第八章生物化學(xué)調(diào)控

第八章生物化學(xué)調(diào)控第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一生命現(xiàn)象是生物體內(nèi)發(fā)生的極其復(fù)雜的生物化學(xué)過程的綜合結(jié)果。為了保證生命活動(dòng)（如生長、發(fā)育、分化、繁殖、代謝和運(yùn)動(dòng)等）能夠有條不紊地進(jìn)行，所有生物體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過程都必須受到有效的調(diào)控。生物調(diào)控機(jī)制是生物在長期進(jìn)化過程中逐步形成的。生物進(jìn)化程度愈高，調(diào)控機(jī)制愈完善、愈復(fù)雜。第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一調(diào)控的分子生物學(xué)基礎(chǔ)調(diào)控的本質(zhì)是化學(xué)物質(zhì)與機(jī)體組織中具有重要功能的生物大分子之間進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)的最終結(jié)果。這些能夠與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生結(jié)合并產(chǎn)生相應(yīng)作用的生物大分子，一般稱為受體。調(diào)控分生物體內(nèi)物質(zhì)的調(diào)控和外源化學(xué)物質(zhì)的調(diào)控。第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一物質(zhì)之間的相互作用包括生物大分子之間的相互識別與作用，如核酸與蛋白質(zhì)之間的作用多糖與蛋白質(zhì)之間的相互作用；蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用合成高分子與生物大分子之間的相互作用有機(jī)小分子與生物大分子之間的相互作用，如輔酶與酶之間的相互作用；有機(jī)分子與酶或蛋白質(zhì)受體之間的相互作用底物與酶分子之間的識別以及相互作用無機(jī)金屬離子與生物大分子之間的相互作用，如金屬離子與酶或蛋白質(zhì)之間的絡(luò)合；與生物小分子（輔酶、ATP等）之間的絡(luò)合作用；第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1,神經(jīng)調(diào)控作用人及高等動(dòng)物具有高度發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，這類生物的各種活動(dòng)和代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制都處于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制之下。神經(jīng)系統(tǒng)既直接影響各種酶的合成，又影響內(nèi)分泌腺分泌激素的種類和水平，所以神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)具有整體性特點(diǎn)。神經(jīng)系統(tǒng)對生命活動(dòng)的調(diào)控在很大程度上是通過調(diào)節(jié)激素的分泌來實(shí)現(xiàn)的。第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2,激素調(diào)控作用激素是生物細(xì)胞分泌的一類特殊化學(xué)物質(zhì)，它對各種生命活動(dòng)和代謝過程具有調(diào)控功能。激素調(diào)控往往是局部性的，并且直接或間接受到神經(jīng)系統(tǒng)的控制。通常一種激素只作用于一定的細(xì)胞組織，不同的激素調(diào)節(jié)不同的物質(zhì)代謝或生理過程。第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)、激素什么是激素？激素是生物體內(nèi)特定細(xì)胞產(chǎn)生的的對某些靶細(xì)胞具有特殊刺激作用的微量物質(zhì)。在機(jī)體的代謝過程或生理過程起調(diào)控作用，第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1，含量少；在生物體某特定組織細(xì)胞產(chǎn)生；2，通過體液的運(yùn)動(dòng)被輸送到其他組織中發(fā)揮作用；3，作用很大，效率高，在新陳代謝中起調(diào)節(jié)控制作用。在醫(yī)療上，激素也是一類重要藥物。激素具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第8頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一一、激素的分類在生物激素中，動(dòng)物激素最為重要。植物激素主要為植物生長調(diào)節(jié)劑。根據(jù)激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，一般可以分為三類（1）含氮激素。包括蛋白質(zhì)激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。（2）類固醇激素。性腺和腎上腺皮質(zhì)分泌的激素大多數(shù)是類固醇激素。（3）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系統(tǒng)及其它組織分泌產(chǎn)生。第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

二、含氮激素1．氨基酸衍生物激素第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一（1）甲狀腺激素甲狀腺所分泌的激素主要是甲狀腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性約為甲狀腺素的5－10倍。二者的結(jié)構(gòu)如下：天然的甲狀腺素是酪氨酸的衍生物，均為L-構(gòu)型。甲狀腺是體內(nèi)吸收碘能力最強(qiáng)的組織，能將體內(nèi)70-80%的碘富集在其中。第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一生理功能在甲狀腺素的合成中，碘化過程并不是發(fā)生在游離的酪氨酸上，而是甲狀腺球蛋白分子中的酪氨酸殘基發(fā)生碘化反應(yīng)。主要是促進(jìn)糖、脂及蛋白質(zhì)的代謝；促進(jìn)機(jī)體的生長發(fā)育和組織分化；對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、造血過程、肌肉活動(dòng)及智力和體質(zhì)的發(fā)育等均有顯著作用。第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一幼年動(dòng)物若甲狀腺機(jī)能減退或切除甲狀腺時(shí)，將引起發(fā)育遲緩，身材矮小，行動(dòng)呆笨而緩慢；成年動(dòng)物甲狀腺機(jī)能減退時(shí)，出現(xiàn)厚皮病，心博減慢，基礎(chǔ)代謝降低，性機(jī)能低下。反之，甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)，動(dòng)物眼球突出，心跳加快，基礎(chǔ)代謝增高，消瘦，神經(jīng)系統(tǒng)興奮性提高，表現(xiàn)為神經(jīng)過敏等.第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一(2)．腎上腺素

腎上腺分為髓質(zhì)和皮質(zhì)兩部分。髓質(zhì)分泌腎上腺素和少量去甲腎上腺素。去甲腎上腺素主要由交感神經(jīng)末梢分泌。他們也是酪氨酸的衍生物，為R-構(gòu)型。第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一腎上腺素具有與交感神經(jīng)興奮相似的作用，使血管收縮，心臟活動(dòng)加強(qiáng)，血壓升高，臨床上被用來作為升壓藥物，起抗休克作用。腎上腺素主要是調(diào)節(jié)糖代謝,它能夠促進(jìn)肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。功能第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一麻黃素和偽麻黃素

麻黃素含有二個(gè)手性碳原子，其構(gòu)型為1R2S,與R-構(gòu)型腎上腺素相似，具有較高的生理活性。偽麻黃素的構(gòu)型為1S2S,其生理作用則有明顯的差異。第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2，多肽及蛋白質(zhì)激素

由腦垂體、下丘腦、胰腺、甲狀旁腺、胃腸粘膜以及胸腺等分泌的激素屬于多肽或蛋白質(zhì)激素。這些激素具有各種各樣的功能。第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一(1)．腦垂體激素腦垂體在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，起調(diào)節(jié)體內(nèi)各種內(nèi)分泌腺作用。垂體可分為前葉、中葉和后葉三個(gè)部分。腦垂體分泌的激素共有10多種。生長激素（GH）促甲狀腺素（TSH）促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）催乳素（LTH）促卵泡素（FSH）黃體生成素（LH）促黑色細(xì)胞素（MSH）催產(chǎn)素、加壓素

垂體前葉和中葉能夠合成激素，后葉只能存儲(chǔ)和分泌激素。后葉所分泌的激素由下丘腦合成。第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2．下丘腦激素下丘腦所分泌的激素主要包括一些釋放激素（或釋放因子）和釋放抑制激素。下丘腦激素經(jīng)垂體門靜脈到達(dá)腦垂體，并作用于垂體細(xì)胞，起調(diào)控作用。第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一促甲狀腺素釋放激素（TRH） 促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH） 促卵泡素釋放激素（FRH）促黃體生成素釋放激素（LRH） 生長素釋放激素（GRH），生長素釋放抑制激素（GRIH）促黑色細(xì)胞激素釋放激素（MRH） 促黑色細(xì)胞激素抑制釋放激素（MRIH）催乳素釋放激素（PRH），催乳素釋放抑制激素（PRIH）第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一3．胰島激素胰島是胰臟的內(nèi)分泌組織。人的胰島主要由、和三種細(xì)胞組成。-細(xì)胞分泌胰高血糖素，-細(xì)胞分泌胰島素。第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一（1）胰島素胰島素是由胰腺中胰島的β-細(xì)胞分泌的一種含有51個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)激素。胰島素由兩條多肽鏈組成胰島素的生理功能主要是促進(jìn)細(xì)胞攝取葡萄糖；促進(jìn)肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。胰島素具有抑制細(xì)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶活性作用，使cAMP產(chǎn)生顯著減少，導(dǎo)致糖原分解速度減慢。胰島素的生理功能與腎上腺素的作用相反。第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一（2）胰高血糖素胰高血糖素為胰島的α-細(xì)胞分泌的多肽激素，由29個(gè)氨基酸組成，人和豬的胰高血糖素的氨基酸序列完全一樣，其結(jié)構(gòu)如下：His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr胰高血糖素主要是促進(jìn)肝糖原分解，使血糖升高，與腎上腺素作用相似。其作用原理是激活肝細(xì)胞中的腺苷酸環(huán)化酶，使cAMP濃度升高，從而提高磷酸化酶活性，促進(jìn)肝糖原分解。第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一4．甲狀旁腺激素甲狀旁腺主要分泌甲狀旁腺素（PTH）和降鈣素（CT），它們都是多肽激素。二者的生理作用相反，PTH可以升高血鈣，而CT則可以降低血鈣，因此都是調(diào)節(jié)鈣磷代謝的激素。第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一三、類固醇激素類固醇激素是一類脂溶性激素，它們在結(jié)構(gòu)上都是環(huán)戊烷多氫菲衍生物。脊椎動(dòng)物的類固醇激素可分為腎上腺皮質(zhì)激素和性激素兩類。第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1，腎上腺皮質(zhì)激素腎上腺皮質(zhì)激素由腎上腺皮質(zhì)分泌產(chǎn)生。目前從腎上腺皮質(zhì)提取液中分離的類固醇化合物有30余種第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一功能（1）調(diào)節(jié)糖代謝：抑制糖的氧化，使血糖升高；促進(jìn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖。具有這種功能的包括皮質(zhì)酮、11-脫氫皮質(zhì)酮、17-羥皮質(zhì)酮（氫化可的松）和17-羥-11-脫氫皮質(zhì)酮（可的松）。這類激素還具有良好的抗炎，抗過敏作用，是常用的激素藥物。糖皮質(zhì)激素第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一（2）調(diào)節(jié)水鹽代謝：促使體內(nèi)保留鈉離子及排出過多的鉀離子，調(diào)節(jié)水鹽代謝。這類激素包括11-脫氧皮質(zhì)酮、17-羥-11-脫氧皮質(zhì)酮和醛皮質(zhì)酮。其中醛皮質(zhì)酮對水鹽代謝的調(diào)節(jié)作用比脫氧皮質(zhì)酮大30-120倍。腎上腺皮質(zhì)激素分泌失常，將引起糖代謝及無機(jī)鹽代謝紊亂而出現(xiàn)病癥。鹽皮質(zhì)激素第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2．性激素性激素屬于類固醇類激素，可分為雄性激素和雌性激素兩類。它們與動(dòng)物的性別及第二性征的發(fā)育有關(guān)。性激素的分泌受垂體的促性腺激素（LHF和SH）調(diào)節(jié)。第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一四、脂肪酸衍生物激素前列腺素（簡稱PG）是一類具有生理活性物質(zhì)的總稱，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有幾十種。這類激素廣泛存在于生殖系統(tǒng)和其它組織中。前列腺素的基本結(jié)構(gòu)為含有一個(gè)環(huán)戊烷及兩個(gè)脂肪側(cè)鏈的二十碳脂肪酸。其中主要有E、F、A、B等四類。

前列腺素第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一E型：C-9為酮基、C-11含有羥基。F型：C-9和C-11均含有羥基。A型：C-9為酮基、C-10和C-11之間有雙鍵。B型：C-9為酮基，C-8和C-12之間有雙鍵。所有的前列腺素在側(cè)鏈的C-13和C-14之間有雙鍵，C-15含有一個(gè)羥基。第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一功能不同結(jié)構(gòu)的前列腺素，其功能也不相同，說明前列腺素具有復(fù)雜的生理功能。已經(jīng)證明，前列腺素對生殖、心血管、呼吸、消化和神經(jīng)系統(tǒng)等都有顯著影響作用。例如，能使子宮及輸卵管收縮，使血管擴(kuò)張或收縮，可抑制胃酸分泌等。人體前列腺素的產(chǎn)生和分泌異常是導(dǎo)致許多疾病的重要原因。第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一3,細(xì)胞-酶水平調(diào)控作用細(xì)胞-酶水平調(diào)控是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的酶的種類、數(shù)量、分布或活性來控制各種代謝過程或生理過程。這類調(diào)控主要包括：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用和酶的活性調(diào)控作用。某些人工合成或天然存在的化學(xué)物質(zhì)也具有調(diào)控功能，主要是表現(xiàn)在對酶的活性影響方面。第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、細(xì)胞-酶水平的調(diào)控細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝過程及生理變化，主要是通過酶的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，激素的調(diào)控作用也是通過對酶的影響（酶的產(chǎn)生和酶的活性）而實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞-酶對生物體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過程的調(diào)控主要包括細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用和酶的活性調(diào)控作用兩個(gè)方面。第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一一、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種代謝反應(yīng)及生理變化之所以能夠有條不紊地進(jìn)行，首先是由于細(xì)胞本身具有的特殊膜結(jié)構(gòu)。如果細(xì)胞的完整性受到破壞，細(xì)胞水平的調(diào)控功能將喪失。第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

二、酶活性的調(diào)控酶除了具有催化功能外，還具有調(diào)節(jié)和控制各類生物化學(xué)反應(yīng)速度、方向和途徑的功能。酶水平的調(diào)節(jié)作用主要有兩種方式：一是通過激活或抑制酶的活性；二是通過影響酶的合成或降解速度，即改變細(xì)胞內(nèi)酶的含量。這種酶水平的調(diào)節(jié)作用是生物調(diào)控最重要的形式。第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1．變構(gòu)調(diào)節(jié)作用有些酶分子除了具有活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個(gè)特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)中心。變構(gòu)中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但它可以與某些化合物（稱為變構(gòu)劑）發(fā)生非共價(jià)結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象的改變，對酶起到激活或抑制的作用。這類酶通常稱為變構(gòu)酶，由于變構(gòu)劑與變構(gòu)中心的結(jié)合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。（1）變構(gòu)酶和變構(gòu)調(diào)節(jié)作用第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一目前已知的變構(gòu)酶均為寡聚酶，含兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基，一般分子量較大，而且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。大多數(shù)由變構(gòu)酶催化的反應(yīng)不遵守米氏方程，由變構(gòu)劑所引起的抑制作用也不服從典型的競爭性或非競爭性抑制作用的數(shù)量關(guān)系。第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一變構(gòu)劑可以分為兩類激活變構(gòu)劑：變構(gòu)劑與酶分子結(jié)合后，酶的構(gòu)象發(fā)生了變化，這種新的構(gòu)象有利于底物分子與酶的結(jié)合，使酶促反應(yīng)速度提高。抑制變構(gòu)劑：變構(gòu)劑與酶分子結(jié)合所引起的酶的構(gòu)象變化不利于與底物的結(jié)合，表現(xiàn)出一定程度的抑制作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在變構(gòu)酶中起催化作用，稱為催化亞基；與變構(gòu)劑結(jié)合的對反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用，稱為調(diào)節(jié)亞基。第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2.共價(jià)修飾調(diào)控某些酶分子上的基團(tuán)可以在另一種酶催化下發(fā)生共價(jià)修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起酶活性的激活或抑制。這種作用稱為共價(jià)修飾作用。這類酶則稱為共價(jià)調(diào)節(jié)酶。有如下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性）。正反兩個(gè)方向的互變均發(fā)生共價(jià)修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。（2）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號被逐級放大了約300萬倍。第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一磷酸化酶磷酸化酶b。該酶本身無活性,當(dāng)磷酸化酶b活性中心的絲氨酸殘基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶a。由磷酸化酶b轉(zhuǎn)化為活化形式a的反應(yīng),被磷酸化酶激酶所催化,而磷酸化酶a去活化（去磷酸化）則由另一種磷酸酶所催化。第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一3．酶原的激活有些酶在生物體內(nèi)首先合成出來的是它的無活性前體，稱為酶原。這些酶原在一定的條件下，水解去除一部分肽鏈，使酶的構(gòu)象發(fā)生變化，形成有活性的酶分子。酶原從無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成有活性狀態(tài)的過程是不可逆的。屬于這種類型的酶有消化系統(tǒng)的酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胃蛋白酶等）以及凝血酶等。

例如，胰蛋白酶原分子中某一個(gè)肽鍵被特殊的水解酶催化水解后，即轉(zhuǎn)變成活性的胰蛋白酶。第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一4．酶濃度的調(diào)節(jié)

酶在細(xì)胞內(nèi)的含量取決于酶的合成速度和分解速度。細(xì)胞根據(jù)自身活動(dòng)需要，嚴(yán)格控制細(xì)胞內(nèi)各種酶的合理含量，從而對各種生物化學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控。酶濃度調(diào)節(jié)的化學(xué)本質(zhì)是基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。在細(xì)胞內(nèi)，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的基因信息決定的。DNA所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成酶蛋白。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程都有特定的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，其中轉(zhuǎn)錄的調(diào)控占主導(dǎo)地位。因此，基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一誘導(dǎo)酶大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細(xì)胞中就不含任何可以代謝乳糖的酶。但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內(nèi)合成出與乳糖水解有關(guān)的酶，使之能利用這種營養(yǎng)物質(zhì)。在此過程中，乳糖起著誘導(dǎo)物作用。由乳糖誘導(dǎo)產(chǎn)生的與乳糖水解相關(guān)的三種酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，被稱為誘導(dǎo)酶。這三個(gè)酶蛋白是大腸桿菌DNA上的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成的。第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)，化學(xué)調(diào)控從本質(zhì)上講，生物體內(nèi)所有的調(diào)控過程都是由化學(xué)物質(zhì)來完成的，如酶和激素（均屬于化學(xué)物質(zhì)）調(diào)控等。本節(jié)討論的化學(xué)調(diào)控主要是指某些人工合成或天然存在的化學(xué)物質(zhì)對生物體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過程的調(diào)控作用。這些化學(xué)物質(zhì)通常被稱為生理活性物質(zhì)。例如藥物、農(nóng)藥和有毒物質(zhì)等?；瘜W(xué)調(diào)控主要是表現(xiàn)在生理活性物質(zhì)對酶的活性影響方面。第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一一、外源化學(xué)物在體內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一藥物作用的化學(xué)本質(zhì)結(jié)構(gòu)特異性藥物發(fā)揮藥效的化學(xué)本質(zhì)是藥物與受體的有效接觸。其中包括二者在立體空間結(jié)構(gòu)上的互補(bǔ)，電荷分布上的匹配，通過各種鍵力的作用使二者相互結(jié)合，進(jìn)而引起構(gòu)象的改變，觸發(fā)機(jī)體微環(huán)境產(chǎn)生與藥效有關(guān)的一系列生物化學(xué)反應(yīng)。第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一二、分子之間的相互作用力

共價(jià)鍵具有一定的大小和方向，是有機(jī)分子之間最強(qiáng)的作用力，化學(xué)物質(zhì)（藥物、毒物等）可以與生物大分子（受體蛋白或核酸）構(gòu)成共價(jià)鍵，共價(jià)鍵除非被體內(nèi)的特異性酶催化斷裂以外，很難恢復(fù)原形，是不可逆過程，對酶來講就是不可逆抑制作用。這種作用常常形成長期的藥理作用及毒理效應(yīng)，如抗癌藥、抗寄生蟲藥、化療藥、抗生素、殺蟲劑等?；瘜W(xué)物質(zhì)（藥物等）的主要共價(jià)結(jié)合方式有烷基化作用、?；饔煤土柞；饔谩?/p>

1,共價(jià)鍵第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一藥物的主要共價(jià)結(jié)合方式

方式作用基團(tuán)藥物示例烷基化N-氯乙基氮芥藥物、環(huán)磷酰胺正碳離子甲磺酸乙酯氮丙啶基氮丙啶苯醌雙氧乙基T-2毒素酰基化β-內(nèi)酰胺基青霉素、頭孢菌素氨甲酰基毒扁豆堿鄰二甲酸酐基斑螯素磷?；柞；锥惐姿狨サ?0頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一藥物的共價(jià)基團(tuán)的選擇性藥物的共價(jià)基團(tuán)往往具有較高的化學(xué)活性而缺乏特異選擇性。有些藥物或毒物本身結(jié)構(gòu)并沒有反應(yīng)基團(tuán)，而是在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化生成活性基團(tuán)。如自力霉素和致癌物苯并蒽就是先在體內(nèi)轉(zhuǎn)化，再通過生成正碳離子而發(fā)生烷基化作用。藥物與生物大分子的化學(xué)反應(yīng)與生物分子表面的基團(tuán)和性質(zhì)有關(guān)。第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一示例第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2,非共價(jià)鍵

生物體系中分子識別的過程不僅涉及到化學(xué)鍵的形成，而且具有選擇性的識別。共價(jià)鍵存在于一個(gè)分子或多個(gè)分子的原子之間，決定分子的基本結(jié)構(gòu)，是分子識別的一種方式。而非共價(jià)鍵（又稱為次級鍵或分子間力）決定生物大分子和分子復(fù)合物的高級結(jié)構(gòu)，在分子識別中起著關(guān)鍵的作用。第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1),靜電作用

靜電作用是指荷電基團(tuán)、偶極以及誘導(dǎo)偶極之間的各種靜電吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白質(zhì)等生物大分子的表面都具有可電離的基團(tuán)和偶極基團(tuán)存在，很容易與含有極性基團(tuán)的底物或抑制劑等生成離子鍵和其它靜電作用第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一（1)離子鍵

生物大分子表面的帶電基團(tuán)可以與藥物或底物分子的帶電基團(tuán)形成離子鍵。這種鍵可以解離。第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一(2)離子－偶極作用

藥物分子和受體分子中O、S、N和C原子的電負(fù)性均不相等，這些原子形成的鍵由于電負(fù)性差值可以產(chǎn)生偶極現(xiàn)象。這種偶極部分與永久電荷可以形成靜電作用.離子-偶極相互作用一般比離子鍵小得多，鍵能與距離的平方差成反比，由于偶極矩是個(gè)向量，電荷與偶極的取向會(huì)影響藥物-受體的作用強(qiáng)度。如普魯卡因及其衍生物的局部麻醉作用與酯羰基的偶極性質(zhì)有關(guān)。第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一(3)偶極-偶極相互作用

兩個(gè)原子的電負(fù)性不同，產(chǎn)生價(jià)鍵電子的極化作用，成為持久的偶極兩個(gè)偶極間的作用。偶極—偶極相互作用的大小，取決于偶極的大小、它們之間的距離和相互位置。這種相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用強(qiáng)度比離子—偶極作用小，但比偶極—誘導(dǎo)偶極作用大。這種作用對藥物—受體相互作用的特異性和立體選擇性非常重要第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一2)，氫鍵

氫鍵的形成氫鍵是由兩個(gè)負(fù)電性原子對氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊形式的偶極—偶極鍵。它是質(zhì)子給予體X-H和質(zhì)子接受體Y之間的一種特殊類型的相互作用。氫鍵的大小和方向氫鍵的鍵能比共價(jià)鍵弱，比范德華力強(qiáng)，在生物體系中為8.4～33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。鍵長為0.25～0.31nm，比共價(jià)鍵短。氫鍵的方向用鍵角表示，是指X—H與H…Y之間的夾角，一般為180～250。第58頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一氫鍵的分類

氫鍵可分為分子內(nèi)和分子間氫鍵。目前人們根據(jù)譜學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)按氫鍵強(qiáng)弱進(jìn)行分類弱氫鍵OH(cm-1)>3200,R(O…O)(nm)>0.270中強(qiáng)氫鍵OH(cm-1)>2800-3100,R(O…O)(nm)>0.26-0.270強(qiáng)氫鍵OH(cm-1)>700-2700,R(O…O)(nm)>0.240-0.260近年來，人們又提出了一種芳香氫鍵（—平面氫鍵），即芳環(huán)的電子云作為質(zhì)子受體與一個(gè)氫鍵的質(zhì)子給體所形成的氫鍵.已經(jīng)證明這種氫鍵在蛋白質(zhì)—DNA相互作用中能代替普通氫鍵的功能，用于蛋白質(zhì)和DNA結(jié)合的能量約為2.09-4.18kj/mol，用于特異性識別過程的能量約為4.18-8.36kj/mol。第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一氫鍵與質(zhì)子傳遞

在生物體內(nèi)氫鍵和質(zhì)子的傳遞過程與某些重要的生命現(xiàn)象有著密切的聯(lián)系，如酶的催化機(jī)制以及DNA重組中的快速氫交換現(xiàn)象。質(zhì)子沿氫鍵的傳遞過程可以表示為：X—H…Y=[XHY]=X-…H+—Y隨著質(zhì)子從給體X轉(zhuǎn)移到受體Y上，氫鍵的勢能曲線夜相應(yīng)發(fā)生變化。某些酶作用的第一步就是質(zhì)子的定向傳遞，因此能有效調(diào)節(jié)質(zhì)子的傳遞勢壘。質(zhì)子傳遞發(fā)生后，導(dǎo)致給體和受體的電荷和構(gòu)型的變化。如果質(zhì)子傳遞沿氫鍵鏈進(jìn)行或與相鄰氫鍵發(fā)生偶合，則會(huì)引起體系極性的改變，產(chǎn)生電荷的定向傳導(dǎo)和分子結(jié)構(gòu)的重排。第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一在單一氫鍵中，質(zhì)子從給體原子轉(zhuǎn)移到受體原子，有兩種可能途徑。一種是質(zhì)子隧道效應(yīng)（protontunneling），即質(zhì)子隧穿勢壘到達(dá)對面的勢阱。通常在低溫下固體中的質(zhì)子以隧道效應(yīng)為主。另一種途徑是質(zhì)子躍遷（protonflopping），即質(zhì)子通過熱活化翻躍勢壘進(jìn)入對面的勢阱。某些酶的活化過程與該機(jī)理有關(guān)。第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一3).范德華力

這是一種普遍存在的作用力，是一個(gè)原子的原子核吸引另一個(gè)原子外圍電子所產(chǎn)生的作用力。它是一種比較弱的、非特異性的作用力。這種作用力非常依賴原子間的距離，當(dāng)相互靠近到大約0.4～0.6nm(4～6A)時(shí)，這種力就表現(xiàn)出較大的集合性質(zhì)。范德華力包括引力和排斥力，其中作用勢能與1/R6成正比的三種作用力（靜電力、誘導(dǎo)力和色散力）通稱為范德華引力。第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一靜電力靜電力是極性分子的永久偶極之間的靜電吸引作用。第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一誘導(dǎo)力永久偶極矩誘導(dǎo)鄰近分子，并使其發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)誘導(dǎo)偶極矩。永久偶極矩和誘導(dǎo)偶極矩之間存在吸引作用，此相互作用的能量稱為誘導(dǎo)能。誘導(dǎo)力通常是較弱的,并隨溫度升高而降低,其大小隨偶極矩指向的不同而不同,具有方向性。第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一色散力非極性分子有瞬間偶極矩。瞬間偶極矩將在鄰近分子中誘導(dǎo)出新的偶極矩。瞬間偶極矩與誘導(dǎo)偶極矩間的相互作用力就叫做色散力。在非極性分子之間只有色散力；在極性分子和非極性分子之間有誘導(dǎo)力也有色散力；在極性分子之間，靜電力、誘導(dǎo)力和色散力都存在。第65頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一排斥力當(dāng)分子間相距較遠(yuǎn)時(shí)，表現(xiàn)為范德華引力，當(dāng)分子靠得很近時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)排斥力。和吸引力相比，排斥力是短程力。總之范德華力是瞬息間作用力，時(shí)間大約為10－8s。是非特異性的作用力，分子越復(fù)雜，原子或基團(tuán)間接觸點(diǎn)越多，其引力總和就越大。多環(huán)芳烴致癌物與生物受體的作用及啶壘抗瘧藥與DNA的結(jié)合主要為范德華力；而甾類化合物與受體的結(jié)合能主要表現(xiàn)為疏水作用和范德華力。第66頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一4),疏水作用

疏水作用是指極性基團(tuán)間的靜電力和氫鍵使極性基團(tuán)傾向于聚集在一起，因而排斥疏水基團(tuán)，使疏水基團(tuán)相互聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。就化學(xué)分子來說，它們的非極性部分在生物體內(nèi)的環(huán)境中均為水合狀態(tài)，即被水分子所包圍，當(dāng)它們與受體接近到某種程度時(shí)，非極性部分周圍的水分子便被擠出去，兩個(gè)非極性區(qū)域的接觸穩(wěn)定化，從而締合在一起。蛋白質(zhì)和酶的表面通常具有極性鏈或區(qū)域，這是由構(gòu)成它們的氨基酸側(cè)鏈上的烷基鏈或苯環(huán)在空間上相互接近時(shí)形成的。高分子的蛋白質(zhì)可形成分子內(nèi)疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，可以穩(wěn)定生物大分子的高級結(jié)構(gòu)。第67頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一5),電荷轉(zhuǎn)移作用在生物系統(tǒng)中，生物分子可以通過電子給予分子與電子接受分子的相互作用形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物。電荷轉(zhuǎn)移是生物體系的重要作用方式和傳能方式之一。第68頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一1．pH對酶