沈同生物化學三版課件筆記

1、 沈同生物化學三版課件筆記!第一章 生物分子概論第一節(jié) 概述一、生物分子是生物特有的有機化合物生物分子泛指生物體特有的各類分子，它們都是有機物。典型的細胞含有一萬到十萬種生物分子，其中近半數(shù)是小分子，分子量一般在500以下。其余都是生物小分子的聚合物，分子量很大，一般在一萬以上，有的高達1012，因而稱為生物大分子。構(gòu)成生物大分子的小分子單元，稱為構(gòu)件。氨基酸、核苷酸和單糖分別是組成蛋白質(zhì)、核酸和多糖的構(gòu)件。二、生物分子具有復雜有序的結(jié)構(gòu)生物分子都有自己特有的結(jié)構(gòu)。生物大分子的分子量大，構(gòu)件種類多，數(shù)量大，排列順序千變?nèi)f化，因而其結(jié)構(gòu)十分復雜。估計僅蛋白質(zhì)就有1010-1012種。生

2、物分子又是有序的，每種生物分子都有自己的結(jié)構(gòu)特點，所有的生物分子都以一定的有序性(組織性)存在于生命體系中。三、生物結(jié)構(gòu)具有特殊的層次生物用少數(shù)幾種生物元素(C、H、O、N、S、P)構(gòu)成小分子構(gòu)件，如氨基酸、核苷酸、單糖等;再用簡單的構(gòu)件構(gòu)成復雜的生物大分子;由生物大分子構(gòu)成超分子集合體;進而形成細胞器，細胞，組織，器官，系統(tǒng)和生物體。生物的不同結(jié)構(gòu)層次有著質(zhì)的區(qū)別:低層次結(jié)構(gòu)簡單，沒有種屬專一性，結(jié)合力強;高層次結(jié)構(gòu)復雜，有種屬專一性，結(jié)合力弱。生物大分子是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命是生物大分子的存在形式。生物大分子的特殊運動體現(xiàn)著生命現(xiàn)象。四、生物分子都行使專一的功能每種生物分子都具有專一的生物

3、功能。核酸能儲存和攜帶遺傳信息，酶能催化化學反應，糖能提供能量。任何生物分子的存在，都有其特殊的生物學意義。人們研究某種生物分子，就是為了了解和利用它的功能。五、代謝是生物分子存在的條件代謝不僅產(chǎn)生了生物分子，而且使生物分子以一定的有序性處于穩(wěn)定的狀態(tài)中，并不斷得到自我更新。一旦代謝停止，穩(wěn)定的生物分子體系就要向無序發(fā)展，在變化中解體，進入非生命世界。六、生物分子體系有自我復制的能力遺傳物質(zhì)DNA能自我復制，其他生物分子在DNA的直接或間接指導下合成。生物分子的復制合成，是生物體繁殖的基礎(chǔ)。七、生物分子能夠人工合成和改造生物分子是通過漫長的進化產(chǎn)生的。隨著生命科學的發(fā)展，人們已能在體外人工合成

4、各類生物分子，以合成和改造生物大分子為目標的生物技術(shù)方興未艾。 第二節(jié) 生物元素在已知的百余種元素中，生命過程所必需的有27種，稱為生物元素。生物體所采用的構(gòu)成自身的元素，是經(jīng)過長期的選擇確定的。生物元素都是在自然界豐度較高，容易得到，又能滿足生命過程需要的元素。一、主要生物元素都是輕元素主要生物元素C、H、O、N占生物元素總量的95%以上，其原子序數(shù)均在8以內(nèi)。它們和S、P、K、Na、Ca、Mg、Cl共11種元素，構(gòu)成生物體全部質(zhì)量的99%以上，稱為常量元素，原子序數(shù)均在20以內(nèi)。另外16種元素稱為微量元素，包括B,F,Si,Se,As,I,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Sn

5、,Mo，原子序數(shù)在53以內(nèi)。二、碳氫氧氮硫磷是生物分子的基本素材(一)碳氫是生物分子的主體元素碳原子既難得到電子，又難失去電子，最適于形成共價鍵。碳原子非凡的成鍵能力和它的四面體構(gòu)型，使它可以自相結(jié)合，形成結(jié)構(gòu)各異的生物分子骨架。碳原子又可通過共價鍵與其它元素結(jié)合，形成化學性質(zhì)活潑的官能團。氫原子能以穩(wěn)定的共價鍵于碳原子結(jié)合，構(gòu)成生物分子的骨架。生物分子的某些氫原子被稱為還原能力，它們被氧化時可放出能量。生物分子含氫量的多少(以H/C表示)與它們的供能價值直接相關(guān)。氫原子還參與許多官能團的構(gòu)成。與電負性強的氧氮等原子結(jié)合的氫原子還參與氫鍵的構(gòu)成。氫鍵是維持生物大分子的高級結(jié)構(gòu)的重要作用力。(二

6、)氧氮硫磷構(gòu)成官能團它們是除碳以外僅有的能形成多價共價鍵的元素，可形成各種官能團和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，對決定生物分子的性質(zhì)和功能具有重要意義。此外，硫磷還與能量交換直接相關(guān)。生物體內(nèi)重要的能量轉(zhuǎn)換反應，常與硫磷的某些化學鍵的形成及斷裂有關(guān)。一些高能分子中的磷酸苷鍵和硫酯鍵是高能鍵。三、無機生物元素(一)、利用過渡元素的配位能力過渡元素具有空軌道，能與具有孤對電子的原子以配位鍵結(jié)合。不同過渡元素有不同的配位數(shù)，可形成各種配位結(jié)構(gòu)，如三角形，四面體，六面體等。過渡元素的絡和效應在形成并穩(wěn)定生物分子的構(gòu)象中，具有特別重要的意義。過渡元素對電子的吸引作用，還可導致配體分子的共價鍵發(fā)生極化，這對酶的催化很有用。已

7、發(fā)現(xiàn)三分之一以上的酶含有金屬元素，其中僅含鋅酶就有百余種。鐵和銅等多價金屬離子還可作為氧化還原載體，擔負傳遞電子的作用。在光系統(tǒng)II中，四個錳原子構(gòu)成一個電荷累積器，可以累積失去四個電子，從而一次氧化兩分子水，釋放出一分子氧，避免有害中間產(chǎn)物的形成。細胞色素氧化酶中的鐵-銅中心也有類似功能。(二)、利用常量離子的電化學效應K等常量離子，在生物體的體液中含量較高，具有電化學效應。它們在保持體液的滲透壓，酸堿平衡，形成膜電位及穩(wěn)定生物大分子的膠體狀態(tài)等方面有重要意義。各種生物元素對生命過程都有不可替代的作用，必需保持其代謝平衡。氟是骨骼和牙釉的成分，以氟磷灰石的形式存在，可使骨晶體變大，堅硬并抗酸

8、腐蝕。所以在飲食中添加氟可以預防齲齒。氟還可以治療骨質(zhì)疏松癥。但當水中氟含量達到每升2毫克時，會引起斑齒，牙釉無光，粉白色，嚴重時可產(chǎn)生洞穴。氟是烯醇化酶的抑制劑，又是腺苷酸環(huán)化酶的激活劑。硒缺乏是克山病的病因之一，而硒過多也可引起疾病，如亞硒酸鹽可引起白內(nèi)障。糖耐受因子（GTF）可以促使胰島素與受體結(jié)合，而鉻可以使煙酸、甘氨酸、谷氨酸、半胱氨酸等與GTF絡合。某些非生物元素進入體內(nèi)，能干擾生物元素的正常功能，從而表現(xiàn)出毒性作用。如鎘能置換鋅，使含鋅酶失活，從而使人中毒。某些非生物元素對人體有益，如有機鍺可激活小鼠腹腔巨嗜細胞，后者介導腫瘤細胞毒和抗原提呈作用，從而發(fā)揮免疫監(jiān)視、防御和抗腫瘤作

9、用。第三節(jié) 生物分子中的作用力一、兩類不同水平的作用力生物體系有兩類不同的作用力，一類是生物元素借以結(jié)合稱為生物分子的強作用力-共價鍵，另一類是決定生物分子高層次結(jié)構(gòu)和生物分子之間借以相互識別，結(jié)合，作用的弱作用力-非共價相互作用。二、共價鍵是生物分子的基本形成力共價鍵(covalent bond)的屬性由鍵能，鍵長，鍵角和極性等參數(shù)來描述，它們決定分子的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。(一)鍵能鍵能等于破壞某一共價鍵所需的能量。鍵能越大，鍵越穩(wěn)定。生物分子中常見的共價鍵的鍵能一般在300-800kj/mol之間。(二)鍵長鍵長越長，鍵能越弱，容易受外界電場的影響發(fā)生極化，穩(wěn)定性也越差。生物分子中鍵長多在0.

10、1到0.18nm之間。(三)鍵角共價鍵具有方向性，一個原子和另外兩個原子所形成的鍵之間的夾角即為鍵角。根據(jù)鍵長和鍵角，可了解分子中各個原子的排列情況和分子的極性。(四)鍵的極性共價鍵的極性是指兩原子間電子云的不對稱分布。極性大小取決于成鍵原子電負性的差。多原子分子的極性狀態(tài)是各原子電負性的矢量和。在外界電場的影響下，共價鍵的極性會發(fā)生改變。這種由于外界電場作用引起共價鍵極性改變的現(xiàn)象稱為鍵的極化。鍵的極性與極化，同化學鍵的反應性有密切關(guān)系。(五)配位鍵對生物分子有特殊意義配位鍵(coordinate bond)是特殊的共價鍵，它的共用電子對是由一個原子提供的。在生物分子中，常以過渡元素為電子受

11、體，以化學基團中的O、N、S、P等為電子供體，形成多配位絡和物。過渡元素都有固定的配位數(shù)和配位結(jié)構(gòu)。在生物體系中，形成的多配位體，對穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，形成特定的生物分子復合物具有重要意義。由多配位體所產(chǎn)生的立體異構(gòu)現(xiàn)象，甚至比手性碳所引起的立體異構(gòu)現(xiàn)象更為復雜。金屬元素的絡和效應，因能導致配體生物分子內(nèi)鍵發(fā)生極化，增強其反應性，而與酶的催化作用有關(guān)。三、非共價相互作用(一)、非共價作用力對生物體系意義重大非共價相互作用是生物高層次結(jié)構(gòu)的主要作用力。非共價作用力包括氫鍵，靜電作用力，范德華力和疏水作用力。這些力屬于弱作用力，其強度比共價鍵低一兩個數(shù)量級。這些力單獨作用時，的確很弱，極不穩(wěn)定，

12、但在生物高層次結(jié)構(gòu)中，許多弱作用力協(xié)同作用，往往起到?jīng)Q定生物大分子構(gòu)象的作用?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有對非共價相互作用的理解，就不可能對生命現(xiàn)象有深刻的認識。各種非共價相互作用結(jié)合能的大小也有差別，在不同級別生物結(jié)構(gòu)中的地位也有不同。結(jié)合能較大的氫鍵，在較低的結(jié)構(gòu)級別(如蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu))，較小的尺度間，把氫受體基團與氫供體基團結(jié)合起來。結(jié)合能較小的范德華力則主要在更高的結(jié)構(gòu)級別，較大的尺度間，把分子的局部結(jié)構(gòu)或不同分子結(jié)合起來。(二)、氫鍵氫鍵(hydrogen bond)是一種弱作用力，鍵能只相當于共價鍵的1/30-1/20(12-30 kj/mol)，容易被破壞，并具有一定的柔性，容易彎曲

13、。氫原子與兩側(cè)的電負性強的原子呈直線排列時，鍵能最大，當鍵角發(fā)生20度偏轉(zhuǎn)時，鍵能降低20%。氫鍵的鍵長比共價鍵長，比范德華距離短，約為0.26-0.31nm。氫鍵對生物體系有重大意義，特別是在穩(wěn)定生物大分子的二級結(jié)構(gòu)中起主導作用。(三)、范德華力范德華力是普遍存在于原子和分子間的弱作用力，是范德華引力與范德華斥力的統(tǒng)一。引力和斥力分別和原子間距離的6次方和12次方成反比。二者達到平衡時，兩原子或原子團間保持一定的距離，即范德華距離，它等于兩原子范德華半徑的和。每個原子或基團都有各自的范德華半徑。范德華力的本質(zhì)是偶極子之間的作用力，包括定向力、誘導力和色散力。極性基團或分子是永久偶極，它們之間

14、的作用力稱為定向力。非極性基團或分子在永久偶極子的誘導下可以形成誘導偶極子，這兩種偶極子之間的作用力稱為誘導力。非極性基團或分子，由于電子相對于原子核的波動，而形成的瞬間偶極子之間的作用力稱為色散力。范德華力比氫鍵弱得多。兩個原子相距范德華距離時的結(jié)合能約為4kj/mol，僅略高于室溫時平均熱運動能(2.5kj/mol)。如果兩個分子表面幾何形態(tài)互補，由于許多原子協(xié)同作用，范德華力就能成為分子間有效引力。范德華力對生物多層次結(jié)構(gòu)的形成和分子的相互識別與結(jié)合有重要意義。(四)、荷電基團相互作用荷電基團相互作用，包括正負荷電基團間的引力，常稱為鹽鍵(salt bond)和同性荷電基團間的斥力。力的

15、大小與荷電量成正比，與荷電基團間的距離平方成反比，還與介質(zhì)的極性有關(guān)。介質(zhì)的極性對荷電基團相互作用有屏蔽效應，介質(zhì)的極性越小，荷電基團相互作用越強。例如，-COO-與-NH3+間在極性介質(zhì)水中的相互作用力，僅為在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部非極性環(huán)境中的1/20，在真空中的1/80。(五)、疏水相互作用疏水相互作用(hydrophobic interaction)比范德華力強得多。例如，一個苯丙氨酸側(cè)鏈由水相轉(zhuǎn)入疏水相時，體系的能量降低約40kj/mol。生物分子有許多結(jié)構(gòu)部分具有疏水性質(zhì)，如蛋白質(zhì)的疏水氨基酸側(cè)鏈，核酸的堿基，脂肪酸的烴鏈等。它們之間的疏水相互作用，在穩(wěn)定蛋白質(zhì)，核酸的高層次結(jié)構(gòu)和形成生物

16、膜中發(fā)揮著主導作用。第四章 酶酶是一類具有高效率、高度專一性、活性可調(diào)節(jié)的高分子生物催化劑。1957巴斯德提出酒精發(fā)酵是酵母細胞活動的結(jié)果。1 分子Glc2分子乙醇+2分子CO2  從Glc開始，經(jīng)過12種酶催化，12步反應，生成乙醇。1897  Buchner兄弟證明發(fā)酵與細胞的活動無關(guān)，不含細胞的酵母汁也能進行乙醇發(fā)酵。1913  Michaelis和Menten提出米氏學說酶促動力學原理。1926  Sumner首次從刀豆中提出脲酶結(jié)晶，并證明具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。1969  化學合成核糖核酸酶

17、。1967-1970  從E.coli中發(fā)現(xiàn)第I、第II類限制性核酸內(nèi)切酶。1986  Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲細胞大核期間26S rRNA前體具有自我剪接功能。ribozyme ，   deoxyribozyme          E.coRI                

18、0;  5GAATTC3                   3CTTAAG5             限制作用               

19、;         修飾作用        5GAATTC3           5GAATTC3        3CTTAAG5          

20、 3CTTAAG5第一節(jié) 酶學概論一、 酶的生物學意義大腸桿菌生命周期20分鐘，生物體內(nèi)化學反應變得容易和迅速進行的根本原因是體內(nèi)普通存在生物催化劑酶。沒有酶，生長、發(fā)育、運動等等生命活動就無法繼續(xù)。限制性核酸內(nèi)切酶（限制-修飾）二、 酶的概念及其作用特點1、 酶是一種生物催化劑酶是一類具有高效率、高度專一性、活性可調(diào)節(jié)的高分子生物催化劑。生物催化劑 ：酶(enzyme)，核（糖）酶(ribozyme)，脫氧核（糖）酶(deoxyribozyme)2、 酶催化反應的特點（1）、 催化效率高酶催化反應速度是相應的無催化反應的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反應速度幾個數(shù)量級。（2）、 專

21、一性高酶對反應的底物和產(chǎn)物都有極高的專一性，幾乎沒有副反應發(fā)生。（3）、 反應條件溫和溫度低于100，正常大氣壓，中性pH環(huán)境。（4）、 活性可調(diào)節(jié)根據(jù)據(jù)生物體的需要，許多酶的活性可受多種調(diào)節(jié)機制的靈活調(diào)節(jié)，包括：別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的共價修飾、酶的合成、活化與降解等。（5）、 酶的催化活性離不開輔酶、輔基、金屬離子3、 酶與非生物催化劑相比的幾點共性：催化效率高，用量少（細胞中含量低）。不改變化學反應平衡點。降低反應活化能。P234 圖4-1  非催化過程及催化過程自由能的變化反應前后自身結(jié)構(gòu)不變。催化劑改變了化學反應的途徑，使反應通過一條活化能比原途徑低的途徑進行，催化劑的效應

22、只反映在動力學上（反應速度），不影響反應的熱力學（化學平衡）。三、 酶的化學本質(zhì)（一） 酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)經(jīng)典概念：所有的酶都是蛋白質(zhì)，酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)，因此酶具有蛋白質(zhì)的一切共性。1、 酶的蛋白質(zhì)組成有些酶僅由蛋白質(zhì)組成，例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等有些酶不僅含有蛋白質(zhì)（酶蛋白），還含有非蛋白質(zhì)成分（輔助因子），只有酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成復合物（全酶）才表現(xiàn)出酶活性，如超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脫氫酶（NAD+）酶的專一性由酶蛋白的結(jié)構(gòu)決定，輔助因子傳遞電子或某些化學基團。2、 酶的輔助因子酶的輔助因子主要有金屬離子（Fe2+、Fe3+ 、Cu+、Cu

23、2+、 Mn2+、Mn3+、Zn2+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等）和有機化合物。輔酶：與酶蛋白結(jié)合較松，可透析除去。輔基：與酶蛋白結(jié)合較緊。       酶                     輔助因子CuZn-SOD       

24、0;   Cu2+  Zn2+Mn-SOD                Mn2+過氧化物酶              Fe2+或Fe3+II型限制性核酸內(nèi)切酶    Mg2+羧肽酶   &

25、#160;              Zn2+P235  表4-1 一些酶的輔助因子（金屬離子）P237  表4-2  基團反應中的輔酶和輔基。酶蛋白決定酶專一性，輔助因子決定酶促反應的類型和反應的性質(zhì)。比如，NAD+可與多種酶蛋白結(jié)合，構(gòu)成專一性強的乳酸脫氫酶、醇脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶。生物體內(nèi)酶種類很多，而輔助因子種類卻很少，原因是一種輔助因子可與多種酶蛋白結(jié)合。（二） ribo

26、zyme核酶（具有催化功能的RNA）1980以前，已知所有的生物催化劑，其化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。80年代初，美國科羅拉多大學博爾德分校的Thomas Cech和美國耶魯大學Sidney Altman各自獨立發(fā)現(xiàn)RNA具有生物催化功能，此發(fā)現(xiàn)被認為是近十年生化領(lǐng)域最令人鼓舞的發(fā)現(xiàn)，此二人分亨1989諾貝爾化學獎。ribozyme種類：自我剪接ribozyme   自我剪切ribozyme    催化分子間反應ribozyme后邊細講四、 按酶蛋白的亞基組成及結(jié)構(gòu)特點分類1、 單體酶由一條或多條共價相連的肽鏈組成的酶分子牛胰RNase

27、60;     124a.a    單鏈雞卵清溶菌酶    129a.a    單鏈胰凝乳蛋白酶    三條肽鏈單體酶種類較少，一般多催化水解反應。2、 寡聚酶由兩個或兩個以上亞基組成的酶，亞基可以相同或不同，一般是偶數(shù)，亞基間以非共價鍵結(jié)合。含相同亞基的寡聚酶蘋果脫胱氫酶（鼠肝），2個相同的亞基含不同亞基的寡聚酶琥珀酸脫氫酶（牛心），2個亞基寡聚酶中亞基的聚合，有的與酶的專一性有關(guān)，有

28、的與酶活性中心形成有關(guān)，有的與酶的調(diào)節(jié)性能有關(guān)。大多數(shù)寡聚酶是胞內(nèi)酶，而胞外酶一般是單體酶。3、 多酶復合體由兩個或兩個以上的酶，靠非共價鍵結(jié)合而成，其中每一個酶催化一個反應，所有反應依次進行，構(gòu)成一個代謝途徑或代謝途徑的一部分。如脂肪酸合成酶復合體。例如：大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復合體由三種酶組成丙酮酸脫氫酶（E1）          以二聚體存在2×9600二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；福‥2）  70000二氫硫辛酸脫氫酶（E3）   

29、0;  以二聚體存在2×56000復合體：12個E1二聚體  24×96000             24個E2單體    24×70000             6個E3二聚體   12×56000 &#

30、160; 總分子量560萬4、 多酶融合體一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活性的酶，這往往是基因融合的產(chǎn)物。例如：天冬氨酸激酶I-高絲氨酸脫氫酶I融合體（雙頭酶）該酶是四聚體4，每條肽鏈含兩個活性區(qū)域：N-端區(qū)域是Asp激酶，C端區(qū)域是高Ser脫氫酶。五、 酶在細胞中的分布一個細胞內(nèi)含有上千種酶，互相有關(guān)的酶往往組成一個酶體系，分布于特定的細胞組分中，因此某些調(diào)節(jié)因子可以比較特異地影響某細胞組分中的酶活性，而不使其它組分中的酶受影響。1. 分布于細胞核的酶核被膜           

31、       酸性磷酸酶染色質(zhì)                  三磷酸核苷酶核仁                    核糖核酸酶核內(nèi)可溶性部分&#

32、160;         酵解酶系、乳酸脫氫酶2. 分布于細胞質(zhì)的酶參與糖代謝的酶         酵解酶系                       磷酸戊糖途徑酶系參與脂代謝的酶  &

33、#160;      脂肪酸合成酶復合體參與a.a蛋白質(zhì)的酶      Asp氨基轉(zhuǎn)移酶參與核酸合成的酶       核苷激酶  核苷酸激酶3. 分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的酶       光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)       膽固醇合成酶系      粗糙

34、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)      蛋白質(zhì)合成酶系    （細胞質(zhì)一側(cè)）4. 分布于線粒體的酶外膜：?；o酶A合成酶內(nèi)膜：NADH脫氫酶基質(zhì)：三羧酸循環(huán)酶系      脂肪酸-氧化酶系5. 分布于溶酶體的酶水解蛋白質(zhì)的酶水解糖苷類的酶水解核酸的酶水解脂類的酶6. 標志酶有些酶只分布于細胞內(nèi)某種特定的組分中，核：    尼克酰胺單核苷酸腺苷酰轉(zhuǎn)移酶，功能：DNA、RNA生物合成線粒體：琥珀酸脫氫酶（電子轉(zhuǎn)移、三羧酸循

35、環(huán)）溶酶體：酸性磷酸酶（細胞成分的水解）微粒體：（核蛋白體、多核蛋白體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）Glc-6-磷酸酶上清液：乳酸脫氫酶第二節(jié) 酶的國際分類及命名一、 習慣命名1961年6以前使用的酶沿用習慣命名1.（絕大多數(shù)酶）依據(jù)底物來命名如：催化蛋白質(zhì)水解的酶稱蛋白酶。催化淀粉水解的酶稱淀粉酶。2. 依據(jù)催化反應的性質(zhì)命名如：水解酶、轉(zhuǎn)氨酶3 結(jié)合上述兩個原則命名，琥珀酸脫氫酶。4. 有時加上酶的來源如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶習慣命名較簡單，但缺乏系統(tǒng)性。二、 國際系統(tǒng)命名系統(tǒng)名稱應明確標明酶的底物及催化反應的性質(zhì)。如：草酸氧化酶（習慣名），系統(tǒng)名稱：    草酸：

36、氧氧化酶又如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（習慣名），系統(tǒng)名：    丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶反應：丙氨酸+-酮戊二酸Glu+丙酮酸三、 國際系統(tǒng)分類法及編號（EC編號）原則：將所有酶促反應按性質(zhì)分為六類，分別用1、2、3、4、5、6表示。再根據(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，每個亞類又可分為若干個亞一亞類，用編號1、2、3表示。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。1、 氧化還原酶類催化氧化還原反應： &

37、#160; A·2H+B=A+B·2H乳酸：NAD+氧化還原酶（EC1.1.1.27），    習慣名：乳酸脫氫酶         圖2、 轉(zhuǎn)移酶類AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移換酶（EC2.6.1.2），    習慣名： 谷丙轉(zhuǎn)氨酶         圖3、 水解酶類催化水解反應，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。亮氨酸氨基肽水

38、解酶（EC3.4.1.1），    習慣名：  Ile氨肽酶。4、 裂合酶類（裂解酶）催化從底物上移去一個基團而形成雙鍵的反應或其逆反應二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），     習慣名：醛縮酶5、 異構(gòu)酶（EC5.3.1.9）催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化，6-磷酸Glc異構(gòu)酶6、 合成酶（連接酶）催化一切必須與ATP分解相偶聯(lián)、并由兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應。P241 表4-8 酶的國際分類大類和亞類舉例：乙醇脫氫酶的分類編號是 EC1.1.1.1 ，乳酸脫氫酶EC1.1.1.27 ， 蘋果酸

39、脫氫酶EC1.1.1.37第一個數(shù)字表示大類：    氧化還原第二個數(shù)字表示反應基團：醇基第三個數(shù)字表示電子受體：NAD+或NADP+第四個數(shù)字表示此酶底物：乙醇，乳酸，蘋果酸。前面三個編號表明這個酶的特性：反應性質(zhì)、底物性質(zhì)（鍵的類型）及電子或基團的受體，第四個編號用于區(qū)分不同的底物。酶的物種和組織的差異來自不同物種或同一物種不同組織或不同細胞器的同一種酶，雖然它們催化同一個生化反應，但它們的一級結(jié)構(gòu)可能不相同，有時反應機制也可能不同，可是無論是酶的系統(tǒng)命名法還是習慣命名法，對這些均不加以區(qū)別，而定為相同的名稱，這是因為命名酶的根據(jù)是酶所催化的反應。例

40、如，  SOD不管來源如何，均催化如下反應2O2-+2H+H2O2+O2    H2O2再由過氧化氫酶催化、分解它們有同一個名稱和酶的編號EC1.15.1.1實際此酶可分三類：CuZn-SOD   真核生物細胞質(zhì)中Mn-SOD     真核生物線粒體中Fe-SOD即使同是CuZn-SOD，來自牛紅細胞與豬紅細胞的，其一級結(jié)構(gòu)也有很大不同。因此，在討論一個具體的酶時，應對它的來源與名稱一并加以說明。第三節(jié) 酶促反應動力學酶促反應動力學是研究酶促反應的速度以及影響酶促反應速度的各

41、種因素，包括低物濃度、酶濃度、pH、溫度、激活劑與抑制劑、等。一、 酶的量度酶的含量不能直接用重量和摩爾數(shù)表示（不純、失活、分子量不知），而采用酶的活力單位表示1、 酶活力與酶促反應速度酶活力：用在一定條件下，酶催化某一反應的反應速度表示。反應速度快，活力就越高。酶量酶活力一反應速度酶促反應速度的表示方法：單位時間、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量。單位：濃度/單位時間      P243  圖4-4  酶反應速度曲線研究酶促反應速度，以酶促反應的初速度為準。因為底物濃度降低、酶部分失活產(chǎn)物

42、抑制和逆反應等因素，會使反應速度隨反應時間的延長而下降。2、 酶的活力單位（U）國際酶學會標準單位：在特定條件下，1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1umol底物的酶量，稱一個國際單位（IU）。特定條件：25 pH及底物濃度采用最適條件（有時底物分子量不確定時，可用轉(zhuǎn)化底物中1umol的有關(guān)基團的酶量表示）。實際工作中，每一種酶的測活方法不同，對酶單位分別有一個明確的定義。如 ：限制性核酸內(nèi)切酶用粘度法測活性：定義為30， 1分鐘，使底物DNA溶液的比粘度下降25%的酶量為1個酶單位。轉(zhuǎn)化率法：標準條件，5分鐘使1ug供體DNA殘留37%的轉(zhuǎn)化活性所需的酶量為1個酶單位。凝膠電泳法測活：37，1小時，使1ugDN

43、A完全水解的酶量為1個酶單位?？梢?，同一種酶采用不同的測活方法，得到的酶活單位是不同的，即使是同一種測活法，實驗條件稍有相同，測得的酶單位亦有差異。如 淀粉酶，兩種定義A：1 g可溶性starch，在1h內(nèi)液化所需的enzyme量。B：l ml 2%可溶性starch ，在1h內(nèi)液化所需的enzyme量。1g 酶制劑溶于1000ml H2O，取0.5ml與2%的starch 20ml反應，pH6.0，10分鐘完全液化，求酶活力。A：60/10×20×2%×1/0.5×1000=4800u/克enzyme制劑B：60/10×20/0.5×

44、;1000=240000u/克enzyme制劑3、 酶的比活力  Specific  activity每毫克酶蛋白所具有的酶活力。酶的比活力是分析酶的純度是重要指標。單位：U/mg蛋白質(zhì)。有時用每克酶制劑或每毫升酶制劑含有多少個活力單位表示。舉例：一個酶的分離純化分為4 步。步驟             1       2    

45、0;  3       4總活力（U）      6       4       3       2總蛋白質(zhì)（mg）  20      10      

46、; 5       2比活力（U/mg）  6/20    4/10     3/5      2/2酶的提純過程中，總蛋白減少，總活力減少，比活力增高。酶的純化倍數(shù)：酶的回收率：                

47、0;   ×100%4、 酶的轉(zhuǎn)換數(shù)和催化周期分子活性定義：每mol的 enzyme  在1秒內(nèi)轉(zhuǎn)化substrate的 mol數(shù)。亞基或催化中心活性定義：每mol 的active subunit或 active center 在一秒內(nèi)轉(zhuǎn)化的substrate 的mol 數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換數(shù)KcatP244圖表44轉(zhuǎn)換數(shù)的倒數(shù)即為催化周期：一個酶分子每催化一個底物分子所需的時間。如：乳糖脫氫酶轉(zhuǎn)換數(shù)為1000/秒，則它的催化周期為10-3秒。二、 底物濃度對酶促反應速度的影響單底物酶促反應，包括異構(gòu)酶、水解酶及大部分裂合催化的反應。1913

48、 Michaelis 和Menten 提出米曼方程。（一） 底物濃度對酶促反應速度的影響米式學說的提出1903  Henri    研究蔗糖水解反應。                                

49、60;  sucrose +H2O        acid       glucose +fructose                           sucrase酸水解 

50、;       V                      V                    

51、60;                                  sucrose                 

52、;                                 酶水解                 &

53、#160;                                   V        V      

54、;                                enzyme( substrate不變)                &

55、#160;    sucrose  底物濃度與酶促反應速度的關(guān)系：當?shù)孜餄舛炔粩嘣龃髸r，反應速度不再上升，趨向一個極限，酶被底物飽和（底物飽和現(xiàn)象）。中間產(chǎn)物假說：酶與底物先絡合成一個中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物進一步分解成產(chǎn)物和游離的酶。證據(jù)：（1）競爭性抑制實驗（2）底物保護酶不變性（3）結(jié)晶ES復合物的獲得。米式學說：1913年，Michaelis和Menten繼承和發(fā)展了中間產(chǎn)物學說，在前人工作基礎(chǔ)上提出酶促動力學的基本原理，并以數(shù)學公式表明了底物濃度與酶促反應速度的定量關(guān)系，稱米式學說：（二） 米式方程的導出：1、 基于快速平衡假說早年的米

56、式方程最初，Michaelis和Menten是根據(jù)“快速平衡假說”推出米式方程?？焖倨胶饧僬f： 在反應的初始階段，底物濃度遠遠大于酶濃度，因此，底物濃度S可以認為不變。 游離的酶與底物形成ES的速度極快，E + S       ES，而ES形成產(chǎn)物的速度極慢，ES分解成產(chǎn)物P對于ES濃度的動態(tài)平衡沒有影響，不予考慮。K1、K2K3 因為研究的是初速度，P的量很小，由P        ES可以忽略不記。ES的生成速度：K1（E - ES）SES的分解速度：K

57、2ESK1（E - ES）S  =  K2ES反應速度：KS現(xiàn)在稱為底物常數(shù)2、 Briggs和Haldane的“穩(wěn)態(tài)平衡假說”及其對米式方程的發(fā)展：穩(wěn)態(tài)平衡假說：ES的的生成與分解處于動態(tài)平衡（穩(wěn)態(tài)），有時必須考慮ES分解成產(chǎn)物P對于ES動態(tài)平衡的影響（ES分解速度）。或者說，ES的動態(tài)平衡（分解速度）不僅與ES        E+S有關(guān)，還與ES         P + E有關(guān)。穩(wěn)態(tài)平衡假說的

58、貢獻在于第點。用穩(wěn)態(tài)假說推導米式方程：ES生成速度：k1（E - ES）SES分解速度：k2ES+k3ES以上兩個速度相等。k1（E - ES）S = k2ES+k3ES反應速度：Vmax=k3 EKm稱米氏常數(shù)，當Km及Vmax已知時，即可確定酶反應速度與底物濃度的關(guān)系。（三） 米式方程討論1、 快速平衡假說與穩(wěn)態(tài)平衡假說的實質(zhì)區(qū)別當K1、K2K3時，即ES       P是整個反應平衡中極慢的一步，那么這就是早年提出的米式方程因此說，穩(wěn)態(tài)平衡 = 快速平衡 + 慢速平衡，當ES    

59、60;    P（即K3/K1）極慢時，穩(wěn)態(tài)平衡基本等于快速平衡2、 Km的物理意義當反應速度v=1/2 Vmax時， Km = S，Km的物理意義是：當反應速度達到最大反應速度的一半時底物的濃度。單位：與底物濃度的單位一致，mol·L-1或mmol·L-1Km是酶的特征常數(shù)之一。一般只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。不同的酶Km值不同。  P248  表4-5  一些酶的Km值。3、 Km與天然底物如果一個酶有幾種底物，則每一種底物各有一個特定的Km，其中Km最小的底物稱該酶的最適底

60、物或天然底物。因為Km愈?。ㄟ_到Vmax一半所需的底物濃度愈?。┍硎綱變化越靈敏底物。4、 Km、Ks與底物親和力Km稱米式常數(shù)，Km=（K2+K3）K1 ，從某種意義上講，Km是ES分解速度（K2+K3）與形成速度（K1）的比值，它包含ES解離趨勢（K2K1）和產(chǎn)物形成趨勢（K3K1）。Ks稱為底物常數(shù)，Ks=K2K1，它是ES的解離常數(shù)，只反映ES解離趨勢，因此，1/Ks可以表示酶與底物的親和力大小（ES形成趨勢），不難看出，底物親和力大不一定反應速度大（產(chǎn)物形成趨勢，K3K1）只有當K2、K1K3時，KmKs，因此，1/Km只能近似地表示底物親和力的大小。問題：（1） Km越小，底物親和

61、力越大（X）（2） Ks越小，底物親和力越大（）（3） 天然底物就是親和力最大的底物（X）（4） 天然底物就是Km值最小的底物（）5、 Km與米式方程的實際用途已知V求S已知S求V相對速度（酶活性中心被占據(jù)分數(shù)Y）：當v=Vmax時，表明酶的活性部位已全部被底物占據(jù)，v與S無關(guān)，只和Et成正比。當v=1/2 Vmax時，表示活性部位有一半被占據(jù)。設(shè)定達到最大反應速度的0.9倍時，所需底物濃度為S0.9S0.9=9Km同理有：S0.8=4Km             

62、 S0.7=2.33Km              S0.6=1.5Km              S0.5=1Km              S0.1=1/9KmS0.

63、9 /S0.1=81S0.7/S0.1=21（四） Km和Vmax的求解方法1、 雙倒數(shù)作圖法要從實驗數(shù)據(jù)所得到的v-S曲線來直接決定Vmax是很困難的，也不易求出Km值。由米式方程兩邊取倒數(shù)：將實驗所得的初速度數(shù)據(jù)v和S取倒數(shù)，得各種1/v和1/S值，將1/v對1/S作圖，得P250 圖4-6上圖S范圍在0.3302.0Km，最適。若S范圍在3.320 Km ，直線斜率太小。若S范圍在0.0330.2 Km ，直線斜率太大。如當Km=1×10-5mol/L時，實驗所取底物濃度范圍應在0.33×10-52.0×10-5mol/L。一般選底物濃度應考慮能否得到1/S

64、的常數(shù)增量。如當選S為1.01、1.11、1.25、1.42、1.66、2.0、2.5、3.33、5.0、10時1/S為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0是常數(shù)增量。反之，若選S為常數(shù)增量1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、10時，1/S為0.1、0.111、0.125、0.5、1.0，是非常數(shù)增量，點多集中在1/v軸附近。2、 VV/S作圖法P250  圖4-7三、 多底物的酶促反應前面討論的米氏方程（推導米氏方程時用的是單底物），適用于單底物酶促反應，如異構(gòu)、水解及大部分裂合反應，不適用于多底物反應。A、B、C表示底物，按

65、照底物與酶的結(jié)合順序，產(chǎn)物則按它們從酶產(chǎn)復合物中釋放次序分別用P、Q、R表示。雙底物酶促反應已知有三種機理1、 有序順序反應機理底物A、B與酶結(jié)合的順序是一定的，產(chǎn)物P、Q的釋放順序也是一定的。       P251 舉例：P251 乙醇脫氫酶2、 隨機順序反應機理底物A、B與酶結(jié)合的順序是隨機的，產(chǎn)物P、Q的釋放順序也是隨機的。P252如糖原磷酸化酶3、 乒乓反應機理先結(jié)合第一個底物A，釋放第一個產(chǎn)物P，酶的構(gòu)象發(fā)生變化，結(jié)合第二個底物B，釋放第二個產(chǎn)物Q。       P

66、252 舉例：  谷丙轉(zhuǎn)氨酶四、 pH對酶促反應速度的影響1. pH影響酶活力的因素影響酶蛋白構(gòu)象，過酸或過堿會使酶變性。影響酶和底物分子解離狀態(tài)，尤其是酶活性中心的解離狀態(tài)，最終影響ES形成。影響酶和底物分子中另一些基團解離，這些基團的離子化狀態(tài)影響酶的專一性及活性中心構(gòu)象。2酶的最適pH和穩(wěn)定性pH最適pH：使酶促反應速度達到最大時的介質(zhì)pH。酶在試管反應中的最適pH與它所在細胞中的生理pH不一定完全相同，為什么？幾種酶的最適pH，見P253表46。穩(wěn)定性pH：在一定pH范圍內(nèi)，酶不會變性失活，此范圍稱酶的穩(wěn)定性pH。    &#

67、160;    圖A最適pH曲線：最適pH=6.8B穩(wěn)定性pH曲線：pH58曲線B：將酶在不同pH下保溫，再調(diào)回pH6.8，測定反應速度。曲線B說明，在pH6.88及56.8范圍內(nèi)反應速度的降低，不是由于酶蛋白變性失活造成的，而是由于酶或底物形成了不正常的解離，而在pH 8和pH5范圍，則是由兩種因素共同作用的結(jié)果。雖然大部分酶的pH酶活曲線是鐘形，但也有半鐘形甚至直線形。P254 圖4-9 酶的pH酶活曲線五、 溫度對酶促反應速度的影響。1最適溫度及影響因素  溫度對酶促反應速度的影響有兩個方面：提高溫度，加快反應速度。提高溫度，酶變性失活。

68、這兩種因素共同作用，在小于最適溫度時，前一種因素為主；在大于最適溫度時，后一種因素為主。最適溫度就是這兩種因素綜合作用的結(jié)果。溫度系數(shù)Q10：溫度升高10，反應速度與原來的反應速度之比，Q10一般為12。溫血動物的酶，最適溫度3540，植物酶最適溫度4050，細菌Taq DNA聚合酶70。2酶的穩(wěn)定性溫度在某一時間范圍內(nèi)，酶活性不降低的最高溫度稱該酶的穩(wěn)定性溫度。酶的穩(wěn)定性溫度有一定的時間限制。穩(wěn)定性溫度范圍的確定方法：將酶分別在不同溫度下預保溫一定時間，然后回到較低溫度（即酶的熱變性失活作用可忽略的溫度），測酶活性。      &#

69、160;  圖酶濃度高、不純、有底物、抑制劑和保護劑會使穩(wěn)定性溫度增高。酶的保存：液體酶制劑可以利用上述5種因素中的幾種，低溫（幾個月）。干粉，可在室溫下放置一段時間，長期保存，應在低溫冰箱中。六、 酶濃度對酶促反應速度的影響如果底物濃度足夠大，使酶飽和，則反應速度與酶濃度成正比。Vmax  =  K3 ES過量且不變時，vE。七、 激活劑對酶促反應速度的影響凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。activator激活劑作用包括兩種情況：一種是由于激活劑的存在，使一些本來有活性的酶活性進一步提高，這一類激活劑主要是離子或簡單有機化合物。另一種是

70、激活酶原，無活性有活性，這一類激活劑可能是離子或蛋白質(zhì)。1、 無機離子的激活作用（1）金屬離子：K+ 、Na+、Mg2+ 、Zn2+、Fe 2+ 、Ca2+（2）陰離子：cl-、Br -（3）氫離子許多金屬離子是酶的輔助因子，是酶的組成成分，參與催化反應中的電子傳遞。有些金屬離子可與酶分子肽鏈上側(cè)鏈基團結(jié)合，穩(wěn)定酶分子的活性構(gòu)象。有的金屬離子通過生成螯合物，在酶與底物結(jié)合中起橋梁作用。注意：（1） 無機離子的激活作用具有選擇性，不同的離子激活不同的酶。（2） 不同離子之間有拮抗作用，如Na+與K+、Mg+與Ca+，但Mg+與Zn+常可替代。（3） 激活劑的濃度要適中，過高往往有抑制作用，150

71、mM2、 簡單有機分子的激活作用還原劑（如Cys、還原型谷胱甘肽）能激活某些活性中心含有SH的酶。金屬螯合劑（EDTA）能去除酶中重金屬離子，解除抑制作用。抑制劑對酶促反應速度的影響酶是protein ，凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用稱為酶的失活作用。抑制作用：使酶活力下降但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。（不可逆抑制、可逆抑制）抑制劑（inhibitor）：不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團（活性中心上一些基團）發(fā)生變化，引起酶活性下降，甚至喪失，此類物質(zhì)稱為酶的抑制劑。研究抑制劑對酶的作用有重大的意義：（1） 藥物作用機理和抑制劑型藥物的設(shè)計與開發(fā)：抗癌藥（2） 對

72、生物體的代謝途徑進行認為調(diào)控，代謝控制發(fā)酵（3） 研究酶的活性中心的構(gòu)象及其化學功能基團，不僅可以設(shè)計農(nóng)藥，而且也是酶工程和化學修飾酶、酶工業(yè)的基礎(chǔ)（一） 不可逆抑制作用（非專性必、專一性）抑制劑與酶活性中心基團共價結(jié)合，使酶的活性下降，無法用透析法除去抑制劑。1、 非專一性不可逆抑制劑此類抑制劑可以和一類或幾類基團反應。它們不但能和酶分子中的必需基團作用，同時也能和相應的非必需基團作用。（1）、 ?；瘎┒惐柞７ィ―FP，神經(jīng)毒氣）和許多有機磷農(nóng)藥都屬于磷酰化劑，能與酶活性中心Ser的OH結(jié)合，抑制某些蛋白酶及酯酶。這類化合物的作用機理是強烈地抑制與中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的乙酰膽堿脂酶，使乙

73、酰膽堿不能分解為乙酰和膽堿。乙酰膽堿的堆積，引起一系列神經(jīng)中毒癥狀。258 結(jié)構(gòu)式：磷?；瘎┡cDFPP259  反應式：磷?；瘎┡c膽堿酯酶形成磷?；憠A酯酶解毒劑：PAM（解磷定），可以把酶上的磷酸根除去。（2）、 烷化劑許多有機汞、有機砷都是烷化劑，可以使酶的巰基烷化P259 反應式：對氯汞苯甲酸與巰基酶的反應有機汞、有機砷化合物和重金屬還可以與還原型硫辛酸（人體重要的輔酶）反應解毒劑：二巰基丙醇（3）、 氰化物與含鐵撲啉的酶中的Fe2+結(jié)合，阻抑細胞呼吸。（4）、 重金屬 Ag、Cu、Hg、Cd、Pb能使大多數(shù)酶失活，EDTA可解除。（5）、 還原劑以二硫鍵為必需基團的酶，可以被巰基乙醇、二硫蘇糖醇等巰基試劑還原失活。（6）、 含活潑雙鍵試劑（與、反應）乙基順丁烯二酰亞胺         圖（7）、 親電試劑四硝基甲烷，可使Tyr硝基化。         圖2、 專一性不可逆抑制此類抑制劑僅僅和活性部位的有關(guān)基團反應。（1）、 Ks型專一性不可逆抑制劑Ks型抑制劑不僅具有與底物相似的、可與酶結(jié)合的基團，同時還有一個能與酶的其它基團反應