普通生物化學(xué)筆記上

1、普通生物化學(xué)筆記(上篇)緒論重點(diǎn):生物化學(xué)的概念、研究?jī)?nèi)容；生物化學(xué)的研究發(fā)展簡(jiǎn)史；生物化學(xué)與分子生物學(xué)及各專(zhuān)業(yè)的關(guān)系。（一）生物化學(xué)的概念、研究?jī)?nèi)容概念：生物化學(xué)(Biochemistry)介于生物與化學(xué)之間的邊緣學(xué)科，研究活細(xì)胞和有機(jī)體中存在的各種化學(xué)成分及其所參與的化學(xué)反應(yīng)，是基礎(chǔ)的一門(mén)科學(xué)。命現(xiàn)象化學(xué)研究?jī)?nèi)容：靜態(tài)生物化學(xué)：生物體的基本物質(zhì)（生物大分子糖類(lèi)、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、核酸）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。動(dòng)態(tài)生物化學(xué)：的基本化學(xué)成分在生命活動(dòng)過(guò)程中的變化規(guī)律（物質(zhì)代謝和能量代謝）。生物體信息生物化學(xué)：包括核酸的生物的調(diào)控等。，蛋白質(zhì)的生物質(zhì)代謝與表達(dá)現(xiàn)物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的重點(diǎn)和

2、熱點(diǎn)：功能組學(xué)（functalgenomics）；蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）；細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduct等。（二）生物化學(xué)的研究發(fā)展簡(jiǎn)史）準(zhǔn)備和醞釀階段（18c 中期-20c 初）：物體的化學(xué)組成建立與發(fā)展階段(20c 初-20c 中葉)：重要分子的發(fā)現(xiàn)和物質(zhì)代謝途徑的確定深入發(fā)展階段(20c 中葉-20c 末)：分子生物學(xué)時(shí)期黃金時(shí)期（本世紀(jì)初）：后組時(shí)期我國(guó)科學(xué)家的貢獻(xiàn)：1965 年，人工全生物活性結(jié)晶牛胰島素：1981 年，人工具有生物活性的酵母丙氨酰 tRNA：參與了人類(lèi)組計(jì)劃（1%）等等。（三）生物化學(xué)與分子生物學(xué)及各專(zhuān)業(yè)的關(guān)系分子生物學(xué)（Molecula

3、r Biology）：生物化學(xué)學(xué)科的重要組成部分,是從分子水平認(rèn)識(shí)和命現(xiàn)象的科學(xué)。生物學(xué)各學(xué)科：生物化學(xué)是生物學(xué)各學(xué)科的最基礎(chǔ)的學(xué)科，生物化學(xué)的進(jìn)步極大地推動(dòng)了生物學(xué)各學(xué)科的發(fā)展?；瘜W(xué)是學(xué)習(xí)生物化學(xué)不可缺少的基礎(chǔ)課程。隨著生物學(xué)研究的深入，物理學(xué)、數(shù)學(xué)及信息學(xué)也滲透到生物化學(xué)中。蛋白質(zhì)化學(xué)重點(diǎn)：蛋白質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；蛋白質(zhì)的分離、純化和鑒定。蛋白質(zhì)：基礎(chǔ).生物體的基本成分，生命活動(dòng)的執(zhí)行者,生命的物質(zhì)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能：生物催化；代謝調(diào)節(jié)；免疫保護(hù)；物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和與支持；生長(zhǎng)、繁殖、遺傳和變異；生物膜的功能和受體等。；運(yùn)動(dòng)蛋白質(zhì)的分類(lèi)：組成：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)肽鏈數(shù)

4、目：?jiǎn)误w蛋白質(zhì)和寡聚或多體蛋白質(zhì)功能:非活性蛋白(保護(hù)或支持作用)和活性蛋白溶解度：可溶性蛋白質(zhì)（水、稀中性鹽和稀酸溶液）、醇溶性蛋白質(zhì)（7080%乙醇）和不溶性蛋白質(zhì)分子形狀：狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)和膜蛋白。(一) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的元素組成：C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、 S（04%）、Se 等，其中氮元素的含量平均約 16%凱氏（Kjadehl）定氮法：每克樣品含氮克數(shù)6.25100=100g 樣品中的蛋白質(zhì)含量(g%)。二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 氨基酸 (amino acid)氨基酸：蛋白質(zhì)的基本組成。蛋白質(zhì)氨基酸：編碼氨基酸（標(biāo)準(zhǔn)氨基酸或基本氨基酸：

5、20 種）和非編碼氨基酸（非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸）1、氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：（1）C結(jié)合（-NH3+）、（-COOH）、H 原子和各種側(cè)鏈（R）（Pro 除外）；（2）C是不對(duì)稱(chēng) C，具有手性（Gly 除外），蛋白質(zhì)氨基酸都是 L-型。2、氨基酸的分類(lèi)：來(lái)源（內(nèi)源和外源）；營(yíng)養(yǎng)學(xué)（必需和非必需 ）；側(cè)鏈（R）。根據(jù)R 的化學(xué)結(jié)構(gòu)：（1）脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys、Arg、Lys、Aslu、Asn、Gln、Ser、Thr；（2）芳香族氨基酸： e、Tyr；（3）雜環(huán)氨基酸：Tris；（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro。根據(jù)R 的極性：（1）非極性、疏水性氨基酸：R 為烴基、苯

6、甲基等非極性基團(tuán)（Gly,Ala,Val,Leu,Ile,e,Pro）；（2）極性、中性氨基酸：R 為羥基 (Ser,Thr,Tyr)、巰基(Cys,Met)、酰胺基(Trp,Asn,Gln)等極性基團(tuán)；（3）極性、酸性氨基酸(Aslu)；（4）極性、堿性氨基酸(Lys 、 Arg 、 His)。胱氨酸和二硫鍵3.氨基酸的理化性質(zhì)(1).一般物理性質(zhì)：無(wú)色或白色結(jié)晶，200，不同味道；氨基酸均可溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和水，不溶于。(2).兩性電離性質(zhì)： 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)都以離子形式存在，在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能解離出質(zhì)子的NH3+正離子和能接受質(zhì)子的COO-負(fù)離子，為兩性電解質(zhì)。結(jié)合或

7、質(zhì)子取決于環(huán)境。(Isoelectric po)：在一定環(huán)境下，氨基酸游離成陰、陽(yáng)離子的程度及)，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極遷移時(shí)的趨勢(shì)相等或?yàn)榧嫘噪x子(Zwitter值。等電點(diǎn)的確定：酸堿滴定（滴定曲線）；根據(jù)值（等電點(diǎn)等于兩性離子兩側(cè)值的算術(shù)平均數(shù)）。(3).紫外吸收性質(zhì)：Trp、Tyr 和峰。e 含共軛雙鍵苯環(huán)，在 280nm 處有最大吸收(4).化學(xué)性質(zhì):-NH2、-COOH 和R 側(cè)鏈的活性基團(tuán)可發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。1）-NH2 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng):氨基酸-NH2 與反應(yīng)生成二羥甲基氨基酸。滴定法：測(cè)定氨基酸含量。與 2,4-二硝基氟苯(DNFB 或 FDNB)反應(yīng)：Sanger

8、反應(yīng)，-NH2 的 H 原子被烴基取代的烴基化反應(yīng)，在堿性中生成二基氨基酸（黃色）?？捎糜?N 端分析。與 5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）反應(yīng)：-NH2 的H 原子被?；〈孽；磻?yīng)，在堿性中生成 5-二甲氨基萘磺酰氨基酸（DNS-氨基酸：熒光）。取代 DNFB 測(cè)定蛋白質(zhì) N 端氨基酸，用于多肽分析。與異硫酸苯酯（TC）反應(yīng)：Edman 降解,-NH2 的 H 原子被烴基取代的烴基化反應(yīng)，在堿性中生成苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸），無(wú)水 HF 中生成苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸：無(wú)色）。重復(fù)測(cè)定多肽鏈 N 端氨基酸排列順序，是氨基酸自動(dòng)分析的基礎(chǔ)。脫氨基反應(yīng)：生物體內(nèi)氨

9、基酸分解代謝的重要方式之一。2）-COOH 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)成酯和成鹽反應(yīng)：羧基的化學(xué)性質(zhì)被掩蔽，氨基的化學(xué)性質(zhì)突出地顯示出來(lái)。成酰氯反應(yīng)：氨基酸的羧基活化，易與另一氨基酸的氨基結(jié)合。成酰胺反應(yīng)：Aslu）轉(zhuǎn)化成Asn（Gln）。脫羧反應(yīng)：生物體內(nèi)氨基酸分解代謝的重要方式之一。3）-NH2 和-COOH 共同參與的化學(xué)反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)：氨基酸與茚三酮在弱酸性溶液中加熱可產(chǎn)生有色化合物,含游離-氨基的氨基酸和肽類(lèi)生成藍(lán)紫色化合物,脯氨酸(Pro)生成黃色化合物。較靈敏,顏色深淺可定量。成肽反應(yīng) 4）R 側(cè)鏈的活性基團(tuán)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)氨基酸以肽鍵共價(jià)連接形成線性序列多肽鏈，多肽鏈折疊形成蛋白質(zhì)特殊的構(gòu)

10、象（conformat）。蛋白質(zhì)有四種結(jié)構(gòu)層次：一級(jí)結(jié)構(gòu)（primary structure ）；二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary structure ）；三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiary structure ）；四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary structure ）（不總是有）。三、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：化學(xué)結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)分子中氨基酸的線性序列。1、肽：氨基酸通過(guò)肽鍵相連而形成的化合物。概念：肽鍵（酰胺鍵）：一個(gè)氨基酸的-羧基與另一氨基酸的-氨基脫水縮合形成的鍵。N-端：肽鏈有游離的氨基的一端 C-端：肽鏈有游離的羧基一端氨基酸殘基(amino acid residues)：肽鏈中的每個(gè)氨基酸部分多肽鏈主

11、鏈（main chain of polypeptide chain ）：由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的長(zhǎng)鏈骨架多肽鏈側(cè)鏈(side chain)：蛋白質(zhì)多肽鏈中的各氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)寡肽(oligopeptide)（20 個(gè)以下氨基酸殘基）多肽 (polypeptide )（多于 20個(gè)氨基酸殘基）蛋白質(zhì):由一條或幾條多肽鏈組成的生物大分子。肽的書(shū)寫(xiě)格式：游離-氨基在左，游離-羧基在右，氨基酸之間用“-”表示肽鍵。化學(xué)名稱(chēng)：某氨酰 某氨酰 某氨酰某氨酰 某氨酸（3）重要的多肽生物活性肽（含量極少，很難純化，具有重要的）谷胱甘肽 (gluhe,GSH)：谷氨酰-半胱氨酰-甘氨酸（三肽）多肽類(lèi)激素：促甲

12、狀腺素激素(焦谷氨酰 組氨酰 脯酰胺)；Met-腦啡肽（Tyr-Gly-Gly-e-Met）；Leu-腦啡肽（Tyr-Gly-Gly-e-Leu）；催產(chǎn)素（9 肽）；升壓素（9 肽）；促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH：39 肽）；胰高血糖素（胰島-細(xì)胞29 肽）。多肽類(lèi)抗生素等等。一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)：就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)中包含共價(jià)鍵（covalent bonds）：肽鍵（peptide bond）和二硫鍵（disulfide bond）。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，決定著蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定步驟（1）純化樣品，N-端

13、或 C-端末端分析，測(cè)定由幾條肽鏈組成。 N-末端氨基酸的分析：Sanger 法（2,4-二硝基氟苯與 N 端氨基進(jìn)行烷化反應(yīng),生成二衍生物,酸水解得到黃色 DNP-氨基酸,可用乙醚抽提再進(jìn)行色譜分析）；丹磺酰氯法（有很強(qiáng)熒光,靈敏度高）；Edman 法（苯異硫腈( TC)與 a 氨基反應(yīng)生成 PTC-多肽,酸水解后得到 PTH-氨基酸,后者可用乙酸乙酯抽提后進(jìn)行鑒定）；氨肽酶法（外肽酶：肽鏈外切酶）C-末端氨基酸的分析：羧肽酶法（羧肽酶A 水解脂肪或芳香族氨基酸的C-末端,羧肽酶B 水解堿性氨基酸的C-末端）；與苯沉淀等。（2）拆分二硫鍵：還原法（含巰基化合物（-SH）如 2巰基乙醇使-SS

14、-還原產(chǎn)生兩個(gè)半胱氨酸殘基（Cys-SH）,烷化劑（如碘乙酸）修飾-SH，生成）；氧化法（過(guò)甲酸使-SS-氧化斷裂，生成半胱氨磺酸）。（3）氨基酸組成分析：水解樣品，氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定。二硫鍵再酸水解法：6mol/L HCl110加熱回流 1624h, 完全水解，Trp 被破壞，Gln,Asn酰胺基水解變成 Glu,Aslx,Asx)近年來(lái)用甲基磺酸代替鹽酸。堿水解法：6mol/L NaOH 煮沸 6h,完全水解，消旋，Ser、Thr、Arg、Lys 和 Cys 破壞 。（4）多肽鏈的部分?jǐn)嗔押碗亩畏蛛x：將蛋白質(zhì)分解為若干個(gè)一定長(zhǎng)度的小片段（ 至 少 兩種 不 同 方法 水解 成 兩 套肽

15、段 ） 。酶水解法：內(nèi)肽酶（肽鏈內(nèi)切酶）胰蛋白酶法：水解 Lys 或 Arg 的羧基形成的肽鍵糜蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）法：水解成的肽鍵e 、Trp 和 Tyr 等疏水氨基酸的羧基形胃蛋白酶法：被斷裂鍵兩側(cè)的殘基都是疏水性氨基酸如：-e-e-化學(xué)法CNBr 法：裂解由 Met 羧基形成的肽鍵。（5）測(cè)定每條小肽片段中的氨基酸排列順序（通常用 Edman 降解法）推斷蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序（確定二硫鍵和酰胺基的位置。肽拼湊）四、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象：conformat）：高級(jí)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)分子中所有原子在三的排列分布和肽鏈的。構(gòu)象決定著蛋白質(zhì)的分子形狀、理化性質(zhì)和生物學(xué)活性。1、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(

16、secondary structure):多肽鏈本身的折疊和盤(pán)繞方式，是空間結(jié)構(gòu)單元。（1）、肽鍵平面（酰胺平面：肽單元）：肽鍵-CO-NH-的碳與氮之間有部分雙鍵性質(zhì)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，2 個(gè)C在肽鍵的異側(cè)（反式構(gòu)型），與肽鍵相關(guān)的 6 個(gè)原子（肽鍵-CO-NH-中的 4 個(gè)原子和它相鄰的兩個(gè)-碳原子）形成一個(gè)剛性平面。N-Ca 鍵和Ca-C 鍵是單鍵，N-Ca 鍵（）和 Ca-C 鍵（）可（180180）旋轉(zhuǎn),二面角（，）決定了相鄰肽平面的相對(duì)空間位置。一個(gè)蛋白質(zhì)的構(gòu)象取決于肽繞 N-Ca 鍵和Ca-N 鍵的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)受到肽鏈的主鏈和相鄰殘基的側(cè)鏈原子之間的干擾的限制。（2）、二級(jí)結(jié)構(gòu)的型式1）、

17、-螺旋 (-helix)：肽平面通過(guò)碳原子旋轉(zhuǎn)，使碳鏈主鏈沿中心軸盤(pán)曲成穩(wěn)定的右手螺旋構(gòu)象。許多蛋白和球蛋白存在。結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：一般為右手螺旋，57，47，每個(gè)螺旋圈含 3.6 個(gè)氨基酸殘基，螺旋間距離（螺距）為 0.54nm，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn) 100，上升 0.15nm；螺旋圈之間通過(guò)氫鍵維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，第N 個(gè)氨基酸殘基的羰基氧與第N4 個(gè)氨基酸殘基的氨基氫形成氫鍵，氫鍵的平行于螺旋軸；R 側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè) ，其大小、形狀及電荷等是影響此結(jié)構(gòu)形成的主要。表示：ns 螺旋。例如：3.613 螺旋，310 螺旋和 4.416 螺旋（-螺旋）2）、-折疊片層(-pleated sheet)：肽鏈

18、按層排列，以肽鍵平面為折疊成鋸齒狀的一種較伸展片層結(jié)構(gòu)。許多蛋白和球蛋白存在。結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：肽鏈較伸展，每個(gè)殘基大約占 0.320.34nm，肽鍵的平面性使多肽折疊成片，遇C發(fā)生折疊,形成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸R 側(cè)鏈交錯(cuò)位于折疊片的上面和下面，兩個(gè)殘基形成一個(gè)重復(fù)平行排列，形成片層結(jié)構(gòu)，相鄰多肽鏈的；肽鏈按層排列，兩條或多條肽鏈片段可以是順向平行（平行）或反向平行（反平行）；相鄰肽鏈上所有的羰基氧和氨基氫形成鏈間氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。平行(Parallel)：119，113；重復(fù)(Anti-parallel)：140，135；重復(fù)0.65nm。反平行0.70nm。、-轉(zhuǎn)角(-turn):多肽鏈反轉(zhuǎn)方

19、向 180。的回折形成發(fā)夾形狀。球蛋白存在。結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：常位于三維結(jié)構(gòu)的表面；一般由四個(gè)氨基酸組成，常見(jiàn)氨基酸： Pro,Gly,Asp,Asn,Trp；以氫鍵維持穩(wěn)定，第 1 個(gè)氨基酸殘基的 C=O 與第 4 個(gè)殘基的 N-H 之間形成氫鍵。、不規(guī)則卷曲(random coil)：沒(méi)有確定規(guī)律性的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。2、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)（1）、超二級(jí)結(jié)構(gòu)（super-secondary structure）：三級(jí)結(jié)構(gòu)的“建筑模塊”1）、模體或模序（motif）：在空間上靠近的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元彼此相互作用，形成的有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。常見(jiàn)類(lèi)型：、

20、等、結(jié)構(gòu)域（）：球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。在模體或模序的基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊形成的具有部分生物功能的緊密的近似球形的空間結(jié)構(gòu)區(qū)域。對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)。（2）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)：多肽鏈上的所有原子（包括主鏈和側(cè)鏈）在三的分布。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：大多數(shù)可離子化的殘基都位于分子表面，疏水氨基酸殘基大部分埋藏在分子（特別是一些疏水性強(qiáng)的氨基酸），多肽鏈高度折疊成緊密球形或橢球形結(jié)構(gòu).穩(wěn)定維系三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力有：氫鍵、離子鍵、疏水鍵、二硫鍵和配位鍵。三級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于蛋白質(zhì)的分子形狀和生物學(xué)活性非常重要。肌紅蛋（Myoglobin

21、），丙糖磷酸異構(gòu)酶等。（3） 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)：兩個(gè)以上多肽亞基（subunit）（非共價(jià)鍵連接）在蛋白質(zhì)分子內(nèi)的空間排布和相互關(guān)系。亞基或亞（subunit）：每一條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。血紅蛋白（Hemoglobin）五、蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵1、共價(jià)鍵：肽鍵，二硫鍵 2、次級(jí)鍵：氫鍵，疏水鍵，鹽鍵，力維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：氫鍵，疏水鍵，鹽鍵，鍵。力，二硫鍵，配位六、蛋白質(zhì)的折疊（protein folding）：伸展的肽鏈形成特定的三維結(jié)構(gòu)，使無(wú)活性的分子成為具有特定生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。參與體內(nèi)多肽鏈折疊的蛋白質(zhì)分子伴侶（mol

22、ecular chrone）：幫助其他含多肽結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確的非共價(jià)的組裝的蛋白質(zhì)。酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶，肽基脯氨酸順-反異構(gòu)酶等。七、膠原蛋白（collagen） 原膠原蛋白分子頭尾相連，交錯(cuò)排列，分子間共價(jià)交連，形成特征性的帶狀束。原膠原蛋白：3 條左手螺旋多肽鏈相互纏繞形成右手超螺旋分子，長(zhǎng) 300nm，直徑為 1.5nm；靠鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤(pán)繞維持超螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。膠原鏈：每一圈螺旋含 3 個(gè)氨基酸殘基，每一個(gè)氨基酸殘基軸向距離為 0.31nm，螺距為 0.94nm；三聯(lián)體序列-Gly-Pro-Hyp-常重復(fù)出現(xiàn)。（二）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與

23、構(gòu)象和功能的關(guān)系1.一級(jí)結(jié)構(gòu)不同,生物學(xué)功能各異：加壓素和催產(chǎn)素 2.一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分相同.其功能也相同：同源蛋白 3.一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分變化,生物學(xué)活性改變或喪失 4、一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與疾病的關(guān)系：鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血(Sickle cell anemia) (二)、蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系1、酶原的激活空間構(gòu)象的改變2、蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象別構(gòu)效應(yīng)(allosterism)別（變）構(gòu)作用：含亞基的蛋白質(zhì)由于一個(gè)亞基的構(gòu)象改變而引起其余亞基和整個(gè)分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作用。別構(gòu)效應(yīng)(allosterism)：因別構(gòu)而產(chǎn)生的效應(yīng)稱(chēng)別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)蛋白：具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)。血紅蛋白正協(xié)同效應(yīng)（i

24、tive cooperativity）：第一個(gè)氧分子與一個(gè)亞基結(jié)合，使余下的 3 個(gè)亞基的血紅素更容易與其它的氧分子結(jié)合。結(jié)合每一氧分子都會(huì)使血紅蛋白對(duì)氧的親和性增加，這種互相作用的結(jié)合現(xiàn)象稱(chēng)之結(jié)合的正協(xié)同性。效應(yīng)（Bohr effect）：CO2 濃度的增加降低細(xì)胞內(nèi)的，血紅蛋白結(jié)合H和 CO2 使得血紅蛋白對(duì)氧親和力下降，血紅蛋白的 P50 升高。（三）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1、蛋白質(zhì)兩性解離特性：蛋白質(zhì)具有可解離 H+的酸性基團(tuán)和結(jié)合H+的堿性基團(tuán)，具有兩性解離特性，在溶液中起酸堿緩沖作用。（1）等電點(diǎn)（質(zhì)的等電點(diǎn)。）: 使某一蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等時(shí)的溶液值稱(chēng)

25、為該蛋白I,蛋白質(zhì)帶正電；I,蛋白質(zhì)帶負(fù)電,體內(nèi)蛋白質(zhì)的大多為 5 左右,故生理?xiàng)l件下一般以負(fù)離子形式存在；等電點(diǎn)時(shí)為兩性離子。（2）各蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，不同，荷電種類(lèi)和數(shù)量也不同。（3）應(yīng)用：等電點(diǎn)沉淀、離子交換層析和電泳。電泳：帶電顆粒在電場(chǎng)中移動(dòng)的現(xiàn)象。離子交換層析（Exchange Chromatogray 簡(jiǎn)稱(chēng)為 IEC）：是依據(jù)相中的組分離子與離子交換劑（固定相）上的平衡離子進(jìn)行可逆交換時(shí)的結(jié)合力大小的差別而進(jìn)行分離的一種層析方法。陰離子交換層析基本分離過(guò)程：陰離子交換劑裝柱平衡（RX+Y-）加樣（待分離溶液：可能有正電基團(tuán)、負(fù)電基團(tuán)和中性基團(tuán)）：負(fù)電基團(tuán)（A-）與平衡離子（Y

26、-）進(jìn)行可逆置換，結(jié)合到離子交換劑上（RX+A-）。正電基團(tuán)和中性基團(tuán)不能與離子交換劑結(jié)合，隨相流出而被去除。洗脫；洗脫液中的離子與結(jié)合在離子交換劑上的各種負(fù)電基團(tuán)（A-）進(jìn)行置換，各種負(fù)電基團(tuán)（A-）按其與離子交換劑結(jié)合力從小到大的順序逐步被洗脫下來(lái)，隨洗脫液流出。2、蛋白質(zhì)的親水特性（1）、球狀的水溶性蛋白親水基團(tuán)分布于分子表面，疏水基團(tuán)由疏水作用聚合在分子。（2）、分子表面的親水基團(tuán)與周?chē)肿咏Y(jié)合形成水化層(水膜)。H+,帶一定電荷，水溶液中蛋白質(zhì)顆粒（3）、分子表面的親水基團(tuán)可結(jié)合或帶相荷。3、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)水溶液是穩(wěn)定的膠體溶液，具有膠體溶液的特點(diǎn)。蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的原

27、因：1）膠體顆粒直徑；2）表面形成水膜（水化層）；3）帶相荷。4、蛋白質(zhì)的沉淀反應(yīng)：破壞膠體溶液穩(wěn)定的。（1）、中性鹽沉淀反應(yīng)：高鹽破壞水膜、中和電荷,蛋白質(zhì)白質(zhì)不變性。沉淀鹽析，蛋鹽溶作用：稀鹽使蛋白質(zhì)表面同性電荷增加，增加蛋白質(zhì)分子間的排斥,同時(shí)與水分子間的作用增強(qiáng),而增加溶解性。分級(jí)（段）鹽析：不同蛋白質(zhì)鹽析的鹽濃度不同,用不同鹽濃度分級(jí)沉淀蛋白質(zhì)。（2）、沉淀反應(yīng)：用與水互溶的乙醇、等奪取水膜,等電點(diǎn)時(shí)加入更易沉淀,易引起變性（與濃度、作用時(shí)間和沉淀溫度有關(guān)）。（3）、重金屬鹽沉淀反應(yīng)：蛋白質(zhì)在體內(nèi)一般為負(fù)離子,可與 Cu2+，Hg2+，Ag+和 Pb2+等結(jié)合為不溶性蛋白鹽而沉淀。（

28、4）、生物堿試劑的沉淀反應(yīng)：蛋白質(zhì)在I 時(shí)帶正電荷,可與、磷鎢酸、鞣酸、三氯醋酸、磺基水楊酸等結(jié)合沉淀。（5）、加熱沉淀反應(yīng) ：蛋白質(zhì)熱變性沉淀，等電點(diǎn)時(shí)最易沉淀。凝固：變性蛋白質(zhì)分子互相凝集為固體的現(xiàn)象。5、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性（1）、蛋白質(zhì)變性:概念：在理化作用下,蛋白質(zhì)分子內(nèi)的二硫鍵和非共價(jià)鍵被破壞,分子原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，天然構(gòu)象發(fā)生變化,引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)和活性的改變（原有性質(zhì)發(fā)生部分或全部喪失）。變性本質(zhì):空間構(gòu)象的改變或破壞。變性特征:生物活性喪失（主要標(biāo)志）。理化性質(zhì)改變：分子形狀改變，肽鏈松散伸展，反應(yīng)基團(tuán)增加，易被水解,易被酶消化。蛋白質(zhì)變性后親水基團(tuán)被掩埋,

29、溶解度降低、失去水膜，易形成沉淀析出;但若溶液與蛋白質(zhì)的差別較大,蛋白質(zhì)仍不易沉淀。球狀蛋白質(zhì)的不對(duì)稱(chēng)性增加、粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低,某些蛋白質(zhì)結(jié)晶能力喪失。（2）、蛋白質(zhì)復(fù)性：有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過(guò)一定限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì)。6、蛋白質(zhì)的其它特性、紫外吸收特性：Trp、Tyr、e 等氨基酸殘基可特異地吸收紫外光:max=280nm、顏色反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)：肽鍵與堿性銅溶液產(chǎn)生蘭色絡(luò)合物，肽鍵越多顏色越深。用于蛋白質(zhì)定性定量和檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。酚試劑反應(yīng)：堿性條件下,Tyr 和 Trp 可與含磷鎢酸-磷鉬酸的酚試劑化合物生成蘭色物,蘭色強(qiáng)度與蛋白質(zhì)量成正比

30、,測(cè)定蛋白質(zhì)常用方法。反應(yīng)、黃色反應(yīng)、乙醛酸反應(yīng)(Ho反應(yīng))、茚三酮反應(yīng)等。二、蛋白質(zhì)的分離純化ing-Cole 反應(yīng)、坂口反應(yīng)(Sakaguchi蛋白質(zhì)研究基本步驟：一般溫和物理方法（鹽析、透析、電泳、層析和超速離心等）提取和純化蛋白質(zhì)；測(cè)定氨基酸組成，分析氨基酸順序；確定空間結(jié)構(gòu)（X射線衍射法、NMR 或生物學(xué)1、生物大分子的推測(cè)）并進(jìn)行生物學(xué)活性的鑒定。（1）、生物大分子的特點(diǎn)(與化學(xué)產(chǎn)品的分離比較)1）許多生物大分子含量微，耗用生物材料多；2）分離純化的步驟多，流程長(zhǎng)；3）分離純化方法差別大，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)方法；4）生物大分子極易失活，分離純化時(shí)要選用最適宜的環(huán)境和條件防止失活；5）中各種參

31、數(shù)的綜合影響，很難準(zhǔn)確估計(jì)和判斷，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較差；6）研精神。過(guò)程復(fù)雜，更需百折不撓的鉆（2）、生物大分子的基本步驟1）確定目的和要求；2）掌握目的產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)；3）建立相應(yīng)的可靠的分析測(cè)定方法；4）生物材料的破碎和預(yù)處理；5）選擇和探索分離純化方案；6）純度鑒定；7）產(chǎn)物的濃縮，干燥和保存。2、蛋白質(zhì)的（1）、前處理：1）選擇適當(dāng)?shù)纳锊牧希ㄟm合的目的和要求；盡可能保持新鮮）。加工處理：動(dòng)物組織除結(jié)締組織、脂肪等非活性部分，絞碎；植物去殼、除脂；微生物材料及時(shí)將菌體與發(fā)酵液分開(kāi)破碎細(xì)胞機(jī)械法：研磨；組織搗碎器物理法：反復(fù)凍融法；超聲波；壓榨法；冷熱交替法化學(xué)與生物化學(xué)方法：自溶法；溶

32、脹法；酶解法；處理法。4）提取蛋白質(zhì)：目的蛋白保持天然狀態(tài)充分到溶劑中。水溶液：稀鹽溶液和緩沖液。通常 05使用 0.02mol/L0.05mol/L 緩沖液或 0.09mol/L0.15mol/LNaCl 溶液=68(偏離等電點(diǎn)的兩側(cè))提取蛋白質(zhì)和酶。加入抑制劑或調(diào)節(jié)提取液的、離子強(qiáng)度或極性使蛋白酶或核酸酶失活；加入少量巰基乙醇或半胱氨酸防止巰基氧化。：乙醇、異丙醇、正丁醇等（2）、分離純化：依據(jù)目的蛋白與雜質(zhì)之間的物理化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)上的差異，選擇正確的分離純化方法（分離純化方案）分離純化方法以分子大小和形態(tài)的差異為依據(jù)的方法：差速離心、區(qū)帶離心、超濾、透析和凝膠過(guò)濾等。以溶解度的差異為依

33、據(jù)的方法：鹽析、萃取、分配層析、選擇性沉淀和結(jié)晶等。以電荷差異為依據(jù)的方法：電泳、電滲析、等電點(diǎn)沉淀、吸附層析和離子交換層析等。以生物學(xué)功能專(zhuān)一性為依據(jù)的方法：親和層析等早期和晚期的分離純化方法早期分離純化（粗分級(jí)）：除去大部分與目的產(chǎn)物物理化學(xué)性質(zhì)差異大的雜質(zhì)。方法：吸附；萃取；沉淀法（熱變性、鹽析、沉淀等）；離子交換；親和層析等快速、粗放；能較大地縮小體積；分辨力不太高；負(fù)荷能力大。晚期分離純化（細(xì)分級(jí)）：除去與目的產(chǎn)物物理化學(xué)性質(zhì)差異小的雜質(zhì)。方法：吸附層析、鹽析、凝膠過(guò)濾、離子交換層析、親和層析、等電聚焦電泳、HPLC 等。3）蛋白質(zhì)含量測(cè)定與純度鑒定：含量測(cè)定：凱氏定氮法、雙縮脲法、

34、Folin-酚試劑owry 法，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法）、紫外吸收法、（考馬斯亮藍(lán)）、膠體金法。均一性的鑒定：電泳、離心沉降、HPLC 和溶解度分析等（同時(shí)采用 23 種不同的純度鑒定法確定）。（3）、樣品濃縮、干燥和保存：濃縮：減壓加溫蒸發(fā)濃縮；空氣透析法等。蒸發(fā)濃縮；冷凍干燥法；吸收法；超濾法；干燥：冷凍或真空干燥，然后分裝并寫(xiě)明。保存：2070保存（液態(tài)樣品不能太稀，一般需加入防腐劑和穩(wěn)定劑。）小結(jié)習(xí)題酶化學(xué)重點(diǎn)：酶的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系；酶的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。（一）、酶通論每一種生命過(guò)程必需生物催化劑（Biocatalysts）一、酶的研究歷史：1、酶的發(fā)現(xiàn)和提出；2、提出酶促動(dòng)力學(xué)原理4、RNA 具有催化

35、作用二、酶的概念及作用特點(diǎn)學(xué)說(shuō)；3、確立蛋白質(zhì)本質(zhì)；1、概念：生物活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化能力的以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑（Biocatalysts）。酶促反應(yīng)（Enzymatic react）：酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)。底物（substrate）：由酶催化，發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)。2、酶的作用特點(diǎn)、與一般催化劑的共性、生物催化劑的特性1）高效性：顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速度 10101倍（非酶催化劑）或 1081020 倍（非催化反應(yīng)）。2）專(zhuān)一性：又稱(chēng)特異性，是指酶對(duì)底物嚴(yán)格的選擇性。酶只作用于某一種或某一類(lèi)特定的底物。結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性：絕對(duì)專(zhuān)一性（Absolute specificity）

36、：只作用于一個(gè)特定的底物。例如：脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶等相對(duì)專(zhuān)一性(Relative Specificity)：作用于一類(lèi)化合物或一類(lèi)化學(xué)鍵族(group)專(zhuān)一性：對(duì)鍵兩端的基團(tuán)要求的程度不同，只對(duì)其中一個(gè)基團(tuán)要求嚴(yán)格。鍵(Bond)專(zhuān)一性：對(duì)于鍵兩端的基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格的要求?；瘜W(xué)（異構(gòu)）專(zhuān)一性：旋光異構(gòu)專(zhuān)一性：選擇性催化旋光異構(gòu)體的一種。幾何異構(gòu)專(zhuān)一性（geometrical specificity）：選擇性催化幾何異構(gòu)體的一種構(gòu)型潛(前)手性專(zhuān)一性3）反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓和接近中性酸堿度水溶液中進(jìn)行4）酶易失活：使蛋白質(zhì)變性的性。（如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿高溫等）能使酶變性失去活5）酶可調(diào)節(jié)控制：酶和

37、代謝物的區(qū)域化分布；變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)和酶原激活；酶含量的調(diào)節(jié)（誘導(dǎo)、阻遏和降解）；激素調(diào)節(jié)等。6）某些酶催化與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)7）酶促反應(yīng)無(wú)副反應(yīng)三、酶的化學(xué)本質(zhì)1、大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)：酶水解的產(chǎn)物是氨基酸；使蛋白質(zhì)變性的也能使酶變性；酶具有兩性解離和等電點(diǎn)性質(zhì)；不能透過(guò)半透膜；和蛋白質(zhì)具有相同的顏色反應(yīng)2、Ribozyme（核酶）：有催化活性的天然 RNA四、酶的化學(xué)組成1、單純酶(simple enzyme)：氨基酸2 、結(jié)合酶（Conjugated enzyme）：全酶（holoenzyme）酶蛋白（apoenzyme）：脫輔酶（apoprotein），氨基酸，決定酶的專(zhuān)一性

38、輔因子（cofactor）：金屬離子或有機(jī)小分子化合物，作為電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的載體，決定酶的催化性。輔基(prosthetic group):與酶蛋白以共價(jià)緊密結(jié)合,不容易被透析或超濾法除去，如和生物素等。輔酶(coenzyme):與酶蛋白以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合,容易被透析或超濾法除去，如TPP、NAD 等。五、酶的結(jié)構(gòu)組成1、單體酶（monomeric enzyme）：一條肽鏈或幾條肽鏈共價(jià)締合，最高結(jié)構(gòu)為三級(jí)結(jié)構(gòu)。2、寡聚酶 (oligomeric enzyme)：兩個(gè)或兩個(gè)以上亞非共價(jià)鍵結(jié)合，最高結(jié)構(gòu)為四級(jí)結(jié)構(gòu)。3、多酶復(fù)合物(multienzyme system)：幾個(gè)功能相關(guān)，不

39、同種類(lèi)的酶以非共價(jià)鍵彼此聚合而成的復(fù)合物游離可溶型、可溶型多酶復(fù)合體和膜結(jié)合多酶復(fù)合體4、多功能酶（multifunct六、酶名al enzyme）或串聯(lián)酶（tandem enzyme）1、命名法:根據(jù)催化底物命名（蛋白酶；淀粉酶）根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)命名（水解酶；轉(zhuǎn)氨酶；裂解酶等）結(jié)合上述兩個(gè)原則命名（琥珀酸脫氫酶）在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)缺點(diǎn)：一酶多名，一名多酶，寫(xiě)出反應(yīng)難。2、國(guó)際系統(tǒng)命名法：底物名稱(chēng)（構(gòu)型）+反應(yīng)性質(zhì)+酶。底物全部列出，用冒號(hào)（:）分隔。水解反應(yīng)的底物水和反應(yīng)類(lèi)型可省去。七、酶的分類(lèi)國(guó)際系統(tǒng)分類(lèi)法：1961 年國(guó)際酶學(xué)機(jī)理，分成 6 大類(lèi)：（Enzyme C

40、ommittee, EC）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類(lèi)型和1、氧化-還原酶類(lèi)（Oxido-redu或電子傳遞的反應(yīng)。es）：催化氧化-還原反應(yīng)，主要是氫的轉(zhuǎn)移脫氫酶類(lèi)(dehydrogenase)：催化直接從底物上脫氫的反應(yīng)。氧化酶類(lèi)(Oxidase)過(guò)氧化物酶加氧酶（雙加氧酶和單加氧酶）2、轉(zhuǎn)移(移換)酶類(lèi)（Transferases）：催化化合物中某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移。根據(jù)基團(tuán)分成 8 個(gè)亞類(lèi)：轉(zhuǎn)移碳基、酮基或醛基、?；⑻腔?、烴基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。3、水解酶類(lèi)（hydrolases）：催化底物的加水分解反應(yīng)。4、裂合（裂解）酶類(lèi)（Lyase）：催化從底物分子中非水解性移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙

41、鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶（脫水酶）及脫氨酶等。 5、異構(gòu)酶類(lèi)（Isomerases）：催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化。常見(jiàn)的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順?lè)串悩?gòu)和變位酶類(lèi)。6、酶類(lèi)（Ligases or Synthetases）：連接酶，與 ATP 分解反應(yīng)相偶聯(lián)催化 C-C、C-O、C-N 以及C-S 鍵的形成反應(yīng)。酶的（號(hào)碼）：EC 酶大類(lèi)號(hào).亞類(lèi)號(hào).類(lèi)號(hào).序號(hào)Ribozyme（核酶）：具有催化功能的 RNA 分子種類(lèi)：自催化核酶催化分子內(nèi)反應(yīng)；分子間催化核酶Abzyme（抗體酶）：具有酶活性的抗體（二）、酶的結(jié)構(gòu)一、酶分子結(jié)構(gòu)：一般球狀蛋白，具有一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。二、酶的

42、活性中心（active center）1、概念：酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。2、酶活性部位的主要特征占據(jù)的空間很??；位于酶分子的特定空間結(jié)構(gòu)區(qū)域：酶蛋白的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙（clefts 或 crevi），或分子表面的凹槽；（3）三結(jié)構(gòu)，一條或幾條多肽鏈上空間位置比較靠近的氨基酸殘基或其基團(tuán)組成,包括:COOH、NH2、OH、SH 和咪唑基等,輔助因子參與活性中心；含有結(jié)合底物部位和參與催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的催化部位；結(jié)合底物的特異性取決于活性部位中精確的原子排列；底物大都是通過(guò)相對(duì)弱的力與酶結(jié)合。3、酶活性的必需基團(tuán)（essential group）概念：多肽

43、鏈上間接或直接與酶催化活性相關(guān)的某些功能基團(tuán)。類(lèi)型：活性中心必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)(binding group)：專(zhuān)一性催化基團(tuán)(catalytic group)：催化性質(zhì)活性中心外必需基團(tuán):穩(wěn)定酶分子的構(gòu)象（三）、酶促反應(yīng)的機(jī)制一、酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ)：酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能，使活化分子數(shù)增多。酶促化學(xué)反應(yīng)能方程式：G=H-TS二、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：酶底物復(fù)合物酶與底物結(jié)合特點(diǎn)：（1）酶活性中心與底物結(jié)合；（2）可逆的、非共價(jià)的結(jié)合；（3）誘導(dǎo)契合（induced fit）模式。酶與底物的過(guò)渡態(tài)互補(bǔ)，親合力最強(qiáng)，出結(jié)合能，使 ES 的過(guò)渡態(tài)能級(jí)降低，有利于底物分子能壘，加速酶促反應(yīng)速度。三、誘導(dǎo)契合假說(shuō)

44、（induced-fit hypothesis）：1958，Koshland，酶活性中心的結(jié)構(gòu)是柔性的，當(dāng)?shù)孜锱c酶分子結(jié)合時(shí)，底物分子誘導(dǎo)酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生了有利于與底物結(jié)合的變化，使反應(yīng)所需的催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)正確地排列和定向，轉(zhuǎn)入有效的作用位置，使酶與底物完全吻合，契合形成中間產(chǎn)物酶底物復(fù)合物。鎖鑰學(xué)說(shuō)：酶和底物的關(guān)系就象鎖與那樣的剛性關(guān)系，酶活性中心結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)互相吻合，緊密結(jié)四、使酶具有高催化效率的 1、鄰近定向效應(yīng)：中間絡(luò)合物。酶與底物結(jié)中間產(chǎn)物過(guò)程中，底物分子從稀溶液中密集到活性中心區(qū)，并使活性中心的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確定向排列所產(chǎn)生的效應(yīng)。2、“張力”與“形變”：酶

45、與底物結(jié)合，底物分子也會(huì)發(fā)生變形，使底物分子的某些鍵的鍵能減弱，產(chǎn)生鍵，降低了反應(yīng)活化能。3、酸-堿催化：通過(guò)暫時(shí)提供或接受一個(gè)質(zhì)子穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)。功能基團(tuán)有氨基、羧基、咪唑基、巰基和酚基等。4、共價(jià)催化：酶分子上的活性基團(tuán)與底物以共價(jià)鍵結(jié)合，形成過(guò)渡態(tài)。親核催化：帶有多電子的原子如 O、S 和N 提供電子底物上相對(duì)帶正電子的原子（如羰基碳）。親電催化：親電試劑(具有接受電子對(duì)的原子)引起的催化反應(yīng),是親核催化的反過(guò)程。5、表面效應(yīng)(surface effect)：疏水性“口袋”效應(yīng)酶活動(dòng)中心微環(huán)境是疏水性的，有利于多種催化方式的進(jìn)行。多元催化(multielement catalysis)：多個(gè)

46、基元催化形式協(xié)同作用。（四）、酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：研究酶促反應(yīng)速度及其影響。酶促反應(yīng)速度：時(shí)間內(nèi)底物減少或產(chǎn)物增加的速度，常用初速度來(lái)衡量。影響酶促反應(yīng)速度的：一、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響1、底物濃度與反應(yīng)速度關(guān)系曲線：矩形雙曲線一級(jí)反應(yīng)：當(dāng)S很低時(shí)，S與v成比例混合級(jí)反應(yīng)：當(dāng)S較高時(shí)，S與 v不成比例零級(jí)反應(yīng)：當(dāng)S很高時(shí)，S，v 不變，達(dá)到最大反應(yīng)速度2、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)解釋?zhuān)旱孜餄舛群艿蜁r(shí)，有酶與底物結(jié)合，隨著底物濃度的增加，中間絡(luò)合物的濃度不斷增高。底物濃度較高時(shí)，酶飽和，增加底物濃度無(wú)隨底物濃度的增加而增加,達(dá)到最大反應(yīng)速度。3、米曼氏方程（Michaelis-Menten

47、 equat的中間產(chǎn)物生成，反應(yīng)速度不再）：V=Vmax.S/(Km+S)(1)、成立條件：初速度為標(biāo)準(zhǔn)；單底物；穩(wěn)態(tài)（steady se）(2)、推導(dǎo)方程:穩(wěn)態(tài)時(shí)，ES 生成速度=ES 分解速度，k1（E-ES）S=k2ES+k3ES (3)、米-曼氏方程解釋?zhuān)寒?dāng)SKm 時(shí)，vVmax,即S而 v 不變(4)、Km 與 Vmax 的意義1) Km 的意義最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度酶的特征性常數(shù)之一,Km 值范圍在 10-6-10-2mol/Lk2k3，Km 可表示酶對(duì)底物的親和力大小，Km 與酶對(duì)底物親和力大小成反比推測(cè)正確測(cè)定酶時(shí)所需的底物濃度推斷某一代謝物在體內(nèi)可能的代謝途徑，決定于

48、km 最小的酶。2)Vmax 的意義：酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，與酶濃度呈正比：Vm=K3ES=K3E (5)、Km 值與 Vmax 值測(cè)定 v 與S的關(guān)系曲線雙倒數(shù)作圖法又稱(chēng)林- 1/V=Km/Vmax.1/S+1/Vmax(Lineweaver-Burk)作圖法斜率=Km/Vmax；縱軸截距 1/Vmax；橫軸截距-1/Km。二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響：反應(yīng)速度與酶濃度成正比v=k3ES/Km+S當(dāng)SE,式中 Km 忽略不計(jì)。v=k3E三、溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響兩種不同影響：溫度升高，反應(yīng)速度加快；溫度升高，熱變性速度加快。酶活性與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線:一般最適溫度:酶活性最高時(shí)的溫度

49、,也即酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。四、對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響對(duì)酶作用的影響：1、影響酶活性基團(tuán)、底物的解離；2、過(guò)酸、過(guò)堿使酶變性失活。酶活性與的關(guān)系曲線:一般最適：酶活性最高時(shí)的,也即酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的。最適溫度、最適不是酶的特征常數(shù)，會(huì)受到酶的濃度、底物以及緩沖液的種類(lèi)等的影響。五、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑：改變酶的必需基團(tuán)或活性部位基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)，間接或直接地影響酶的活性中心,使酶活性降低甚至失活但不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。抑制作用:使酶活性降低或喪失。抑制程度:由酶與抑制劑之間的親和力大小、抑制劑的濃度以及底物的濃度決定。1、不可逆抑制（irreversible inhibit）與

50、酶的必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合,使酶喪失活性,不能用透析超濾等物理方法除去抑制劑使酶恢性。2、可逆抑制(reversible inhibit)與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合使酶活性降低或喪失,能夠通過(guò)透析、超濾等物理方法除去抑制劑使酶恢性。（1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitive inhibit特點(diǎn)：I 與S 分子結(jié)構(gòu)相似；)抑制劑和底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心結(jié)合部位Vmax 不變，表觀 Km 增大；抑制程度取決于 I 與 E 的親和力，以及I和S的相對(duì)濃度比例。增加S濃度可以解除抑制。（2）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（特點(diǎn)：I 與S 分子結(jié)構(gòu)不同；Vmax 減小，表觀 Km 不變；抑制程度取決于I大小。petitive inhi

51、bit）（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（特點(diǎn)：petitive inhibit）I 與S 分子結(jié)構(gòu)不同,I 只與ES 結(jié)合Vmax 和表觀 Km 都減??；抑制程度取決于I和ES二者的濃度。六、激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響激活劑:使酶活性由無(wú)變有或增加的物質(zhì)。必需激活劑：使酶活性由無(wú)變有。例如:Mg2+對(duì)己糖激酶非必需激活劑：使酶活性顯著增加。例如:Cl-對(duì)淀粉酶激活作用：使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾?。（五）、酶的調(diào)節(jié)一、酶活性的調(diào)節(jié)：共價(jià)調(diào)節(jié)：1、酶原激活酶原（zymogen）：在細(xì)胞內(nèi)或初時(shí)無(wú)活性的酶的前體。（1）概念:在特定條件下，酶原被水解一個(gè)或幾個(gè)特定肽段致使酶分子構(gòu)象發(fā)生重塑，酶活性的過(guò)程

52、。實(shí)質(zhì)：酶活性部位形成和的過(guò)程。例：胰蛋白酶原的激活過(guò)程；腸激酶啟動(dòng)的酶原激活（2）酶原與酶原激活的生理意義1）保護(hù)此酶組織免受酶的水解破壞；2）保證酶在特定時(shí)空發(fā)揮催化作用；4）酶原可作為酶的形式。2、酶的可逆共價(jià)修飾（covalent modificat）概念：在其他酶的催化下，酶分子上特定基團(tuán)與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆性共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性?？赡婀矁r(jià)修飾酶：能可逆共價(jià)修飾的酶。共價(jià)修飾基團(tuán)類(lèi)型：磷酸化/去磷酸化、乙?；?去乙?；⒓谆?去甲基化、腺苷化/去腺苷化等。例：肌肉中磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化過(guò)程：酶促化學(xué)修飾對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)例：糖原磷酸化酶：磷酸化激活（磷酸化酶a）/脫磷酸化

53、抑制（磷酸化酶b）；糖原酶：磷酸化抑制/脫磷酸化激活（4）激素啟動(dòng)的磷酸化級(jí)聯(lián)機(jī)制：激素+受體腺苷酸環(huán)化酶活化c別構(gòu)激活蛋白激酶A有活性磷酸化酶激酶（磷酸化）有活性磷酸化酶a（磷酸化酶b 磷酸化）非共價(jià)調(diào)節(jié)：3、酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)（allosteric regulat）別構(gòu)酶（allosteric enzyme）：具有類(lèi)似血紅蛋白那樣的別構(gòu)效應(yīng)的酶。特點(diǎn)：一般是寡聚酶；具有別構(gòu)效應(yīng)；v 對(duì)S不呈直角雙曲線，是 S 形曲線。變構(gòu)調(diào)節(jié)：酶的別構(gòu)部位與變構(gòu)劑結(jié)合，引起酶活性部位的構(gòu)象改變從而改變酶的活性。別構(gòu)抑制：負(fù)變構(gòu)劑與酶的別構(gòu)部位結(jié)合而引起酶活性下降。反饋抑制：代謝過(guò)程中局部反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)催化該反應(yīng)的酶

54、起抑制作用。反饋抑制可認(rèn)為是可逆抑制。別構(gòu)激活：正變構(gòu)劑與酶的別構(gòu)部位結(jié)合而引起酶活性增加。例如：c激活蛋白激酶A限速酶：控制著整個(gè)代謝通路進(jìn)行速度的酶在續(xù)的反應(yīng)鏈中反應(yīng)速度最慢的那一步反應(yīng)的酶,可通過(guò)化學(xué)修飾和別構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)此酶活性。二、酶含量的調(diào)節(jié)1、酶蛋白的誘導(dǎo)和阻遏轉(zhuǎn)錄水平(1)誘導(dǎo)作用（induct (2)阻遏作用（repres 2、酶蛋白降解的調(diào)控）和誘導(dǎo)劑（inducer）和輔阻遏劑（corepressor）無(wú)選擇性蛋白降解：溶酶體選擇性蛋白降解：ATP+泛肽+泛肽結(jié)合降解酶三、同工酶（ioenzyme）1、概念：催化相同化學(xué)反應(yīng)，但在蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存

55、在明顯差異的一組酶。2、本質(zhì)：同一種屬中由不同體或雜合體?；虻任痪幋a的多肽鏈所組成的單體、純聚3、存在：同一的不同或相同組織的同一細(xì)胞中,對(duì)代謝調(diào)節(jié)有重要意義。例如：乳酸脫氫酶（LDH）同工酶（六）、酶的與測(cè)定一、酶測(cè)定酶活性：酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，以酶促反應(yīng)速度來(lái)衡量。酶活性：指酶促反應(yīng)在時(shí)間（s,min,h）內(nèi)生成一定量（mg, g, mol）的產(chǎn)物或消耗一定量的底物所需的酶量。一個(gè)國(guó)際（IU,1976 年）：在特定條件下(最適的反應(yīng)條件:25),1min 內(nèi)催化 1mmol 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為一個(gè)酶，1IU=1mol/min一個(gè)催量（kat）：在特定條件(最適條件)下,1S

56、ec 內(nèi)使 1mol 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。即 1kat=1mol/s；1IU=16.6710-9kat=16.6710 -3mKat；1Kat=6107IU轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number）：每秒鐘每個(gè)酶分子能催化的發(fā)生變化的底物微摩爾數(shù)，用kcat 表示（mmol/S）。酶比活：每毫克蛋白所含有的酶數(shù)。純化倍數(shù)=每次比/第一次比產(chǎn)率%（回收率）=（每次總/第一次總）100三、酶的工業(yè)上大多采用微生物發(fā)酵的方法來(lái)獲得大量酶制劑。酶分離純化的三個(gè)基本步驟：1、抽提；2、純化；3、結(jié)晶或制劑。小結(jié)習(xí)題維生素化學(xué)重點(diǎn)：B 族維生素與輔酶（基）一、概述1、維生素（Vitamin）的定義：維

57、持正常生命活動(dòng)所必需的一類(lèi)小分子有機(jī)化合物。2、維生素的特點(diǎn)：（1）既不供給能量，也不組織成分；參與體內(nèi)物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)。（2）體內(nèi)不能或甚微，必須由食物供給。（3）需要量很少，但不可缺少（mgmg/d)；長(zhǎng)期缺乏任何一種維生素都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的疾病維生素缺乏癥。3、維生素名按發(fā)現(xiàn)先后：A、B、C、D、根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)或生理功能命名：硫胺素初發(fā)現(xiàn)時(shí)以為是一種，以后證實(shí)是幾種維生素的混合物，則在字母右下方注以 1、2、34、維生素的分類(lèi)（1）脂溶性維生素：維生素A、D、E、K 等（2）水溶性維生素：維生素B 族（B1、B2、泛酸、維生素 PP、B6、生物素、葉酸，B12）和維生素 C 等。二、脂溶性維生素

58、1、維生素 A：視黃醇（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)1）結(jié)構(gòu)：-白芷酮環(huán)的不飽和一元醇，包括A1 和A2 兩種。維生素A 原：本身不具有 VitA 活性，但在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)?VitA 的物質(zhì)，如類(lèi)卜素。2)性質(zhì)：活潑、空氣中易氧化，紫外線照射可破壞，食物中穩(wěn)定。（2）生物化學(xué)功能及缺乏病1）功能：視覺(jué)細(xì)胞內(nèi)感光物質(zhì)：視紫紅質(zhì)=視蛋白+11-順視黃醛維持上皮組織結(jié)構(gòu)的完整和健全，促進(jìn)上皮細(xì)胞糖蛋白的促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育；防癌作用。2）VitA 缺乏：夜盲癥，粘膜干燥，干眼病2、維生素 D：抗佝僂病維生素。（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；1)結(jié)構(gòu)：類(lèi)固醇衍生物，維生素 D2、D3、D4、D5 四種，其中D2 和D3 較為重要。

59、維生素D3 原：7-脫氫膽固醇D3（膽鈣化醇）活性形式：1,25-(OH)2-D32)性質(zhì)：穩(wěn)定、耐熱（2）生物化學(xué)功能及缺乏病功能：調(diào)節(jié)鈣、磷代謝，促進(jìn) Ca、P 吸收，維持血液正常的鈣、磷濃度，促進(jìn)鈣化，使牙齒、骨骼發(fā)育正常。VitD 缺乏：小兒(佝僂病),成人(軟骨病或骨質(zhì)疏松)3、維生素 E：酚或抗不育維生素（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)：苯駢二氫吡喃衍生物，已知有 8 種，其中 4 種（、-酚）較為重要，-酚的效價(jià)最高。2)性質(zhì)：對(duì)熱穩(wěn)定，對(duì)氧敏感：抗氧化劑（2）生物化學(xué)功能及缺乏病功能：與生殖功能有關(guān)保護(hù)生物膜抗衰老、防癌及增強(qiáng)免疫作用VitE 缺乏：生殖系統(tǒng)的上皮細(xì)胞毀壞，雄性，不

60、，雌性流產(chǎn)或被溶化吸收。4、維生素 K：凝血維生素（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)：2-甲基-1,4 萘醌衍生物，有K1、K2、K3 三種，K1、K2 為天然產(chǎn)物，K3為人工品。2)性質(zhì)：耐熱、易受光線和堿破壞。（2）生物化學(xué)功能及缺乏病功能：促進(jìn)血液凝固（主要作用）VitK 缺乏：凝血時(shí)間延長(zhǎng)，皮下、肌肉、胃腸。三.水溶性維生素1、維生素 B1：硫胺素（Thiamine）（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)結(jié)構(gòu)：由一含 S 的噻唑環(huán)和一含 NH2 的嘧啶環(huán)組成。性質(zhì)：白色、有特殊香氣，微苦，溶于水，耐熱，加堿破壞。（2）生物化學(xué)功能及缺乏病1）功能：在肝中與焦磷酸（PP）結(jié)合形成 Thiamine pyroos