考研生物化學(xué)筆記

PAGEPAGE1生物化學(xué)一、生物化學(xué)的觀點生物化學(xué)是研究生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的學(xué)科。生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。生物化學(xué)是研究生物體內(nèi)的化學(xué)分子組成，分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功效及其在體內(nèi)代謝歷程的學(xué)科?！x包羅物質(zhì)和能量兩方面。生物化學(xué)是研究生物的化學(xué)組成和化學(xué)變革的，所以生物化學(xué)也可以分作兩大部門內(nèi)容：化學(xué)組成部分，也稱為靜態(tài)生物化學(xué)，主要探討組成生物體的分子類型、分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及生物功效；②化學(xué)變革部門，討論的是生物體內(nèi)的化學(xué)分子之間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即研究生物體內(nèi)的化學(xué)反響，以及這些反應(yīng)產(chǎn)生的部位和反響機(jī)理，以及陪同這些反響所產(chǎn)生的能量變革。簡樸講——生物化學(xué)就研究生物體的化學(xué)組成和生命中的化學(xué)變革。二、生物化學(xué)的生長史生物化學(xué)的研究始于18世紀(jì)下半葉，但作為一門獨立的學(xué)科是在20世紀(jì)初。1629年荷蘭人海爾蒙特進(jìn)行了柳枝試驗，100磅土，2磅重柳枝，只澆水，5年后土和柳枝共重169磅，土淘汰了二兩，論文頒發(fā)于1648年（死后2年）。1775年拉瓦錫進(jìn)行定量試驗，證明呼吸歷程和化學(xué)氧化是相同的。并推測呼吸形成的CO2也是由于吸入了氧氣，與體內(nèi)的有機(jī)物結(jié)歸并氧化為CO2，從而將呼吸氧化與燃燒聯(lián)系在一起。1783年拉瓦錫和拉普拉斯在法國科學(xué)院院報頒發(fā)論文，提出動物熱理論——呼吸相當(dāng)于不發(fā)光的燃燒。并測定了釋放CO2和釋熱的干系?，F(xiàn)在一般把這一年稱為生化開始年。并把拉瓦錫稱為生物化學(xué)之父。但在這同一時期的開拓者另有普利斯特列和舍勒（Scheele），前者發(fā)明了光合現(xiàn)象；后者在1770年發(fā)明了灑石酸，之后又從膀胱結(jié)石中分散出尿酸，并對蘋果酸、檸檬酸，甘油等進(jìn)行了大量研究。舍勒是瑞典人，學(xué)徒工身世，非常熱愛化學(xué)，最后成為化學(xué)家。進(jìn)入十九世紀(jì)，科學(xué)生長大大加快，成績不停涌現(xiàn)，例如1828年維勒（李比西的學(xué)生）人工合成了第一個有機(jī)物——尿素，證明有機(jī)物可以人造。1838年施來登與施旺頒發(fā)細(xì)胞學(xué)說。（在1839年）細(xì)胞是有機(jī)體，整個動物和植物乃是細(xì)胞的聚集體。它們憑據(jù)一定的紀(jì)律排列在動植物體內(nèi)。這一學(xué)說把植物和動物統(tǒng)一起來。*1842年李比西（德國人）在《有機(jī)化學(xué)在生理學(xué)與病理學(xué)上的應(yīng)用》一書中首次提出新陳代謝一詞。*1860年巴斯德又對灑精發(fā)酵進(jìn)行了研究——首次提出發(fā)酵是由酵母菌或細(xì)菌引起的，此研究為厥后的糖代謝和呼吸作用研究奠基了底子。1871年米切爾（Miescher霍佩的學(xué)生-瑞典人）頒發(fā)文章分散出核素，即DNA。其時年僅24歲，是首次從膿細(xì)胞中分散出脫氧核糖核卵白。實際分散在1868年完成，論文在1871年頒發(fā)。1877年德國生理學(xué)家——醫(yī)生霍佩·賽勒，首次提出生物化學(xué)一詞Biochemie，英文為Biochemistry。并且首次提出卵白質(zhì)一詞。1897年Buchner用酵母無細(xì)胞提取液發(fā)酵樂成，證明酶的存在。許多人開始提取酶，但都未樂成。二十世紀(jì)初，在維生素、激素、酶的研究方面生長較快。1902年艾貝爾（Abel美國人）在德國粹習(xí)七年，1903年制成腎上腺素晶體；厥后又在1926年制成胰島素晶體。1905年Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。同年Starling提出激素（Hormere）一詞。1907年霍克（池延登的學(xué)生，美國人）頒發(fā)《實驗生理化學(xué)》一書，實際上就是生物化學(xué)的前身。這就標(biāo)記著生物化學(xué)已經(jīng)形成，已經(jīng)從生理學(xué)中獨立出來。1911年波蘭科學(xué)家Funk結(jié)晶出抗神經(jīng)炎維生素，并命名為Vitamine，意為生命的胺，實際是復(fù)合維生素B。1913年米利切斯和曼頓研究了酶的動力學(xué)提出了米曼方程。同年Wilstatter和Stoll分散出了葉綠素。1930年Northrop分散出胃卵白酶，并證明是卵白質(zhì)。1933年Krebs和Henselen發(fā)明尿素循環(huán)；同年Embdem和Meyerhof開端完成了糖酵解途徑的中間產(chǎn)物研究。提出了糖酵解途徑。1937年Krebs提出了三羧酸循環(huán)的假說；同年Lohmann和Selitser證明硫胺素是丙酮酸羧化酶輔基的組成身分；在此期間Kalcker及Belitser各自對氧化磷酸化作用進(jìn)行了定量研究。1944年Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗，證明DNA是遺傳物質(zhì)。1948年Calvin和Bessen發(fā)明磷酸甘油酸是光互助用中CO2牢固的最初產(chǎn)物，并用了十年時間完成了卡爾文循環(huán)的整個代謝途徑研究。同年Leloir等人發(fā)明了尿苷酸在碳水化合物代謝中的作用。1953年Watson和Criek利用X–射線衍射闡發(fā)了DNA結(jié)構(gòu)，提出了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這一發(fā)明為生物的遺傳研究奠基了分子底子。通常把這一年確定為分子生物學(xué)的誕生年。同年（1953年），Sanger和Trhompson完成了胰島素A鏈及B鏈的氨基酸序列測定，二年后報道了胰島素中二硫鍵位置。1956年A.Kornberg發(fā)明了DNA聚合酶。與此同年Ubarger發(fā)明了從蘇氨酸合成異亮氨酸時終產(chǎn)物異亮氨酸能抑制合成鏈中的第一個酶，即發(fā)明了生物合成歷程的反饋作用。1958年S.B.Weiss和Hurwitz等人發(fā)明了DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶；同在此年Crik提出分子遺傳的中心規(guī)則；Meselson和Stahl用同位素標(biāo)記要領(lǐng)證明了DNA的半保存復(fù)制假說。1961年Jacob和Monod提出了利用子學(xué)說，并指出了mRNA的功效；同年Weiss和Hurwitz從大腸桿菌中發(fā)明了DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶；同年M.Nirenberg和H.Matthei發(fā)明了遺傳密碼（苯丙氨酸的）。為三連體核苷酸。

1965中國首次人工全合成了牛胰島素。從七十年代后，生物化學(xué)的生長主要會合在分子生物學(xué)方面。關(guān)于中國的生物化學(xué)生長，也做一大略回顧。第一章卵白質(zhì)化學(xué)（一）.掌握卵白質(zhì)的觀點與生物學(xué)意義卵白質(zhì)是由L-α-氨基酸通過肽鍵縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象和一定生物功效的生物大分子（biomacromolecule）。卵白質(zhì)是生命運動所依賴的物質(zhì)底子，是生物體中含量最富厚的大分子。生物學(xué)意義單細(xì)胞的大腸桿菌含有3000多種卵白質(zhì)，而人體有10萬種以上結(jié)構(gòu)和功效各異的卵白質(zhì)，人體干重的45%是卵白質(zhì)。生命是物質(zhì)運動的高級形式，是通過卵白質(zhì)的多種功效來實現(xiàn)的。新陳代謝的所有的化學(xué)反響險些都是在酶的催化下進(jìn)行的，已發(fā)明的酶絕大多數(shù)是卵白質(zhì)。生命運動所需要的許多小分子物質(zhì)和離子，它們的運輸由卵白質(zhì)來完成。生物的運動、生物體的防備體系離不開卵白質(zhì)。卵白質(zhì)在遺傳信息的控制、細(xì)胞膜的通透性，以及高等動物的影象、識別機(jī)構(gòu)等方面都起著重要的作用。隨著卵白質(zhì)工程和卵白質(zhì)組學(xué)的興起和生長，人們對卵白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功效的認(rèn)識越來越深刻。（二）氨基酸根本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)種種卵白質(zhì)的含氮量很靠近，平均為16%。因此，可以用定氮法來推算樣品中卵白質(zhì)的大抵含量。每克樣品含氮克數(shù)×6.25×100=100g樣品中卵白質(zhì)含量（g%）組成卵白質(zhì)的20種氨基酸有配合的結(jié)構(gòu)特點：1．氨基連接在α-C上，屬于α-氨基酸（脯氨酸為α-亞氨基酸）。2．R是側(cè)鏈，除甘氨酸外都含手性C，有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。天然卵白質(zhì)中的氨基酸都是L-型。注意：構(gòu)型是指分子中各原子的特定空間排布，其變革要求共價鍵的斷裂和重新形成。旋光性是異構(gòu)體的光學(xué)活性，是使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，（-）體現(xiàn)左旋，（+）體現(xiàn)右旋。構(gòu)型與旋光性沒有直接對應(yīng)干系。1．一般物理性質(zhì)α-氨基酸為無色晶體，熔點一般在200oC以上。種種氨基酸在水中的溶解度差別很大（酪氨酸不溶于水）。一般溶解于稀酸或稀堿，但不能溶解于有機(jī)溶劑，通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。芳香族氨基酸（Tyr、Trp、Phe）有共軛雙鍵，在近紫外區(qū)有光吸收能力，Tyr、Trp的吸收峰在280nm，Phe在265nm。由于大多數(shù)卵白質(zhì)含Tyr、Trp殘基，所以測定卵白質(zhì)溶液280nm的光吸收值，是闡發(fā)溶液中卵白質(zhì)含量的快速輕便的要領(lǐng)。2．兩性解離和等電點（isoelectricpoint,pI）氨基酸在水溶液或晶體狀態(tài)時以兩性離子的形式存在，既可作為酸（質(zhì)子供體），又可作為堿（質(zhì)子受體）起作用，是兩性電解質(zhì)，其解離度與溶液的pH有關(guān)。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢和水平相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的pH稱為該氨基酸的等電點。氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解離常數(shù)的負(fù)對數(shù)pK1和pK2決定的。盤算公式為：pI=1/2(pK1+pK2)。若1個氨基酸有3個可解離基團(tuán)，寫出它們電離式后取兼性離子兩邊的pK值的平均值，即為此氨基酸的等電點（酸性氨基酸的等電點取兩羧基的pK值的平均值，堿性氨基酸的等電點取兩氨基的pK值的平均值）。3．氨基酸的化學(xué)反響氨基酸的化學(xué)反響是其基團(tuán)的特征性反響。重要的有：（1）茚三酮反響所有具有自由α-氨基的氨基酸與過量茚三酮共熱形成藍(lán)紫色化合物（脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反響產(chǎn)生黃色物質(zhì)）。用分光光度法可定量測定微量的氨基酸。藍(lán)紫色化合物的最大吸收峰在570nm波優(yōu)點，黃色在440nm波長下測定。吸收峰值的巨細(xì)與氨基酸釋放的氨量成正比。（2）與2，4-二硝基氟苯（DNFB）的反響（sanger反響）在弱堿性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易與DNFB作用生成穩(wěn)定的黃色2，4-二硝基苯氨基酸（DNP-氨基酸），這一反響在卵白質(zhì)化學(xué)的研究史上起過重要作用，Sanger等人應(yīng)用它測定胰島素一級結(jié)構(gòu)。（3）Edman反響多肽順序自動闡發(fā)儀是憑據(jù)相類似的原理設(shè)計的，即利用多肽鏈N端氨基酸的α-氨基與異硫氰酸苯酯PITC反響（Edman降解法）。氨基酸的分類）——憑據(jù)R基團(tuán)對20種卵白質(zhì)氨基酸的分類及其三字符的縮寫1．按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪族、芳香族、雜環(huán)、雜環(huán)亞氨基酸四類。2．按R基的極性和在中性溶液的解離狀態(tài)分為非極性氨基酸、極性不帶電荷、極性帶負(fù)電荷或帶正電荷的四類。帶有非極性R（烴基、甲硫基、吲哚環(huán)等，共9種）：甘（Gly）、丙（Ala）、纈（Val）、亮（Leu）、異亮（Ile）、苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp）帶有不可解離的極性R（羥基、巰基、酰胺基等，共6種）：絲（Ser）、蘇（Thr）、天胺（Asn）、谷胺（Gln）、酪（Tyr）、半（Cys）帶有可解離的極性R基（共5種）：天（Asp）、谷（Glu）、賴（Lys）、精（Arg）、組（His），前兩個為酸性氨基酸，后三個是堿性氨基酸。卵白質(zhì)分子中的胱氨酸是兩個半胱氨酸脫氫后以二硫鍵結(jié)合而成，膠原卵白中的羥脯氨酸、羥賴氨酸，凝血酶原中的羧基谷氨酸是卵白質(zhì)加工修飾而成。（三）卵白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功效1.肽（peptide）觀點：由氨基酸通過肽鍵相連而成的化合物稱為肽。2.肽的理化性質(zhì)（與氨基酸相似）卵白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)卵白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）（卵白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)有時也稱卵白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)或稱化學(xué)結(jié)構(gòu)）卵白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)只指肽鏈中的氨基酸序列。卵白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是由共價鍵形成的，如肽鍵和二硫鍵。而維持空間構(gòu)象穩(wěn)定的是非共價的次級鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力等。1953年，英國科學(xué)家F.Sanger首先測定了胰島素（insulin）的一級結(jié)構(gòu)，有51個氨基酸殘基，由一條A鏈和一條B鏈組成，分子中共有3個二硫鍵，其中兩個在A、B鏈之間，另一個在A鏈內(nèi)。卵白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)測定或稱序列闡發(fā)常用的要領(lǐng)是Edman降解和重組DNA法。Edman降解是經(jīng)典的化學(xué)要領(lǐng)，比力龐大。首先要純化一定量的待測卵白質(zhì)，分別作分子量測定、氨基酸組身闡發(fā)、N-末端闡發(fā)、C-末端闡發(fā)；要應(yīng)用差別的化學(xué)試劑或特異的卵白內(nèi)切酶水解將卵白質(zhì)裂解成巨細(xì)差別的肽段，測出它們的序列，比較差別水解制成的兩套肽段，找出重疊片段，最后推斷卵白質(zhì)的完整序列。重組DNA法是基于分子克隆的分子生物學(xué)要領(lǐng)，比力簡樸而高效，不必先純化該種卵白質(zhì)，而是先要得到編碼該種卵白質(zhì)的基因（DNA片段），測定DNA中核苷酸的序列，再按三個核苷酸編碼一個氨基酸的原則推測卵白質(zhì)的完整序列。這兩種要領(lǐng)可以相互印證和增補(bǔ)。目前，國際互聯(lián)網(wǎng)卵白質(zhì)數(shù)據(jù)庫已有3千多種一級結(jié)構(gòu)清楚。卵白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功效的底子。二、卵白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）卵白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指其分子中主鏈原子的局部空間排列，是主鏈構(gòu)象（不包羅側(cè)鏈R基團(tuán)）。構(gòu)象是分子中原子的空間排列，但這些原子的排列取決于它們繞鍵的旋轉(zhuǎn)，構(gòu)象差別于構(gòu)型，一個卵白質(zhì)的構(gòu)象在不破壞共價鍵情況下是可以改變的。但是卵白質(zhì)中任一氨基酸殘基的實際構(gòu)象自由度是非常有限的，在生理條件下，每種卵白質(zhì)似乎是出現(xiàn)出稱為天然構(gòu)象的單一穩(wěn)定形狀。20世紀(jì)30年代末，L.Panling和R.B.Corey應(yīng)用X射線衍射闡發(fā)測定了一些氨基酸和寡肽的晶體結(jié)構(gòu)，得到了一組尺度鍵長和鍵角，提出了肽單位（peptideunit）的觀點,還提出了兩種主鏈原子的局部空間排列的分子模型（α-螺旋）和（β-折疊）。1．肽單位肽鍵及其兩端的α-C共6個原子處于同一平面上，組成了肽單位（所在的平面稱肽鍵平面）。肽鍵C—N鍵長為0.132nm，比相鄰的單鍵（0.147nm）短，而較C=N雙鍵（0.128nm）長，有部門雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽鍵平面上各原子呈順反異構(gòu)干系，肽鍵平面上的O、H以及2個α-碳原子為反式構(gòu)型（transconfiguration）。主鏈中的Cα—C和Cα—N單鍵可以旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角φ、ψ決定了兩個相鄰的肽鍵平面相對干系。由于肽鍵平面的相對旋轉(zhuǎn)，使主鏈可以以非常多的構(gòu)象出現(xiàn)。事實上，肽鏈在構(gòu)象上受到很大限制，因為主鏈上有1/3不能自由旋轉(zhuǎn)的肽鍵，另外主鏈上有許多側(cè)鏈R的影響。卵白質(zhì)的主鏈骨架由許多肽鍵平面連接而成。2.α-螺旋(α-helix)α-螺旋是肽鍵平面通過α-碳原子的相對旋轉(zhuǎn)形成的一種緊密螺旋盤繞，是有周期的一種主鏈構(gòu)象。其特點是：①螺旋每轉(zhuǎn)一圈上升3.6個氨基酸殘基，螺距約0.54nm（每個殘基上升0.15nm，旋轉(zhuǎn)100O）。②相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向險些與中心軸平行。典范α-螺旋一對氫鍵O與N之間共有13個原子（3.613），前后隔斷3個殘基。③螺旋的走向絕大部門是右手螺旋，殘基側(cè)鏈伸向外側(cè)。R基團(tuán)的巨細(xì)、荷電狀態(tài)及形狀均對α-螺旋的形成及穩(wěn)定有影響。3.β-折疊(β-pleatedsheet)β-折疊是一種肽鏈相當(dāng)伸展的周期性結(jié)構(gòu)。①相鄰肽鍵平面間折疊成110O角，呈鋸齒狀。②兩個以上具β-折疊的肽鏈或同一肽鏈內(nèi)差別肽段相互平行排列，形成β-折疊片層，其穩(wěn)定因素是肽鏈間的氫鍵。③逆向平行的片層結(jié)構(gòu)比順向平行的穩(wěn)定。α-螺旋和β-折疊是卵白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式。毛發(fā)中的α-角卵白和蠶絲中的絲心卵白是其典范，在許多球卵白中也存在，但所占比例不一樣。膠原卵白中存在的螺旋結(jié)構(gòu)差別于一般的α-螺旋，是由3條具有左手螺旋的鏈相互纏繞形成右手超螺旋分子。鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞維持其穩(wěn)定性。4．β-轉(zhuǎn)角（β-turn）為了緊緊折疊成球卵白的緊密形狀，多肽鏈180O回折成發(fā)夾或β-轉(zhuǎn)角。其處由4個連續(xù)的氨基酸殘基組成，常有Gly和Pro存在，穩(wěn)定β-轉(zhuǎn)角的作用力是第一個氨基酸殘基羰基氧（O）與第四個氨基酸殘基的氨基氫（H）之間形成的氫鍵。β-轉(zhuǎn)角常見于連接反平行β-折疊片的端頭。5．無規(guī)卷曲（randomcoil）多肽鏈的主鏈出現(xiàn)無確定紀(jì)律的卷曲。典范球卵白約莫一半多肽鏈?zhǔn)沁@樣的構(gòu)象。6．超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是卵白質(zhì)二級至三級結(jié)構(gòu)條理的一種過渡態(tài)構(gòu)象。超二級結(jié)構(gòu)指卵白質(zhì)中兩個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互靠近，形成一特殊的組合體，又稱為模體（motif）。通常有αα，ββ，βαβ等，例如鈣結(jié)合卵白質(zhì)中的螺旋-環(huán)-螺旋模序及鋅指結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域是球狀卵白質(zhì)的折疊單位，是在超二級結(jié)構(gòu)底子上進(jìn)一步繞曲折疊有奇特構(gòu)象和部門生物學(xué)功效的結(jié)構(gòu)。對付較小的卵白質(zhì)分子或亞基，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)是一個意思，即這些卵白質(zhì)是單結(jié)構(gòu)域的；對付較大的卵白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上的相對獨立的結(jié)構(gòu)域締合成三級結(jié)構(gòu)。三、卵白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）指一條多肽鏈中所有原子的整體排布，包羅主鏈和側(cè)鏈。維系三級結(jié)構(gòu)的作用力主要是次級鍵（疏水相互作用、靜電力、氫鍵等）。在序列中相隔較遠(yuǎn)的氨基酸疏水側(cè)鏈相互靠近，形成“窟窿”或“口袋”狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合卵白質(zhì)的輔基往往鑲嵌其內(nèi)，形樂成能活性部位，而親水基團(tuán)則在外，這也是球狀卵白質(zhì)易溶于水的原因。1963年Kendrew等從鯨肌紅卵白的X射線衍射圖譜測定它的三級結(jié)構(gòu)（153個氨基酸殘基和一個血紅素輔基，相對分子質(zhì)量為17800）。由A→H8段α-螺旋盤繞折疊成球狀，氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈多數(shù)在分子內(nèi)部形成一個袋形空穴，血紅素居于其中，富有極性及電荷的則在分子外貌形結(jié)婚水的球狀卵白。四、卵白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)有些卵白質(zhì)的分子量很大，由2條或2條以上具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵相互結(jié)合而成，稱為卵白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。組成四級結(jié)構(gòu)的每條多肽鏈稱為亞基(subunit)，亞基單獨存在時一般沒有生物學(xué)功效，組成四級結(jié)構(gòu)的幾個亞基可以相同或差別。如血紅卵白(hemoglobin,Hb)是由兩個α-亞基和兩個β-亞基形成的四聚體（α2β2）。卵白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效的干系一、卵白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功效的干系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的底子（二）種屬差別（三）分子病二、卵白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功效的干系卵白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是其生物活性的底子，空間結(jié)構(gòu)變革，其功效也隨之改變。肌紅卵白（Mb）和血紅卵白（Hb）是典范的例子。肌紅卵白（Mb）和血紅卵白（Hb）都能與氧進(jìn)行可逆的結(jié)合，氧結(jié)合在血紅素輔基上。然而Hb是四聚體分子，可以轉(zhuǎn)運氧；Mb是單體，可以儲存氧，并且可以使氧在肌肉內(nèi)很容易地擴(kuò)散。它們的氧合曲線差別，Mb為一條雙曲線，Hb是一條S型曲線。在低p(O2)下，肌紅卵白比血紅卵白對氧親和性高許多，p(O2)為2.8torr(1torr≈133.3Pa)時，肌紅卵白處于半飽和狀態(tài)。在高p(O2)下，如在肺部（約莫100torr）時，兩者險些都被飽和。其差別形成一個有效的將氧從肺轉(zhuǎn)運到肌肉的氧轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。Hb未與氧結(jié)適時，其亞基處于一種空間結(jié)構(gòu)緊密的構(gòu)象（緊張態(tài)，T型），與氧的親和力小。只要有一個亞基與氧結(jié)合，就能使4個亞基間的鹽鍵斷裂，釀成松弛的構(gòu)象（松弛態(tài)，R型）。T型和R型的相互轉(zhuǎn)換對換治Hb運氧的功效有重要作用。一個亞基與其配體結(jié)合后能促進(jìn)另一亞基與配體的結(jié)合是正協(xié)同效應(yīng)，其理論解釋是Hb是別構(gòu)卵白，有別構(gòu)效應(yīng)。卵白質(zhì)的理化性質(zhì)卵白質(zhì)的理化性質(zhì)和氨基酸相似，有兩性解離及等電點、紫外吸收和呈色反響。作為生物大分子，另有膠體性質(zhì)、沉淀、變性和凝固等特點。要了解和闡發(fā)卵白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功效的干系就要利用其特殊的理化性質(zhì)，接納鹽析、透析、電泳、層析及離心等不損傷卵白質(zhì)空間構(gòu)象的物理要領(lǐng)分散純化卵白質(zhì)。卵白質(zhì)的相對分子質(zhì)量卵白質(zhì)的相對分子質(zhì)量在1萬~100萬，其顆粒平均直徑約為4.3nm（膠粒范疇是1~100nm）。準(zhǔn)確可靠的測定要領(lǐng)是超速離心法，卵白質(zhì)的相對分子質(zhì)量可用沉降系數(shù)（S）體現(xiàn)。二、卵白質(zhì)的兩性解離及等電點卵白質(zhì)和氨基酸一樣是兩性電解質(zhì)，在溶液中的荷電狀態(tài)受pH值影響。當(dāng)卵白質(zhì)溶液處于某一pH時，卵白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為該卵白質(zhì)的等電點。pH＞pI時，該卵白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，反之則帶正電荷。在人體體液中多數(shù)卵白質(zhì)的等電點靠近pH5，所以在生理pH7.4情況下，多數(shù)卵白質(zhì)解離成陰離子。少量卵白質(zhì)，如魚精卵白、組卵白的pI偏于堿性，稱堿性卵白質(zhì)，而胃卵白酶和絲卵白為酸性卵白。卵白質(zhì)的紫外吸收卵白質(zhì)含芳香族氨基酸，在280nm波優(yōu)點有特征性吸收峰，用于定量測定。（主要是酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸中的R基團(tuán)有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)）卵白質(zhì)的變性及復(fù)性卵白質(zhì)在某些理化因素的作用下，空間結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致理化性質(zhì)改變，生物學(xué)活性喪失，稱為卵白質(zhì)的變性（denaturation）。卵白質(zhì)變性的本質(zhì)是多肽鏈從卷曲到伸展的歷程，不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變（如加熱破壞氫鍵，酸堿破壞鹽鍵等）。變性作用不外于劇烈，是一種可逆反響，去除變性因素，有些卵白質(zhì)原有的構(gòu)象和功效可規(guī)復(fù)或部門規(guī)復(fù)，稱為復(fù)性（denaturation）。卵白質(zhì)變性的主要體現(xiàn)是失去生物學(xué)活性，如酶失去催化能力、血紅卵白失去運輸氧的功效、胰島素失去調(diào)治血糖的生理功效等。變性卵白溶解度低落，易形成沉淀析出；易被卵白水解酶消化。卵白質(zhì)變性具有重要的實際意義。卵白質(zhì)的分散、純化第二章核酸的化學(xué)DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)(primarystucture)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指分子中脫氧核苷酸的排列順序，常被簡樸認(rèn)為是堿基序列（basesequence）。堿基序有嚴(yán)格的偏向性和多樣性。一般將5＇-磷酸端作為多核苷酸鏈的“頭”，寫在左側(cè)，如pACUGA（5＇→3＇）。在DNA一級結(jié)構(gòu)中，有一種回文結(jié)構(gòu)的特殊序列，所謂回文結(jié)構(gòu)即DNA互補(bǔ)鏈上一段反向重復(fù)順序，正讀和反讀意義相同，經(jīng)反折可形成“十字形”結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)錄成RNA后可形成“發(fā)夾”樣結(jié)構(gòu)，有調(diào)控意義?！鶪CTAGTTCACTCTGAACAATT→←CGATCAAGTGAGACTTGTTAA←DNA分子很大，最小的病毒DNA約含5000b。1965年Holley用片段重疊法完成酵母tRNAala76nt序列測定；1977年Sanger利用雙脫氧法（酶法）測定了φX174單鏈DNA5386b的全序列。1990年實施的人類基因組籌劃（HGP），用15年，投資30億美元，完成人類單倍體基因組DNA3×109bp全序列的測定。該籌劃由美、英、日、法、德、中六國科學(xué)家互助，于2003年提前完成，生命科學(xué)進(jìn)入后基因組時代，研究重點從測序轉(zhuǎn)向?qū)蚪M功效的研究。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋(doublehelix)1953年，Watson和Crick憑據(jù)Wilkins和Franklin拍攝的DNAX-射線照片（DNA有0.34nm和3.4nm兩個周期性變革）以及Chargaff等人對DNA的堿基組成的闡發(fā)（A=T，G=C，A+G=C+T），推測出DNA是由兩條相互纏繞的鏈形成。Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型如下圖：1．兩條反向平行的多核苷酸鏈形成右手螺旋。一條鏈為5＇→3＇，另一條為3＇→5＇。（某些病毒的DNA是單鏈分子ssDNA）2．堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)，A與T，G與C配對，A與T形成兩個氫鍵，G與C形成三個氫鍵。糖基-磷酸基骨架在外側(cè)。外貌有一條大溝和一小溝。3．螺距為3.4nm，含10個堿基對（bp），相鄰堿基對平面間的距離為0.34nm。螺旋直徑為2nm。氫鍵維持雙螺旋的橫向穩(wěn)定。堿基對平面險些垂直螺旋軸，堿基對平面間的疏水聚集力維持螺旋的縱向穩(wěn)定。4．堿基在一條鏈上的排列順序不受限制。遺傳信息由堿基序所攜帶。5．DNA構(gòu)象有多態(tài)性。Watson和Crick憑據(jù)Wilkins和Franklin拍攝的DNAX-射線照片是相對濕度92%的DNA鈉鹽所得的衍射圖，因此Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)稱B-DNA。細(xì)胞內(nèi)的DNA與它非常相似。另外另有A-DNA、C-DNA、D-DNA。1979年Rich發(fā)明Z-DNA（左手螺旋、螺距4.5nm、直徑1.8nm）三、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋進(jìn)一步盤曲所形成的空間構(gòu)象稱DNA的三級結(jié)構(gòu)。某些病毒、細(xì)菌、真核生物線粒體和葉綠體的DNA是環(huán)形雙螺旋，再次螺旋化形成超螺旋；在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的DNA是很長的線形雙螺旋，通過組裝形成非常致密的超等結(jié)構(gòu)。1．環(huán)形DNA可形成超螺旋當(dāng)將線性過旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個環(huán)時，都市自動形成分外的超螺旋來抵消過旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的是維持B構(gòu)象。過旋DNA會自動形成分外的左手螺旋（正超螺旋），而欠旋形成分外的右手螺旋（負(fù)超螺旋）。一段雙螺旋圈數(shù)為10的B-DNA連接成環(huán)形時，不產(chǎn)生進(jìn)一步扭曲，稱松弛環(huán)形DNA（雙螺旋的圈數(shù)=鏈繞數(shù)，即T=L，超螺旋數(shù)W=0；L=T+W），但將這一線形DNA的螺旋先擰松一圈再連接成環(huán)時，解鏈環(huán)形DNA存在的扭曲張力，可導(dǎo)致雙鏈環(huán)向右手偏向扭曲形成負(fù)超螺旋（T＝10，L=9，W=-1）。在生物體內(nèi)，絕大多數(shù)超螺旋DNA以負(fù)超螺旋的形式存在，也就是說，一旦超螺旋解開，則會形成解鏈環(huán)形DNA，有利于DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄。螺旋具有相同的結(jié)構(gòu)，但L值差別的分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶切斷一條鏈或兩條鏈，拓?fù)洚悩?gòu)體可以相互轉(zhuǎn)變。W的正體現(xiàn)雙鏈閉環(huán)的螺旋圈在增加，W的負(fù)體現(xiàn)淘汰。L和T的正負(fù)體現(xiàn)螺旋偏向，右手為正，左手螺旋為負(fù)；L值肯定是整數(shù)。2．真核細(xì)胞染色體真核細(xì)胞DNA是線形分子，與組卵白結(jié)合，其兩端牢固也形成超螺旋結(jié)構(gòu)。DNA被緊密地包裝成染色體來自三個水平的折疊：核小體、30nm纖絲和放射環(huán)。核小體是染色體的根本結(jié)構(gòu)單位，是DNA包裝的第一步，它由DNA結(jié)合到組卵白上形成復(fù)合物，在電鏡下顯示為成串的“念珠”狀。組卵白是富含精氨酸和賴氨酸的堿性卵白質(zhì)，其氨基酸序列在進(jìn)化中是高度守舊的。組卵白有5種，H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成的八聚體是核小體焦點顆粒，DNA纏繞其上，相鄰核小體間的DNA稱為連接DNA且結(jié)合H1。200bpDNA的長度約為68nm，被壓縮在10nm的核小體中。壓縮比約為7。30nm纖絲是第二級壓縮，每圈含6個核小體，壓縮比是6。30nm螺旋管再纏繞成超螺旋圓筒，壓縮比是40。再進(jìn)一步形成染色單體，總壓縮近一萬倍。典范人體細(xì)胞的DNA理論長度應(yīng)是180cm，被包裝在46個5μm的染色體中。RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA通常以單鏈形式存在，比DNA分子小得多，由數(shù)十個至數(shù)千個核苷酸組成。RNA鏈可以回折且通過A與U，G與C配對形成局部的雙螺旋，不能配對的堿基則形成環(huán)狀突起，這種短的雙螺旋區(qū)和環(huán)稱為發(fā)夾結(jié)構(gòu)一、轉(zhuǎn)運RNA（transferRNA，tRNA）1．分子量最小的RNA，約占總RNA的15%。主要功效是在卵白質(zhì)生物合成歷程中，起著轉(zhuǎn)運氨基酸的作用。2．1965年Holley等測定了酵母丙氨酸t(yī)RNA的一級結(jié)構(gòu)，并提出二級結(jié)構(gòu)模型。一級結(jié)構(gòu)特點：核苷酸殘基數(shù)在73~95；含有較多的稀有堿基（如mG、DHU等）；5＇-末端多為pG，3＇-末端都是-CCA。3．tRNA的二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”形，包羅4個螺旋區(qū)、3個環(huán)及一個附加叉。各部門的結(jié)構(gòu)都和它的功效有關(guān)。5＇端1~7位與近3＇端67~72位形成的雙螺旋區(qū)稱氨基酸臂，似“葉柄”，3＇端有配合的-CCA-OH結(jié)構(gòu)，用于連接該RNA轉(zhuǎn)運的氨基酸。3個環(huán)是二氫尿嘧啶環(huán)（D環(huán)）、反密碼子環(huán)、TΨC環(huán)。4．1973~1975年S.H.Kim的X射線衍射闡發(fā)表明，tRNA的三級結(jié)構(gòu)呈倒L字母形，反密碼環(huán)和氨基酸臂分別位于倒L的兩端。二、信使RNA（messengerRNA，mRNA）1．細(xì)胞內(nèi)含量較少的一類RNA，約占總RNA的3%。其功效是將核內(nèi)DNA的堿基順序（遺傳信息）按堿基互補(bǔ)原則轉(zhuǎn)錄至核糖體，指導(dǎo)卵白質(zhì)的合成。2．種類多，作為差別卵白質(zhì)合成的模板，其一級結(jié)構(gòu)差別很大。真核細(xì)胞的mRNA有差別于原核細(xì)胞的特點：3＇-末端有多聚A（polyA）尾，5＇-末端加有一個“帽”式結(jié)構(gòu),（m7Gppp）。3．代謝活潑，壽命較短。三、核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）1．約占細(xì)胞總RNA的80%。主要功效是與多種卵白質(zhì)組成核糖體，是卵白質(zhì)合成的場合。2．核糖體在結(jié)構(gòu)上可分散為巨細(xì)兩個亞基。原核細(xì)胞的rRNA有3種，23S與5SrRNA在大亞基，16S在小亞基。真核細(xì)胞有4種rRNA，其中大亞基含28S、5.8S、5S，小亞基只有18S。3.種種rRNA的一級結(jié)構(gòu)中的核苷酸殘基數(shù)及其順序都不相同，且有特定的二級結(jié)構(gòu)。核酸的性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)1．DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。2．具有大分子的一般特性。分子巨細(xì)可用Da、b或bp、S、鏈長（μm）體現(xiàn)。一個bp相當(dāng)?shù)暮塑账崞骄肿恿繛?60Da；1μm長的DNA雙螺旋相當(dāng)3000bp或2×106Da。3．兩性電解質(zhì)。種種核酸的巨細(xì)及所帶的電荷差別，可用電泳和離子互換法分散。RNA在室溫下易被稀堿水解，DNA較穩(wěn)定，此特性用來測定RNA的堿基組成和純化DNA。4．紫外吸收，最大吸收峰在260nm處，核酸的變性或降解，吸光度A升高，稱為增色效應(yīng)。核酸的分散純化第三章酶酶的觀點和作用一、酶的觀點酶是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物起高效催化作用的生物催化劑（biocatalyst）。已發(fā)明的有兩類：主要的一類是卵白質(zhì)酶（enzyme），生物體內(nèi)已發(fā)明4000多種，數(shù)百種酶得到結(jié)晶。美國科學(xué)家Cech于1981年在研究原生動物四膜蟲的RNA前體加工成熟時發(fā)明核酶“ribozyme”，為數(shù)不多，主要做用于核酸（1989年的諾貝爾化學(xué)獎）。二、酶的作用特點酶所催化的反響稱為酶促反響。在酶促反響中被催化的物質(zhì)稱為底物，反響的生成物稱為產(chǎn)物。酶所具有的催化能力稱為酶活性。酶作為生物催化劑，具有一般催化劑的共性，如在反響前后酶的質(zhì)和量穩(wěn)定；只催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反響，即自由能由高向低轉(zhuǎn)變的化學(xué)反響；不改變反響的平衡點。但是，酶是生物大分子，又具有與一般催化劑差別的特點。1．極高的催化效率酶的催化效率通常比非催化反響高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。例如，脲酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7×1012倍；碳酸酐酶每一酶分子每秒催化6×105CO2與水結(jié)合成H2CO3，比非酶促反響快107倍。2．高度的特異性酶對催化的底物有高度的選擇性，即一種酶只作用一種或一類化合物，催化一定的化學(xué)反響，并生成一定的產(chǎn)物，這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。有結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性兩種類型。結(jié)構(gòu)專一性又分絕對專一性和相對專一性。前者只催化一種底物，進(jìn)行一種化學(xué)反響。如脲酶僅催化尿素水解。后者可作用一類化合物或一種化學(xué)鍵。如酯酶可水解種種有機(jī)酸和醇形成的酯。在動物消化道中幾種卵白酶專一性差別，胰卵白酶只水解Arg或Lys羧基形成的肽鍵；胰凝乳卵白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸羧基形成的肽鍵。立體異構(gòu)專一性指酶對底物立體構(gòu)型的要求。例如乳酸脫氫酶催化L-乳酸脫氫為丙酮酸，對D-乳酸無作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，對D-氨基酸無作用。3．酶活性的可調(diào)治性酶促反響受多種因素的調(diào)控，通過改變酶的合成和降解速度可調(diào)治酶的含量；酶在胞液和亞細(xì)胞的斷絕漫衍組成酶的區(qū)域化調(diào)治；代謝物濃度或產(chǎn)物濃度的變革可以抑制或激活酶的活性；激素和神經(jīng)系統(tǒng)的信息，可通過對要害酶的變構(gòu)調(diào)治和共價修飾來影響整個酶促反響速度。所以酶是催化劑又是代謝調(diào)治元件，酶水平的調(diào)治是代謝調(diào)控的根本方法。4．酶的不穩(wěn)定性酶主要是卵白質(zhì)，凡能使卵白質(zhì)變性的理化因素均可影響酶活性，甚至使酶完全失活。酶催化作用一般需要比力溫和的條件（37℃三、酶的國際分類與命名（一）酶的分類憑據(jù)國際酶學(xué)委員會（InternationalEnzymeCommission，IEC）的劃定，憑據(jù)酶促反響的性質(zhì)，分為六大類：1．氧化還原酶（oxidoreductases）催化底物進(jìn)行氧化還原反響。如乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等。2．轉(zhuǎn)移酶（transferases）催化底物之間某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或互換。如甲基轉(zhuǎn)移酶、氨基轉(zhuǎn)移酶、磷酸化酶等。3．水解酶（hydrolases）催化底物產(chǎn)生水解反響。如淀粉酶、卵白酶、核酸酶、脂肪酶等。4．裂解酶（lyases）催化底物裂解或移去基團(tuán)（形成雙鍵的反響或其逆反響）。如碳酸酐酶、醛縮酶、檸檬酸合成酶等。5．異構(gòu)酶(isomerases)催化種種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化。如磷酸丙糖異構(gòu)酶、消旋酶等。6．合成酶(ligases)催化兩分子底物合成一分子化合物，同時偶聯(lián)有ATP的剖析釋能。如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-RNA連接酶等。（二）酶的命名1961年，國際酶學(xué)委員會(IEC)主要憑據(jù)酶催化反響的類型,把酶分為6大類，制定了系統(tǒng)命名法。劃定每一酶只有一個系統(tǒng)名稱，它標(biāo)明酶的所有底物與催化反響性質(zhì)，底物名稱之間以“：”離開，同時另有一個由4個數(shù)字組成的系統(tǒng)編號。如谷丙轉(zhuǎn)氨酶的系統(tǒng)名稱是丙氨酸：α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶（酶表中的統(tǒng)一編號是EC2.6.1.2）。乳酸脫氫酶的編號是EC1.1.1.27。酶的作用機(jī)制1酶的活性中心酶的活性部位酶的活性部位（activesite）是它結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，又稱活性中心。它是由在線性多肽鏈中可能相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三維小區(qū)（為裂縫或為凹陷）。酶活性部位的基團(tuán)屬必須基團(tuán)，有二種：一是結(jié)合基團(tuán)，其作用是與底物結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物；二是催化基團(tuán)，其作用是影響底物分子中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催化底物產(chǎn)生化學(xué)反響并促進(jìn)底物轉(zhuǎn)釀成產(chǎn)物，也有的必須基團(tuán)同時有這兩種功效。另有一些化學(xué)基團(tuán)位于酶的活性中心以外的部位，為維持酶活性中心的構(gòu)象所必須，稱為酶活性中心以外的必須基團(tuán)。組成酶活性中心的常見基團(tuán)有組氨酸的咪唑基、絲氨酸的羥基、半胱氨酸的巰基等。如絲氨酸卵白酶家屬的胰卵白酶、胰凝乳卵白酶和彈性卵白酶，都催化卵白質(zhì)的肽鍵使之水解，但底物的專一性由它們的底物-結(jié)合部位中氨基酸基團(tuán)的性質(zhì)所決定，與其作用的底物互補(bǔ)。像胰卵白酶，在它的底物-結(jié)合部位有帶負(fù)電荷的Asp殘基，可與底物側(cè)鏈上帶正電荷的Lys和Arg相互作用，切斷其羧基側(cè)；胰凝乳卵白酶在它的底物-結(jié)合部位有帶小側(cè)鏈的氨基酸殘基，如Gly和Ser，使底物龐大的芳香的和疏水氨基酸殘基得以進(jìn)入，切斷其羧基側(cè)；彈性卵白酶有相對大的Val和Thr不帶電荷的氨基酸側(cè)鏈，凸出在它的底物-結(jié)合部位，阻止了除Ala和Gly小側(cè)鏈以外的所有其他氨基酸。2酶的專一性和高效性機(jī)制影響酶促反響速度的主要因素底物濃度、酶濃度、溫度、pH、激活劑、抑制劑二、酶濃度對反響速度的影響當(dāng)研究某一因素對酶促反響速度的影響時，體系中的其他因素保持穩(wěn)定，而只變更所要研究的因素。當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)大于酶濃度時，酶促反響速度與酶濃度的變革成正比。三、底物濃度對酶反響速度的影響（一）米-曼氏方程式1913年，Michaelis和Menten憑據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出V與[S]的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程式。1925年Briggs和Haldane提出穩(wěn)態(tài)理論，對米氏方程做了一項重要的修正。底物濃度對酶促反響速度的影響呈雙曲線。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，V與[S]呈正比干系（一級反響）；隨著[S]的增高，V的增加逐步減慢（混淆級反響）；增到一定水平，V不再增加而是趨于穩(wěn)定（零級反響）。當(dāng)[S]＜＜Km時，v=Vmax[S]/Km，反響速度與底物濃度成正比；當(dāng)[S]＞＞Km時，v≌Vmax，反響速度到達(dá)最大速度，再增加[S]也不影響V。（二）Km的意義1．當(dāng)V/v=2時,Km=[S],Km是反響速率v即是最大速率V一半時的底物濃度，單位為摩爾/升（mol/L）。2．Km=K2+K3/K1，當(dāng)K2＞＞K3時，Km值可用來體現(xiàn)酶對底物的親和力。Km值越小，酶與底物的親和力越大；反之，則越小。3．Km是酶的特征性常數(shù)，它只與酶的結(jié)構(gòu)和酶所催化的底物有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。Km和Vmax可用圖解法憑據(jù)實驗數(shù)據(jù)測出。通過測定在差別底物濃度下的Vo，再用1/Vo對1/[S]的雙倒數(shù)作圖，又稱Lineweaver-BurK作圖法，即取米氏方程式倒數(shù)形式。四、pH對反響速度的影響每一種酶只能在一定限度的pH范疇內(nèi)才體現(xiàn)活力，酶體現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適pH。最適pH的微小偏離可使酶活性部位的基團(tuán)離子化產(chǎn)生變革而低落酶的活性，較大偏離時，維護(hù)酶三維結(jié)構(gòu)的許多非共價鍵受到滋擾，導(dǎo)致酶卵白的變性。酶的最適pH不是牢固的常數(shù)，受酶的純度、底物的種類和濃度、緩沖液的種類和濃度等的影響。一般酶的最適pH在4~8之間，植物和微生物體內(nèi)的酶最適pH多在4.5~6.5,而動物體內(nèi)的最適pH多在6.5~8，多在6.8左右。但也有例外，如胃卵白酶最適pH為1.9，胰卵白酶的最適pH為8.1,肝精氨酸酶的最適pH為9.0。Vo對pH的干系圖形是鐘形曲線。五、溫度對反響速度的影響溫度對Vo干系的圖形是一條曲線，它可清楚地體現(xiàn)出最適溫度。多數(shù)哺乳動物的酶最適溫度在37℃左右，植物體內(nèi)酶的最適溫度在50~60℃。也有些微生物的酶適應(yīng)在高溫或低溫下事情。溫度從兩方面影響酶促反響速率，是升高溫度提高六、激活劑對反響速度的影響凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑（activator）。必須激活劑常是金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+等,Mg2+是多種激酶和合成酶的必須激活劑；非必須激活劑是有機(jī)化合物和Cl-等，如膽汁酸鹽是胰脂肪酶，Cl-是唾液淀粉酶的非必須激活劑。七、抑制劑對反響速度的影響使酶活性下降而不導(dǎo)致酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制劑作用有可逆和不可逆抑制兩類。以可逆抑制最為重要。（一）不可逆抑制作用這類抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心上的必須基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活，一般不能用透析、超濾等物理要領(lǐng)去除。這類抑制作用可用某些藥物解毒，使酶規(guī)復(fù)生性。如農(nóng)藥敵百蟲、敵敵畏、1059等有機(jī)磷化合物能特異地與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基結(jié)合，使酶失活，導(dǎo)致乙酰膽堿不能水解而積蓄。迷走神經(jīng)興奮出現(xiàn)中毒狀態(tài)。解磷定（PAM）可解除有機(jī)磷化合物對羥基酶的抑制作用，顯然這類解毒藥物和有機(jī)磷農(nóng)藥結(jié)合的強(qiáng)度大于和酶結(jié)合。重金屬鹽引起的巰基酶中毒，可用絡(luò)合劑或參加其他過量的巰基化合物，如二巰基丙醇（BAL）來解毒。（二）可逆抑制作用這類抑制劑通常以非共價鍵與酶可逆性結(jié)合，使酶活性低落或失活，接納透析、超濾的要領(lǐng)可去除抑制劑，規(guī)復(fù)酶活性?？赡嬉种朴懈偁?、非競爭、反競爭3種類型，以競爭性抑制研究的最多。三種作用的配合點是因Km和Vmax值的變革導(dǎo)致酶促反響初速度下降。競爭性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物類似，且在酶的同一部位（活性中心）和酶結(jié)合，僅在加大底物濃度時才逐漸抵消，顯然Km值要增加，Vmax穩(wěn)定。非競爭性抑制劑不直接影響酶與底物的結(jié)合，酶同時和二者結(jié)合生成的中間產(chǎn)物是三元復(fù)合物，也無正常產(chǎn)物生成，所以Km穩(wěn)定，而Vmax減小。反競爭抑制劑促進(jìn)酶與底物的結(jié)合，形成的三元復(fù)合物也不能形成正常產(chǎn)物，所以Km變小，Vmax也變小。藥物是酶的抑制劑。競爭性抑制原理應(yīng)用典范是磺胺藥的研制?；前匪幒图?xì)菌合成葉酸所需的對氨基苯甲酸僅一個碳原子之別（釀成了S），使細(xì)菌的葉酸不能正常合成，導(dǎo)致細(xì)菌的核苷酸合成受阻而死亡。而人以攝入葉酸為主，故磺胺藥對人的核酸合成無影響。別構(gòu)酶變構(gòu)酶(allostericenzyme)變構(gòu)酶又稱別構(gòu)酶，是一類調(diào)治代謝反響的酶。一般是寡聚酶，酶分子有與底物結(jié)合的活性部位和與變構(gòu)劑非共價結(jié)合的調(diào)治部位，具有變構(gòu)效應(yīng)。引起變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為變構(gòu)效應(yīng)劑。低落酶活性的稱變構(gòu)抑制劑或負(fù)效應(yīng)物；反之，稱為變構(gòu)激活劑或正效應(yīng)物。變構(gòu)酶與血紅卵白一樣，存在著協(xié)同效應(yīng)。共價修飾酶同工酶同工酶（isozymes）具有差別的分子形式但卻催化相同的化學(xué)反響的一組酶稱為同工酶。1959年發(fā)明的第一個同工酶是乳酸脫氫酶（LDH），它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆轉(zhuǎn)化生成乳酸。它是一個寡聚酶，由兩種差別類型的亞基組成5種分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3、M4，它們的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和電泳行為差別，但催化同一反響，因為它們的活性部位在結(jié)構(gòu)上相同或非常相似。M亞基主要存在骨骼肌和肝臟，而H亞基主要在心肌。心肌梗死的情況可通過血液LDH同工酶的類型的檢測確定。酶的分散與提純除了接納分散純化卵白質(zhì)的一般要領(lǐng)，如鹽析、有機(jī)溶劑沉淀、吸附、凝膠過濾、超離心法外，還要注意防備強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和劇烈攪拌等，以制止酶活力的損失。胞內(nèi)酶和胞外酶的提取在處置懲罰要領(lǐng)上有所差別。胞內(nèi)酶需要先用搗碎、砂磨、凍融、或自溶等要領(lǐng)將細(xì)胞破壞，然后再用適當(dāng)?shù)姆稚⒓兓寄芴岢?。維生素和輔酶p186第五章糖代謝一生物體內(nèi)的糖類二單糖的剖析作用1.糖酵解（一）觀點和部位糖酵解(glycolysis)是無氧條件下，葡萄糖降解成丙酮酸并有ATP生成的歷程。它是生物細(xì)胞普遍存在的代謝途徑，涉及十個酶催化反響，均在胞液。（二）反響歷程和要害酶1.己糖激酶（hexokinase）催化葡萄糖生成G-6-P，消耗一分子ATP。己糖激酶（HK）漫衍較廣，而葡萄糖激酶（GK）只存在于肝臟，這是第一個要害酶催化的耗能的限速反響。若從糖原開始，由磷酸化酶和脫支酶催化生成G-1-P，再經(jīng)變位酶轉(zhuǎn)成G-6-P。2.G-6-P異構(gòu)酶催化G-6-P轉(zhuǎn)化為F-6-P。3.磷酸果糖激酶（PFK-Ⅰ）催化F-6-P磷酸化生成F-1，6-DP，消耗一分子ATP。這是第二個要害酶催化的最主要的耗能的限速反響。4.醛縮酶裂解F-1，6-DP為磷酸二羥丙酮和甘油醛-3-磷酸。平衡有利于逆反響偏向，但在生理條件下甘油醛-3-磷酸不停轉(zhuǎn)化成丙酮酸，驅(qū)動反響向裂解偏向進(jìn)行。5.丙糖磷酸異構(gòu)酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮的相互轉(zhuǎn)換。6.甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化甘油醛-3-磷酸氧化為1，3-二磷酸甘油酸。這是酵解中唯一的一步氧化反響，是由一個酶催化的脫氫和磷酸化兩個相關(guān)反響。反響中一分子NAD+被還原成NADH，同時在1，3-二磷酸甘油酸中形成一個高能酸酐鍵，為在下一步酵解反響中使ADP釀成ATP。7.磷酸甘油酸激酶催化1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸。反響（6）和反響（7）聯(lián)互助用，將一個醛氧化為一個羧酸的反響與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)。這種通過一高能化合物將磷?；D(zhuǎn)移ADP形成ATP的歷程稱為底物水平磷酸化。底物水平磷酸化不需氧，是酵解中形成ATP的機(jī)制。8.磷酸甘油酸變位酶催化3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為2-磷酸甘油酸9.烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（PFP）。PFP具有很高的磷?；D(zhuǎn)移潛能，其磷?；且砸环N不穩(wěn)定的烯醇式互變異構(gòu)形式存在的。10.丙酮酸激酶催化PFP生成丙酮酸和ATP。這是第三個要害酶催化的限速反響。也是第二次底物水平磷酸化反響。丙酮酸是酵解中第一個不再被磷酸化的化合物。其去路：在大多數(shù)情況下，可通過氧化脫羧形成乙酰輔酶A進(jìn)入檸檬酸循環(huán)；在某些情況條件（如肌肉劇烈收縮），乳酸脫氫酶可逆地將丙酮酸還原為乳酸；在酵母，厭氧條件下經(jīng)丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶催化，丙酮酸轉(zhuǎn)化成乙醇（酒精發(fā)酵）。葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2乳酸+2ATP+2H2O葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O（三）糖酵解能量的估算和生理意義在體外，1mol葡萄糖→2mol乳酸，ΔGO＇=－196kJ/mol1mol糖原→2mol乳酸，ΔGO＇=－183kJ/mol在機(jī)體內(nèi)，生成2molATP相當(dāng)捕捉2×30.514=61.028kJ/mol葡萄糖酵解獲能效率=2×30.514/196×100%=31%糖原酵解獲能效率=3×30.514/196×100%=49.7%糖酵解是生物界普遍存在的供能途徑，其生理意義是為機(jī)體在無氧或缺氧條件下（應(yīng)激狀態(tài)）提供能量滿足生理需要。例如，劇烈運動時，肌肉內(nèi)ATP大量消耗，糖酵解加快可迅速得到ATP；成熟的紅細(xì)胞沒有線粒體，完全靠糖酵解供能；神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓、視網(wǎng)膜細(xì)胞代謝極為活潑，不缺氧時亦由糖酵解提供部門能量。（四）糖酵解的調(diào)控糖酵解三個主要調(diào)控部位，分別是己糖激酶、果糖磷酸激酶（PFK）和丙酮酸激酶催化的反響。HK被G-6-P變構(gòu)抑制，這種抑制導(dǎo)致G-6-P的積聚，酵解作用削弱。但G-6-P可轉(zhuǎn)化為糖原及戊糖磷酸，因此HK不是最要害的限速酶。PFK被ATP變構(gòu)抑制，但這種抑制作用被AMP逆轉(zhuǎn)，這使糖酵解對細(xì)胞能量需要得以應(yīng)答。當(dāng)ATP供給短缺（和AMP富足）時，加快速度，生成更多的ATP，ATP足夠時就減慢速度。檸檬酸可增加ATP對酶的抑制作用；F-2，6-DP可消除ATP對酶的抑制效應(yīng)，使酶活化。PFK被H+抑制，可防備肌乳酸過量導(dǎo)致的血液酸中毒。丙酮酸激酶被F-1，6-DP活化，加快酵解。ATP、丙氨酸變構(gòu)抑制此酶。三、糖的有氧剖析三羧酸循環(huán)（一）觀點和部位葡萄糖的有氧剖析是從葡萄糖到丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)（TCA），徹底氧化生成CO2、H2O和釋放大量能量的歷程。是在細(xì)胞的胞液和線粒體兩個部位進(jìn)行的。（二）反響歷程和要害酶整個歷程可分為三個階段：第一階段是葡萄糖剖析為丙酮酸，在胞液進(jìn)行。與酵解反響歷程所差別的是3-磷酸甘油醛脫氫生成的NADH進(jìn)入線粒體氧化。第二階段是丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是由3種酶和5種幫助因子組成的多酶復(fù)合體，是要害酶。整個歷程中無游離的中間產(chǎn)物，是個不可逆的連續(xù)歷程。第三階段是檸檬酸循環(huán)（又稱三羧酸循環(huán)或Krebs循環(huán)，1937年提出，1953年獲諾貝爾獎）。此循環(huán)有8步酶促反響：1.檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸和CoASH。是第一個要害酶催化的限速反響。2.順烏頭酸酶催化檸檬酸異組成異檸檬酸。3.異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶的催化下生成草酰琥珀酸，再脫羧生成α-酮戊二酸。此步是第一次氧化脫羧，異檸檬酸脫氫酶是第二個要害酶。4.α-酮戊二酸由α-酮戊二酸脫氫酶系催化氧化脫羧生成琥珀酰CoA。此酶系由3種酶和5種幫助因子組成，是第三個要害酶催化的第二次氧化脫羧。5.琥珀酰CoA在琥珀酰硫激酶催化下生成琥珀酸。這是循環(huán)中惟一的一次底物水平磷酸化，GDP磷酸化形成GTP。6.琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下氧化為延胡索酸。這是第三步脫氫，生成FADH2。7.延胡索酸在延胡索酸酶作用下水化形成蘋果酸。8.蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下氧化為草酰乙酸。這是第四步脫氫，生成NADH+H+一次三羧酸循環(huán)歷程，可歸結(jié)為一次底物水平磷酸化，二次脫羧，三個要害酶促反響，四步脫氫氧化反響。每循環(huán)一次產(chǎn)生12分子ATP，總反響：乙酰CoA+2H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi→2CO2+3NADH+3H++FADH2+CoASH+ATP（三）能量的估算和生理意義在體外，1mol葡萄糖→CO2+H2O，ΔGO＇=－2840kJ/mol。體內(nèi)總反響：葡萄糖+6O2+36/38ADP+36/38Pi→6CO2+42/44H2O+36/38ATP第一階段生成6或8分子ATP，即1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸、2分子ATP、2分子NADH+H+（1分子NADH+H+在胞液轉(zhuǎn)運到線粒體氧化，經(jīng)差別的轉(zhuǎn)運方法，可生成2或3分子ATP）。第二階段是6ATP，即2分子丙酮酸氧化脫羧生成2分子乙酰CoA與2分子NADH+H+，后者經(jīng)電子通報鏈生成6ATP。第三階段是24ATP，即2分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)生成2×12=24ATP。葡萄糖有氧氧化的獲能效率=38×30.5/2840×100%=40%糖的有氧氧化生理意義：①為機(jī)體提供更多的能量，是機(jī)體利用糖和其他物質(zhì)氧化而得到能量的最有效方法。②三羧酸循環(huán)是糖、脂、卵白質(zhì)三大營養(yǎng)物質(zhì)最終代謝通路和轉(zhuǎn)化的樞紐。糖轉(zhuǎn)釀成脂是最重要的例子。③三羧酸循環(huán)在提供某些物質(zhì)生物合成的前體中起重要作用。（四）三羧酸循環(huán)的調(diào)控三羧酸循環(huán)在細(xì)胞代謝中占據(jù)中心位置，受到嚴(yán)密的調(diào)控。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的反響是進(jìn)入三羧酸循環(huán)的必經(jīng)之路，可通過變構(gòu)效應(yīng)和共價修飾兩種方法進(jìn)行快速調(diào)治，乙酰CoA及NADH+H+對酶有反饋抑制作用。三羧酸循環(huán)中3個不可逆反響是調(diào)治部位。要害酶的活性受ATP、檸檬酸、NADH的反饋抑制；異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶是主要的調(diào)治點，ADP是異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)激活劑。四、乙醛酸循環(huán)在植物和某些微生物存在異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶，勾通了三羧酸循環(huán)支路。該途徑可以利用乙酰CoA生成用于糖異生和其它生物合成途徑中的四碳中間產(chǎn)物。有些微生物具有乙酰CoA合成酶，能利用乙酸作為惟一碳源制作自己的機(jī)體。乙酸在輔酶A、ATP及該酶的到場下活化成乙酰CoA，而進(jìn)入乙醛酸循環(huán)。油料種子萌發(fā)時脂轉(zhuǎn)化為糖就是通過該途徑進(jìn)行的。五、戊糖磷酸途徑（一）觀點和部位葡萄糖經(jīng)G-6-P生成磷酸戊糖、NADPH及CO2的歷程。因從G-6-P開始，又稱己糖磷酸支路（HMS）。在胞液中進(jìn)行。實驗證明碘乙酸能抑制甘油醛-3-磷酸脫氫酶，使酵解和有氧氧化途徑均停止，但糖的剖析仍可進(jìn)行，在肝臟、脂肪、乳腺、腎上腺皮質(zhì)和骨髓等組織，該途徑是活潑的。（二）反響歷程1.氧化階段從G-6-P開始，經(jīng)過脫氫、脫羧反響生成5-磷酸核酮糖、2分子NADPH+H+及1分子CO2。G-6-P脫氫酶的活性決定G-6-P進(jìn)入代謝途徑的流量，為限速酶。NADPH/NADP+比例升高。反響受抑制；反之，被激活。2.非氧化階段磷酸戊糖分子經(jīng)過異構(gòu)化互變，3種戊糖（5-磷酸核酮糖、5-磷酸核糖、5-磷酸木酮糖）由轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶催化，產(chǎn)生3C、4C、5C、6C、7C糖的中間產(chǎn)物，最終生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，與糖酵解相連接?？偡错懯剑?G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+12NADPH+12H++6CO2+Pi（三）生理意義雖非生物體氧化供能的主要方法，確有兩個重要的功效。一是提供NADPH用于需要還原力的生物合成反響。二是提供5-磷酸核糖，用于核苷酸和核酸的生物合成。糖異生作用（一）觀點和部位非糖物質(zhì)(如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃臍v程稱為糖異生作用。這是體內(nèi)單糖生物合成的惟一途徑。肝臟是糖異生的主要器官，恒久饑餓時，腎臟的糖異生作用增強(qiáng)。糖異生中許多反響是糖酵解的逆向歷程，在胞液和線粒體內(nèi)產(chǎn)生。（二）反響歷程糖異生并非是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化的三個高放能反響不可逆，組成“能障”，需要消耗能量走另外途徑，或由其它的酶催化來克服不可逆反響帶來的“能障”。1.丙酮酸羧化支路：丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧基化生成草酰乙酸，再經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化脫羧基和磷酸化形成磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸羧化酶僅存在線粒體中，胞液中的丙酮酸必須進(jìn)入線粒體，才氣羧化為草酰乙酸，此步消耗1分子ATP，草酰乙酸不能直接透過線粒體膜，轉(zhuǎn)化成蘋果酸或天冬氨酸才轉(zhuǎn)運回胞液。PEP羧激酶在線粒體和胞液都有，此步消耗1分子GTP。PEP經(jīng)一系列酶催化生成F-1，6-BP，其反響需用1分子ATP和1分子NADH。2.果糖二磷酸酶催化F-1，6-BP水解為F-6-P。3.G-6-P酶催化G-6-P水解為葡萄糖?？偡错懯剑?丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++6H2O→葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+糖異生即是用了4分子ATP克服由2分子丙酮酸形成2分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障，用了2分子ATP進(jìn)行磷酸甘油激酶催化反響的可逆反響。這比酵解凈生成的ATP多用了4分子ATP。（三）糖異生的調(diào)控和生理意義糖異生的前體，例如乳酸是由乳酸脫氫酶催化轉(zhuǎn)化為丙酮酸進(jìn)入糖異生途徑的，甘油先轉(zhuǎn)釀成α-磷酸甘油再轉(zhuǎn)化成磷酸二羥丙酮進(jìn)入。ATP/AMP的變革是影響糖異生要害酶活性的重要因素。當(dāng)AMP的水平高時，表明要合成更多的ATP，AMP引發(fā)PFK，增加糖酵解的速率和抑制果糖1，6-二磷酸酶，封閉糖異生作用；反之，當(dāng)ATP和檸檬酸水平高時，PFK受抑制，低落酵解的速率，以及檸檬酸引發(fā)果糖1，6-二磷酸酶，增加糖異生的速率。糖異生的意義：1.增補(bǔ)血糖，可保持其濃度的相對恒定。在饑餓或劇烈運動時對保持血糖水平是重要的，在腦和紅細(xì)胞，險些完全依靠血糖作為能量的來源。2.接納乳酸能量，防備乳酸中毒。劇烈運動時，肌糖原酵解產(chǎn)生大量乳酸，部門由尿排出，但大部門經(jīng)血液運到肝臟，通過糖異生作用合成肝糖原和葡萄糖，以增補(bǔ)血糖，再被肌肉利用，形成乳酸循環(huán)。所以糖異生途徑對乳酸的再利用、肝糖原的更新、增補(bǔ)肌肉消耗的糖及防備乳酸中毒都有一定的意義。生物氧化生物氧化的觀點、1.觀點：有機(jī)物質(zhì)在生物體細(xì)胞內(nèi)氧化剖析產(chǎn)生二氧化碳、水，并釋放出大量能量的歷程稱為生物氧化（biologicaloxidation）。又稱細(xì)胞呼吸或組織呼吸。呼吸鏈的組成組成呼吸鏈的身分已發(fā)明20余種，分為5大類。1．輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ輔酶Ⅰ（NAD+或CoⅠ）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。輔酶Ⅱ（NADP+或CoⅡ）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它們是不需氧脫氫酶的輔酶，分子中的煙酰胺部門，即維生素PP能可逆地加氫還原或脫氫氧化，是遞氫體。以NAD+作為輔酶的脫氫酶占多數(shù)。2．黃素酶黃素酶的種類許多，輔基有2種，即FMN和FAD。FMN是NADH脫氫酶的輔基，F(xiàn)AD是琥珀酸脫氫酶的輔基，都是以核黃素為中心組成的，其異咯嗪環(huán)上的第1位及第5位兩個氮原子能可逆地進(jìn)行加氫和脫氫反響，為遞氫體。3.鐵硫卵白分子中含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫，因而常簡寫為FeS形式。在線粒體內(nèi)膜上，常與其他遞氫體或遞電子體組成復(fù)合物，復(fù)合物中的鐵硫卵白是通報電子的反響中心，亦稱鐵硫中心，與卵白質(zhì)的結(jié)合是通過Fe與4個半胱氨酸的S相連接。4.泛醌（又名輔酶Q）一類遍及漫衍于生物界的脂溶性醌類化合物。分子中的苯醌為擔(dān)當(dāng)和通報氫的焦點，其C-6上帶有異戊二烯為單位組成的側(cè)鏈，在哺乳動物，這個長鏈為10個單位，故常以Q10體現(xiàn)。5.細(xì)胞色素類細(xì)胞色素（cytochrome,Cyt）是一類以鐵卟啉為輔基的結(jié)合卵白質(zhì)，存在于生物細(xì)胞內(nèi)，因有顏色而得名。已發(fā)明的有30多種，按吸收光譜分a、b、c三類，每類又有許多多少種。Cyta和a3結(jié)合緊，迄今尚未離開，故寫成aa3，位于呼吸鏈的終末部位，其輔基為血紅素A，通報電子的機(jī)制是以輔基中鐵價的變革Fe3+→Fe2+，a3還含有銅離子，把電子直接交給分子氧Cu+→Cu2+，所以a3又稱細(xì)胞色素氧化酶。a3中的鐵原子可以與氧結(jié)合，也可以與氰化物離子（CN—）、CO等結(jié)合，這種結(jié)合一旦產(chǎn)生，a3便失去使氧還原的能力，電子通報中止，呼吸鏈阻斷，導(dǎo)致機(jī)體不能利用氧而窒息死亡。2．電子通報的抑制劑(三)氧化磷酸化1．氧化磷酸化的類型2．氧化磷酸化的機(jī)制3．線粒體穿梭系統(tǒng)氧化磷酸化的類型1.觀點：氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）是指在生物氧化中陪同著ATP生成的作用。有代謝物連接的磷酸化和呼吸鏈連接的磷酸化兩種類型。即ATP生成方法有兩種。一種是代謝物脫氫后，分子內(nèi)部能量重新漫衍，使無機(jī)磷酸酯化先形成一個高能中間代謝物，促使ADP釀成ATP。這稱為底物水平磷酸化。如3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸，再降解為3-磷酸甘油酸。另一種是在呼吸鏈電子通報歷程中偶聯(lián)ATP的生成。生物體內(nèi)95%的ATP來自這種方法。2．氧化磷酸化的機(jī)制三、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（一）化學(xué)滲透假說（chemiosmotichypothesis）1961年，英國粹者PeterMitchell提出化學(xué)滲透假說（1978年獲諾貝爾化學(xué)獎），說明了電子通報釋出的能量用于形成一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度（H+梯度），這種梯度驅(qū)動ATP的合成。這一歷程歸納綜合如下：1.NADH的氧化，其電子沿呼吸鏈的通報，造成H+被3個H+泵，即NADH脫氫酶、細(xì)胞色素bc1復(fù)合體和細(xì)胞色素氧化酶從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜泵入膜間隙。2.H+泵出，在膜間隙產(chǎn)生一高的H+濃度，這不但使膜外側(cè)的pH較內(nèi)側(cè)低（形成pH梯度），并且使原有的外正內(nèi)負(fù)的跨膜電位增高，由此形成的電化學(xué)質(zhì)子梯度成為質(zhì)子動力，是H+的化學(xué)梯度和膜電勢的總和。3.H+通過ATP合酶流回到線粒體基質(zhì)，質(zhì)子動力驅(qū)動ATP合酶合成ATP。（二）ATP合酶ATP合酶由兩部門組成（Fo-F1），球狀的頭部F1突向基質(zhì)液，水溶性。亞單位Fo埋在內(nèi)膜的底部，是疏水性卵白，組成H+通道。在生理條件下，H+只能從膜外側(cè)流向基質(zhì)，通道的開關(guān)受柄部某種卵白質(zhì)的調(diào)治。四、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑能阻斷呼吸鏈某一部位電子通報的物質(zhì)稱為呼吸鏈抑制劑。魚藤酮、安密妥在NADH脫氫酶處抑制電子通報，阻斷NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能進(jìn)行?？姑顾谹抑制電子在細(xì)胞色素bc1復(fù)合體處的通報。氰化物、CO、疊氮化物（N3-）抑制細(xì)胞色素氧化酶。對電子通報及ADP磷酸化均有抑制作用的物質(zhì)稱氧化磷酸化抑制劑，如寡霉素。（二）解偶聯(lián)劑2，4-二硝基苯酚（DNP）和頡氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶聯(lián)歷程，使電子通報照常進(jìn)行而不生成ATP。DNP的作用機(jī)制是作為H+的載體將其運回線粒體內(nèi)部，破壞質(zhì)子梯度的形成。由電子通報產(chǎn)生的能量以熱被釋出。（三）ADP的調(diào)治作用正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的調(diào)治，只有ADP被磷酸化形成ATP，電子才通過呼吸鏈流向氧。如果提供ADP，隨著ADP的濃度下降，電子通報進(jìn)行，ATP在合成，但電子通報隨ADP濃度的下降而減緩。此歷程稱為呼吸控制，這包管電子流只在需要ATP合成時產(chǎn)生。3．線粒體穿梭系統(tǒng)（一）α-磷酸甘油穿梭作用這種作用主要存在于腦、骨骼肌中，載體是α-磷酸甘油。胞液中的NADH在α-磷酸甘油脫氫酶的催化下，使磷酸二羥丙酮還原為α-磷酸甘油，后者通過線粒體內(nèi)膜，并被內(nèi)膜上的α-磷酸甘油脫氫酶（以FAD為輔基）催化重新生成磷酸二羥丙酮和FADH2，后者進(jìn)入琥珀酸氧化呼吸鏈。葡萄糖在這些組織中徹底氧化生成的ATP比其他組織要少，1摩爾G→36摩爾ATP。（二）蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用主要存在肝和心肌中。1摩爾G→38摩爾ATP胞液中的NADH在蘋果酸脫氫酶催化下，使草酰乙酸還原成蘋果酸，后者借助內(nèi)膜上的α-酮戊二酸載體進(jìn)入線粒體，又在線粒體內(nèi)蘋果酸脫氫酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH進(jìn)入NADH氧化呼吸鏈，生成3分子ATP。草酰乙酸經(jīng)谷草轉(zhuǎn)氨酶催化生整天冬氨酸，后者再經(jīng)酸性氨基酸載體轉(zhuǎn)運出線粒體轉(zhuǎn)釀成草酰乙酸。七、脂類代謝(一)生物體內(nèi)的脂類(二)脂肪的剖析代謝1．脂肪的酶促水解2．甘油的降解和轉(zhuǎn)化3．脂肪酸的β一氧化剖析(三)脂肪的生物合成1．甘油的生物合成一、3-磷酸甘油的生成糖剖析代謝產(chǎn)生的磷酸二羥丙酮經(jīng)脫氫酶催化還原生成3-磷酸甘油是最主要的來源；脂肪剖析產(chǎn)生的甘油主要用于糖異生，很少一部門經(jīng)脂肪組織外的甘油激酶催化與ATP作用生成3-磷酸甘油2．飽和脂肪酸的重新合成合成脂肪酸的酶系主要在胞漿，而糖代謝提供的乙酰CoA原料又在線粒體生成，所以乙酰CoA需通過轉(zhuǎn)運。合成脂肪酸的歷程差別于β-氧化的逆歷程，是由7種酶卵白和?；d體卵白（ACP）組成的多酶復(fù)合體完成，合成的產(chǎn)物是軟脂酸。碳鏈延長是在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的2個差別的酶系催化下進(jìn)行的。（一）軟脂酸的生物合成1.乙酰CoA轉(zhuǎn)運至胞漿（檸檬酸-丙酮酸循環(huán)）。乙酰CoA與草酰乙酸在線粒體先縮合生成檸檬酸，經(jīng)內(nèi)膜上的載體轉(zhuǎn)運入胞漿，在ATP-檸檬酸裂解酶作用下生成乙酰CoA與草酰乙酸，前者到場脂肪酸的合成，后者可經(jīng)蘋果酸脫氫酶和蘋果酸酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩龠M(jìn)入線粒體，也可在載體作用下，經(jīng)蘋果酸直接進(jìn)入線粒體，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜帷?.乙酰CoA羧化生成丙二酸單酰CoA乙酰CoA羧化酶催化，ATP、生物素、Mg2+到場，總反響：乙酰CoA+ATP+HCO3－——→丙二酸單酰CoA+ADP+PiATP提供能量，生物素起轉(zhuǎn)移羧基的作用，乙酰CoA羧化酶是FA合成的限速酶（變構(gòu)酶），變構(gòu)劑檸檬酸與其變構(gòu)部位結(jié)合可激活此酶的活性。3.乙?；捅釂熙；霓D(zhuǎn)移（負(fù)載）脂肪酸合成的?；d體不是CoA，而是?；d體卵白。在乙酰CoA-ACP轉(zhuǎn)?；负捅釂熙oA-ACP轉(zhuǎn)?；傅拇呋?，乙?；捅釂熙；晦D(zhuǎn)移至ACP上，生成乙酰-ACP和丙二酸單酰-ACP。4.脂肪酸合成酶系催化進(jìn)行縮合、還原、脫水、還原反響。（1）酮?；?ACP合成酶擔(dān)當(dāng)乙酰-ACP的乙?；?，釋放HS-ACP，并催化乙?；D(zhuǎn)移到丙二酸單酰-ACP上生成乙酰乙酰-ACP。（2）乙酰乙酰-ACP中的β-酮基轉(zhuǎn)換為醇，生成β-羥丁酰-ACP。反響由酮?；?ACP還原酶催化，NADPH為酶的輔酶。（3）β-羥丁酰-ACP經(jīng)脫水酶催化生成帶雙鍵的反式丁烯酰-ACP。（4）反式丁烯酰-ACP還原為四碳的丁酰-ACP。反響是由烯脂酰-ACP還原酶催化，NADPH為酶的輔酶。如此每循環(huán)一次，有一個新的丙二酸單酰CoA到場合成（孝敬二碳單位），7次循環(huán)，生成16C的軟脂酰-ACP，經(jīng)硫解酶水解生成軟脂酸和HS-ACP。3．三酰甘油的生物合成細(xì)胞內(nèi)的FFA的含量并不多，大多數(shù)是以酯化形式三脂酰甘油和磷脂存在。脂肪合成的前體是甘油-3-磷酸和脂酰CoA。?；D(zhuǎn)移酶催化1分子甘油-3-磷酸和2分子脂酰CoA生成磷脂酸，經(jīng)磷脂酸磷酸酶水解去磷酸生成二脂酰甘油，再由?；D(zhuǎn)移酶催化結(jié)合1分子脂酰CoA生成三脂酰甘油。(四)甘油磷脂代謝、甘油磷脂的合成在生理pH下，磷脂酰膽堿與磷脂酰乙醇胺所帶的凈電荷為零，屬于中性磷脂，而磷脂酰肌醇與磷脂酰絲氨酸帶有負(fù)的凈電荷屬于酸性磷脂。磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺和三脂酰甘油是通過一個共有途徑合成的。先由甘油-3-磷酸作為?；错懙墓羌芘c提供?；闹oA反響生成磷脂酸，脫磷酸后成二脂酰甘油（DG）。DG直接?；纬蒚G或與CDP-膽堿或CDP-乙醇胺反響生成磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺。DG是合成的重要中間物。CDP-膽堿與CDP-乙醇胺是膽堿與乙醇胺在激酶的催化下先生成磷酸膽堿和磷酸乙醇胺，再在轉(zhuǎn)移酶作用下，與CTP反響生成。磷脂酰乙醇胺可擔(dān)當(dāng)S-腺苷蛋氨酸提供的-CH3而轉(zhuǎn)化成磷脂酰膽堿。磷脂酸是兩個酸性磷脂合成的直接前體。磷脂酸與CTP反響生成CDP-二脂酰甘油。在E.coli，CDP-二脂酰甘油與絲氨酸結(jié)合生成磷脂酰絲氨酸；在原核生物和真核生物中，與肌醇結(jié)合形成磷脂酰肌醇，或與1分子磷脂酰甘油結(jié)合生成心磷脂，心磷脂是心肌線粒體內(nèi)膜的主要磷脂。在哺乳動物中，磷脂酰絲氨酸是在堿基互換酶的作用下形成的。該酶催化絲氨酸取代磷脂酰乙醇胺中的乙醇胺，反響是可逆的。(五)固醇的生物合成機(jī)體所需膽固醇主要通過自身合成，僅從食物（內(nèi)臟、蛋黃、肉類等）攝取少量。合成的根本歷程合成歷程龐大，有近30步酶促反響，大抵分為三個階段：乙?；–2）→異戊二烯（C5）→鯊烯（C30）→膽固醇（C27）八、氨基酸和核苷酸的代謝(一)氨基酸的代謝1．氨基酸的剖析代謝氨基酸的一般代謝氨基酸的一般代謝是指種種氨基酸配合的剖析代謝途徑。開始于脫氨作用；氨與天冬氨酸的N原子結(jié)合，形成尿素并被排放；氨基酸的碳骨架（脫氨基產(chǎn)生的α-酮酸）轉(zhuǎn)化為一般的代謝中間物。一、脫氨基作用氨基酸脫氨有氧化脫氨和非氧化脫氨兩種方法，氧化脫氨又和轉(zhuǎn)氨作用組成聯(lián)合脫氨基作用。非氧化脫氨主要在微生物體內(nèi)進(jìn)行。1.氧化脫氨基作用氧化脫氨是酶催化下陪同有脫氫的脫氨，α-氨基酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮酸。主要的酶有L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脫氫酶。前二類是黃素卵白酶，輔基為FMN和或FAD，在動物體內(nèi)作用都不大，所形成的FMNH2或FADH2被氧分子氧化，產(chǎn)生毒性的過氧化氫，可由過氧化氫酶剖析為水和氧。L-谷氨酸脫氫酶遍及漫衍于動物、植物和微生物，輔酶為NAD+或NADP+。L-谷氨酸脫氫酶活性高，專一性強(qiáng)，只催化L-谷氨酸氧化脫氨生成α-酮戊二酸、NH3、NADH或NADPH，反響是可逆的。此酶是一種變構(gòu)酶，ATP、GTP和NADH是變構(gòu)抑制劑，而ADP、GDP是變構(gòu)激活劑。味精生產(chǎn)即利用微生物體內(nèi)的L-谷氨酸脫氫酶將α-酮戊二酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼?，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為谷氨酸鈉。2.轉(zhuǎn)氨基作用一種α-氨基酸的氨基在轉(zhuǎn)氨酶催化下轉(zhuǎn)移到α-酮酸上，生成相應(yīng)的α-酮酸和另一α-氨基酸，反響是可逆的。轉(zhuǎn)氨作用相同了糖與卵白質(zhì)的代謝。大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶以α-酮戊二酸作為氨基的受體，這樣許多氨基酸的氨基通過轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)化為谷氨酸，再經(jīng)L-谷氨酸脫氫酶的催化使氨