生化生物化學(xué)與分子生物學(xué)

生物化學(xué)與分子生物第三 底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活1897年，EdwardBuchner用不含細(xì)胞的酵母提取1926Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，1995年，JackW.Szostak研究室首先了具有DNA連接酶活性DN段，稱為脫氧核酶TheMolecularStructureandof酶的不同形式單體酶(monomericenzyme)：單一亞基構(gòu)成的酶寡聚酶(oligomericenzyme)：由多個相同或不同亞基多酶體系(multienzymesystem)：由幾種不同功能的酶多功能酶(multifunctionalenzyme)或串聯(lián)酶(tandemenzyme)：一些多酶體系在進(jìn)化過程中由于的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶一、酶的分子組成中常含有輔助因一、酶的分子組成中常含有輔助因蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(

全酶分子中各部分在催化反應(yīng)中的作用全酶分子中各部分在催化反應(yīng)中的作用(prosthetic輔助因子多為小分子的有機(jī)化合物或金屬離子金屬離子是最多見的輔助金屬酶金屬激活酶(metal-activated某些輔酶（輔基）在催化中的轉(zhuǎn)移的基

小分子有機(jī)化合物（輔酶或輔基名 所含的維生氫原子（質(zhì)子 NAD＋（煙酰胺腺嘌呤二核酸，輔酶

煙酰胺（維生素PP）FMN（黃素單核苷酸 維生素B2（核黃素FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）維生素B2（核黃素醛 TPP（焦磷酸硫胺素 維生素B1（硫胺素 烷 鈷胺素輔酶 維生素二氧化 生物 生物氨 磷酸吡哆 吡哆醛（維生素B6之一甲基甲?；纫惶紗?/p>

四氫葉 葉維生定義維生素(vitamin)是機(jī)體維持正常功能所必需，但在體內(nèi)不能合成或合成量很少，必須由食物分

脂溶性維生素(lipid-solublevitamin)：水溶性維生素(water-solubleB族維生素和—脂溶性維生素—脂溶性維生素Lipid-soluble共同特點(diǎn)種類VitA,VitD,VitE,Vit（一）、維生素A（一）、維生素A1、化學(xué)本質(zhì)及性天然天然形式A1（視黃醇A2（3-脫氫視黃醇來源2、生化作用及缺乏視黃醛與視蛋白結(jié)合發(fā)揮其視覺功視視全反視黃異構(gòu)11-順視黃還原還原全反視黃11-順視黃夜盲變視紫紅質(zhì)視紫（11-順視黃醛光視覺神經(jīng)沖光視紫（全反視黃醛 缺乏：干眼病維生素A和胡蘿卜素是有效的抗氧化維生素A（二）、維生素D（抗佝僂病1、化學(xué)本質(zhì)及性：VitD2（麥角鈣化醇 麥角固醇→膽固醇→7-脫氫膽固 →VitD3（紫外照射VitD3的活性形式125(OH)2-維生素（膽鈣化醇

肝25-的1α羥化

25-羥維生素（25-羥膽鈣化醇骨中的24-羥化125-二羥維生素

2425-二羥維生素（1,25-二羥膽鈣化醇

二羥膽鈣化醇（24,二羥膽鈣化醇2.生化作用及缺乏1,25-(OH)2D3具有調(diào)節(jié)血鈣和組織細(xì)胞分化的功1）．調(diào)節(jié)血鈣水平是1,25-(OH)2D3的重要作維生素D缺乏:兒童——佝僂病成人——軟骨病(osteomalacia)2）.1,25-(OH)2D3還具有影響細(xì)胞分化的功3）.維生素D維生素 酚維生素E具有抗氧化等多方面的功維生素E機(jī)制:捕捉過氧化脂質(zhì)自由基,保護(hù)生物膜的結(jié)構(gòu)與功能維生素+基

自由

維生素醌或谷胱甘缺乏維生素E具有調(diào) 表達(dá)的作上調(diào)或下 酚的攝取和降解相關(guān)延緩衰脂類攝取與動脈硬化的相 預(yù)防和治療冠狀動脈粥樣硬化性心臟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白 、細(xì)胞黏附與炎癥的相抗炎、維持正常免疫功細(xì)胞信號系統(tǒng)和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的相抑制細(xì)胞增殖，抗腫維生素E能提高血紅素合成的關(guān)鍵酶活血紅素合成關(guān)鍵酶：δ氨基γ酮戊酸(ALA)合酶ALA脫水缺乏：新生兒貧維生素E ：治療先 （四）、維生素（四）、維生素K1、化學(xué)本質(zhì)及性天天然形式 植物甲萘醌或葉綠 腸道細(xì)菌的產(chǎn)人工合成2、維生素K是多種-谷氨酰羧化酶的輔1）．維生素K具有促2）．維生素K對骨代3）．維生素K缺乏可引共同特體內(nèi)不 種類：B族維生素，維生素1、焦磷酸硫胺素是維生素B1的活性形NN+NOONH2 O NS硫胺素焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,2、維生素B1在糖代謝中具有重要作用，缺乏可引起腳氣病11）生化作TPP是α-酮酸氧化脫羧酶的輔酶，也是轉(zhuǎn)酮酶的22）.缺乏（二）、維生素（二）、維生素11、FAD和FMN是維生素B2的是活性形維生素B2又名核黃素體內(nèi)活性形式為黃素單核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸

O P COVit

NN O

NN 2、FMN和FAD是體內(nèi)氧化還原酶的輔要起氫傳遞體的作用。缺乏癥：口角炎，唇炎，陰囊炎（三）、維生素PP1、維生素PP是NAD+和NADP+的組成成維生素PP包括尼克酸(nicotinic尼克酰胺體內(nèi)活性形式尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

NNN O

P

ONAD+：R為

2、維生素PP缺乏可引起癩皮1）化作NAD+及NADP+是體內(nèi)多種不需氧脫氫酶（如蘋果酸脫氫酶乳酸脫氫酶）的輔酶，起傳遞氫的作2）乏3）.大量長期服用 ,肝損（四）（四）1、泛酸在輔酶A和?；d體蛋白分子中發(fā)揮作泛酸(pantothenicacid)體內(nèi)活性形式為輔酶A(CoA)、?；d體蛋2、泛酸參與?；D(zhuǎn)移反CoACoA及ACP基的轉(zhuǎn)移作用O

NNO

CoA的結(jié)構(gòu)

泛

4-磷酸泛

（五）、生物生物素是體內(nèi)多種羧化酶(如酸羧化酶、乙OOS3、生物素參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 表生物素還可使組蛋白生物素化，從而影響細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄DNA損傷的修復(fù)（六）、維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺1、維生素B6的磷酸酯是其活活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆2、磷酸吡哆醛的輔酶作用多種多1）．磷酸吡哆醛是多種酶的輔磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，用于治療小厥、妊 和精神焦慮磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的輔酶乏導(dǎo)致低血色素小細(xì)胞性貧血 鐵增高磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代謝酶的輔酶，缺乏引起型半胱氨酸血癥2）．磷酸吡哆醛可終止類固醇激素的作作用機(jī)制：將類固醇激素-受體復(fù)合物從DNA中移去，終止這激素的作用維生素B6缺乏：可增 對雌激素、雄激素、皮質(zhì)激素和維素D作用的敏感性3）．維生素B6日攝入量超過200mg（七）、葉酸以四氫葉酸形式參一碳單位代1、四氫葉酸是葉酸的活性葉酸(folicacid)體內(nèi)活性形式為四氫葉酸2、四氫葉酸是一碳單位的FHFH4移。N5、N10是一碳單位的結(jié)合位點(diǎn)葉 二氫葉酸還原

二氫葉

四氫葉二氫葉酸還原二氫葉酸還原N1N1

N3

H5

5678-四氫葉缺乏癥：巨幼紅細(xì)胞貧高同型半胱氨酸血癥和DNA低甲基（八）、維生素B12是含鈷維生1、維生素B12的吸收需要內(nèi)維生素B12又稱鈷胺素5-蛋白

親鈷蛋

親鈷蛋回腸吸

IF-

內(nèi)因

胰蛋白2、維生素B12影響一碳單位的代謝和脂肪酸的催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸VitB12乏相應(yīng)缺乏癥：巨幼紅細(xì)胞貧高同型半胱氨相應(yīng)缺乏癥：（九）、維生素C又稱抗壞血病維生1、維生素C是對熱不穩(wěn)定的酸性物維生素C又稱L-抗壞血酸(ascorbicacid)廣泛存在于新鮮蔬菜和水果中動物體內(nèi)不能合成維生素C O

－2H＋2H

O 維生素 脫氫維生素2、維生素C既是一些羥化酶的輔酶又是強(qiáng)抗氧化1）．維生素C是一2）．維生素C作為3）．維生素C具有增缺乏癥：壞血病二、酶的活性中其催化功能的部酶的活性中心(active酶的活性中心或活性部位（activesite）必需基團(tuán)(essential(binding(binding

(catalytic底催化基結(jié)合基

活性中溶菌酶的活性中納肽多糖的6個單糖基（ABC，之形成氫鍵和van催化基團(tuán)是35Glu，52位101位Asp和108定同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)同工酶存在于同一種屬或同一的不同使不同的組織、和不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)斷不同的疾病提供了理論依據(jù)。HHHHHHHH MM

乳酸脫氫酶的同各組 LDH同工紅細(xì)白細(xì)骨骼心肺腎肝脾LDH102LDH20453LDH416051LDH500005檢測組 同工酶的變化有重要的臨床意酶在代謝調(diào)節(jié)上起 重要的作用 助于對疾病

心肌梗死酶正常酶急性肝炎酶 心肌梗死和肝 LDH同工酶譜的變 M M 心 骨骼肌酸激(creatinekinase,CK)同工CK2常作為臨床早 TheMechanismofEnzyme酶與一般催化劑的共同點(diǎn)（一）酶對底物具有極高的效的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑（二）酶對底物具有高度的特異酶的特異一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的為兩種類型：絕對專一性(absolute生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。如脲酶僅能催化尿素水解體異構(gòu)體，只能催化一種光學(xué)異構(gòu)體或異構(gòu)體進(jìn)行反應(yīng)。例如乳酸脫氫酶僅催化L-乳酸脫氫生成酸，種類有選擇性，而對具體的底物蛋白質(zhì)種類無嚴(yán)格要求。（三）酶的活性與酶量具有可調(diào)節(jié)例磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的別構(gòu)激（四）酶具有不穩(wěn)定（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)活化用都是通過降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)實現(xiàn)的。底

非催化反應(yīng)活化反應(yīng)產(chǎn)酶促反應(yīng)活化能的改（二）酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)E+

酶底物復(fù)

E+(過渡態(tài)(過渡態(tài)誘導(dǎo)契合作用使酶與底物程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合(induced-fit)。酶的誘導(dǎo)契合動這種鄰近效應(yīng)(proximityeffect)與定向排列(orientationarrange)實際上是將分子間的反應(yīng)變鄰近效應(yīng)與定向排列表面效應(yīng)使底物分子去溶劑酶的活性中心多是酶分子的疏水“口袋”，化(desolvation)，排除周圍大量水分子對酶和底物分子能基團(tuán)的干擾性吸引和排斥，防止水合。這種現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)(surfaceeffect)。胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋KineticsofEnzyme-Catalyzed酶促反應(yīng)動力學(xué)：研究酶促反應(yīng)速率及其影響因素酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶反應(yīng)速率酶促反應(yīng)速率可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底物消耗或產(chǎn)物的生成量來表示一、底物濃度對矩形雙曲 VV當(dāng)?shù)孜餄舛容^低 VV隨著底物濃度的增高 VV當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度研究前提①②酶促反應(yīng)速率一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用③（一般在5﹪以內(nèi)）時的反應(yīng)速④E+

E+中間產(chǎn)1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速率與底物稱米氏方程式(Michaelisequation)。Ｖ＝Km+[S]：Vmax：最大反應(yīng)速率 umＫm：米氏常數(shù)(MichaelisE與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)即V=k3[ES]。(1)初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]=[St]。（二）Km與Vm是重要的酶促反應(yīng)動力學(xué)參V2=Km+Km=Km可近似表示酶對底物的親和當(dāng)所有的酶均與底物形成ES時（即=[Et]），反應(yīng)速率達(dá)到最大，即Vmaxk3[Et]（三）Ｋm值與Ｖmax常通過林-貝氏作圖法求V V 1/[S]+-（林－貝氏方程[S]/V=Km/Vmax+Hanes作圖V 關(guān)系式為：Vk3

當(dāng)[S]>>[E]時，Vmaxk3酶濃度對反應(yīng)速率的影促反應(yīng)的最適溫度(optimumtemperature)。的最適pH(optimumpH)。最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液種類與濃度、以及酶純度等因五、抑制劑可降低酶促反應(yīng)速酶的抑制劑酶的抑制區(qū)別于酶的變性抑制作用的類(irreversible(reversible競爭性抑制(competitive非競爭性抑制 petitive反競爭性抑制 petitive（一）不可逆性抑制劑與酶共價結(jié)概舉

有機(jī)磷化合物解 解磷定重金屬離子及砷化合物巰基酶 如：敵百蟲 、樂果和馬 P

X

P

有機(jī)磷化合 羥基 失活的 3時48低濃度重金屬離子和砷化合

S

路易士 巰基 失活的 *S CHClS

+

3時48

巰基 BAL與砷劑結(jié)合（二）可逆性抑制劑與酶非共價結(jié)概抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或 抑制劑可透析超濾方法去。類1.1.抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶與底物形成中間產(chǎn)物，這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。E+ 反應(yīng)模

E+

VV動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀

V1V1Km(1[I])1 1舉琥珀酸脫氫

丙二

磺胺類藥物結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶和底物的結(jié)合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物和抑制劑之間無競爭關(guān)系。但酶-底物-抑制劑復(fù)合物+I++I+IEE+S+SE+P特抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑抑制程度取決于抑動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀

1/

1V1VKm(1[I])1 1(1[I]Ki反競爭性抑制劑的結(jié)合位點(diǎn)由底物誘導(dǎo)產(chǎn)定抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES)從中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時減少從中間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作反應(yīng)模

+

特點(diǎn)?抑制劑只與酶－底?降低，表觀Km降

各種可逆性抑制作用的比與I結(jié)合的組EE、動力學(xué)表觀增不減最大速與I結(jié)