能量黄油、玉米油、肥皂肪酸磷脂细胞膜甘油和两个脂卵磷脂（lecitin）肪酸，磷酸基，极性的R基前列腺素化学信使含有两个非极前列腺素E（PGE）性侧链的五碳(prostaglandin)环类固醇四个熔合的碳激素（hormones），膜胆固醇(cholesterol)；雌环激素(estrogen)长碳链色素（pigment），结胡萝卜素(carotene)：橡胶构成分糖类土豆淀粉，糖原葡萄糖储存能量

羟基被加到另一亚基上，从而破坏了高分子中连接它们的共价键。原先储存在共 价键中的能量随着键的破坏而释放出来。 聚合体是由相似的亚基通过脱水反应连成的长链大分子。在脱水合成反应中 。在脱水合成反应中， 一个单体脱去－OH 而另一个脱去－H。 表 3. 1 大分子 高分子 亚基 功能 例子 蛋白质 球蛋白(globular) 氨基酸 催化；转运 血红蛋白（hemoglobin） 结构蛋白(structural) 氨基酸 支持 毛发，蚕丝 核酸 DNA 核苷酸 编码基因 染色体（chromosome） RNA 核苷酸 基因表达 信使 RNA（messenger RNA） 脂类（脂类不是大分子。译者注） 脂肪(fat) 甘油和三个脂 肪酸 储存能量 黄油、玉米油、肥皂 磷脂 甘油和两个脂 肪酸，磷酸基，极 性的 R 基 细胞膜 卵磷脂（lecitin） 前列腺素 (prostaglandin) 含 有 两 个 非 极 性 侧 链 的 五 碳 环 化学信使 前列腺素 E（PGE） 类固醇 四个熔合的碳 环 激素（hormones），膜 胆固醇(cholesterol); 雌 激素(estrogen) 萜 长碳链 色素（pigment），结 构成分 胡萝卜素(carotene)；橡 胶 糖类 淀粉，糖原 葡萄糖 储存能量 土豆

纤维素葡萄糖细胞壁纸和芹菜的纤维(glucose)几丁质修饰过的葡萄支持结构螃蟹壳糖3.2细胞的化学功能是由蛋白质实现的蛋白质的多种功能2e图3.4一些较常见的结构蛋白。（a）胶原蛋白：网球拍上的纤维，从肠组织中获得；（b）血纤维蛋白：血凝块的扫描电子显微镜照片（3000倍）；(c)角蛋白：孔雀的羽毛：(d)丝：蛛网：（e）角蛋白：人的头发我们的讨论将从蛋白质这一构成生物体的大分子开始（见表3.1），有机体内的蛋白质，从结构到功能都有很大差异（表3.2及图3.4）

纤维素 葡萄糖 （glucose） 细胞壁 纸和芹菜的纤维 几丁质 修饰过的葡萄 糖 支持结构 螃蟹壳 3.2 细胞的化学功能是由蛋白质实现的 蛋白质的多种功能 我们的讨论将从蛋白质这一构成生物体的大分子开始（见表 3.1），有机体内的蛋 白质，从结构到功能都有很大差异（表 3.2 及图 3.4）。 图 3.4 一些较常见的结构蛋白。（a）胶原蛋白：网球拍上的纤维，从肠组织中获得；（b） 血纤维蛋白：血凝块的扫描电子显微镜照片（3000 倍）；(c)角蛋白：孔雀的羽毛；(d)丝： 蛛网；(e)角蛋白：人的头发 (a) (b) (c) (d) (e)

1酶的催化作用。我们已经接触过一类蛋白质一一酶。酶作为生物催化剂，在生物体内催化特定的反应。正因为如此，酶的出现是生物进化中一个重要的里程碑。酶多是球蛋白，它的三维形状与被催化的化学物质十分吻合，依靠作用于特殊的化学键使反应容易进行。2防御。另一些球蛋白利用用自己的形状“识别”外来的微生物和癌细胞。这些细胞表面的受体形成了机体内分泌和免疫系统的核心。3转运。有一类球蛋白可以运输特定的小分子或离子。比如血红蛋白在血液中运输氧气；与其相似的肌红蛋白在肌肉中运送氧气。铁在血液中靠转铁蛋白(transferrin)运输。4支持。纤维蛋白（fibrousprotein）起结构作用。这些结构蛋白包括头发里的角蛋白(keratin)，凝血块中的血纤蛋白（fibrin）以及构成皮肤、骨骼、肌腱和韧带基质的胶原蛋白（collagen）。胶原是脊椎动物体内含量最丰富的蛋白。5运动。肌肉的收缩是依靠两种丝状蛋白，即肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动。收缩蛋白（contractileprotein）在构成细胞骨架和胞内物质运输中也起到重要作用。6调控。在动物体内，一些被称作激素的小分子扮演着胞间信使(intercellularmessenger)的角色。在细胞内，蛋白质也起着各种各样的调控作用，比如在发育过程中激活或关闭某些基因。另外蛋白质也是信息的接受者，在细胞膜表面充当受体。表3.2蛋白质的多种功能功能蛋白质的实例作用种类酶新陈代谢水解酶切开多糖（催化）蛋白酶分解蛋白质聚合酶合成核酸激酶使糖和蛋白质磷酸化防御抗体免疫球蛋白标记待消除的蛋白质毒素蛇毒阻断神经功能

1 酶的催化作用。我们已经接触过一类蛋白质——酶。酶作为生物催化剂， 在生物体内催化特定的反应。正因为如此，酶的出现是生物进化中一个重要的里 程碑。酶多是球蛋白，它的三维形状与被催化的化学物质十分吻合,依靠作用于 特殊的化学键使反应容易进行。 2 防御。另一些球蛋白利用用自己的形状“识别”外来的微生物和癌细胞。 这些细胞表面的受体形成了机体内分泌和免疫系统的核心。 3 转运。有一类球蛋白可以运输特定的小分子或离子。比如血红蛋白在血液 中运输氧气；与其相似的肌红蛋白在肌肉中运送氧气。铁在血液中靠转铁蛋白 (transferrin)运输。 4 支持。纤维蛋白（fibrous protein）起结构作用。这些结构蛋白包括头发里 的角蛋白(keratin)，凝血块中的血纤蛋白（fibrin）以及构成皮肤、骨骼、肌腱和 韧带基质的胶原蛋白（collagen）。胶原是脊椎动物体内含量最丰富的蛋白。 5 运动。肌肉的收缩是依靠两种丝状蛋白，即肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑 动。收缩蛋白（contractile protein）在构成细胞骨架和胞内物质运输中也起到重 要作用。 6 调控。在动物体内，一些被称作激素的小分子扮演着胞间信使(intercellular messenger)的角色。在细胞内，蛋白质也起着各种各样的调控作用，比如在发育 过程中激活或关闭某些基因。另外蛋白质也是信息的接受者，在细胞膜表面充当 受体。 表 3.2 蛋白质的多种功能 功能 蛋 白 质 的 种类 实例 作用 新陈代谢 酶 水解酶 切开多糖 （催化） 蛋白酶 分解蛋白质 聚合酶 合成核酸 激酶 使糖和蛋白质磷酸化 防御 免疫球蛋白 抗体 标记待消除的蛋白质 毒素 蛇毒 阻断神经功能

细胞识别细胞表面抗原主要组织相容性复本体识别合体蛋白（MHC）体内运输球蛋白血红蛋白在血液中运输氧气和二氧化碳肌红蛋白在肌肉中运输氧气和二氧化碳细胞色素电子传递跨膜运输转运蛋白钠钾泵维持膜可兴奋状态质子泵化学渗透阴离子通道运输氯离子软骨支持结构纤维胶原蛋白角蛋白毛发,指甲血凝块血纤维蛋白运动肌肉肌动蛋白肌纤维收缩肌球蛋白肌纤维收缩调节渗透压白蛋白血清白蛋白保持血液渗透压基因调控阻遏蛋白lac阻遏蛋白调控转录胰岛素调节机体功激素调节血糖水平能抗利尿激素增加肾的保水能力催产素调节子宫收缩以及母乳分泌储藏铁蛋白结合离子储藏铁，特别是在脾脏酪蛋白在乳汁中储藏离子钙调蛋白结合钙离子蛋白质在各个方面起着不同的作用，包括催化、防御、物质运输、支持、运动以及调控细胞和机体的功能

细胞识别 细胞表面抗原 主要组织相容性复 合体蛋白（MHC） 本体识别 体内运输 球蛋白 血红蛋白 在血液中运输氧气和二氧化 碳 肌红蛋白 在肌肉中运输氧气和二氧化 碳 细胞色素 电子传递 跨膜运输 转运蛋白 钠钾泵 维持膜可兴奋状态 质子泵 化学渗透 阴离子通道 运输氯离子 支持结构 纤维 胶原蛋白 软骨 角蛋白 毛发,指甲 血纤维蛋白 血凝块 运动 肌肉 肌动蛋白 肌纤维收缩 肌球蛋白 肌纤维收缩 调节渗透压 白蛋白 血清白蛋白 保持血液渗透压 基因调控 阻遏蛋白 lac 阻遏蛋白 调控转录 调 节 机 体 功 能 激素 胰岛素 调节血糖水平 抗利尿激素 增加肾的保水能力 催产素 调节子宫收缩以及母乳 分泌 储藏 结合离子 铁蛋白 储藏铁，特别是在脾脏 酪蛋白 在乳汁中储藏离子 钙调蛋白 结合钙离子 蛋白质在各个方面起着不同的作用，包括催化、防御、物质运输、支持、运动 以及调控细胞和机体的功能

氨基酸是构成蛋白质的基本单位虽然蛋白质是复杂而又多变的大分子，它们却都是由20种氨基酸按照特定顺序排列构成的。很多科学家认为氨基酸是地球上最早出现的几种有机分子之一，地球早期的海洋极有可能含有多种多样的氨基酸。氨基酸的结构氨基酸分子含有一个氨基（一NH2）、一个羧基（一COOH）和一个氢原子，它们都与一个中心碳原子相连。R1H2N-C-COOH1H每个氨基酸特有的化学性质则是AminoacidAminoacid由它侧链（用R表示）的化学性质决R?HHCC-OHHCC-OH定的，侧链也与中心碳原子相连。例11IlOHOH如，当侧链是一CHOH时，这种氨基CH20Polypeptide chain酸（丝氨酸）具有极性，而当侧链是HHR一CH，时，这种氨基酸（丙氨酸）就是H-N-0C-C-1C-OH非极性的。基于侧链的差别，20种常HOHC图3.5肽键。一个氨基酸分子的一NH2末端见的氨基酸被划分为五类：和另一个氨基酸的一COOH末端相连形成肽1.非极性氨基酸：R基通常含键。由于肽键具有部分双键的性质，所以不能绕轴自由旋转。有一CH2或一CH3.例如亮氨Amino acid氨基酸，Aminoacid氨基酸，酸。Polypeptidechain多肽链2.极性不带电荷氨基酸：R基含有氧或仅仅有氢，如苏氨酸。3．带电荷的氨基酸：R基含有酸或碱，如谷氨酸。4.芳香族氨基酸：R基含有一个有机（碳）环，环上的原子由间隔的单双键逐次相连，例如苯丙氨酸。5.具有特殊功能的氨基酸：有其独特的化学性质，如甲硫氨酸通常在氨基酸链的首位，脯氨酸通常造成氨基酸长链的扭结，而半胱氨酸将链与链相连。由于其侧链化学性质的不同，每一种氨基酸对蛋白质的形状产生不同的影响。；

图 3.5 肽键。一个氨基酸分子的 。 －NH2 末端 和另一个氨基酸的－COOH 末端相连形成肽 键。由于肽键具有部分双键的性质，所以不 能绕轴自由旋转。 Amino acid 氨基酸，Amino acid 氨基酸， Polypeptide chain 多肽链 氨基酸是构成蛋白质的基本单位 虽然蛋白质是复杂而又多变的大分子，它们却都是由 20 种氨基酸按照特定 顺序排列构成的。很多科学家认为氨基酸是地球上最早出现的几种有机分子之 一，地球早期的海洋极有可能含有多种多样的氨基酸。 氨基酸的结构 氨基酸分子含有一个氨基（－NH2）、一个羧基（－COOH）和一个氢原子， 它们都与一个中心碳原子相连。 每个氨基酸特有的化学性质则是 由它侧链（用 R 表示）的化学性质决 定的，侧链也与中心碳原子相连。例 如，当侧链是－CH2OH 时，这种氨基 酸（丝氨酸）具有极性，而当侧链是 －CH3 时，这种氨基酸（丙氨酸）就是 非极性的。基于侧链的差别，20 种常 见的氨基酸被划分为五类： 1. 非极性氨基酸:：R 基通常含 有－CH2 或－CH3，例如亮氨 酸。 2. 极性不带电荷氨基酸：R 基含有氧或仅仅有氢，如苏氨酸。 3. 带电荷的氨基酸：R 基含有酸或碱，如谷氨酸。 4. 芳香族氨基酸：R 基含有一个有机（碳）环，环上的原子由间隔的单双 键逐次相连，例如苯丙氨酸。 5. 具有特殊功能的氨基酸：有其独特的化学性质，如甲硫氨酸通常在氨基 酸链的首位，脯氨酸通常造成氨基酸长链的扭结，而半胱氨酸将链与链 相连。 由于其侧链化学性质的不同，每一种氨基酸对蛋白质的形状产生不同的影响。； R | H2N－C－COOH | H

例如，当蛋白质的某一部分含有较多的非极性氨基酸时，它们由于疏NONAROMATIC舌二CH,CH,NonpolarCHCH,CHCHCH,CHHCH,AROMATICOHH,N-C-OHHNOHHNOHHNH!HiH!spleucine(le)AlaneVotnLuctneNH,NPolar unchargedCH2CH,CHzCHCHNHOH,N-CHONCCOHHONNOOHC-OHG-OHaCHOHHHOHOHOCHCH,H,NHN-COHH.Nyplap)(Try)(Phe-0HOOHHN-C-C-OHHSPECIALSTRUCTURALPROPERTYdGlutamine (Gn)claineThrenoHOHOCHSerine (Ser)eqine(Asn)eNHCHCH2CH2CH2NONAROMATIGNH,CH21二二二舌二CH2CH-C-OHlonizable(charged)HNCC-OHH2NCC-OHCH--NH,0HOHCorsHO0ProlineMethiCysteine二舌二YC(Pro)(Cys)(Met)CHCHaCHabHeHINCCOHHINO-OOHHN-C-OHHN-C-C-OHHN-C-C门OH1HOHiCaurasHialaneArananoaare图3.620种常见的氨基酸。每种氨基酸都有相同的的化学结构骨架，只是在其侧链（或叫R基）上有所不同。氨基酸中的六种是非极性的一—它们的R基含有-CH2或一CH3，其中的两种分子又由于其有环状结构比其它四种更大一些，而环状结构使它们具有芳香性。另外的六种在它们的R基中含有氧，或是仅仅含氢，所以具有极性。这些不带电荷的氨基酸的极性各不相同。另外五种氨基酸是极性的，由于其R基的末端是酸或碱，它们可以电离为带电的分子。剩余的三种有特殊的化学性质，可以连接蛋白质的肽链，或是蛋白质链中的扭结。SPECIALSTRUCTURALPROPERTY特殊的结构性质，Proline(Pro）脯氨酸，Methionine(Met）甲硫氨酸，Cysteine(Cys）半胱氨酸，NONAROMATIC非芳香性，ARMATIC芳香性，Nonpolar非极性，Alanine(Ala）丙氨酸，Valine(Val）氨酸，Leucine(Leu）亮氨酸，Isoleucine(Ile）异亮氨酸，Phenylalanine(Phe）苯丙氨酸，Tryptophan(Trp）色氨酸，Polaruncharged极性不带电荷，Glycine(Gly）甘氨酸，Serine(Ser）丝氨酸，Threonine(Thr）苏氨酸，Asparagine(Asn）天冬酰胺，Glutamine(Gln)谷氨酰胺，Tyrosine(Tyr）酪氨酸，lonizable(charged)离子化（带电），Glutamicacid谷氨酸(Glu)，Asparticacid(Asp）天门冬氨酸，Histidine(His）组氨酸，lvsine(Lvs）赖氨酸，Arginine(Arg）精氨酸水作用而倾向于折叠入蛋白质内部。蛋白质是氨基酸的聚合体除了R基，当氨基酸电离时，它的一端是带正电的氨基，而另一端是带负电的羧基。一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基会发生聚合反应，失去一分

例如，当蛋白质的某一部分含有较多的非极性氨基酸时，它们由于疏 水作用而倾向于折叠入蛋白质内部。 蛋白质是氨基酸的聚合体 除了 R 基，当氨基酸电离时，它的一端是带正电的氨基，而另一端是带负 电的羧基。一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基会发生聚合反应，失去一分 图 3.6 20 种常见的氨基酸。每种氨基酸都有相同的的化学结构骨架 。 ，只是在其侧链 （或叫 R 基）上有所不同。氨基酸中的六种是非极性的——它们的 R 基含有－CH2 或－CH3，其中的两种分子又由于其有环状结构比其它四种更大一些，而环状结构使 它们具有芳香性。另外的六种在它们的 R 基中含有氧，或是仅仅含氢，所以具有极 性。这些不带电荷的氨基酸的极性各不相同。另外五种氨基酸是极性的，由于其 R 基的末端是酸或碱，它们可以电离为带电的分子。剩余的三种有特殊的化学性质， 可以连接蛋白质的肽链，或是蛋白质链中的扭结。 SPECIAL STRUCTURAL PROPERTY 特殊的结构性质，Proline(Pro) 脯氨酸， Methionine(Met) 甲硫氨酸，Cysteine(Cys) 半胱氨酸，NONAROMATIC 非芳香性， ARMATIC 芳香性， Nonpolar 非极性，Alanine(Ala) 丙氨酸，Valine(Val) 缬氨酸， Leucine(Leu) 亮氨酸，Isoleucine(IIe) ]异亮氨酸， Phenylalanine(Phe) 苯丙氨酸 ， Tryptophan(Trp) 色氨酸，Polar uncharged 极性不带电荷，Glycine(Gly) 甘氨酸， Serine(Ser) 丝 氨 酸 ， Threonine(Thr) 苏 氨 酸 ， Asparagine(Asn) 天 冬 酰 胺 ， Glutamine(Gln)谷氨酰胺，Tyrosine(Tyr) 酪氨酸，Ionizable(charged)离子化（带电）， Glutamic acid 谷氨酸(Glu)，Aspartic acid(Asp) 天门冬氨酸，Histidine(His) 组氨酸， lysine(Lys) 赖氨酸，Arginine(Arg) 精氨酸