同濟(jì)版生物化學(xué)講義

20世紀(jì)末始動(dòng)的人類(lèi)組計(jì)劃（humangenomeproject）是人類(lèi)生命科學(xué)中的又一偉大創(chuàng)舉 oformolecules第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成ConformationofProteinMolecules大多數(shù)蛋白質(zhì)含氮量比較接近，平均為16%，這是蛋白質(zhì)元素組成的一個(gè)特點(diǎn)。即在連接羧基的α碳原子上還有一個(gè)氨基，故稱(chēng)α氨基酸(除甘氨酸外)。三、肽（peptides）㈠肽α-α-氨基脫水生成的鍵稱(chēng)為肽鍵（peptidebond。肽鍵（olioei（olyeichain（residueR基團(tuán)部分，稱(chēng)為側(cè)鏈。多肽鏈的左端有自由氨基稱(chēng)為氨基末端（aminoterminal）N-端，右（carboxylterminal）C-515733的胰島素稱(chēng)作MolecularStructureof20種氨基酸借肽鍵相連形成的生物大分子。每種蛋白質(zhì)都有其一定的氨基酸組成及氨基酸排列結(jié)構(gòu)分成一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)4個(gè)層次，后三者統(tǒng)稱(chēng)為空間結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象（conformationstructuredatabases蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secandarystructure）是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架unithelixα-螺旋構(gòu)象。αα-螺旋構(gòu)象即遭破壞。α-螺旋-環(huán)-α-螺旋三個(gè)肽段組成。鋅指結(jié)構(gòu)(zincfinger)1α-2個(gè)反β-Zn2+α-α-DNA的大溝中，因此含鋅蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級(jí)鍵——疏水鍵、離子鍵（鹽鍵VanderWaals力等。疏水性氨基酸的側(cè)鏈R基為疏水基團(tuán)，有避開(kāi)水，相互而藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的自然趨勢(shì)，這種結(jié)合力叫疏水鍵。分子量大的蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成1個(gè)和數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域()。如纖連蛋白(fibronectin)C-6個(gè)結(jié)構(gòu)域，各個(gè)結(jié)構(gòu)域分別執(zhí)行一種功能，有可與細(xì)胞、膠原、DNA和肝素等配體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。其中有很大一部分被稱(chēng)之為熱休克蛋白（heatshockprotein。（subunit結(jié)構(gòu)（quaternarystructure。在四級(jí)結(jié)構(gòu)中，各個(gè)亞基間的結(jié)合要是氫鍵和離子鍵維持四級(jí)結(jié)構(gòu)。含有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒(méi)有體，兩種亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)頗為相似，且每個(gè)亞基都結(jié)合有1個(gè)血紅素（heme）輔基。第三節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系RelationshipofProteinStructureandCys95,Cys58Cys110,Cys65Cys72)(1-17A)。進(jìn)而形成具有一定空間構(gòu)象的球狀蛋白質(zhì)。用變性劑和 anemia肌紅蛋白(myoglubinMb)4個(gè)吡咯環(huán)通過(guò)4個(gè)甲炔基相連成為一個(gè)環(huán)形，F(xiàn)e2+X線(xiàn)衍射法分析獲得的肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)中，可見(jiàn)它是一個(gè)只有Mb分子內(nèi)部有一個(gè)袋形空穴，血紅素居于其中。Mb極為相似。Hb亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使四個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。HbMbO2HbHb的百分?jǐn)?shù)(稱(chēng)百分飽和度)O21-22HbMbS狀曲線(xiàn)，后者為直角雙曲線(xiàn)。可見(jiàn)，Mb易與O2Hb與O2O2分壓協(xié)同效應(yīng)的定義是指一個(gè)亞基與其配體(HbO2)結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力。如結(jié)構(gòu)較為緊密，稱(chēng)為緊張態(tài)(tensestateT態(tài))，THbO2O2的結(jié)合，4個(gè)亞基羧基末端之間α1/β1α2/β215°的夾角，結(jié)構(gòu)顯得相對(duì)松弛，稱(chēng)為松弛態(tài)(relaxedstate,R態(tài))。HbTRHb亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化，稱(chēng)為變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)O2稱(chēng)為變構(gòu)劑或效應(yīng)劑，Hb則被稱(chēng)為變構(gòu)diseaseTheCharactersofProteinanditspHpH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正負(fù)point,PI液的pH大于等電點(diǎn)時(shí)，該蛋白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，小于等電點(diǎn)時(shí)則帶正電荷。蛋白質(zhì)變性的意義：在臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)酸和強(qiáng)堿中，這種現(xiàn)象稱(chēng)為蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)。⒉雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，稱(chēng)為雙縮脲（四）（五）（六）L-α-20種，可分為非極性疏水性氨基酸、極性中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性1010GSH、促甲狀腺釋放激素和神經(jīng)肽等重N端至C蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能有著密切關(guān)系。血紅蛋白亞基與O2結(jié)合可引起另一亞基構(gòu)象變化，使之更易與O2結(jié)合，所以血紅蛋白的氧解離曲線(xiàn)呈S型。這種變構(gòu)效應(yīng)是蛋白質(zhì)中普遍存在的功能調(diào)節(jié)方式之一。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）兩大類(lèi)。Chemicalconstitutionandprimaryconstructionofnucleic（nucleotide位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或deoxynucleotide），RNA的基本組成單位是核糖核苷酸（ronco12-1參與組成核酸的主要堿基RNA中的核苷組成及其中英文對(duì)照見(jiàn)表2–1。（三）核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合即構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸都是5´核苷酸，即磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子C–5´上（2–3。根據(jù)磷酸基團(tuán)的數(shù)目不同，有核苷一磷酸（nucleosidemoohoshNPdiphoshteNDPohshedhoshteATP（adenosinetriphosphate）等命名。2–2（四）ATPUTP在能量代謝中均為重要的底物或中間產(chǎn)物；環(huán)腺苷酸（cyclicAMP，cAMP）和環(huán)鳥(niǎo)苷酸（cyclicGMPcGMP）等則在細(xì)2–3不同類(lèi)型核苷酸的結(jié)構(gòu)(二)連接方式:磷酸二酯鍵。四種脫氧核苷酸按照一定的排列順序以化學(xué)鍵：3′,5′磷酸二酯鍵（phosphodiesterRNA3´–OH與下一位核苷酸的;,4的兩個(gè)末端分別稱(chēng)為5´末端（游離磷酸基）和3´末端（游離羥基。書(shū)寫(xiě)規(guī)則應(yīng)從5´末端到3´末端。（見(jiàn)六版圖2-4）(三)DNARNA中U代替了DNA中的T。Spacestructureandfunctionof堿基組成的Chargaff規(guī)則：①A=T，C=G；②不同種屬的DNA堿基組成不同；③同一不同、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。另一條鏈的是3′→5′。在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中，外側(cè)是由親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成的骨架，內(nèi)側(cè)是堿基，兩條的長(zhǎng)軸相垂直（25。DNADNA2nm，螺旋一周包含了10對(duì)堿基，螺距為3.4nm。外觀(guān)上，DNA雙螺旋分子存在一個(gè)大溝和一個(gè)小溝，此溝狀結(jié)構(gòu)可能與蛋白質(zhì)和DNA間的識(shí)別有關(guān)(圖25。B-DNA右手螺旋（Watson-Crick模型結(jié)構(gòu)Z-DNAA-DNA圖2-6不同類(lèi)型的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)superoilsupercoilsupercoilDNA主要是以負(fù)超螺旋形式存在。DNA都是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋分子。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步盤(pán)繞，并形成類(lèi)核（nucleoid）結(jié)構(gòu)，以的DNA可以有不同程度的超螺旋結(jié)構(gòu)。2–7DNA形式出現(xiàn)，在細(xì)胞期形成高度組織有序的（chromosome）染色質(zhì)的基本組成單位被稱(chēng)為核小體（nucleosomeparticle形成串珠樣的結(jié)構(gòu)（圖28。2–8加約10000倍，從而將約1的DNA分子壓縮，容納于直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核中（圖2-9。2-9DNA在染色質(zhì)中的組裝人類(lèi)的組2.8×109bp第三節(jié)RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能Spacestructureandfunctionof表2-2動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要RNA的種類(lèi)及功能mRNA的長(zhǎng)短差異很大，半期最短，由幾分鐘到數(shù)小時(shí)不等,在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA初級(jí)產(chǎn)物比成mRNA分子大得多，此種初級(jí)產(chǎn)物稱(chēng)為不均一RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),經(jīng)過(guò)剪接成為成mRNA并移位sequencemRNAAG都可以發(fā)生甲基化，由于甲基化mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與一類(lèi)稱(chēng)為帽結(jié)合蛋白（capbindingproteins，CBPs）mRNACBPs復(fù)合物對(duì)于mRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)、與白體的結(jié)合、與翻譯起始因子的結(jié)合、以及mRNA穩(wěn)定性的維系等構(gòu)共同負(fù)責(zé)mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位、mRNAA尾和帽結(jié)構(gòu)是細(xì)胞內(nèi)mRNA降解的重要步驟。（codon（DUH（suuriiNANA（sm-p）結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。由于RNA（cvrfpattern部位，稱(chēng)為氨基酸接納莖（acceptorstem。補(bǔ)關(guān)系，可以配對(duì)結(jié)合，這3個(gè)堿基被稱(chēng)為反子（anticodon位于反環(huán)內(nèi)。圖2–11tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖白體RNA（ribosomalRNA，rRNA）是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與白體蛋白（ribosomalprotein）共同構(gòu)成白體或稱(chēng)為核糖體（ribosome。原核生物和真核生物的白體均由易結(jié)構(gòu)成花狀（2-12）四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)RNsmRARNAsnRNARNAsnRNARNAscRNAinterferingRNA，siRNA）等。這些小RNA在hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工、轉(zhuǎn)運(yùn)以及表達(dá)過(guò)程的調(diào)控等方面用的小RNA亦被稱(chēng)為核酶（ribozyme）或催化性RNA（catalyticRNA。小片段干擾RNA：近年siRNA的研究受到了特別關(guān)注。siRNA是生物宿主對(duì)于外源侵入的所表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)發(fā)這些mRNA的降解。Phisicochemicalpropertyofnucleic2–13圖2–13幾種堿基的紫外吸收光譜圖effecteffect測(cè)A260的變化來(lái)監(jiān)測(cè)DNA是否發(fā)生變性)14圖2-14DNA的解鏈曲線(xiàn)50%DNA的解鏈溫度（meltingtemperature，Tm）又稱(chēng)融解溫度。Tm25℃的溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。（hyridiztion完全互補(bǔ)或者不完全互補(bǔ)的兩個(gè)單鏈核酸分子之間能形成雙鏈，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子雜交。（見(jiàn)六版圖2-15）2-15核酸分子雜交原理示意圖第五節(jié)核酸酶DNA（NAzyme好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物學(xué)穩(wěn)定性，在疾病治療方面的將有更好的前景。尚未發(fā)現(xiàn)天然的催化性DNA的存在。核苷中的戊糖為b–D–核糖。核苷與磷酸通過(guò)酯鍵連接形成核苷酸。的。DNA是雙鏈結(jié)構(gòu)，兩條鏈呈反向平行。DNA雙鏈中的腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對(duì)存在，形成兩個(gè)氫鍵；鳥(niǎo)嘌呤始終與胞嘧啶配對(duì)存在，形成三個(gè)氫鍵。DNA雙鏈?zhǔn)怯沂致菪Y(jié)構(gòu)。DNA在形成雙鏈螺旋式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在細(xì)胞內(nèi)速離心法純化核酸。DNA的變性和復(fù)性是核酸最重要的理化性質(zhì)之一。DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中，只要不同的單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，就可以在不同的分子間雜交形成雜化雙鏈。DNADNA及RNADNA間的分子雜交在核酸研究中的應(yīng)用十分廣泛。酸，但在這一過(guò)程中有些AA會(huì)遭破壞，因而不能得到全部AA。RNA的剪接。Molecularstructureandfunctionof只由一條多肽鏈構(gòu)成的酶稱(chēng)為單體酶（monomericenzyme）。由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接的酶稱(chēng)為寡聚酶（oligomericenzyme）。在細(xì)胞內(nèi)存在著許多不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物，即多酶體系（multienzymesystem）。由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的酶，稱(chēng)為多功能酶（multifunctionalenzyme）。有的酶屬于結(jié)合蛋白質(zhì)，即結(jié)合酶（conjugatedenzyme）我們重點(diǎn)討論結(jié)合蛋白酶的組成。例如：乳酸脫氫酶，己4-1蛋白酶的組成例：吡哆醛轉(zhuǎn)移氨基FMN（FAD）遞氫N(xiāo)AD（NADP）遞氫例：酸激酶需K+，Mg2+激活。4-2金屬離子在酶中的作用二、酶的活性中心與必需酶與底物的結(jié)合，一般是通過(guò)非共價(jià)鍵，如氫鍵，離子鍵，疏水作用（Vanderwaels力來(lái)完成的），因此需要酶與底物之間參與結(jié)合乃至催化作用的各之間有一定的空間立體對(duì)應(yīng)，及恰當(dāng)?shù)木嚯x，并且能達(dá)到快速的結(jié)合與解程，這個(gè)區(qū)域叫做酶的活性中心（activecenter）。（4-3）4-3半中間的一個(gè)裂隙內(nèi)（1-100111-209氨基酸殘基）圖4-4必需基團(tuán)的組成MachanismandCharacterofEnzyme4-54-6酶的催化作用的調(diào)控相對(duì)特異性（relativespecificity）：作用于一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵，”誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō)（induced-fit該學(xué)留了底物和酶之間的互補(bǔ)概念，但認(rèn)為酶分子本身不是固定不變的，當(dāng)酶分子與底物分子接近時(shí)，酶蛋白受底合。近年來(lái)X-衍射分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了這一學(xué)說(shuō)。4-7誘導(dǎo)契合4-8酶為什么能如此多的降低活化能呢？（4-9）4-9鄰近效應(yīng)（proximityeffect）與定向作用（orientation濃度高達(dá)100M比溶液中濃度高出一萬(wàn)倍。（圖4-10)4-10多元催化（multielementKineticsof4-114-12圖4-13底物濃度較高時(shí)的酶促反應(yīng)））(一)方程：(二)方程的推4-14<推導(dǎo)>見(jiàn)54-(三Ｋm與Ｖmax的意義及應(yīng)用１．Ｋm的意義：Ｖ=Ｖmax/２=Ｖmax[Ｓ]/Ｋm+[Ｓ]物有不同的Km值。4-15Ｋm2．Vmax（um單位μmol./min?mg3．酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover意義：可用來(lái)比較每單位酶的催化能力；可用來(lái)計(jì)算每分鐘每毫克酶催化底物反應(yīng)的值。即酶的比活（specificactivit(四)Ｋm及Ｖmax<雙倒數(shù)作圖法>（doublereciprocalplot）（4-4-164-17Hanes關(guān)系式為：V=K3[E]什么是酶活性？如何衡量酶活性的大??？4-18(一)最適pＨ（optimumpH）(二)如何確定一個(gè)酶的最適pＨ4-19pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響4-20最適溫度（optimumtemperature）什么是酶的抑制作用酶分子中心的必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些基團(tuán)）的性質(zhì)受到某種化學(xué)物質(zhì)的影響而???非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用和混合性抑制作用等四種。（4-21）4-21（二）可抑性抑制作用（reversible 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用（competitive分子結(jié)合Ｓ就不能結(jié)合Ｉ，結(jié)合Ｉ就不能結(jié)合Ｓ。（4-22）4-22者和酶的結(jié)合互相排斥，所以不可能存在ＩＥＳ三聯(lián)復(fù)合體。（4-23）4-23)(３)Km增大，Ｖmax4-24競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)4-254-4-26酸的合成受阻，從而抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。而能直接利用食物中葉酸，故其代謝不受磺胺的影響。因此，研究反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 利于Ｉ的結(jié)合。底物濃度遠(yuǎn)小于Ｋm值時(shí)抑制作用不明，故與競(jìng)爭(zhēng)性抑制相反。（4-27）4-27[動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)]（4-4-28 樣Ｉ可和游離Ｅ結(jié)合，也可和ＥＳ復(fù)合物結(jié)合，但ＩＥＳ不能釋放出產(chǎn)物。[反應(yīng)模式]（4-29）KiKi´的大小而定。Ki=Ki´：則ＶmaxKiKi´不變，通常稱(chēng)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。4-