蛋白質(zhì)、酶、核酸復(fù)習(xí)

1、 教 師：郭 華 本章要點(diǎn)蛋白質(zhì)的生物功能、化學(xué)組成及其分類氨基酸 amino acids肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離、純化Part 1 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；分布廣：是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；含量高：蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)含量最豐富的物質(zhì)，占人體干重的45%，某些組織含量更高，例如：脾、肺、橫紋肌等部位含量高達(dá)80%。Section 1 蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能組成成分催化酶，催化的反應(yīng)速率為非催化速率的1016倍運(yùn)輸儲(chǔ)藏運(yùn)動(dòng)免疫保護(hù)（防御和進(jìn)攻）調(diào)節(jié)接收和傳遞信息：信號受體異常功能、支架作用Section 2 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是由20種左右的

2、a-氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相互連接而成的一類具有特定的空間構(gòu)象和生物活性的高分子有機(jī)化合物。組成：C,H,O,N和S，有的可能有P和金屬元素。特點(diǎn)：各種蛋白質(zhì)的含氮量比較恒定，平均為16%。（凱氏定氮法）蛋白質(zhì)含量（g）6.25樣品含氮量 Section 3 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；含量高達(dá)45%；1. 蛋白質(zhì)形狀球狀蛋白纖維狀蛋白纖維狀蛋白是動(dòng)物體的基本支架和外保護(hù)成分，多數(shù)不溶于水球狀蛋白分子對稱，多數(shù)溶于水或中性鹽溶液按分子組成分類：2. 分子組成 簡單蛋白僅由氨基酸組成，不含其它成分（按溶解度） 結(jié)合蛋白（

3、按輔基）清蛋白球蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白精蛋白組蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白脂蛋白金屬蛋白血紅素蛋白磷蛋白黃素蛋白簡單蛋白又稱為單純蛋白質(zhì)(simple protein) ；這類蛋白質(zhì)只含由-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。1、清蛋白和球蛋白：albumin and globulin廣泛存在于動(dòng)物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2、谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于7080乙醇中。3、精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。4、硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋

4、白和絲蛋白。結(jié)合蛋白(conjugated protein) 由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成， 色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。 糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。 脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。 如血清-，-脂蛋白等。 核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。Part 2 結(jié)構(gòu)單位氨基酸（amino acid）除脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上有其共同特點(diǎn)：每個(gè)氨基酸分子中與羧基相鄰的-碳原子（C）上都結(jié)合有一個(gè)氨基，故稱為-氨基酸。此外與-碳原子相連的還有一個(gè)氫原子和一個(gè)各不相同的側(cè)鏈稱為R基；除了甘

5、氨酸外， -氨基酸的-C都是一個(gè)手性碳原子。具有酸性的-COOH和堿性 -NH2 ，為兩性物質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類CH2CH2CH2NH2CCOO-HPro脯氨酸不帶電形式 H2NCHCOOHR不變不變部分2.2 氨基酸的分類基本氨基酸(編碼的蛋白質(zhì)氨基酸):組成蛋白質(zhì)，20種，稀有氨基酸：是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。非蛋白質(zhì)氨基酸：存在于生物體內(nèi)但不組成蛋白質(zhì) (約150種)。1、按 R 基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分成 3 類： 脂肪族氨基酸：15種 直鏈氨基酸：Gly、Ala 支鏈氨基酸：Val 、 Leu 、Ile 含硫氨基酸：Met 、Cys 含羥基氨基酸：Ser 、 Thr 含酰胺基氨

6、基酸：Asn 、Gln 酸性氨基酸：Glu、Asp 堿性氨基酸：Lys、Arg 芳香族氨基酸：Phe 、Tyr、Trp 雜環(huán)氨基酸：His、Pro 中性氨基酸3）根據(jù)生物體的需要，可將氨基酸分為必需氨基酸非必需氨基酸必需氨基酸:人和動(dòng)物自身不能合成，必須由外界食物供給氨基酸.人體必需氨基酸有八種： Met(甲硫); Lys(賴); Val(纈); Ile(異亮); Phe(苯丙) ；Leu(亮); Trp(色); Thr(蘇) 半必需氨基酸：人體可合成，但嬰幼兒期合成速度不快，仍需食物供給。包括： His(組); Ary(精);非必需氨基酸:人和動(dòng)物機(jī)體能夠自身合成的氨基酸.甲甲來借一本亮色來

7、借一本亮色書書n蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：L 氨基酸氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（無不對稱氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外）除外n 氨基酸結(jié)構(gòu)通式：氨基酸結(jié)構(gòu)通式：RCH(NH2)COOHn 常見氨基酸種類：常見氨基酸種類：20種。種。小結(jié)等電點(diǎn)（isoelectric point, pI）：在某一pH環(huán)境中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢相等，所所帶凈電荷為零帶凈電荷為零，在電場中不泳動(dòng)。此時(shí)，氨基酸所處環(huán)境的pH值稱為該種氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。H3NCHCOOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pHpI）H3NCH

8、COO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在堿性溶液中的氨基酸（pHpI）(zwitterion) 氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的二分之一。等電點(diǎn)（pI）pH pI AA “ - ” AA向正極移動(dòng)pH pI AA “ + ” AA向負(fù)極移動(dòng)pH = pI AA “ 0 ” AA不移動(dòng)等電點(diǎn)時(shí)：氨基酸溶解度最小易沉淀n等電點(diǎn)計(jì)算等電點(diǎn)計(jì)算側(cè)鏈為非極性基團(tuán)或雖為極性基團(tuán)但不解離的氨側(cè)鏈為非極性基團(tuán)或雖為極性基團(tuán)但不解離的氨基酸：基酸：pI=(pK1+pK2) 酸性氨基酸酸性氨基酸(Glu、Asp)及及Cys：pI=(pK1+pKR)

9、堿性氨基酸堿性氨基酸(賴、精、組賴、精、組)：pI=(pK2+pKR)3、紫外吸收：、紫外吸收：nTrp、Tyr和和Phe在在280nm波波長附近具有最大長附近具有最大吸收峰，其中吸收峰，其中Trp的最大吸收的最大吸收最接近最接近280nm4、顯色反應(yīng)：、顯色反應(yīng)：n茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)n其他反應(yīng)：熒光胺反應(yīng)、側(cè)鏈特異基團(tuán)反應(yīng)其他反應(yīng)：熒光胺反應(yīng)、側(cè)鏈特異基團(tuán)反應(yīng)例外：例外：Pro黃色；黃色；Asn棕色棕色成肽反應(yīng)：一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽；小于10個(gè)氨基酸的稱為寡肽；由10個(gè)以上氨基酸組成的肽則稱為多

10、肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基丟失的水分子數(shù)比氨基酸殘基數(shù)少一個(gè)脫去的水分子數(shù)=肽鍵數(shù)=aa數(shù)-肽鏈數(shù)20種aa的平均相對分子量是138，但大多是較小的aa組成蛋白質(zhì)，這些較小的aa平均相對分子量是128，又因?yàn)樾纬呻逆I后失去1分子水，所以，aa殘基平均分子量是110.對于簡單蛋白質(zhì)，用110除它的相對分子量即可估計(jì)它的aa數(shù)目在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。將含有氨基的aa寫左邊，羧基在右邊；氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨

11、基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如下述五肽可表示為： Ser-Val-Tyr-Asp命名：某氨酰某氨酰某氨基酸 有時(shí)兩端會(huì)連接成環(huán)狀態(tài)肽平面或酰胺平面：CNCCOH 組成肽單位的4個(gè)原子和2個(gè)相鄰的碳原子都處于同一個(gè)平面內(nèi)，此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱為肽平面或酰胺平面。肽單位：實(shí)際就是一個(gè)肽平面 肽鍵的四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè)-碳原子所組成的基團(tuán)。肽鍵平面由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽鍵構(gòu)成的六個(gè)原子被束縛在同一平面上，這一平面稱為肽鍵平面或肽單元。蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本單位。肽鍵中的肽鍵中的C-NC-N鍵具有部分鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽平面或酰胺肽平面或酰胺平面。平面。

12、肽主鏈肽主鏈中中N-C和C-C 是單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)，夾角可自由旋轉(zhuǎn)，夾角稱為二面角。稱為二面角。在大多數(shù)情況下，以反式在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)存在，存在，而而ProPro的肽鍵的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種可能出現(xiàn)順、反兩種構(gòu)型。構(gòu)型。 -CO-NH- 二面角 兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的C為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞C-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱角，繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱角。和稱作二面角，亦稱構(gòu)象角酰胺平面與-碳原子之間形成的二面角（ 和 ）3、 肽的重要性質(zhì) 1、 旋光性 一般短肽的旋光度等于其各個(gè)氨基酸的旋光度的總和。 2、 肽的性質(zhì) 酸堿性質(zhì) 肽的酸堿性質(zhì)主要取決于端和端COOH以及側(cè)鏈上可解離的基團(tuán)。

13、在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團(tuán)主要是側(cè)鏈基團(tuán) 等電點(diǎn)（pI） COOH的pK值比游離態(tài)aa的大，端的pK值比游離態(tài)aa的小一些。 茚三酮反應(yīng) 雙縮脲反應(yīng)是多肽和蛋白質(zhì)的特有反應(yīng)。（CuSO4）作用顯紫紅色； 三肽以上的多肽測定多肽鏈的數(shù)目拆分多肽鏈斷開多肽鏈內(nèi)的二硫鍵測定每一肽鏈的氨基酸組成鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端裂解多肽鏈為較小的肽段測定各肽段的氨基酸序列利用重疊肽重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)確定二硫鍵的位置N N末端：末端：1、DNFB（Sanger）法）法2、丹磺酰氯（、丹磺酰氯（DNS）法）法3、PITC（Edman）法）法4、酶法、酶法C C末端：末端：末端測序法（1）蛋白質(zhì)的三維

14、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)： 氨基酸序列氨基酸序列二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：螺旋，螺旋，折疊等折疊等 三級結(jié)構(gòu)：三級結(jié)構(gòu)：所有原子空間位置所有原子空間位置 四級結(jié)構(gòu)：四級結(jié)構(gòu)：多亞基蛋白多亞基蛋白蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次（一）超二級結(jié)構(gòu)（一）超二級結(jié)構(gòu)由若干相鄰二級結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互由若干相鄰二級結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成的有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合。作用，形成的有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合。1、 :由兩股平行或反平行的右手螺旋段相互由兩股平行或反平行的右手螺旋段相互纏繞而成的左手卷曲螺旋或稱超螺旋。纏繞而成的左手卷曲螺旋或稱超螺旋。2、：由兩段平行：由兩段

15、平行-折疊股和一段作為連接的折疊股和一段作為連接的螺旋組成。螺旋組成。3、：由若干反平行折疊片組合而成。：由若干反平行折疊片組合而成。六、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域：結(jié)構(gòu)域：指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對獨(dú)立的球狀實(shí)體，稱為結(jié)區(qū)，它是相對獨(dú)立的球狀實(shí)體，稱為結(jié)構(gòu)域。構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域有時(shí)也指功能域。一般說，功能結(jié)構(gòu)域有時(shí)也指功能域。一般說，功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位。功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以位。功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)

16、構(gòu)域。是兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域。（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域三、蛋白質(zhì)變性與沉淀三、蛋白質(zhì)變性與沉淀1、蛋白質(zhì)的變性、蛋白質(zhì)的變性(denaturation) 在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。2、蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀 （1）鹽析：加入中性鹽，破壞蛋白水化層引起沉）鹽析：加入中性鹽，破壞蛋白水化層引起沉淀淀 （2）有機(jī)溶劑沉淀：加入極性有機(jī)溶劑，脫水化）有機(jī)溶劑沉淀：加入極性

17、有機(jī)溶劑，脫水化層，破壞雙電層層，破壞雙電層 （3）重金屬鹽沉淀：結(jié)合成不溶性鹽）重金屬鹽沉淀：結(jié)合成不溶性鹽 （4）加熱變性）加熱變性 （5）等電點(diǎn)沉淀法）等電點(diǎn)沉淀法 （6）生物堿試劑和酸類沉淀）生物堿試劑和酸類沉淀四、蛋白質(zhì)分離純化的基本原則四、蛋白質(zhì)分離純化的基本原則 1、選擇好的材料、選擇好的材料 2、前處理：勻漿或搗碎等、前處理：勻漿或搗碎等 3、粗分離：鹽析，有機(jī)溶劑沉、粗分離：鹽析，有機(jī)溶劑沉等等 4、細(xì)分離：凝膠過濾，離子交、細(xì)分離：凝膠過濾，離子交換等換等蛋白質(zhì)分離純化的幾個(gè)基本原則蛋白質(zhì)分離純化的幾個(gè)基本原則第三章第三章 酶通論酶通論 酶酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對其特異底

18、物具有高是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的效催化作用的生物分子生物分子。所以又稱為生物催化劑所以又稱為生物催化劑Biocatalysts 。一一 酶酶（一）酶的概念（一）酶的概念酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymatic reaction。在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物substrate 1、酶易失活、條件溫和、酶易失活、條件溫和 使蛋白質(zhì)等生物大分子變性因素可引使蛋白質(zhì)等生物大分子變性因素可引起酶的失活起酶的失活 2、酶具有高催化效率、酶具有高催化效率（以消化食物為例）（以消化食物

19、為例） 酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（kcat)：表示酶的催化效率，指一定條：表示酶的催化效率，指一定條件下每秒每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，或每秒每微件下每秒每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，或每秒每微摩爾酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)。（大多數(shù)：摩爾酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)。（大多數(shù)：1104） 3、酶催化反應(yīng)具有高度專一性、酶催化反應(yīng)具有高度專一性 4、酶的活性易受調(diào)節(jié)和控制、酶的活性易受調(diào)節(jié)和控制（二）酶的化學(xué)組成（僅就蛋白酶）（二）酶的化學(xué)組成（僅就蛋白酶）（1）單純蛋白）單純蛋白（2）結(jié)合蛋白（綴合蛋白）：）結(jié)合蛋白（綴合蛋白）： 全酶全酶=脫輔酶（酶蛋白）脫輔酶（酶蛋白） +輔因子輔因子 （一）酶的

20、化學(xué)本質(zhì)（一）酶的化學(xué)本質(zhì)除具有催化活性的除具有催化活性的RNA酶，其它都是蛋白酶，其它都是蛋白質(zhì)；近來有報(bào)道有質(zhì)；近來有報(bào)道有DNA亦具有催化作用。亦具有催化作用。輔基，輔基， prosthetic group輔酶，輔酶，co-enzyme共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合非共價(jià)結(jié)合非共價(jià)結(jié)合酶蛋白與底物結(jié)合，決定酶催化的專一性酶蛋白與底物結(jié)合，決定酶催化的專一性輔酶在酶催化中起傳遞電子、原子和某些輔酶在酶催化中起傳遞電子、原子和某些化學(xué)基團(tuán)作用化學(xué)基團(tuán)作用區(qū)別：牢固程度區(qū)別：牢固程度（三）單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體（三）單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體 根據(jù)肽鏈或亞基構(gòu)成：根據(jù)肽鏈或亞基構(gòu)成： 1、單體酶、單體酶

21、(monomeric enzyme)：僅由單僅由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶 2、寡聚酶、寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多個(gè)由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。酶。 3、多酶復(fù)合體、多酶復(fù)合體(multifunctional enzyme) ：幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合形成幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合形成 所有所有相關(guān)反應(yīng)依次連接，有得于一系列反應(yīng)相關(guān)反應(yīng)依次連接，有得于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行的連續(xù)進(jìn)行酶的分類：酶的分類：1、根據(jù)酶蛋白分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分成、根據(jù)酶蛋白分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分成3類類 同工酶(iso

22、enzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶（四）六大酶的特征和舉例（四）六大酶的特征和舉例 氧化氧化- -還原酶催化氧化還原酶催化氧化- -還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。 主要包括主要包括（1 1）脫氫酶類脫氫酶類 （2 2）氧化酶類（加氧反應(yīng)）氧化酶類（加氧反應(yīng)） 如：乳酸如：乳酸(Lactate)(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。(1) (1) 氧化還原酶氧化還原酶 OxidoreductaseOxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONAD

23、H酶的分類：酶的分類：2、根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，分成、根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，分成6類類 轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。例如，例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。(2) (2) 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 TransferaseTransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO 水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸

24、酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：催化的脂的水解反應(yīng)：(3) (3) 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH 裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。(4) (4) 裂合酶裂合酶 LyaseLyaseHOOCC

25、H=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。(5) (5) 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 IsomeraseIsomeraseOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH 連接酶，又稱為合成酶，能夠催化連接酶，又稱為合成酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 鍵的形成反應(yīng)。這類鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與反應(yīng)必須與ATPATP分解反應(yīng)

26、相互偶聯(lián)。分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP B + ADP +Pi+Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。 丙酮酸丙酮酸 + + COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸(6) (6) 連接酶連接酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase（三）酶的結(jié)構(gòu)及催化作用（三）酶的結(jié)構(gòu)及催化作用機(jī)制機(jī)制酶的活性中心酶的活性中心(active center)或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此必需基團(tuán)在空間

27、結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。必需基團(tuán)必需基團(tuán)(essential group)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性一些與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)密切相關(guān)的基團(tuán)。酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位稱為催化部位。通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心。酶的活性部位或活性中心。結(jié)合部位決定酶的專一性，結(jié)合部位決定酶的專一性，催化部位決定酶所催

28、化反應(yīng)的性質(zhì)催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。催化部位催化部位 catalytic sitecatalytic site酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。調(diào)控部位調(diào)控部位 Regulatory siteRegulatory site2、酶與底物的結(jié)合方式酶與底物的結(jié)合方式1 1、活化能降低、活化能降低 任何反應(yīng)物分子都含有能量, 但能量大小不同, 只有那些含能量較高、達(dá)到或超過一定水平的分子才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即反

29、應(yīng)物分子必須達(dá)到或超過一定的能閾，才能成為活化狀態(tài)，這種分子稱為活化分子。反應(yīng)物分子由一般狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)需要的能量稱為活化能。2 2、中間產(chǎn)物學(xué)說、中間產(chǎn)物學(xué)說 在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。 E + S = E-S = P + E 形成E-S反應(yīng)中間物，其結(jié)果使底物的價(jià)鍵狀態(tài)發(fā)生形變或極化，起到激活底物分子和降低過渡態(tài)活化能作用3 3、鎖鑰學(xué)說：、鎖鑰學(xué)說： 認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的

30、結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣4 4、誘導(dǎo)契合學(xué)說、誘導(dǎo)契合學(xué)說 該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀才形成了互補(bǔ)形狀. .第九章第九章 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 1、概念：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究、概念：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的酶促反應(yīng)的速率速率及及影響此速率的各因素影響此速率的各因素的科學(xué)。的科學(xué)。 2、影響因素：、影響因素： （1）底物濃度）底物濃度 （2）抑制劑：構(gòu)成對酶的抑制作用）抑制劑：構(gòu)成對酶的抑制作用 （3）溫度）溫度 （4）

31、pH值值 （5）激活劑）激活劑V=Vmax SKm + S 米氏方程米氏方程V=Vmax SKm + SnK Km m 即為米氏常數(shù)，即為米氏常數(shù)，nV Vmaxmax為最大反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度n當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時(shí)一半時(shí), ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n米氏常數(shù)物理意義：反應(yīng)米氏常數(shù)物理意義：反應(yīng)速度為最大值的一半時(shí)的底速度為最大值的一半時(shí)的底物濃度。物濃度。n因此因此, ,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/Lmol/L。2 2、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義 （1 1）米氏常數(shù)）米氏

32、常數(shù)的意義的意義 A A、 K Km m是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)：是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)：K Km m大小只與酶性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。大小只與酶性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。 KmKm隨測定底物隨測定底物、反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度、pHpH及離子強(qiáng)及離子強(qiáng)度而變化。度而變化。 B B、 Km Km 可判斷酶的專一性和天然底物可判斷酶的專一性和天然底物1/K1/Km m值近似表示酶與底物之間的親和程值近似表示酶與底物之間的親和程度：度：1/1/K Km m值大表示親和程度大值大表示親和程度大; 1/; 1/K Km m值值小表示親和程度低。小表示親和程度低。 （條件：（條件：k k3 3kk2 2

33、） （2 2）VmaxVmax和和k k3 3(k(kcatcat) )的意義的意義 一定酶濃度下，酶對特定底物的一定酶濃度下，酶對特定底物的VmaxVmax是是一個(gè)常數(shù)，不同底物及其它條件也影響一個(gè)常數(shù)，不同底物及其它條件也影響其數(shù)值。其數(shù)值。 K K3 3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒每個(gè)酶分表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，又稱轉(zhuǎn)換數(shù)，通子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，又稱轉(zhuǎn)換數(shù)，通常稱催化常數(shù)（常稱催化常數(shù)（kcat),kcat),其值越大，表明其值越大，表明催化效率越高催化效率越高。 Kcat/KmKcat/Km值：可以比較不同酶或同一種酶值：可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催

34、化效率。催化不同底物的催化效率。Lineweaver-Burk plot(雙倒數(shù)作圖雙倒數(shù)作圖)1/v = Km/Vmax 1/S + 1/Vmax V=Vmax SKm + S二、酶的抑制作用二、酶的抑制作用 幾個(gè)概念：幾個(gè)概念： 1、失活作用；酶已變性、失活作用；酶已變性 2、抑制作用：酶未變性、抑制作用：酶未變性 3、抑制劑、抑制劑 4、變性劑、變性劑 （一）抑制程度表示方法：（一）抑制程度表示方法：P368（二）抑制作用的類型（二）抑制作用的類型1 1、 不可逆抑制不可逆抑制 抑制劑與酶反應(yīng)中心的活抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。引

35、起酶的永久性失活。如如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。酸酯。 不能通過透析、超濾等物不能通過透析、超濾等物理方法去除抑制劑而恢復(fù)理方法去除抑制劑而恢復(fù)酶的活性。酶的活性。 2 2、 可逆抑制可逆抑制 抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過以通過透析等方法透析等方法被除去，并且能被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與底物的關(guān)系，又可以分為三制劑與底物的關(guān)系，又可以分為三類。類。(1) (1) 競爭性抑制競爭性抑制 某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，

36、因某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物競爭與酶活性中心結(jié)合。當(dāng)而能與底物競爭與酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。抑制了。 競爭性抑制通?？梢酝ㄟ^增大底物濃度，競爭性抑制通?？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。即提高底物的競爭能力來消除。競競爭爭性性抑抑制制(2) (2) 非競爭性抑制非競爭性抑制 酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這

37、類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。非競爭性抑制劑。 如某些金屬離子（如某些金屬離子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+），通常能），通常能與酶分子的調(diào)控部位中的與酶分子的調(diào)控部位中的-SH-SH基團(tuán)作用，改變基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。非非競競爭爭性性抑抑制制(3) (3) 反競爭性抑制反競爭性抑制 酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。 反競爭性抑制作用常見于多底物反應(yīng)中，而在反競爭性抑制作用常見于多底物反應(yīng)中，而在單底

38、物反應(yīng)中少見。單底物反應(yīng)中少見。競爭性抑制競爭性抑制(): E + S ES E + P + Ki E反競爭性抑制反競爭性抑制(): E + S ES E + P + Ki ES Ki=E*I/EI, Eo=E + EI +ESEo=E + ESI + ES(): E + S ES E + P + Ki + Ki E ES I競爭性抑制競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制*四類生物大分子：核酸，蛋白質(zhì)，多糖和脂質(zhì)四類生物大分子：核酸，蛋白質(zhì)，多糖和脂質(zhì)*糖和脂質(zhì)由蛋白質(zhì)（酶）催化合成糖和脂質(zhì)由蛋白質(zhì)（酶）催化合成*蛋白質(zhì)的合成取決于核酸蛋白質(zhì)的合成取決于核酸*核酸的復(fù)制亦

39、依賴于蛋白質(zhì)核酸的復(fù)制亦依賴于蛋白質(zhì) 最重要的生物大分子是：核酸和蛋白質(zhì)最重要的生物大分子是：核酸和蛋白質(zhì)核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可缺少的組成部分。核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可缺少的組成部分。l核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對于生核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細(xì)胞分命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關(guān)。代謝病等也密切相關(guān)。l因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重

40、要因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一?；A(chǔ)之一。以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。和傳遞遺傳信息。核酸分為兩大類核酸分為兩大類. .脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNADNA）Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）Ribonucleic AcidRibonucleic Acid。 核酸核酸核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 （DNADNA：脫氧戊糖）：脫氧戊糖） 戊糖戊糖 堿基堿基核酸的組成核酸的組成組成單元l核酸（核酸（DNADNA和

41、和RNARNA）是一種線性多聚核是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是構(gòu)單元是核苷酸核苷酸。二、核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)二、核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)DNADNA和和RNARNA都是沒有分支的多核苷酸都是沒有分支的多核苷酸長鏈。長鏈。核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)即核酸的一級結(jié)構(gòu)，核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)即核酸的一級結(jié)構(gòu)，亦即核苷酸的排列順序。亦即核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。同，所以也稱為堿基序列。每個(gè)核苷酸之間以每個(gè)核苷酸之間以3 3，5 5- -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相連接相連接（一）核苷酸的連接方式（一）核苷酸的連接方式真核真核m mRNARNA

42、共價(jià)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)共價(jià)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、原核生物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生、原核生物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多順反子（基因）多順反子（基因）2、真核生物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生、真核生物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生單順反子單順反子真核真核mRNA：（1）帽子結(jié)構(gòu)：甲基鳥苷三磷酸帽子結(jié)構(gòu)：甲基鳥苷三磷酸(m7G5ppp5Np) P485（2）尾巴結(jié)構(gòu)：尾巴結(jié)構(gòu)：3-聚腺苷酸聚腺苷酸真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNAmRNA的的3 3- -末端有一段長達(dá)末端有一段長達(dá)2020-250-250個(gè)個(gè)核苷酸左右的聚腺苷酸核苷酸左右的聚腺苷酸( (polyA)polyA)，稱為，稱為 “尾結(jié)尾結(jié)構(gòu)構(gòu)” ，5 5 - -末端有一個(gè)甲基化的鳥苷酸，稱末端有一個(gè)甲基化的鳥苷酸，稱為為” 帽

43、結(jié)構(gòu)帽結(jié)構(gòu)“ 。帽子結(jié)構(gòu)功能封閉5端與核糖體結(jié)合的開始信號與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)polyA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能不是直接轉(zhuǎn)錄而來，是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶逐個(gè)添加上去的；專一作用于mRNA;與mRNA的轉(zhuǎn)移有關(guān)，也可能與其半壽期有關(guān) 1 1DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征（1 1）兩條反向平行多聚）兩條反向平行多聚核苷酸鏈圍繞核苷酸鏈圍繞同一中心同一中心軸相互纏繞；兩條鏈均軸相互纏繞；兩條鏈均為右手雙螺旋。為右手雙螺旋。（2 2）嘌呤和嘧啶位于雙）嘌呤和嘧啶位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖位于螺旋外側(cè)。氧核糖位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與縱軸垂直，堿基環(huán)平面與縱軸垂

44、直，糖基環(huán)平面與縱軸平行。糖基環(huán)平面與縱軸平行。兩條鏈配對偏向一側(cè)，兩條鏈配對偏向一側(cè)，形成一條大溝和一條小形成一條大溝和一條小溝。溝。 磷酸與脫氧核糖彼此通過3、5-磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNA分子的骨架。磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行 兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結(jié)合在一起。兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結(jié)合在一起。螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持（3 3）雙螺旋平均直）雙螺旋平均直徑約為徑約為2 nm2 nm，每條，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為面之間的距離為0.34 nm0.34 nm，兩核苷酸，兩核苷酸之間沿縱軸旋轉(zhuǎn)之間沿縱軸旋轉(zhuǎn)36360 0 ，每