生化筆記(4、5、6章)

1、第四章 糖類定義：糖類是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱。糖的分類 單糖：不能水解的最簡單糖類，是多羥基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）糖類化合物 寡糖：由210個分子單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖多糖: 由多分子單糖或其衍生物所組成，水解后產(chǎn)生原來的單糖或其衍生物。 同多糖多糖 雜多糖 糖復合物糖類的生物學作用: 作為生物體內(nèi)的主要能源物質(zhì) 作為生物體的結構成分作為其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前體 作為細胞識別的信息分子4.1 單 糖4.1.1單糖的構型 單糖有D-及L-兩種異構體。凡在理論上可由D-甘油醛衍生出來的單糖皆為D-型糖。 單糖具有旋光性1. 根據(jù)離羰基最遠

2、的不對稱C原子的-OH位置： -OH 在左：L； -OH 在右：D 天然單糖大多數(shù)是 D-型糖。2. 旋光性： 右旋：+； 左旋：。4.1.2 單糖的結構 開鏈形式葡萄糖的結構 吡喃糖 半縮醛 呋喃糖 環(huán)式結構 證明了鏈式結構后，發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些理化性質(zhì)與醛不同。 實驗證明僅能生成半縮醛。 過長氧橋不合理，W.N.Haworth 提出透視式表達糖的環(huán)式結構。 變旋現(xiàn)象（因糖分子結構互變而產(chǎn)生）4.1.3 構 象 葡萄糖的構象: a.船式 b.椅式4.2 單糖的性質(zhì). 形成糖酯 形成糖苷 氧化作用 還原成糖醇 與苯肼形成糖脎4.2.1 形成糖酯: 葡萄糖內(nèi)酯4.2.2 半縮醛羥基與醇、酚羥基脫水

3、成苷1）性質(zhì)穩(wěn)定，不氧化、不變旋、不成脎 2）功能各異： 毛地黃苷、強心苷：有強心功能; 皂苷：溶血功能。4.2.3 氧化作用 羰基氧化：形成醛酸； 伯醇基氧化：形成糖醛酸。 斐林（Fehling）試劑定量分析 班乃德（Benedict）試劑定量分析 還原糖4.2.4 還原作用4.2.5 游離羰基與3分子苯肼成糖脎作用 苯肼 苯肼 苯肼 葡萄糖 苯腙 葡糖酮苯腙 葡糖脎 4.3 重要單糖及其衍生物4.3.1 糖醇性質(zhì)穩(wěn)定、甜。如： 甘露醇：降壓、藥物、藥物輔料。 山梨醇：氧化形成葡、果、山梨糖；VitC的原料 肌醇：對糖脂代謝有調(diào)節(jié)作用、B族Vit、從玉米淀粉或微生物發(fā)酵制取。4.3.2 糖醛

4、酸單糖伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸:肝臟解毒劑;半乳糖醛酸:存在果膠中。4.3.3 糖胺 糖分子中的一個羥基被氨基取代。如：D-氨基葡萄糖（幾丁質(zhì)）半乳糖胺（軟骨素）4.4 寡 糖（oligosaccharide）從單糖單位的種類和糖苷鍵的類型了解一下面幾個簡單寡糖的結構式。蔗糖 纖維二糖 海藻糖 麥芽糖 異麥芽糖 乳糖#糖苷鍵在多數(shù)情況下只涉及一個單糖的異頭碳，另一個單糖的異頭碳是游離的。這樣，分子的兩個末端可以根據(jù)化學反應性的不同而區(qū)分開來，例如乳糖中葡萄糖殘基有一個游離的異頭碳，并因此具有一個潛在的游離醛基，能被Fehling溶液氧化，但半乳糖殘基則不能。乳糖是一種還原糖，葡萄糖殘基處于還

5、原端，另一端稱非還原端。在蔗糖中任一殘基都不具有潛在的游離醛基，因此蔗糖是一種非還原糖。兩個單糖殘基之間的連接可以有多種方式，但最常見的有1 1（如海藻糖中）、l 2（如蔗糖中）、1 4（如纖維二糖中）和1 6（如龍膽二糖中）；1 3和1 5較少見。注意所有的二糖至少有一個單糖的異頭碳參與成鍵。常見的二糖、三糖 蔗糖 麥芽糖 乳糖 纖維二糖 棉子糖蔗糖：常用食糖，甜度大，易結晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中豐富。分子式C12H22O11，不能還原Fehling試劑（無還原性），不能成脎（無異頭物形式），不變旋，由一分子a-D-Glc和一分子b-D-Fru組成，既是葡萄糖苷，又是果糖苷，結構為：a-D

6、-Glc基b-D-Fru。蔗糖水解反應中伴隨有從+到-的旋光符號的變化，這種水解稱為（+）蔗糖的轉(zhuǎn)化，所以稱蔗糖水解產(chǎn)物為轉(zhuǎn)化糖。麥芽糖：又稱飴糖，分子式：C12H22O11，有變旋（存在a、b形式），能還原Fehling試劑（具還原性），與苯肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一個半縮醛羥基），被溴水氧化為一元羧酸（一個半縮醛羥基），稀酸、麥芽糖酶水解，產(chǎn)物為D-(+)-Glc乳糖：存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中，分子式C12H22O11，還原糖，能成一個脎，脎水解產(chǎn)物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎，有變旋（有a、b形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解b連接糖苷鍵）水解得到D

7、(+)-Glc及Gal，乳糖酶缺乏，小腸乳糖升高引起滲透性腹瀉，腸道細菌使乳糖發(fā)酵產(chǎn)生大量氣體。纖維二塘：纖維素的結構單位，分子式C12H22O11，還原糖，能成脎，有變旋，水解為2分子b-D-（+）-葡萄糖，可為苦杏仁酶水解（b連接），結構為4-O-（b-吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖。 棉子糖(raffinose)：分子式C18H32O16，許多植物中存在，棉籽與桉樹分泌物中尤多。at=105.2，不能還原Fehling試劑，與酸共熱水解生成Glc、Fru及Gal。 4.5 多 糖（polysaccharide）4.5.1 多糖的概念1）概念：由多個單糖以糖苷鍵相連而成的高分子聚合物。2）

8、方向：左：非還原端；右：還原端。 4.5.2 多糖的性質(zhì)一般不溶于水，溶于水可形成膠體溶液; 無甜味;無還原性; 有旋光性，但無變旋現(xiàn)象。4.5.3 多糖的結構 一級結構： 單糖的組成； 糖苷鍵的類型； 單糖的排列順序而異。 二級結構:取決于一級結構，指其分子骨架4.5.4 多糖的種類1) 同多糖（homoglycan） 由一種單糖縮合而成。2) 雜多糖（heterglycan） 由不同類型單糖縮合而成。4.5.5 主要功能 1)作為動植物結構的骨架物質(zhì)；2)作為儲存物質(zhì)；3)機體的防御功能；4)抗凝作用。4.6 生物學上重要的多糖4.6.1淀粉 有兩種分子組成 1）直鏈淀粉：葡萄糖分子以（1

9、4）糖苷鍵縮合而成的多糖鏈。（直鏈淀粉的二級結構呈螺旋形） 2）支鏈淀粉：分子中除有（14）糖苷鍵 外，還在分支點處有（16 ）糖苷鍵。每一分支有20-30個葡萄糖基，各分支卷曲成螺旋。 淀粉的降解：在酸或淀粉酶作用下被降解，終產(chǎn)物為葡萄糖： 淀粉 藍紫色 紅色糊精 紅色遇碘呈 無色糊精 不顯色 麥芽糖 不顯色葡萄糖4.6.2 糖原 -D-葡萄糖多聚物 結構：同支鏈淀粉；區(qū)別在于分支頻率及分子量為其二倍。 分布：主要存在于動物肝、肌肉中。 特點：遇碘呈紅色。功能：同淀粉，亦稱動物淀粉。其合成與分解取決于血糖水平。4.6.3 纖維素1）纖維中纖維素分子以氫鍵構成微晶束2）性質(zhì)： 具親水性； 游離

10、-OH中的H可被其它基團取代，構成各種高分子化合物： 羧甲基纖維素、DEAE-纖維素等層析載體。 纖維素酶解成葡萄糖4.6.4 幾丁質(zhì)(Chitin) （基本單位是乙酰氨基葡萄糖） 具親水性； 游離-OH中的H可被其它基團取代，構成各種高分子化合物：羧甲基纖維素、DEAE-纖維素等層析載體。 纖維素酶解成葡萄糖。4.6.5 右旋糖苷人工合成的葡聚糖 結構：主鏈：- 1,6糖苷鍵； 支鏈： - 1,3和- 1,4糖苷鍵 功能：降低血粘度、抗血栓、改善微循 環(huán)、利尿 4.6.6 糖胺聚糖 1) 透明質(zhì)酸葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖以-1,3和-1,4糖苷鍵交替連接而成。 在皮膚、眼玻璃體、臍帶等

11、組織及卵子表面，起保護作用。 2)硫酸軟骨素 由N-乙酰半乳糖胺硫酸酯與葡糖醛酸組成。是軟骨、腱和骨的主要結構成分。3)肝素由2-硫酸艾杜糖醛酸與二硫酸氨基葡糖以-（14）和-（14）糖苷鍵交替連接而成。 抗血凝劑。其它多糖：香菇多糖：-1,3葡聚糖，對肉瘤有抑制 茯苓多糖：-1,3葡聚糖，對肉瘤有抑制 4.7 糖復合物（糖與非糖物質(zhì)結合而成）4.7.1 糖與蛋白質(zhì)的復合物 種類：糖 蛋 白：主要性質(zhì)接近蛋白質(zhì)； 蛋白多糖：性質(zhì)以多糖為主。糖類與蛋白質(zhì)的連接方式： N-糖苷鍵：Asn的氨基與糖半縮醛-OH間形成； O-糖苷鍵：Thr、Ser等的-OH與糖半縮醛-OH間形成。糖蛋白： 種類多：酶

12、、激素、血漿糖蛋白、補體、粘液物質(zhì)及膜蛋白。 特 點：高粘度。 功能多：潤滑作用、保護作用、肽鏈加工、運輸作用、分子識別、臨床鑒定。血漿糖蛋白： 除清蛋白外，余均含糖。 糖的種類：唾液酸、葡糖胺、半乳糖、甘露糖為多；少數(shù)是半乳糖胺、巖藻糖。 功能：運輸功能、參與凝血酶原和纖維蛋白原。 病理：降低：肝實質(zhì)性障礙；升高：膽汁性肝硬變和肝癌。蛋白聚糖： 組成：糖胺聚糖與核心蛋白以共價鍵連接而成。 功能各異：結締組織的組分；抗凝血作用；保護作用等。 4.7.2 糖脂類 脂類與糖的縮合物。 種類：腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂等脂多糖 功能：主要在細胞膜表面，是細胞識別的分子基礎。 第五章 脂類和生物膜Lipids

13、 and Biomembranes基本定義脂類：指脂肪、類脂及其衍生物的總稱。是一類一般不溶于水而溶于脂溶性溶劑的化合物。 脂類的化學成分及結構差異極大，脂類定義的特點就是脂溶性（fat-soluble）。因此，多數(shù)脂類都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有機溶劑，而不溶于水。一般由醇和脂肪酸組成。醇包括甘油、鞘胺醇、高級醇、固醇等。脂類的功能a.脂肪和油是很多生物主要的能量貯存形式；b.磷脂及固醇組成了生物膜結構約一半的分； c.脂類有防止機械損傷及防止熱量散發(fā)的保護作用；d.與細胞識別、種特異性、組織免疫等密切相關；e.有些脂類雖然數(shù)量相對較低，但在酶的輔助因子、電子載體、光吸收色素、疏水穩(wěn)定體

14、、乳化劑、激素及細胞間信息等方面都起著關鍵作用。 5.1 三酰甘油 1分子甘油和3分子脂肪酸結合成的酯，亦稱脂肪。 二酰甘油； 單酰甘油。 1)按脂肪酸種類分： 飽和脂肪酸軟脂酸(16C)、硬脂酸 (18C)構成的酯； 不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸等)構成的酯。 2)按熔點分： 常溫下為固態(tài)脂；如：動物脂肪。 常溫下為液態(tài)油；如：大多數(shù)植物油。 甘油三酯的若干重要性質(zhì)：皂化反應 酸敗和酸值 鹵化和碘價 氫化作用 甘油三酯的物理性質(zhì) 從皂化值的數(shù)量可略知混合脂肪酸或混合脂肪的平均相對分子量：平均相對分子量=3 56 1000 /皂化值 油脂中不飽和雙鍵與鹵素發(fā)生加成反應，生產(chǎn)鹵代脂肪酸，稱為鹵化作

15、用。100g油脂所能吸收的碘的克數(shù)碘價（碘化值），可以用來判斷油脂中不飽和雙鍵的多少。脂肪長期暴露于潮濕悶熱的空氣中，受到空氣的作用，游離脂肪酸被氧化、斷裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，產(chǎn)生難聞的惡臭味，稱之酸敗。中和1g油脂中游離脂肪酸所消耗KOH的mg數(shù)稱為酸值（酸價） ，可表示酸敗的程度。酸值是衡量油脂品質(zhì)的主要參數(shù)之一。一般酸值大于6的油脂不宜食用。甘油三酯的物理性質(zhì) 溶解度：水不溶性，也無形成高度分散的傾向，甘油二酯和甘油單酯含-OH，可形成高度分散態(tài)。光學性質(zhì)：甘油本身無光學活性，C1及C3的脂肪酸不同時，C2為不對稱碳有光學活性。 3.功能：能量儲存和膳食脂肪。4.應用：溶劑；表面

16、活性物質(zhì)：去垢劑；發(fā)酵工業(yè)消泡劑等；涂料。 飽和脂肪酸：軟脂酸（16C）、硬脂酸（18C） 含1個雙鍵（油酸）5.2 脂肪酸 不飽和 含2個雙鍵（亞油酸）脂肪酸 含3個雙鍵（亞麻酸） 含4個雙鍵（花生四烯酸）5.3 磷脂(Glycerophospholipids) 5.3.1 甘油磷脂（磷酸甘油二脂） 重要的磷脂（見p128 表5-2） 磷脂酰膽堿卵磷脂磷脂酰乙醇胺腦磷脂磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇性質(zhì) 1）脂溶性；2）分子中不飽和脂肪酸易氧化；3）兩性分子。 應 用脂質(zhì)體脂質(zhì)體+單克隆抗體 用于臨床抗癌藥物導入、酶療法、體內(nèi)基因直接導入等5.4 鞘脂類1鞘磷脂類 鞘氨醇：十八碳二元醇。 神經(jīng)酰胺：

17、鞘氨醇+脂肪酸腦苷脂最簡單的鞘糖脂。其配體部分為神經(jīng)酰胺，由長鏈鞘氨醇和長鏈的脂肪酸通過酰胺鍵相連而成。是神經(jīng)酰胺的一種單糖基衍生物。依所連糖基不同，有半乳糖腦苷脂和葡糖腦苷脂之分，前者主要存在于神經(jīng)細胞膜和髓鞘，如葡糖腦苷脂、神經(jīng)苷脂等；后者主要存在于其他組織的細胞膜中。 5.5 類固醇主要功能1）膜的組分；2）作為激素起代謝調(diào)節(jié)作用； 3）作為乳化劑膽汁鹽的前體、幫助脂類的消化吸收；4）維生素的組分；5）有抗炎作用。5.6 生物膜(biomembrane)5.6.1 細胞中的膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)：大多數(shù)細胞中還有許多內(nèi)膜系統(tǒng)，它們組成具有各種特定功能的亞細胞結構和細胞器，這些細胞內(nèi)膜主要包括組成

18、細胞核的核膜、組成線粒體的線粒體膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜、過氧化酶體膜、植物和某些藻類細胞的葉綠體膜等。與真核細胞相比，原核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)不很豐富，只有少量的膜結構 。研究生物膜的重要意義：生物膜的研究不僅只有重要的理論意義，而且在工、農(nóng)、醫(yī)實踐方面也有很廣闊的應用前景。例如，在醫(yī)藥方面，用磷脂和能識別癌細胞表面抗原的抗體制成內(nèi)含抗癌藥物的微囊，能定向地殺死癌細胞。在工業(yè)方面，正在模擬生物膜選擇透性的功能，一旦成功將大大提高污水處理、海水淡化以及工業(yè)副產(chǎn)品回收的效率。在農(nóng)業(yè)方面，從細胞膜結構與功能的角度來研究農(nóng)作物的抗寒、抗旱、耐鹽、抗病的抗性機理，這方面的研究成果將為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)帶來顯

19、著成效。5.6.2 生物膜的化學組成生物膜主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，此外還有少量的糖類、水、金屬離子等。其組成成分因膜的種類不同可以有很大的差異，尤其是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的比例，范圍從1：4到4：1。一般說來，功能復雜或多樣的生物膜其膜蛋白所占的比例較大；相反，膜功能簡單，其膜蛋白的種類和含量越少。 水和金屬離子：據(jù)估計水占膜重量的30，其中大部分呈結合狀態(tài)。膜上金屬離子和一些膜蛋白與膜的結合有關，例如Ca2+對調(diào)節(jié)膜的生物功能有重要作用，Mg2+對ATP酶復合體與膜的結合有促進作用。糖類：生物膜中含有一定的糖類，它們主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。膜中的糖以寡糖鏈共價鍵結合于蛋白、鞘磷脂上，形成糖蛋白

20、和糖脂。糖類在細胞質(zhì)膜和細胞內(nèi)膜系統(tǒng)都有分布，但分布是不對稱的，全部分布在非細胞質(zhì)的一側，即：質(zhì)膜中所有的糖類均暴露在細胞外表面；細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的糖類則朝向內(nèi)膜系統(tǒng)的內(nèi)側。5.6.3 生物膜的結構v 脂雙層結構（E. Gorter, F.Grendel, 1925)v 三明治式結構模型(H.Davson, J.F.Danielli, 1935)（蛋白質(zhì)-脂雙層-蛋白質(zhì)）v 單位膜模型(J.D.Robertson, 1959)v 流動鑲嵌模型(S.J.Singer, G.Nicolson, 1972)膜的流動鑲嵌模型結構要點1.膜結構的連續(xù)主體是極性的脂質(zhì)雙分子層。2.脂質(zhì)雙分子層具有流動性。3.

21、內(nèi)在蛋白“溶解”于脂質(zhì)雙分子層的中心疏水部分。4.外周蛋白與脂質(zhì)雙分子層的極性頭部連接。5.雙分子層中的脂質(zhì)分子之間或蛋白質(zhì)組分與脂質(zhì)之間無共價結合。6.膜蛋白可作橫向運動。Singer&Nicolson 流動鑲嵌模型：這個模型與過去提出的種種模型的主要差別在于：一是突出了膜的流動性，認為膜是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子排列的流體組成；二是強調(diào)了生物膜的不對稱性，即生物膜在結構與功能上的兩側不對稱性。 “流動鑲嵌”模型可以解釋生物膜的許多物理、化學和生物學特性。生物膜的功能生物膜執(zhí)行著許多復雜的重要的生物功能，可歸納為如下四個方面： 物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、細胞識別、信息傳遞細胞靠它的質(zhì)膜與周圍環(huán)境分隔開，

22、生物膜是具有高度選擇性的半透膜，細胞能從環(huán)境中攝取所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，并排除代謝產(chǎn)物和廢物，使細胞保持動態(tài)恒定，這是活細胞維持正常的生理內(nèi)環(huán)境的基本因素。此外，生物膜的許多功能，如細胞間的相互作用、氧化磷酸化過程中能量的轉(zhuǎn)化、神經(jīng)和肌肉的興奮等，都與膜的物質(zhì)運輸密切相關。 生物界兩個最基本的能量轉(zhuǎn)換過程氧化磷酸化和光合磷酸化，都是在相應的線粒體膜和葉綠體膜上進行的，所以生物膜對能量的轉(zhuǎn)換十分重要。 細胞通過其表面的特殊受體選擇性地與胞外信號物質(zhì)分于發(fā)生相互作用，從而引發(fā)胞內(nèi)一系列的生理生化變化，最終導致細胞的總的生物學效應，這個過程稱為細胞識別。胞外信號物質(zhì)包括能引起生物學效應的各類大、小分子，

23、胞外基質(zhì)，其他細胞的表面抗原等。識別這些信號物質(zhì)的受體多為膜蛋白。細胞識別包括對游離的信號物質(zhì)的識別和細胞-細胞間的識別。 信息傳遞：高等動物神經(jīng)沖動（信息）的傳導和生物遺傳信息的傳遞都需要生物膜才能完成。外界信號以某種方式被細胞表面受體識別、接收后，經(jīng)過一系列步驟傳遞到細胞內(nèi)，從而引起細胞內(nèi)相應的效應以調(diào)節(jié)代謝、控制遺傳和其他生理活動。保護作用復習要點： 1. 脂肪酸和必需脂肪酸；2. 脂肪的結構特征和性質(zhì)；3. 重要的類脂物質(zhì)；4. 生物膜的結構模型；5. 生物膜的物質(zhì)運輸作用、能量轉(zhuǎn)換作用等 第六章 酶Enzyme6.1 酶的概念與特點6.1.1 概念 酶是具有高效性和專一性的生物催化劑

24、。 蛋白質(zhì)類：天然酶、生物工程酶（克隆酶、遺傳修飾酶、蛋白質(zhì)工程新酶）生物催化劑 核酸類：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模擬生物催化劑6.1.2 酶的特點 酶具有一般催化劑的特征： 1）不改變反應性質(zhì)（方向、平衡點）；2）降低反應活化能，加快化學反應速度；3）是一個外在（外加）因素，本身不發(fā)生變化。 例如下述反應： 蛋白質(zhì) -氨基酸； 核酸-核苷酸； 脂肪-脂肪酸和甘油。熱力學上講，上述反應都能進行，且能徹底水解。但在通常情況下，其速度極慢。如用少量化學催化劑(酸、堿),反應就可以加快。加酶同樣可以使反應加快。 酸、堿是催化劑，酶也是催化劑。兩者的區(qū)別在哪里？1）催化效率極

25、高如2H2O2 -2H2O + O2 用鐵離子， 6 x 10 -4 mol/mol.s 血紅素， 6 x 10 -1 mol/mol.sH2O2 酶， 3 6 x 10 6 mol/mol.s 通常要高出非生物催化劑催化活性的1061013倍 以轉(zhuǎn)換數(shù)作為標準，來比較其效率 轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number） ：每個酶分子每分鐘催化底物的分子數(shù)。 -半乳糖苷酶 1.2萬、 -淀粉酶 110萬、 碳酸酐酶 3600萬2)專一性： 又稱為特異性，是指酶在催化生化反應時對底物的選擇性。3)反應條件溫和： 酶促反應一般在pH5-8的水溶液中進行，反應溫度范圍為20-40C。高溫或其它苛刻的物理

26、或化學條件，將引起酶的失活。4)可調(diào)性： 酶活性的調(diào)節(jié)和酶合成速度的調(diào)節(jié)。 如：抑制劑、反饋抑制、酶原激活、激素調(diào)節(jié)等。 胞內(nèi)酶，胞外酶和“外向酶”即根據(jù)酶所在位置 胞內(nèi)酶合成后在胞內(nèi)起作用 1）結酶：與細胞器，細胞膜結合; 2）溶酶：不結合，在細胞質(zhì)中. 胞外酶合成后，分泌于胞外起作用 外向酶與細胞膜結合，活性中心位于細胞的外表面，指向細胞外空間，作用尚不清楚，有時也把它作為胞外酶. 6.2 酶的化學本質(zhì)與組成6.2.1 酶的化學本質(zhì)1926年J.B.Sumner首次從刀豆制備出脲酶結晶，證明其為蛋白質(zhì)，并提出酶的本質(zhì)就是蛋白質(zhì)的觀點。酶是蛋白質(zhì)的證據(jù)。v 酶具有蛋白質(zhì)的特性如：兩性解離、膠

27、體性質(zhì)、加熱使酶變性、顏色反應等；v 酶可以被蛋白酶水解而喪失活性；v 許多酶的氨基酸順序已被測定；v 1969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。 Ribozyme的化學本質(zhì)是RNA在已鑒定過的數(shù)千種酶中，絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。但在1982年，美國科學家T.Cech發(fā)現(xiàn)原生動物四膜蟲的26S rRNA前體具有自我拼接的催化活性。T.Cech將這種RNA命名為“Ribozyme”。核酶（ Ribozyme ）：指對RNA具有催化活性的RNA 6.2.3 酶的化學組成 單純蛋白質(zhì)(單純酶) 酶 綴合蛋白質(zhì)（結合酶） （全酶）= 酶蛋白+輔因子 輔酶：與酶蛋白結合得比較松的小分子有機物。 輔因子

28、輔基：與酶蛋白結合得緊密的小分子有機物。 金屬激活劑：金屬離子作為輔助因子。酶的催化專一性主要決定于酶蛋白部分，輔因子通常是作為電子、原子或某些化學基團的載體。6.2.3 酶的類型 1）單體酶（monomeric enzyme)：僅有一條具有活性部位的多肽鏈，分子量在13,000-35,000之間，一般是水解酶。 2）寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由幾個或多個亞基組成，亞基牢固地聯(lián)在一起，單個亞基沒有催化活性。亞基之間以非共價鍵結合。分子量在35,000-幾百萬，如丙酮酸激酶，乳酸脫氫酶。 3）多酶復合物 (multienzyme system)：幾個酶鑲嵌而成的復合物。這些

29、酶催化將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的一系列順序反應。幾個酶有組織的聚集在一起,功能上相互配合，第一個酶的產(chǎn)物是第二個酶的底物，如丙酮酸脫氫酶、脂肪酸合成酶。 6.3 酶的命名與分類6.3.1 酶的命名 1）習慣命名法底物名稱 脲酶、淀粉酶、蛋白酶反應性質(zhì) 脫氫酶、加氧酶、轉(zhuǎn)氨酶兩者結合 琥珀酸脫氫酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶酶的來源 胃蛋白酶、木瓜蛋白酶 2）國際系統(tǒng)命名法 底物1：底物2 反應類型如：琥珀酸：FAD氧化還原酶6.3.2 分 類國際系統(tǒng)分類法及編號（EC編號）（1）按反應性質(zhì)分六大類，用1、2、3、4、5、6表示。（2）根據(jù)底物中被作用的基團或鍵的特點，將每一大類分為若干個亞類，編號用1、2、3 。（3

30、）每個亞類又可分為若干個亞一亞類，用編號1、2、3表示。（4）亞一亞類中的序列號。 每一個酶的編號由4個數(shù)字組成，中間以“”隔開。 第一個數(shù)字表示大類，第二個數(shù)字表示亞類，第三個表示亞-亞類，第四個數(shù)字表示在亞-亞中的編號。 乳酸脫氫酶 EC 1. 1. 1. 27 第1大類，氧化還原酶 第1亞類，氧化基團CHOH 第1亞亞類，H受體為NAD+ 該酶在亞亞類中的流水編號 1961年國際酶學委員會（Enzyme Committee, EC）根據(jù)酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類：1）氧化還原酶類(Oxido-reductase)：主要是催化氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞的氧化還原反應。 AH2 + B

31、 A + BH2 （1）脫氫酶類：催化直接從底物上脫氫的反應。 AH2 +B A + BH2（需輔酶或輔酶） （2）氧化酶類 催化底物脫氫，氧化生成H2O2： AH2 + O2 A + H2O2（需FAD或FMN） 葡萄糖氧化酶: 葡萄糖+O2 +H2O 葡萄糖酸+H2O2 催化底物脫氫，氧化生成H2O：2AH2 + O2 2A + 2H2O 2) 轉(zhuǎn)移酶類(Transferase)：催化化合物中某些基團的轉(zhuǎn)移。 AX + B A + BX轉(zhuǎn)移酮基或醛基、?；?、糖基、烴基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。 3）水解酶類(hydrolase)：催化加水分解作用。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等

32、。例如，脂肪酶催化的脂的水解反應： AB + H2O AOH + BH 4）裂解酶類（Lyase）：催化非水解性地除去基團的反應或逆反應。 5）異構酶（Isomerase）：催化 各種異構體之間的互變。 常見的有消旋和變旋、醛酮異構、順反異構和變位酶類。 6）合成酶類（ Synthetase ）：又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 鍵的形成反應。 這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。如：Gln合成酶, 丙酮酸羧化酶。 A + B + ATP AB + ADP + Pi 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸 6.4 酶作用的專一性 專一性: 酶在催化生化反應時對底物的選擇性。6.

33、4.1 專一性的類型 鍵專一性 相對專一性 結構專一性 族（基團）專一性 酶的 絕對專一性 專一性 立體異構專 一性 1）結構專一性 概念：酶對所催化的分子（底物，Substrate）化學結構的特殊要求和選擇。 類別：絕對專一性和相對專一性 鍵專一性: 有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵兩端的基團并無嚴格要求。 族專一性：一些酶除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。 族專一性： 化學鍵 鍵一端的基團 a -葡萄糖苷酶 a-糖苷鍵 糖苷鍵的一端是葡萄糖底物：麥芽糖、蔗糖 絕對專一性：只能作用于某一底物。2）立體異構專一性 概念：

34、酶除了對底物分子的化學結構有要求外，對其立體異構也有一定的要求。 類別：旋光異構專一性和幾何異構專一性 如：L-AA氧化酶只能催化L-AA氧化，而對D-AA無作用。 6.4.2 酶專一性的有關學說 1）鎖鑰學說（Fischer，1890）： 這個學說不能解釋酶活性中心的結構與底物和產(chǎn)物結構都吻合的現(xiàn)象，也不能解釋酶專一性中的所有現(xiàn)象。 2）誘導契合學說（Koshland，1958）酶活性中心的結構有一定的靈活性，當?shù)孜锱c酶分子結合時，受底物分子的誘導, 酶蛋白的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使反應所需的催化基團和結合基團正確地排列和定向，轉(zhuǎn)入有效的作用位置，這樣才能使酶與底物完全吻合，結合

35、成中間產(chǎn)物。 6.5 酶的結構與功能的關系6.5.1 酶的活性部位 必需基團：這些基團若經(jīng)化學修飾使其改變，則酶的活性喪失。(參與構成酶的活性部位和維持酶的特定構象所必需的基團為酶分子的必需基團。) 活性部位：酶分子中只有一小部分區(qū)域的氨基酸殘基直接參與對底物結合與催化作用，這些特異的氨基酸殘基比較集中的區(qū)域稱為活性部位。 結合部位 與底物結合，決定酶的專一性 活性部位必需基團 催化部位 決定酶的高效催化性及反應的性質(zhì) 維持酶的空 間結構 酶活性部位的特點:a. 酶的活性部位只有幾個氨基酸殘基組成。b. 酶的活性部位是一個三維立體結構，活性中心的幾個氨基酸殘基形成一個能與底物結合并催化底物形成

36、產(chǎn)物的位于酶蛋白分子表面的特化的空間區(qū)域。c. 酶的活性部位含有特定的基團，與底物的結合通過次級鍵。d. 酶的活性部位具有柔性，可與底物誘導契合發(fā)生相互作用。e. 酶的活性部位位于酶分子表面”空穴“中，為疏水環(huán)境。6.5.2 酶與底物復合物的形成 E + S ES E + P 酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。 中間復合物存在的證據(jù)：1）同位素32P標記底物法（磷酸化酶與葡萄糖結合）；2）吸收光譜法（過氧化物酶與過氧化氫結合） ；3）電鏡直接觀察。 吸收光譜的變化可證明：*

37、H2O2酶（含鐵卟啉）：紅褐色，在645、583、498nm處有光吸收；* 加H2O2后：酶液由褐轉(zhuǎn)紅，增加了561、530nm光吸收帶說明有新物質(zhì)： H2O2 + E H2O2 - E * 若加入氫供體（焦性沒食子酸）后： 二條新帶消失。 H2O2 - E + AH2 A + E + 2H2O6.5.3 酶具有高催化效率的分子機制 酶分子為酶的催化提供各種功能基團和形成特定的活性中心，酶與底物結合成中間復合物，底物形成了過渡態(tài)，降低了活化能。 酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速

38、度。 酶與反應的過渡態(tài)互補酶與底物的過渡態(tài)互補，親合力最強，釋放出結合能使ES的過渡態(tài)能級降低，有利于底物分子跨越能壘，加速酶促反應速度。 Pauling提出過渡態(tài)理論認為： E與S的過渡態(tài)互補，親和力最強，釋放的結合能使反應活化能降低，有利于S 跨越能壘，使反應加速。證明：人工合成了過渡態(tài)類似物； 用過渡態(tài)類似物制備出抗體酶。 （1）鄰近和定向效應 在酶促反應中，底物分子結合到酶的活性中心， 一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應速度；另一方面，由于活性中心的立體結構和相關基團的誘導和定向作用，使底物分子中參與反應的基團相互接近，并被嚴格定向定位，使酶促反應具有高效率和專一

39、性特點。 （2）促進底物過渡態(tài)形成的非共價作用 酶與底物的結合，不僅酶分子發(fā)生構象變化，同樣底物分子也會發(fā)生扭曲變形，使底物分子的某些鍵的鍵能減弱，產(chǎn)生鍵扭曲，降低了反應活化能，促進中間產(chǎn)物進入過渡態(tài)。 （3） 酸堿催化 通過向反應物（作為堿）提供質(zhì)子或從反應物（作為酸）奪取質(zhì)子來達到加速反應的一類催化。（廣義酸堿催化，Bronsted的酸堿定義） 蛋白質(zhì)中起酸或堿催化的功能基團有氨基、羧基、咪唑基、巰基和酚基。影響酸堿催化反應速度的兩種因素：（1）酸或堿的強度（pK）；（2）質(zhì)子傳遞的速度。His的咪唑基最活躍。 （4）共價催化 催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應活化能降

40、低，從而提高反應速度的過程，稱為共價催化。 酶中參與共價催化的基團主要包括 His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羥基等。 某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。 （5）金屬離子催化 提高水的親核性能 金屬離子可以和水分子的OH-結合，使水顯示出更大的親核催化性能。 電荷屏蔽作用 電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個重要功能。 多種激酶(如磷酸轉(zhuǎn)移酶)的底物是Mg2+ATP復合物。 電子傳遞中間體 6.6 酶促反應動力學 * 酶促反應動力學主要研究酶催化的反應速度以及影響反應速度的各種因素。 * 在探討各種因素對酶促反應速度的影響時，通常測定其初始速度

41、來代表酶促反應速度，即底物轉(zhuǎn)化量5%時的反應速度。 6.6.1 酶促反應速率的概念6.6.2 底物濃度對酶反應速率的影響 零級反應 混合級反應 一級反應 用中間復合物學說解釋底物濃度與反應速度關系曲線: k1 k3 S + E ES E + P k2 當?shù)孜餄舛群艿蜁r，有多余的酶沒與底物結合，隨著底物濃度的增加，中間復合物的濃度不斷增高。 當?shù)孜餄舛容^高時，溶液中的酶全部與底物結合成中間復合物，雖增加底物濃度也不會有更多的中間復合物生成。6.3.3 米氏方程（Michaelis-Menten equation） 根據(jù)中間復合物學說： k1 k3 S + E ES E + P k2 式中K1,K

42、2,K3分別為各反應常數(shù)，可知： v1 = K1 ( E- ES) S v2 = (K2, + K3 ) ES 當反應達恒穩(wěn)態(tài)時,二速度相等,即: K1 ( E- ES) S=(K2, + K3 ) ES 令： (K2, + K3 ) = Km K1 由于Ef 與ES之和為總的酶濃度E ,即: E= Ef + ES E = EfES 將代入并簡化得: E S ES) = S+ Km 酶促反應速度由ES決定,而= K3 ES ES= K3 將 代入整理得: E . S = K3 Km + S 當S 升高, 所有 E 為 S 所飽和時,即: E =ES 此時達到最大反應速度Vmax: Vmax=

43、K3 E 將代入,得米氏方程: Vmax . S = S + Km6.6.4 米氏常數(shù)的意義及測定 v = Vmax/ 2， 則： km= S 意義：(1)km是酶的特征性物理常數(shù)。其大小與酶的濃度無關，而與具體的底物有關， 且隨著溫度、pH和離子強度而改變。 （2）從km可判斷酶的專一性和天然底物。 Km最小的底物，通常就是該酶的最適底 物，也就是天然底物。 （3）當k2k3時，km的大小可以表示酶與底物的親和性。當km大，說明ES容 易 解離，酶與底物結合的親和力小。 （4）從km的大小，可以知道正確測定酶活力時所需的底物濃度。實際用途： 可由所要求的V求S； 例：求反應速度達最大反應速度90%時的底物濃度。 從米氏方程中求得：當反應速度達到最大反應速度的90%，則: Vmax S v = km + S 90%V =100%VS/(km +S) 即 S = 9km （5）km還可以推斷某一代謝物在體內(nèi)可能的代