1、1生物化学笔记蛋白质的结构与功能蛋白质概论：蛋白质是所有生物中非常重要的结构分子和功能分子，几乎所有的生命现象和生物功能都是蛋白质作用的结果，因此，蛋白质是现代生物技术，尤其是基因工程，蛋白质工程、酶工程等研究的重点和归宿点。一、蛋白质的生物学功能：1、催化生物体内的化学反应，如酶；2、调节机体内的代谢活动，如调节蛋白；3、在生物体内运输各种小分子物质，如血红蛋白；4、贮存营养物质成分，如酪蛋白；5、执行机体运动功能，如肌动蛋白；6、抵御异体物质的侵害，如抗体；7、在氧化还原反应中传递电子和质子，如细胞色素。二、 蛋白质的化学组成与分类1、 元素组成：碳 50% 氧 23% 氮 16% 氢 7
2、% 硫 0-3% 微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼 凯氏定氮：蛋白质平均含氮 16%，粗蛋白质含量=蛋白氮6.252、 氨基酸组成从化学结构上看，蛋白质是由 21 种 L-型 氨基酸组成的长链分子。3、 蛋白质分类（1） 、 按组成：简单蛋白：完全由氨基酸组成结合蛋白：除蛋白外还有非蛋白成分（辅基）（2） 、 按分子外形的对称程度：球状蛋白质：分子对称，外形接近球状，溶解度好，能结晶，大多数蛋白质属此类。纤维状蛋白质：对称性差，分子类似细棒或纤维状。（3） 、 按功能分：酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。4、 蛋白质在生物体内的分布含量( 干重 )： 微生
3、物 50-80%； 人 体 45%；一般细胞 50%种类： 大肠杆菌 3000 种；人体 10 万种；5、 蛋白质分子大小与分子量2蛋白质是由 21 种基本 aa 组成的多聚物，aa 数目由几个到成百上千个，分子量从几千到几千万。一般情况下，少于 50 个 aa 的低分子量 aa 多聚物称为肽，寡肽或生物活性肽，有时也罕称多肽。多于 50 个 aa 的称为蛋白质。但有时也把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。此时，多肽一词着重于结构意义，而蛋白质原则强调了其功能意义。蛋白质分子量= aa 数目*110 110 为氨基酸残基平均分子量三、组成蛋白质的 21（22）种氨基酸的结构和分类氨基酸的共
4、同结构特征：所有的氨基酸在 碳原子上都含有一个羧基和氨基（脯氨酸为亚氨基） ，并有一个氢原子和碳原子共价连接。各种氨基酸不同之处在于和 碳原子相连的侧链（R 基）结构差异。（一）氨基酸按其 R 基的极性分类（PH=7）、非极性 R 基氨基酸：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸；、极性氨基酸不带电荷的极性 R 基（中性）氨基酸：甘氨酸、酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。带负电荷的 R 基（酸性）氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸带正电荷的 R 基（碱性）氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸 其中：属于芳香族氨基酸的是：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸 属于亚氨基酸的
5、是：脯氨酸； 含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸无旋光性氨基酸：甘氨酸； 最近发现的氨基酸：硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸（二）按氨基酸结构分类1、脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2 羧基 1 氨基：Glu、Asp ） ，碱性氨基酸（2 氨基 1 羧基： Arg、Lys） ，中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）2、芳香族氨基酸：含苯环：Phe、Tyr3、杂环氨基酸： His（也是碱性氨基酸） 、Pro 、 Trp（三）按营养价值分类1、必需氨基酸：人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有 8 种：Leu、Lys、Met、Phe、Ile 、Trp、Thr、Val2、半必需氨基酸：人和哺乳动
6、物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有 2 种：3Arg、His。有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有 10 种。记法：Tip MTV Hall3、非必需氨基酸：人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余 11种从营养价值上看，必需氨基酸半必需氨基酸 非必需氨基酸四、除了蛋白质氨基酸以外，还有非编码氨基酸（没有密码子）和非蛋白质氨基酸（不参与蛋白质的组成） 。五、氨基酸的理化性质、两性解离及等电点氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基，能与酸或碱类物质结合成盐，故它是一种两性电解质。在某一的溶液中，氨基酸解离
7、成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的称为该氨基酸的等电点。、氨基酸的紫外吸收性质芳香族氨基酸在 280nm 波长附近有最大的紫外吸收峰，由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基，氨基酸残基数与蛋白质含量成正比，故通过对 280nm 波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。、茚三酮反应 氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物，此化合物最大吸收峰在570nm 波长处。80，显色慢，产物稳定；100，显色快，产物不稳定。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比，因此可作为氨基酸定量分析方法。六、肽两分子氨基酸可借助一分子所含的氨基与另一分子所带的羧
8、基脱去分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和羧基继续借脱水作用缩合连成多肽。肽的种类（依据氨基酸残基数目划分，联系糖类的分类）寡肽：2-10，无构象，谷胱甘肽是 3 肽多肽：10-50，介于之间，胰高血糖素是 29 肽蛋白质：50 以上，有特定的构象，胰岛素是 51 肽多肽链中的自由氨基末端称为端，自由羧基末端称为端，方向从端指向端。人体内存在许多具有生物活性的肽，重要的有：谷胱甘肽（GSH，氧化态为 GSSG）：是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH 的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免于被氧化，使蛋白质或酶处于
9、活性状态。4七、蛋白质的分子结构、维持蛋白质构象的作用力（1）氢键：连接在一电负性很强的原子上的氢原子，与另一电负性很强的原子之间形成的化学键。（2）范德华力（分子间及基团间作用力）：原子之间的相互作用力。（3）疏水相互作用：蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。（4）离子键（盐键）：是正电荷和负电荷之间的一种静电作用。（5）共价健，主要的是二硫键。（6） 、静电相互作用2、蛋白质的一级结构：即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。主要化学键：肽键，有些蛋白质还包含二硫键。3、蛋白质的高级结构：包括二级、三级、四级结构。 ）蛋白质的二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就
10、是该段肽链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构以一级结构为基础。可分为：-螺旋：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象。常为右手螺旋，每隔 3.6 个氨基酸残基上升一圈，螺距为 0.540nm。-螺旋的每个肽键的-和第四个肽键的羧基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。-折叠：由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象。-转角：多肽链 180回折部分所形成的一种二级结构。无规卷曲：多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。主要化学键：氢键。2）超二级结构和结构域超二级结构：由若干个相邻的二级结构单元（-螺旋、 -折叠、-转角及无规卷曲）组合在一起，
11、彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。结构域(domain)，又称 motif(模块)：在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。3）蛋白质的三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。主要化学键：疏水键（最主要） 、盐键、二硫键、氢键、范德华力。4）蛋白质的四级结构：对蛋白质分子的二、三级结构而言，只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。在体内有许多蛋白质分子含有二条或多条肽链，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并5以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基的空
12、间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，为四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。主要化学键：疏水键、氢键、离子键八、蛋白质结构与功能关系、蛋白质一级结构是空间构象和特定生物学功能的基础。一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。1）同源蛋白质一级结构的种属差异与生物进化同源蛋白质：在不同的生物体内具有同一功能的蛋白质。通过比较同源蛋白质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化，亲源关系越远，同源蛋白的氨基酸顺序差异就越大。如细胞色素 C 在生物进化领域里的应用。2）蛋白质一级结构的个体差异分子病分子病：基因突变引起某个功能蛋白的某个（些）氨基酸残基发生了遗传性替代
13、从而导致整个分子的三维结构发生改变，致使其功能部分或全部丧失。Linus Pauling 首先发现镰刀形红细胞贫血现是由于血红蛋白发生了遗传突变引起的，成人的血红蛋白是由两条相同的 a 链和两条相同的 链组成 a22，镰刀形红细胞中，血红蛋白 链第 6 位的 aa 残基由正常的 Glu 变成了疏水性的 Val。因此，当血红蛋白没有携带 O2 时就由正常的球形变成了刚性的棍棒形，病人的红细胞变成镰刀形，容易发生溶血作用(血细胞溶解)导致病血，棍棒形的血红蛋白对 O2 的结合力比正常的低。3）一级结构的部分切除与蛋白质的激活一些蛋白质、酶、多肽激素在刚合成时是以无活性的前体形式（酶原）存在，只有切
14、除部分多肽后才呈现生物活性，如血液凝固系统的血纤维蛋白原和凝血酶原，消化系统的蛋白酶原、激素前体等。尿素或盐酸胍可破坏次级键； -巯基乙醇可破坏二硫键、蛋白质空间结构是蛋白质特有性质和功能的结构基础。肌红蛋白：只有三级结构的单链蛋白质，易与氧气结合，氧解离曲线呈直角双曲线。6血红蛋白：具有个亚基组成的四级结构，可结合分子氧。成人由两条 -肽链（141 个氨基酸残基）和两条 -肽链（146 个氨基酸残基）组成。在氧分压较低时，与氧气结合较难，氧解离曲线呈状曲线。因为：第一个亚基与氧气结合以后，促进第二及第三个亚基与氧气的结合，当前三个亚基与氧气结合后，又大大促进第四个亚基与氧气结合，称正协同效应
15、。结合氧后由紧张态变为松弛态。九、蛋白质的理化性质、蛋白质的两性电离：蛋白质两端的氨基和羧基及侧链中的某些基团，在一定的溶液条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。、蛋白质的胶体性质与沉淀：维持蛋白质胶体稳定的主要因素电荷和水化膜。常见的蛋白质沉淀方法：a.有机溶剂沉淀，破坏水化膜。常用丙酮、乙醇等。b.盐析，将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，破坏在水溶液中的稳定因素电荷而沉淀。、蛋白质变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。主要为二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构的改变。变性后，其溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活
16、性丧失，易被蛋白酶水解。常见的导致变性的因素有：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂、超声波、紫外线、震荡等。、蛋白质的紫外吸收：由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在 280nm 处有特征性吸收峰，可用蛋白质定量测定。、蛋白质的呈色反应a.茚三酮反应：经水解后产生的氨基酸可发生此反应。b. 双缩脲反应：蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸酮共热，呈现紫色或红色。氨基酸不出现此反应。蛋白质水解加强，氨基酸浓度升高，双缩脲呈色深度下降，可检测蛋白质水解程度。6、水解反应：肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下：酸水解：浓酸（6N 以上，NM/价） ，高温（1
17、10以上） ，长时（24-36 小时） ，污染，Trp 遭到破坏，不消旋，水解彻底；碱水解：浓碱（6N 以上） ，高温（100以上） ，6 小时，污染，含-OH 和-SH 的氨基酸均遭到破坏，Ser、Thr、Tyr、Cys，消旋，水解彻底；酶水解：胰酶等，常温常压，常 PH，不消旋、不破坏、不彻底。十、蛋白质的分离和纯化、沉淀；、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场7的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。、透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。、层析；a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定时，各蛋白质的电荷量及
18、性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。 b.分子筛，又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内，滞留时间长 ，大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。、超速离心：既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质其密度与形态各不相同而分开。十一、 、多肽链中氨基酸序列分析a.分析纯化蛋白质的氨基酸残基组成 ;b.通过核酸推演氨基酸序列。第三章 核酸的结构与功能一、核酸的生物学功能：核酸是遗传物质；参与遗传信息的表达；少量 RNA 还有催化功能。二、核酸的化学组成：核酸是一种线形多聚核苷酸，基本组成结构单位是核苷酸，而核苷酸则由碱基、戊糖
19、和磷酸三种成分连接而成。 两类核酸：脱氧核糖核酸（DNA） ，存在于细胞核和线粒体内。核糖核酸（RNA ） ，存在于细胞质和细胞核内。嘌呤和嘧啶环中均含有共轭双键，因此对波长 260nm 左右的紫外光有较强吸收，这一重要的理化性质被用于对核酸、核苷酸、核苷及碱基进行定性定量分析。、戊糖：DNA 分子中核苷酸的戊糖是 -D-2-脱氧核糖，RNA 中为 -D-核糖。、磷酸：生物体内多数核苷酸的磷酸基团位于戊糖的第五位碳原子上。4、核苷：戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的糖苷。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的 C1 上的 -羟基与嘧啶碱 N1 或嘌呤碱 N9 进行缩合，故生成的化学键称为 N-
20、C 糖苷键。5、核苷酸：核苷酸是由核苷中的戊糖羟基与磷酸脱水缩合后生成的酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。由于核苷酸的核糖有 3 个自由羟基，脱氧核苷的戊糖上有 2 个，它们与磷酸基缩合会生成 2-、3-和 5-核苷酸或是 3-和 5-脱氧核苷酸。最常见的为 5-核苷酸（5 常被省略） 。5-核苷酸又可按其在 5位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷8酸） 、二磷酸核苷和三磷酸核苷。生物体中还有两种常见的 3,5-环核苷酸：cAMP、cGMP，有放大或缩小激素信号的作用，称之为“第二信使” 。辅酶类核苷酸，一些核苷酸或其衍生物还是重要的辅酶或辅基的组成成分，如NAD（辅酶）
21、 、NADP （辅酶） 、CoASH （辅酶 A） 、FMN（黄素单核苷酸） 、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） 。三、核酸的一级结构核酸的一级结构：核酸中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸之间通过 3，5-磷酸二酯键连接。四、DNA 的高级空间结构与功能 、DNA 的二级结构DNA 双螺旋结构是核酸的二级结构。双螺旋的骨架由戊糖和磷酸基构成，两股链之间的碱基互补配对，是遗传信息传递者，DNA 半保留复制的基础，结构要点（B 型双螺旋）：a.两条反向平行的多核苷酸链围绕一个“中心轴”形成右手双螺旋结构，螺旋表面有一条大沟和小沟；b.磷酸和脱氧核糖在外侧，通过 3，5 磷酸二酯键相连形成 DNA 的
22、骨架，与中心轴平行。碱基位于内侧，与中心轴垂直；c. 两条链间存在碱基互补：A 与 T 或 G 与 C 配对形成氢键，称为碱基互补原则（A 与 T 为两个氢键，G 与 C 为三个氢键） ；d. 螺旋的稳定因素为碱基堆集力和氢键；e. 螺旋的直径为 2nm，螺距为 3.4nm，相邻碱基对的距离为 0.34nm，相邻两个核苷酸的夹角为 36 度。、DNA 的三级结构三级结构是在双螺旋基础上进一步扭曲形成超螺旋，使体积压缩。在真核生物细胞核内，DNA 三级结构与一组组蛋白共同组成核小体。在核小体的基础上，DNA 链经反复折叠形成染色体。、功能 DNA 的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转
23、录的模板，它是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。DNA 中的核糖和磷酸构成的分子骨架是没有差别的，不同区段的 DNA 分子只是碱基的排列顺序不同。五、RNA 的空间结构与功能9DNA 是遗传信息的载体，而遗传作用是由蛋白质功能来体现的，在两者之间RNA 起着中介作用。其种类繁多，分子较小，一般以单链存在，可有局部二级结构，各类 RNA 在遗传信息表达为氨基酸序列过程中发挥不同作用。如：名 称 功 能核糖体 RNA (rRNA) 核蛋白体组成成分信使 RNA (mRNA) 蛋白质合成模板转运 RNA (tRNA) 转运氨基酸不均一核 RNA (hnRNA) 成熟 mRNA 的前体小
24、核 RNA (snRNA) 参与 hnRNA 的剪接、转运小核仁 RNA (snoRNA) rRNA 的加工和修饰、信使 RNA（半衰期最短）hnRNA 为 mRNA 的初级产物，经过剪接切除内含子，拼接外显子，成为成熟的 mRNA 并移位到细胞质）大多数的真核 mRNA 在转录后 末端加上一个-甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷帽子，帽子结构在 mRNA 作为模板翻译成蛋白质的过程中具有促进核蛋白体与mRNA 的结合，加速翻译起始速度的作用，同时可以增强 mRNA 的稳定性。 末端多了一个多聚腺苷酸尾巴，可能与 mRNA 从核内向胞质的转位及 mRNA 的稳定性有关。）功能是把核内 DNA 的碱基顺序，
25、按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，以决定蛋白质合成的氨基酸排列顺序。mRNA 分子上每 3 个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸，为三联体密码。、转运 RNA（分子量最小）tRNA 分子中含有 1020 稀有碱基，包括双氢尿嘧啶，假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等。）二级结构为三叶草形，位于左右两侧的环状结构分别称为 DHU 环和 TC 环，位于下方的环叫作反密码环。反密码环中间的 3 个碱基为反密码子，与 mRNA 上相应的三联体密码子形成碱基互补。所有 tRNA3末端均有相同的 CCA-OH 结构。）三级结构为倒 L 型。）功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的戴本并将其转呈给mRNA。
26、、核糖体 RNA（含量最多）原核生物小亚基的 rRNA 为 16S，大亚基为 5S、23S；真核生物小亚基的rRNA 为 18S，大亚基为 5S、5.8S 、28S。真核生物的 18SrRNA 的二级结构呈花状。）rRNA 与核糖体蛋白共同构成核糖体，它是蛋白质合成机器核蛋白体的10组成成分，参与蛋白质的合成。、核酶：某些 RNA 分子本身具有自我催化能，可以完成 rRNA 的剪接。这种具有催化作用的 RNA 称为核酶。六、核酸的理化性质、DNA 的变性在某些理化因素作用下，如加热，DNA 分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA 双螺旋结构松散，变成单链，即为变性。监测是否发生变性的一个最常用
27、的指标是 DNA 在紫外区 260nm 波长处的吸光值变化。解链过程中，吸光值增加，并与解链程度有一定的比例关系，称为 DNA 的增色效应。紫外光吸收值达到最大值的 50时的温度称为 DNA 的解链温度（Tm） ，一种 DNA 分子的 Tm 值大小与其所含碱基中的GC 比例相关， GC 比例越高， Tm 值越高。DNA 双螺旋在 4pH 11 时最稳定。pH4 则发生酸变性，pH11 则发生碱变性，变性的原因都是 pH 不适宜而碱基之间的氢键发生断裂。、DNA 的复性和杂交变性 DNA 在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性，其过程为退火，产生减色效应。不同来源的
28、核酸变性后，合并一起复性，只要这些核苷酸序列可以形成碱基互补配对，就会形成杂化双链，这一过程为杂交。杂交可发生于 DNADNA 之间，RNARNA 之间以及 RNADNA 之间。3、与蛋白质相似,核酸分子中既含有酸性基团( 磷酸基 )也含有碱性基团( 氨基),因而核酸也具有两性性质。由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸,而碱基(氨基)是一个弱碱,所以核酸的等电点比较低.如 DNA 的等电点为 44.5,RNA 的等电点为 22.5。RNA 的等电点比DNA 低的原因 ,是 RNA 分子中核糖基 2-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离.DNA 没有这种作用。七、核酸酶（注意与核酶区别）指所
29、有可以水解核酸的酶，在细胞内催化核酸的降解。可分为 DNA 酶和 RNA 酶；外切酶和内切酶；其中一部分具有严格的序列依赖性，称为限制性内切酶。第四章 酶一、 酶的概念：由活细胞产生的,以蛋白质为主要成分的生物催化剂。酶与一般催化剂相比的异同：11相同特点：1、只催化热力学上允许的化学反应（G0） ；2、降低活化能，但不改变化学反应的平衡点；3、加快化学反应速度，但催化剂本身反应前后不发生改变。特殊之处：1.催化具有高效性；2. 高度的专一性(只能催化一种底物或一 定结构的底物) ；3.易失活；4.催化活性受到调节和控制；5. 催化活性与辅助因子有关(全酶=酶蛋白辅助因子)。二、酶的组成1、
30、按组成成分来分：1）单纯酶：仅由氨基酸残基构成的酶。2）结合酶：除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的小分子物质。结合酶的全酶= 酶蛋白辅助因子a.酶蛋白：决定反应的特异性；b.、辅助因子：决定反应的种类与性质；可以为金属离子或小分子有机化合物。辅助因子可分为辅酶：与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去； 辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤方法除去。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶，只有全酶才有催化作用。2、按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类1） 单体酶由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子(牛胰 RNase 124a.a 单链；胰凝乳蛋白酶 三条肽链) 单体酶种类较少，一
31、般多催化水解反应。2） 寡聚酶由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。3） 多酶复合体由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶（E1） 以二聚体存在 29600二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 以二聚体存在 2560004） 多
32、酶融合体一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，这往往是基因融合的产物。12三、酶的分类和命名1、 习惯命名：1） （绝大多数酶）依据底物来命名。如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。2）依据催化反应的性质命名。如：水解酶、转氨酶3）结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。4）有时加上酶的来源。如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶习惯命名较简单，但缺乏系统性。2、 国际系统命名系统名称应明确标明酶的底物及催化反应的性质。如：谷丙转氨酶（习惯名） ，系统名： 丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶反应：丙氨酸+-酮戊二酸谷氨酸+ 丙酮酸3、 国际系统分类法及编号（EC 编号）原则：将所有酶促反
33、应按性质分为六类，分别用 1、2 、3、4 、5、6 表示。再根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用1、2 、 3，每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号 1、2 、3 表示。每一个酶的编号由 4 个数字组成，中间以“”隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚 -亚中的编号。1、 氧化还原酶类催化氧化还原反应： A2H+B A+B2H乳酸：NAD+ 氧化还原酶（ EC1.1.1.27） ， 习惯名：乳酸脱氢酶2、 转移酶类：AR+C=A+BRAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2） ， 习惯名： 谷丙转氨酶3、 水
34、解酶类：AB+H 2O AOH+BH催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。4、 裂合酶类（裂解酶）：X-A-B-Y A=B+X-Y催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7） ， 习惯名：醛缩酶5、 异构酶：A B 催化同分异构体相互转化，如葡萄糖异构酶6、 合成酶（连接酶）：A+B+ATP AB+ADP+Pi 催化一切必须与 ATP 分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。EC 编号举例：乙醇脱氢酶的分类编号是 EC1.1.1.1 ，乳酸脱氢酶 EC1.1.1.27 ， 苹果酸脱氢酶 EC1.1.1.3713第一个数字表示反应大类：
35、氧化还原反应第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或 NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。前面三个编号表明这个酶的特性：反应性质、底物性质（键的类型）及电子或基团的受体，第四个编号用于区分不同的底物。四、酶的活性中心酶的活性中心：酶分子中直接和底物结合，并与酶催化作用直接相关的部位。活性中心包括结合部位和催化部位。前者由参与底物结合的基团构成；后者由催化反应的基团组成。五、酶反应动力学酶促反应的速度取决于底物浓度、酶浓度、PH、温度、激活剂和抑制剂等。、底物浓度）在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而上升，加大底物浓度，反应速度趋缓，底物浓度进一步
36、增高，反应速度不再随底物浓度增大而加快，达最大反应速度，此时酶的活性中心被底物饱合。）米氏方程式VVmaxSKmSa.米氏常数 Km 值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。b.Km 值愈小，酶与底物的亲和力愈大。c.Km 值是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境如温度、PH、离子强度有关，与酶的浓度无关。d.Vmax 是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。、酶浓度在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶浓度，使酶被底物饱和时，反应速度与酶的浓度成正比关系。、温度温度对酶促反应速度具有双重影响。升高温度一方面可加快酶促反应速度，同时也增加酶的变性。酶促反应最
37、快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。、PH14酶活性受其反应环境的 PH 影响，且不同的酶对 PH 有不同要求，酶活性最大的某一 PH 值为酶的最适 PH 值，如胃蛋白酶的最适 PH 约为 1.8，肝精氨酸酶最适 PH为 9.8，但多数酶的最适 PH 接近中性。最适 PH 不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素影响。、激活剂使酶由无活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂，大多为金属离子，也有许多有机化合物激活剂。分为必需激活剂和非必需激活剂。、抑制剂
38、凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。大多与酶的活性中心内、外必需基团相结合，从而抑制酶的催化活性。可分为：）不可逆性抑制剂：以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方法去除。又可分为：a.专一性抑制剂：如农药敌百虫、敌敌畏等有机磷化合物能特民地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活，解磷定可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用。b.非专一性抑制剂：如低浓度的重金属离子如汞离子、银离子可与酶分子的巯基结合，使酶失活，二巯基丙醇可解毒。化学毒气路易士气是一种含砷的化合物，能抑制体内的巯基酶而使人畜中毒。）可逆性抑制剂：通常以
39、非共价键与酶和（或）酶底物复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去，使酶恢复活性。可分为：a.竞争性抑制剂：与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合形成中间产物。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用；磺胺类药物由于化学结构与对氨基苯甲酸相似，是二氢叶酸合成酶的竞争抑制剂，抑制二氢叶酸的合成；许多抗代谢的抗癌药物，如氨甲蝶呤（MTX） 、5-氟尿嘧啶（-FU ） 、6- 巯基嘌呤（6-MP）等，几乎都是酶的竞争性抑制剂，分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成。动力学参数：Vmax 不变， Km 值增大b.非竞争性抑制剂：与酶活性中心外的必需基团结合，不影响
40、酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响与抑制剂的结合。动力学参数：Vmax 降低，Km 值不变。c.反竞争性抑制剂：仅与酶和底物形成的中间产物结合，使中间产物的量下降。动力学参数：Vmax 、 Km 均降低。六、酶活性的调节15、酶原的激活 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，必须在一定条件下，这些酶的前体水解一个或几个特定的肽键，致使构象发生改变，表现出酶的活性。酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。生理意义是避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。、变构酶体内一些代谢物可以与某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地结
41、合，使酶发生变构并改变其催化活性，有变构激活与变构抑制。、酶的共价修饰调节酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这一过程称为酶的共价修饰。在共价修饰过程中，酶发生无活性与有活性两种形式的互变。酶的共价修饰包括磷酸化与脱磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化等，其中以磷酸化修饰最为常见。七、同工酶同工酶是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同 mRNA 翻译的不同多肽链组成的蛋白质。翻译后经修饰生成的多分子形式不在同工酶之列。同工
42、酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。如乳酸脱氢酶是四聚体酶。亚基有两型：骨骼肌型（M 型）和心肌型（H 型） 。两型亚基以不同比例组成五种同工酶，如 LDH1（HHHH)、LDH2(HHHM）等。它们具有不同的电泳速度，对同一底物表现不同的 Km 值。单个亚基无酶的催化活性。心肌、肾以 LDH1 为主，肝、骨骼肌以 LDH5 为主。肌酸激酶是二聚体，亚基有 M 型（肌型）和 B 型（脑型）两种。脑中含CK1（BB 型） ；骨骼肌中含 CK3（MM 型） ；CK2（MB 型）仅见于心肌。七、维生素维生素：维持肌体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。1、脂溶性
43、维生素）维生素 A。作用：与眼视觉有关，合成视紫红质的原料；维持上皮组织结构完整；促进生长发育。 缺乏可引起夜盲症、干眼病等。）维生素 D。作用：调节钙磷代谢，促进钙磷吸收。缺乏儿童引起佝偻病，成人引起软骨病。16）维生素 E。作用：体内最重要的抗氧化剂，保护生物膜的结构与功能；促进血红素代谢；动物实验发现与性器官的成熟与胚胎发育有关。）维生素 K。作用：与肝脏合成凝血因子、有关。缺乏时可引起凝血时间延长，血块回缩不良。2、水溶性维生素）维生素 B1 。又名硫胺素，体内的活性型为焦磷酸硫胺素（TPP） ， TPP 是 -酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅酶，并可抑制胆碱酯酶的活性，缺乏时可引起脚气病
44、和（或）末梢神经炎。）维生素 B2。又名核黄素，体内的活性型为黄素单核苷酸（FMN ）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） 。FMN 和 FAD 是体内氧化还原酶的辅基，缺乏时可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、眼睑炎等症。）维生素 PP。包括尼克酸及尼克酰胺，肝内能将色氨酸转变成维生素 PP，体内的活性型包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD ）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP ） 。 多种不需氧脱氢酶的辅酶，缺乏时称为癞皮症，主要表现为皮炎、腹泻及痴呆。）维生素 B6。包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺，体内活性型为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶，也是 -氨基 -酮戊酸
45、（ALA）合成酶的辅酶。）泛酸。又称遍多酸，在体内的活性型为辅酶 A 及酰基载体蛋白（ACP） 。 在体内辅酶 A 及酰基载体蛋白（ACP ）构成酰基转移酶的辅酶。）生物素。生物素是体内多种羧化酶的辅酶，如丙酮酸羧化酶，参与二氧化碳的羧化过程。）叶酸。以四氢叶酸的形式参与一碳基团的转移，一碳单位在体内参加多种物质的合成，如嘌呤、胸腺嘧啶核苷酸等。叶酸缺乏时，DNA 合成受抑制，骨髓幼红细胞 DNA 合成减少，造成巨幼红细胞贫血。）维生素 B12。又名钴胺素，唯一含金属元素的维生素。参与同型半工半胱氨酸甲基化生成蛋氨酸的反应，催化这一反应的蛋氨酸合成酶（又称甲基转移酶）的辅基是维生素 B12，它
46、参与甲基的转移。一方面不利于蛋氨酸的生成，同时也影响四氢叶酸的再生，最终影响嘌呤、嘧啶的合成，而导致核酸合成障碍，产生巨幼红细胞性贫血。）维生素 C。促进胶原蛋白的合成；是催化胆固醇转变成 7- 羟胆固醇反应的7- 羟化酶的辅酶；参与芳香族氨基酸的代谢；增加铁的吸收；参与体内氧化还原反应，保护巯基等作用。缺乏出现坏血病。17第五章 糖 代 谢新陈代谢（物质代谢）是指生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。包括同化作用和异化作用。特点：1、温和条件下由酶催化完成；2 、反应协调而有顺序性；3、反应分步进行并伴有能量变化，有中间产物。糖代谢是生物体广泛存在的最基本代谢 。糖代谢为生物提供重要的碳源
47、和能源。生物所需的能量，主要由糖代谢提供。糖代谢包括糖的分解代谢和合成代谢，分解代谢包括糖的有氧氧化分解（糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环）和磷酸戊糖途径；合成代谢包括糖异生和光合作用。注：代谢章节的特点是易懂难记，但对于任何一种代谢过程无非学习以下几个方面知识：1 、每步中间反应的反应物和产物是什么； 2、催化的酶是什么；3、物质和能量变化情况；4 、代谢如何进行调节；（5、生物学意义） 。一、糖酵解糖酵解（EMP 途径）：葡萄糖经过一系列中间反应后生成丙酮酸的过程。糖酵解在细胞质中进行。、过程：1） 、 葡萄糖磷酸化形成 G-6-P；此反应不可逆，催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶
48、。激酶：催化 ATP 分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或 Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。2） 、 G-6-P 异构化为 F-6-P；此反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。由磷酸葡萄糖异构酶催化，将葡萄糖的羰基 C 由 C1 移至 C2 ，为 C1 位磷酸化作准备，同时保证 C2 上有羰基存在，这对分子的 断裂，形成三碳物是必需的。3） 、 F-6-P 磷酸化，生成 F-1.6-P；此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶4） 、 F-1.6-P 裂解成 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP） ；该反应可逆，由醛缩酶催化。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。5） 、 磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成 3-磷酸甘油醛；由磷酸丙糖异构酶催化。已糖转化成 3-磷酸甘油醛后，C 原子编号变化：F-1.6-P 的 C1-P、C6-P 都变成了 3-磷酸甘油醛的 C3-P6） 、 3-磷酸甘油醛氧化成 1.3二磷酸甘油酸；由磷酸甘油醛脱氢酶催化。此反18应可逆，既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。碘乙酸可与酶的-SH
