王鏡巖生物化學知識點整理版

第一章 蛋白質化學

多半蛋白質含Tyr、Trp殘基，所以測定蛋白質溶液

280nm的光吸教課目的：最好的沉淀整理掌握蛋白質的觀點、重要性和分子構成。α20分類；掌握氨基酸的重要性質；熟習肽和活性肽的觀點。掌握蛋白質的一、二、三、四級構造的特點及其重要化學鍵。

收值，是剖析溶液中蛋白質含量的快速簡易的方法。2．兩性解離和等電點（isoelectricpoint,pI ）氨基酸在水溶液或晶體狀態(tài)時以兩性離子的形式存在， 既可為酸（質子供體），又可作為堿（質子受體）起作用，是兩性電解質，其解離度與溶液的 pH有關。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨向和認識蛋白質構造與功能間的關系。

程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的

pH稱為該氨基熟習蛋白質的重要性質和分類第一節(jié) 蛋白質的分子構成一、蛋白質的元素（化學）構成C（50%～55%）、H（6%～7%）O（19%～24%）、N（13%～

酸的等電點。氨基酸的 pI是由α-羧基和α-氨基的解離常數的對數pK1和pK2決定的。計算公式為： pI=1/2(pK1+pK2) 。若1個氨基酸有3個可解離基團，寫出它們電離式后取兼性離子兩邊的pK值的均勻值，即為此氨基酸的等電點（酸性氨基酸的等19%）S（0%～4%）。有些蛋白質還含微量的

P、Fe、Cu、Zn、

電點取兩羧基的pK值的均勻值，堿性氨基酸的等電點取兩氨基的pKMn、 值的均勻值）。Co、Mo、I等。各樣蛋白質的含氮量很湊近，均勻為 16%。所以，能夠用定法來計算樣品中蛋白質的大概含量。每克樣品含氮克數××100=100g樣品中蛋白質含量（g%）二、蛋白質的基本構成單位——氨基酸蛋白質在酸、堿或蛋白酶的作用下，最后水解為游離氨基酸（aminoacid），即蛋白質構成單體或構件分子。存在于自然界中的氨基酸

第二節(jié)蛋白質的分子構造蛋白質是生物大分子，構造比較復雜，人們用4個層次來描繪，包含蛋白質的一級、二級、三級和四級構造。一級構造描繪的是蛋白質的線性（或一維）構造，即共價連結的氨基酸殘基的序列，又稱初級或化學構造。二級以上的構造稱高級構造或構象300余種，但合成蛋白質的氨基酸僅

20種（稱編碼氨基酸），最

（conformation）。先發(fā)現的是天門冬氨酸（1806年），最后判定的是蘇氨酸（1938年）。（三）氨基酸的重要理化性質

一、蛋白質的一級構造（ primarystructure ）1953年，英國科學家F.Sanger第一測定了胰島素（insulin）1．一般物理性質

的一級構造，有51個氨基酸殘基，由一條

A鏈和一條B鏈構成，α-氨基酸為無色晶體，熔點一般在 200oC以上。各樣氨基酸

分子中共有3個二硫鍵，此中兩個在 、B鏈之間，另一個在 A鏈內。在水中的溶解度差異很大（酪氨酸不溶于水）

。一般溶解于稀酸或

蛋白質的一級構造測定或稱序列剖析常用的方法是 Edman降稀堿，但不可以溶解于有機溶劑，往常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。芬芳族氨基酸（TyrTrpPhe）有共軛雙鍵，在近紫外區(qū)有TyrTrp的汲取峰在280nmPhe265nm。因為大

解和重組DNA法。Edman降解是經典的化學方法，比較復雜。第一要純化必定量的待測蛋白質，分別作分子量測定、氨基酸構成剖析、N-尾端剖析、C-尾端剖析；要應用不同的化學試劑或特異的蛋白內1/62切酶水解將蛋白質裂解成大小不同的肽段， 測出它們的序列，比較 主鏈能夠以特別多的構象出現。 事實上，肽鏈在構象上遇到很大限不同水解制成的兩套肽段，找出重疊片段，最后推測蛋白質的完好序列。重組DNA法是鑒于分子克隆的分子生物學方法， 比較簡單高效，不用先純化該種蛋白質，而是先要獲取編碼該種蛋白質的基因（DNA片段），測定DNA中核苷酸的序列，再按三個核苷酸編碼

制，因為主鏈上有1/3不可以自由旋轉的肽鍵，此外主鏈上有好多側鏈R的影響。蛋白質的主鏈骨架由很多肽鍵平面連結而成。αα-helix)α-螺旋是肽鍵平面經過α 碳原子的相對旋轉形成的一種緊一個氨基酸的原則推測蛋白質的完好序列。證和增補。

這兩種方法能夠相互印 密螺旋環(huán)繞，是有周期的一種主鏈構象。其特點是：①螺旋每轉一圈上漲個氨基酸殘基，螺距約（每個殘基上漲，旋當前，國際互聯(lián)網蛋白質數據庫已有 3千多種一級構造清楚蛋白質一級構造是空間構造和特異生物學功能的基礎。二、蛋白質的二級構造（secondarystructure ）

轉100O）。②相鄰的螺圈之間形成鏈內氫鍵， 氫鍵的取向幾乎與中心軸平行典型α-螺旋一對氫鍵O與N之間共有13個原子（），前后間隔3蛋白質的二級構造是指其分子中主鏈原子的局部空間擺列， 是 個殘基。主鏈構象（不包含側鏈R基團）。 ③螺旋的走向絕大多半是右手螺旋，殘基側鏈伸向外側。 R基團的構象是分子中原子的空間擺列，但這些原子的擺列取決于它們繞鍵的旋轉，構象不同于構型，一個蛋白質的構象在不損壞共價鍵

大小、荷電狀態(tài)及形狀均對αββ-pleatedsheet)

螺旋的形成及穩(wěn)固有影響。狀況下是能夠改變的?？墒堑鞍踪|中任一氨基酸殘基的本質構象自

β-折疊是一種肽鏈相當伸展的周期性構造。由度是特別有限的，在生理條件下，每種蛋白質仿佛是表現出稱為

① 相鄰肽鍵平面間折疊成

110O角，呈鋸齒狀。天然構象的單調穩(wěn)固形狀。

② β-折疊的肽鏈或同一肽鏈內不同肽段相互平行20世紀30年月末，和應用X射線衍射剖析測定了一些氨基酸和寡肽的晶體構造，獲取了一組標準鍵長和鍵角， 提出了肽單元

擺列，形成β-折疊片層，其穩(wěn)固要素是肽鏈間的氫鍵。③ 逆向平行的片層構造比順向平行的穩(wěn)固。（peptideunit）,的分子模型（α-螺旋）和（β-折疊）。1．肽單位

α-螺旋和β-折疊是蛋白質二級構造的主要形式。 毛發(fā)中的α但所占比率不相同。肽鍵及其兩頭的α-C共6個原子處于同一平面上，構成了肽單位（所在的平面稱肽鍵平面）。肽鍵C—N鍵長為，比相鄰的單鍵（）短，而較 C=N雙鍵長，有部分雙鍵的性質，不可以自由旋轉。肽鍵平面上各原子呈順反

膠原蛋白中存在的螺旋構造不同于一般的α擁有左手螺旋的鏈相互環(huán)繞形成右手超螺旋分子。旋和超螺旋的反向環(huán)繞保持其穩(wěn)固性。β轉角（β-turn）

3鏈間氫鍵以及螺異構關系，肽鍵平面上的O、H以及2個α-碳原子為反式構型（trans 為了牢牢折疊成球蛋白的密切形狀，多肽鏈 180O回折成發(fā)夾configuration ）。Cα—CCα—Nφψ

或β-轉角。其處由4個連續(xù)的氨基酸殘基構成，常有β-轉角的作使勁是第一個氨基酸殘基羰基氧（

Gly和ProO）與第定了兩個相鄰的肽鍵平面相對關系。 因為肽鍵平面的相對旋轉， 使

四個氨基酸殘基的氨基氫（

H）之間形成的氫鍵。β轉角常有于連2/62PAGEPAGE4/62接反平行β-折疊片的端頭。無規(guī)卷曲（randomcoil）

構成四級構造的每條多肽鏈稱為亞(subunit) ，亞基獨自存在一般沒有生物學功能，構成四級構造的幾個亞基能夠相同或不同。肽鏈是這樣的構象。6．超二級構造和構造域

典型球蛋白大概一半多

成的四聚體（α2β2）。五、蛋白質分子中的化學鍵

是由兩個α-亞基和兩個β-亞基形超二級構造和構造域是蛋白質二級至三級構造層次的一種過渡態(tài)構象。

蛋白質的一級構造是由共價鍵形成的， 如肽鍵和二硫鍵。而持空間構象穩(wěn)固的是非共價的次級鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范超二級構造指蛋白質中兩個或三個擁有二級構造的肽段在空 德華引力等。間上相互湊近，形成一特別的組合體，又稱為模體（αα，ββ，βαβ序及鋅指構造。

motif）。往常-環(huán)螺旋模

第三節(jié)蛋白質構造與功能的關系一、蛋白質一級構造與功能的關系（一）一級構造是空間構象的基礎構造域是球狀蛋白質的折疊單位， 是在超二級構造基礎長進一

20世紀60年月初，美國科學家進行牛胰核糖核酸酶的變性和步繞波折疊有獨到構象和部分生物學功能的構造。質分子或亞基，構造域和三級構造是一個意思，

對于較小的蛋白即這些蛋白質是單

復性實驗，提出了蛋白質一級構造決定空間構造的命題。核糖核酸酶由124個氨基酸殘基構成，有4對二硫鍵。用尿素構造域的；對于較大的蛋白質分子或亞基，個以上的相對獨立的構造域締合成三級構造。三、蛋白質的三級構造（tertiarystructure

多肽鏈常常由兩個或兩）

和β-巰基乙醇辦理該酶溶液，分別損壞次級鍵和二硫鍵，肽鏈完全伸展，變性的酶失掉催化活性；當用透析方法去除變性劑后，酶活性幾乎完好恢復，理化性質也與天然的酶相同。指一條多肽鏈中所有原子的整體排布， 包含主鏈和側鏈。維系三級構造的作使勁主假如次級鍵（疏水相互作用、靜電力、氫鍵等）。

概率計算表示，8個半胱氨酸殘基聯(lián)合成

4對二硫鍵，可隨機在序列中相隔較遠的氨基酸疏水側鏈相互湊近，袋”狀構造，聯(lián)合蛋白質的輔基常常鑲嵌其內，

形成“洞窟”或“口形成功能活性部位，

組合成105種配對方式，而事實上只形成了天然酶的構象， 這說一級構造未損壞，保持了氨基酸的擺列次序便可能答復到本來的三級構造，功能依舊存在。而親水基團則在外，這也是球狀蛋白質易溶于水的原由。

1963年

（二）種屬差異Kendrew等從鯨肌紅蛋白的X射線衍射圖譜測定它的三級構造（153

大批實驗結果證明，一級構造相像的多肽或蛋白質，

其空間結個氨基酸殘基和一個血紅素輔基，相對分子質量為

17800）A

構和功能也相像，不同種屬的同源蛋白質有同源序列，

反應其共同H8α-螺旋環(huán)繞折疊成球狀，氨基酸殘基上的疏水側鏈多半在分子內部形成一個袋形空穴， 血紅素居于此中，富裕極性及電的則在分子表面形結婚水的球狀蛋白。四、蛋白質的四級構造(quaternarystructure)有些蛋白質的分子量很大，由2條或2條以上擁有獨立三級結

進化發(fā)源，經過比較能夠揭露進化關系。比如哺乳動物的胰島素，其一級構造僅個別氨基酸差異（ A5、6、10位，B鏈30位），它們對生物活性調理糖代謝的生理功能不起決定作用。構的多肽鏈經過非共價鍵相互聯(lián)合而成，稱為蛋白質的四級構造。

從各樣生物的細胞色素

C(cytochromec 的一級構造剖析，能夠認識物種進化間的關系。 進化中越湊近的生物，它們的細胞色 凝結等特點。要認識和剖析蛋白質構造和功能的關系就要利用其特素c的一級構造越近似。

殊的理化性質，采納鹽析、透析、電泳、層析及離心等不損害蛋白（三）分子病 質空間構象的物理方法分別純化蛋白質。分子病是指機體DNA分子上基因缺點惹起mRNA分子異樣和蛋白質生物合成的異樣，從而致使機體某些功能和構造隨之變異的遺

一、蛋白質的高分子性質蛋白質的相對分子質量在 1萬~100萬，其顆粒均勻直徑約為傳病。在1904年，發(fā)現鐮刀狀紅細胞貧血病。大概化費了 40多年 nm（膠粒范圍是1~100nm）。正確靠譜的測定方法是超離心法，才清楚生病原由，患者的血紅蛋白（HbS）與正常人的（HbA）對比， 白質的相對分子質量可用沉降系數（ S）表示。僅β-鏈的第6位上，Val取代了正常的Glu。當前全球已發(fā)現有 在球狀蛋白質三級構造形成時， 親水基團位于分子表面，在水異樣血紅蛋白400種以上。 溶液中與水起水合作用，所以，蛋白質的水溶液擁有親水膠體的性二、蛋白質空間構造與功能的關系 質。顆粒表面的水化膜和電荷是其穩(wěn)固的要素，調理 pH至pI、蛋白質的空間構造是其生物活性的基礎， 空間構造變化，其功 入脫水劑等，蛋白質即可從溶液中積淀出來。能也隨之改變。肌紅蛋白（ Mb）和血紅蛋白（Hb）是典型的例子。 透析法是利用蛋白質不可以透過半透膜的性質，去掉小分子物肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）都能與氧進行可逆的聯(lián)合，

質，達到純化的目的。氧聯(lián)合在血紅素輔基上。但是 Hb是四聚體分子，能夠轉運氧； Mb 大小不同的蛋白質分子能夠經過凝膠過濾分開。

又稱分子篩層是單體，能夠儲藏氧，并且能夠使氧在肌肉內很簡單地擴散。它們 析。的氧合曲線不同，Mb為一條雙曲線，Hb是一條S型曲線。在低p(O2) 二、蛋白質的兩性解離下，肌紅蛋白比血紅蛋白對氧親和性高好多， p(O2)為(1torr≈時， 蛋白質和氨基酸相同是兩性電解質，在溶液中的荷電狀態(tài)受肌紅蛋白處于半飽和狀態(tài)。在高p(O2)下，如在肺部（大概100torr）

pH值影響。當蛋白質溶液處于某一

pH時，蛋白質解離成正、負離時，二者幾乎都被飽和。其差異形成一個有效的將氧從肺轉運到肌 子的趨向相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的 pH稱肉的氧轉運系統(tǒng)。 為該蛋白質的等電點。pH＞pI 時，該蛋白質顆粒帶負電荷，之Hb未與氧聯(lián)合時，其亞基處于一種空間構造密切的構象（緊張態(tài)，T型），與氧的親和力小。只需有一個亞基與氧聯(lián)合，就能

則帶正電荷。在人體體液中多半蛋白質的等電點湊近 pH5，所以生理環(huán)境下，多半蛋白質解離成陰離子。少許蛋白質，如魚精蛋白、使4個亞基間的鹽鍵斷裂，變?yōu)閺U弛的構象（廢弛態(tài)，

R型）。T型

組蛋白的pI偏于堿性，稱堿性蛋白質，而胃蛋白酶和絲蛋白為酸和R型的相互變換對換節(jié)Hb運氧的功能有重要作用。一個亞基與

性蛋白。其配體聯(lián)合后能促進另一亞基與配體的聯(lián)合是正共同效應，其理論解說是Hb是別構蛋白，有別構效應。

三、蛋白質的變性、積淀和凝結蛋白質在某些理化要素的作用下， 空間構造被損壞，致使理化性質改變，生物學活性喪失，稱為蛋白質的變性（第四節(jié) 蛋白質的理化性質

denaturation ）。蛋白質的理化性質和氨基酸相像， 有兩性解離及等電點、紫外

蛋白質變性的本質是多肽鏈從卷曲到伸展的過程， 不波及一級汲取和呈色反響。作為生物大分子，還有膠體性質、積淀、變性和

構造的改變（如加熱損壞氫鍵，酸堿損壞鹽鍵等） 。變性作用可于強烈，是一種可逆反響，去除變性要素，有些蛋白質原有的構象和功能可恢復或部分恢復，稱為復性（ denaturation ）。蛋白質變性的主要表現是失掉生物學活性，如酶失掉催化能力、血紅蛋白失掉運輸氧的功能、 胰島素失掉調理血糖的生理功能等。變性蛋白溶解度降低，易形成積淀析出；易被蛋白水解酶消化蛋白質變性擁有重要的本質意義。蛋白質自溶液中析出的現象，稱為蛋白質的積淀。鹽析、有機溶劑、重金屬鹽、生物堿試劑都可積淀蛋白質。鹽析積淀蛋白質不變性，是分別制備蛋白質的常用方法。 如血漿中的清蛋白在飽和硫酸銨溶液中可積淀，而球蛋白則在半飽和硫酸銨溶液中發(fā)生沉淀。乙醇、丙酮均為脫水劑，可損壞水化膜，降低水的介電常數，使蛋白質的解離程度降低，表面電荷減少，從而使蛋白質積淀析出。低溫時，用丙酮積淀蛋白質，可保存原有的生物學活性。但用乙醇，時間較長則會致使變性。重金屬鹽（Hg2+、Cu2+、Ag+），生物堿（如三彔乙酸、苦味酸、鞣酸）與蛋白質聯(lián)合成鹽而積淀，是不可以逆的。蛋白質變性不必定積淀（如強酸、強堿作用變性后仍舊能溶解于強酸、強堿溶液中，將 pH調至等電點，出現絮狀物，仍可溶解于強酸、強堿溶液，加熱則變?yōu)槟龎K，不再溶解） 。凝結是蛋白變性發(fā)展的不可以逆的結果。積淀的蛋白質不必定變性（如鹽析） 四、蛋白質的紫外汲取和呈色反響蛋白質含芬芳族氨基酸，在280nm波優(yōu)點有特點性汲取峰，用于定量測定。蛋白質分子中的多種化學基團擁有特定的化學性能， 與某些劑產生顏色反響，可用于定性、定量剖析。如蛋白質分子中含有許多和雙縮脲構造相像的肽鍵，在堿性溶液與硫酸銅反響產生紅紫色絡合物（雙縮脲反響）。酪氨酸含酚基，與米倫試劑生成白色積淀，加熱后變紅色。Folin-酚試劑與酪氨酸反響生成藍色。 色氨酸與醛酸反響，慢慢注入濃硫酸，出現紫色環(huán)。第五節(jié) 蛋白質的分類自然界蛋白質散布寬泛，種類眾多，有 1012~1013種。當前仍

無法按蛋白質的化學構造進行精準的分類， 一般按蛋白質的分子狀、分子構成、生物功能進行分類。1．按分子形狀分為球狀蛋白質和纖維狀蛋白質。按分子構成分為簡單蛋白質和聯(lián)合蛋白質。簡單蛋白質完好水解的產物僅為α -氨基酸。這種蛋白質按其溶解度等理化性質分為 7類。包含清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白精蛋白、組蛋白和硬蛋白。聯(lián)合蛋白質由簡單蛋白質和非蛋白質（輔基）構成。依據輔基的不同，這種蛋白質可分為 5類。如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、蛋白和磷蛋白。細胞核中的核蛋白是 DNA與組蛋白聯(lián)合而成，細胞質中的核糖體是RNA與蛋白質構成的，已知的病毒也是核蛋白。免疫球蛋白一類糖蛋白，由蛋白質與糖以共價鍵相連而成； 脂蛋白由蛋白質與脂類經過非共價鍵相連，存在生物膜和動物血漿中。3．按蛋白質功能分為活性蛋白質和非活性蛋白質?；钚缘鞍踪|包含有催化功能的酶、有調理功能的激素、有運動、防守、接受和傳達信息的蛋白質以及毒蛋白、膜蛋白等。膠原、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白等是非活性蛋白質。第二章 核酸的化學教課目的：DNARNA在化學組分、分子構造和生物功能上的特點。DNAt-RNA酸的三級構造。（DNA熱變性、復性與分子雜交）掌握基因組的觀點，原核生物和真核生物基因組的特點。認識DNA測序的原理。導入：核酸是生物遺傳的物質基礎。它的發(fā)現和研究進展如何？5/62PAGEPAGE10/621868年瑞士青年醫(yī)生Miescher從胞核中分別出一種含磷量很高的酸性化合物，稱核素。其任者 Altman展了從酵母和物中制不含蛋白的核酸的方法，于 1889年提出核（nucleicacid）1943年Chargaff等揭露了DNA的堿基配律，1944年美國Avery利用致病肺炎球菌中提取的 DNA使另一種非致病性的肺炎菌的性狀生改而成致病菌，正是 DNA攜信AstburyFranklinWilkinsXDNA構，獲取清楚衍射。WatsonCrick在此基上于1953年提DNA雙螺旋構模型，了然基因構、信息和功能三者之的關系，確定了分子生物學基。 1958年Crick提出“中心法”；60年月破密，明 3 RNA參加蛋白生物合成的程；70年月生了基因重和 DNA序生物技， 90年月提出人因劃，21世入后基因代。核酸的研究成了生命科學中最活的域之一。第一節(jié) 核酸的化學構成天然存在的核酸有兩， 即脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）和核糖核酸（ ribonucleicacid ，RNA）。DNA分子是生物體的信息， 散布在原核胞的核區(qū)， 真核胞的核胞器以及病毒中； RNA分子參加信息表達的一些程，主要存在于胞。一、核酸的基本成位核酸是一種多聚核苷酸，用不同的降解法獲取其成位——核苷酸。而核苷酸又由堿基、戊糖和磷酸成。（一） 戊糖DNA含β-D-2-脫氧核糖，RNA含β-D-核糖。是核酸分依照。核糖中的 C 1＇??5＇。（二）堿基（base）

核酸中的堿基有兩： 呤堿和堿。有5種基本的堿基外，有一些含量甚少的罕有堿基。 DNA和RNA中常的兩種呤堿腺呤（adenine、呤（guanine，G）。而堿有所不同：RNA主要含胞（ cytosine，C）、尿（uracil ，U），DNA要含胞、胸腺（ thymine，T）。tRNA中含有多的罕有堿基（修堿基） ，多甲基化的。（三）核苷是堿基和戊糖生成的糖苷。通 C1＇-N9 或C1＇-N1糖苷接，用字符表示，脫氧核苷在字符前加 d。常的修核苷有：次黃苷或肌苷 I、黃呤核苷 、二尿核苷 D假尿苷Ψ等。注意符號的意，如 m5dC。（四）核苷酸是核苷的磷酸。生物體內游離存在的多是 5＇- 核苷酸（如pA、pdG等）。常的核苷酸 AMP、、CMP、UMP。常的脫氧核苷酸有dAMP、dGMA、dCMP、dTMP。AMP是一些重要的構成分（如 NAD+、NADP+、FAD等）；化核苷酸（ cAMP/cGMP）是胞功能的分子和信號分子。 ATP在能量代中起重要作用核苷酸是兩性解， 有等點。核苷酸有互異構和紫外吸收。（含氧的堿基有式和醇式兩種互異構體， 在生理pH條下主要以式存在）二、核苷酸的接方式RNA和DNA都有方向性，從 5＇→3＇。前一位核苷酸的3＇-OH與下一位核苷酸的5＇位磷酸基之形成3＇，5＇-磷酸二，從而形成一個沒有分支的性大分子，兩個尾端分稱 尾端和3＇尾端。大分子的主由相擺列的戊糖和磷酸構成，而堿基可看作主上的基， 主上的磷酸基是酸性的， 在胞pH下荷；而堿基有疏水性。：列表明DNA和RNA在化學成、分子構和生物功能方面的主要特點。第二節(jié) DNA 的分子構造 3．螺距為nm，含10個堿基對（相鄰堿基對平面間的一、DNA的一級構造(primarystucture) 離為nm。螺旋直徑為2nm。DNA的一級構造是指分子中脫氧核苷酸的擺列次序，常被簡單以為是堿基序列（basesequence）。堿基序有嚴格的方向性和多樣

氫鍵保持雙螺旋的橫向穩(wěn)固。 堿基對平面幾乎垂直螺旋軸， 基對平面間的疏水聚積力保持螺旋的縱向穩(wěn)固。性。一般將5＇- 磷酸端作為多核苷酸鏈的“頭”，寫在左邊， 4．堿基在一條鏈上的擺列次序不受限制。遺傳信息由堿基序如pACUGA（。 所攜帶。在DNA一級構造中，有一種回文構造的特別序列，所謂回文構造即DNA互補鏈上一段反向重復次序，正讀和反讀意義相同，經反折可

DNA構象有多態(tài)性。Watson和Crick依據Wilkins和Franklin拍攝的DNAX-射RNA

線照片是相對濕度

92%的DNA鈉鹽所得的衍射圖，所以控意義。

Watson-Crick 雙螺旋構造稱B-DNA。細胞內的DNA與它特別相像。GCTAGTTCACTCTGAACAATT → 此外還有A-DNAC-DNAD-DNACGATCAAGTGAGACTTGTTAA ← 1979RichZ-DNA（左手螺旋、螺距、直徑）DNA分子很大，最小的病毒 DNA約含。1965年Holley 三、DNA的三級構造用片段重疊法達成酵母 tRNAala76nt

序列測定；1977年Sanger

DNA雙螺旋進一步蟠曲所形成的空間構象稱

DNA的三級構造。利用雙脫氧法（酶法）測定了φX174單鏈DNA5386b的全序列。1990

某些病毒、細菌、真核生物線粒體和葉綠體的

DNA是環(huán)形雙螺年實行的人類基因組計劃（HGP），用15年，投資30億美元，達成 旋，再次螺旋化形成超螺旋；在真核生物細胞核內的 DNA是很長的人類單倍體基因組DNA3×109bp全序列的測定。該計劃由美、英、 線形雙螺旋，經過組裝形成特別致密的超級構造日、法、德、中六國科學家合作，于 2003年提早達成，生命科學 1．環(huán)形DNA可形成超螺旋進入后基因組時代，研究重點從測序轉向對基因組功能的研究。 當將線性過旋或欠旋的雙螺旋 DNA連結形成一個環(huán)時，都會自二、DNA的二級構造——雙螺旋(doublehelix) 動形成額外的超螺旋來抵消過旋或欠旋造成的應力，目的是保持 B1953 年，Watson和Crick依據Wilkins和Franklin拍 構象。過旋DNA會自動形成額外的左手螺旋（正超螺旋） ，而欠旋攝的DNAX-射線照片（DNA有和兩個周期性變化）以及

Chargaff

形成額外的右手螺旋（負超螺旋）。等人對DNA的堿基構成的剖析（A=TG=CA+G=C+T），推測出DNA

一段雙螺旋圈數為10的B-DNA連結成環(huán)形時，不發(fā)生進一步是由兩條相互環(huán)繞的鏈形成。

Watson-Crick雙螺旋構造模型以下

歪曲，稱廢弛環(huán)形DNA（雙螺旋的圈數=鏈繞數，即T=L，超螺旋數W=0；L=T+W），但將這一線形圖： 時，

DNA的螺旋先擰松一圈再連結成環(huán)兩條反向平行的多核苷酸鏈形成右手螺旋。一條鏈為 5＇ 解鏈環(huán)形DNA存在的歪曲張力，可致使雙鏈環(huán)向右手方向歪曲形成35（DNAssDNA2AGCAT

負超螺旋（T＝10，L=9，W=-1）。在生物體內，絕大多半超螺旋DNA以負超螺旋的形式存在，也氫鍵，G與C形成三個氫鍵。糖基 -磷酸基骨架在外側。表面有一 就是說，一旦超螺旋解開，則會形成解鏈環(huán)形 DNA，有益于DNA條大溝和一小溝。 制或轉錄。螺旋擁有相同的構造，但L值不同的分子稱為拓撲異構體。DNA

DNA攜帶兩種不同蛋白質的信息。拓撲異構酶切斷一條鏈或兩條鏈，拓撲異構體能夠相互轉變。 W的 3．真核生物基因一般散布在若干條染色體上，其特點是：有正表示雙鏈閉環(huán)的螺旋圈在增添， W的負表示減少。L和T的正負 重復序列（按重復次數分單拷貝序、中度重復序和高度重復序） 表示螺旋方向，右手為正，左手螺旋為負； L值必然是整數。 有斷裂基因（由不編碼的內含子和編碼的外顯子構成） 。酵母基因真核細胞染色體 組有×107bp，含6374個基因。人類基因組有 3×109bp，含4萬真核細胞DNA是線形分子，與組蛋白聯(lián)合，其兩頭固定也形成 個基因。超螺旋構造。DNA被密切地包裝成染色體來自三個水平的折疊：核小體、30nm纖絲和放射環(huán)。核小體是染色體的基本構造單位， 是DNA包裝的第一步，它由DNA聯(lián)合到組蛋白上形成復合物，在電鏡下顯示為成串的“念珠”

第三節(jié)RNA的分子構造RNA往常以單鏈形式存在，比DNA分子小得多，由數十個至數千個核苷酸構成。RNA鏈能夠回折且經過A與U，G與C配對形成局部的雙螺旋，不可以配對的堿基則形成環(huán)狀崛起，這種短的雙螺旋狀。組蛋白是富含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白質，

其氨基酸序列在

區(qū)和環(huán)稱為發(fā)夾構造。進化中是高度守舊的。組蛋白有

5H2AH2BH3和H4

RNA的C2＇位羥基是游離的，是一個易發(fā)生不良反響的地點，子構成的八聚體是核小體中心顆粒，

DNA環(huán)繞其上，相鄰核小體間

它使RNA的化學性質不如DNA穩(wěn)固，能較DNA產生更多的修飾組分。的DNA稱為連結DNA且聯(lián)合H1。200bpDNA的長度約為68nm，被壓縮在10nm的核小體中。壓縮比約為7。30nm纖絲是第二級壓縮，每圈含6個核小體，壓縮比是6。30nm螺旋管再環(huán)繞成超螺旋圓筒，壓縮比是40。再進一步形成染色單體，總壓縮近一萬倍。典型人

RNA的種類、大小、構造都比DNA多樣化，依照功能的不同和構造的特點，RNA主要分為tRNA、rRNA和mRNA三類。其余，細胞的不同部位還存在著另一些小分子 RNA，如核內小RNA（snRNA）、核仁體細胞的DNA理論長度應是180cm，被包裝在46個5μm的染色體中。四、DNA和基因組

小RNA（snoRNA）、胞質小RNA（scRNA）等，分別參加的前體（hnRNA）和rRNA的轉運和加工過程。一、轉運RNA（transferRNA，tRNA）

mRNADNA分子中的最小功能單位稱作基因，為 RNA或蛋白質

分子量最小的RNARNA的15%質生物合成過程中，起著轉運氨基酸的作用。碼的基因稱構造基因，DNA中具調理功能而不轉錄生成

RNA的片段

2．1965年Holley等測定了酵母丙氨酸 tRNA的一級構造，并稱調理基因。基因組（genome）是某生物體所含的所有基因，即全

提出二級構造模型。一級構造特點：核苷酸殘基數在

73~95；含有部DNA或完好的單套遺傳物質（配子中的整套基因） 。許多的罕有堿基（如mG、DHU等）；5＇-尾端多為pG，3＇-尾端細菌、噬菌體、大多半動植物病毒的基因組即指單個分子。最小病毒如 SV40的基因組僅有含5個基因。大桿菌含×106bp，有3000~4000個基因，DNA完好伸展總長約。

DNA

都是-CCA。tRNA的二級構造為“三葉草”形，包含環(huán)及一個附帶叉。各部分的構造都和它的功能有關。

435＇端1~7位原核生物基因組的特點是：構造簡煉，絕大多半為蛋白質編碼（構造基因）；有轉錄單元，即功能有關的基因常串連一同，并轉

與近端67~72位形成的雙螺旋區(qū)稱氨基酸臂，似“葉柄” ，錄在同一mRNA（多順反子mRNA）中；有基因重疊現象，即同一段 端有共同的-CCA-OH構造，用于連結該 RNA轉運的氨基酸。3個環(huán)是二氫尿嘧啶環(huán)（D環(huán)）、反密碼子環(huán)、TΨC環(huán)。

紫外汲取，最大汲取峰在

260nm處，核酸的變性或降解，4．1973~1975年的X射線衍射剖析表示，倒L字母形，反密碼環(huán)和氨基酸臂分別位于倒二、信使RNA（messengerRNA，mRNA

tRNA的三級構造呈L的兩頭。

吸光度A二、核酸的變性和復性1．變性的觀點細胞內含量較少的一類RNA，約占總RNA3%將核內DNA的堿基次序（遺傳信息）按堿基互補原則轉錄至核糖體，指導蛋白質的合成。種類多，作為不同蛋白質合成的模板，其一級構造差異很

形成單鏈無規(guī)線團狀態(tài)的過程。變性的要素有熱、酸、堿、乙醇、尿素等。變性的本質是次級鍵的變化。 變性的結果是紫外汲取值顯增添（添色效應），DNA粘度降落，生物學功能部分或所有喪失。大。真核細胞的 mRNA有不同于原核細胞的特點：

3＇-尾端有多

DNA的熱變性和Tm聚A（polyA）尾，尾端加有一個“帽”式構造 ,（m7Gppp）。 DNA熱變性過程中，紫外汲取值增高，有一個特點性曲線稱熔代謝活躍，壽命較短。

解曲線，往常將溶化曲線的中點，即紫外汲取值達到最大值

50%時三、核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）

的溫度稱為解鏈溫度，又叫熔點（

Tm）。DNA的熱變性是迸發(fā)式的，約占細胞總RNA80%糖體，是蛋白質合成的場所。

像結晶的溶解相同，只在很狹小的溫度范圍內達成，一般在70~800C之間。變性溫度與堿基構成、 DNA長度及變性條件有關。 GC含量越核糖體在構造上可分別為大小兩個亞基。原核細胞的 有3種，23S與5SrRNA在大亞基，16S在小亞基。真核細胞有 4

高，Tm越大；DNA越長，Tm越大；溶液離子強度增高，DNA的復性與分子雜交

Tm增添。種rRNA，此中大亞基含、、5S，小亞基只有。 變性DNA在適合條件下，兩條互補鏈可從頭配對， 恢復天然雙3.各樣rRNA同，且有特定的二級構造。

螺旋構象，這一現象稱為復性。熱變性的DNA經緩慢冷卻后即可復性，這一過程稱為退火（ annealing）。第四節(jié) 核酸的性質

影響復性速度的要素好多，如單鏈

DNA的開端濃度、溫度（最一、一般理化性質DNA為白色纖維狀固體，RNA

適復性溫度是比 Tm約等。

250C）、鹽濃度、片斷長度、序列復雜性溶于一般有機溶劑。常用乙醇從溶液中積淀核酸。

分子雜交是以核酸的變性和復性為基礎， 只需不同根源的核酸分子的核苷酸序列含有能夠形成堿基互補配對的片段， 就能夠形成Dab、、

DNA/DNA，RNA/RNA或DNA/RNA雜化雙鏈，這個現象稱為核酸分子鏈長（μm）表示。一個bp相當的核苷酸均勻分子量為μm長的DNA雙螺旋相當3000bp或2×106Da。

660Da；1

雜交（hybridization）。標志一個根源的核酸（放射性同位素或熒光標志） ，經過雜交兩性電解質。各樣核酸的大小及所帶的電荷不同，可用電泳和離子互換法分別。RNA在室溫下易被稀堿水解， DNA較穩(wěn)固此特征用來測定RNA的堿基構成和純化 。

能夠檢測與其有互補關系的 DNA或RNA，這種標志的核酸稱為基因探針（geneprobe ），也就是一段帶有檢測標志，且次序已知，與目的基因互補的核酸序列?；蛱结樀摹凹苫?就是基因芯（genechip）的。在醫(yī)療診療和科學研究中已被快速地運用。三、核酸的序列測定DNADNA、C、GTMaxam-Gilbert化學法，另一種是Sanger的雙脫氧法。此刻一般都采納后者，其基根源理是：用凝膠電泳分別待測的DNA片段（用作模板）4dNTP4ddNTP，用同位素或熒光物質標志。

5．認識酶的制備與應用。第一節(jié)概論導入：酶學知識根源于生產與生活實踐。 我們先人很早就會制醬和釀酒。西方國家于 1810年發(fā)現酵母可將糖轉變?yōu)榫凭?年，Payen及Persoz從麥芽的水抽提物頂用酒精積淀獲取一種熱不穩(wěn)固物，可使淀粉水解成可溶性糖； 1878年德國科學家屈內（Kuhne）第一把這種物質稱為酶（enzyme，其意“在酵母中” ）。1860年法國科學家巴斯德（Pasteur）以為發(fā)酵是酵母細胞生命活ddNTPDNA4合反響能夠獲取一系列大小不等、被標志的片段。

動的結果，細胞破碎則失掉發(fā)酵作用。用不含細胞的酵母提取液實現了發(fā)酵，

1897年，Buchner兄弟初次證明發(fā)酵是酶作用的化學本4個反響管同時加到聚丙烯凝膠上電泳，標志片段按大

質，獲取1911年諾貝爾化學獎。1926年，美國生化學家

Sumner小分別，放射自顯影后可按譜型讀出DNA序列。在以上兩種方法的基礎上，經過與計算機技術和熒光技術的結合，發(fā)了然自動測序儀。當前，常用的測序策略是“鳥槍法”，形象地說是將較長的基因片段打斷，建立一系列的隨機亞克隆，而后測定每個亞克隆的序列，用計算機剖析以發(fā)現重疊地區(qū)，最后對大片段的DNA定序。第三章 酶

第一次從刀豆獲取脲酶結晶， 并證明是蛋白質。1930年，Northrop獲取胃蛋白酶的結晶（1946年二人共獲諾貝爾化學獎）。1963年定第一個牛胰RNaseA序列（124aa）；1965年揭露卵清溶菌酶的三維構造（129aa）。一、酶的觀點酶是由活細胞合成的，對其特異底物起高效催化作用的生物催化劑（biocatalyst ）。已發(fā)現的有兩類：主要的一類是蛋白質酶（enzyme），生物體內已發(fā)現4000多種，數百種酶獲取結晶。美國科學家Cech于1981年在研究原生動物四膜蟲的 RNA前體加工成熟教課目的：掌握酶的觀點和作用特點，認識酶的分類與命名。熟習酶的分子構成、構造與功能（純真酶和聯(lián)合酶，酶的

ribozyme”，為數不多，主要做用于核酸諾貝爾化學獎）。二、酶的作用特點

1989年的輔因子、維生素的類型與功能，酶的活性部位，酶原激活，同工酶、變構酶和抗體酶）。熟習酶的作用體制。熟習影響酶促反響的要素（酶濃度、底物濃度、溫度、 pH、

酶所催化的反響稱為酶促反響。 在酶促反響中被催化的物質為底物，反響的生成物稱為產物。酶所擁有的催化能力稱為酶活性。酶作為生物催化劑，擁有一般催化劑的共性，如在反響前后酶的質和量不變；只催化熱力學同意的化學反響， 即自由能由高向低轉變的化學反響；不改變反響的均衡點?？墒?，酶是生物大分子，激活劑與克制劑；掌握酶促反響速度的表示、的意義）。

米氏方程和米氏常數

又擁有與一般催化劑不同的特點。11/62PAGEPAGE17/621．極高的催化效率（一）酶的分類酶的催化效率往常比非催化反響高108～1020倍，比一般催化依據國際酶學委員會（InternationalEnzymeCommission，劑高107～1013倍。比如，脲酶催化尿素的水解速度是 H+催化作 IEC）的規(guī)定，依照酶促反響的性質，分為六大類：用的7×1012倍；碳酸酐酶每一酶分子每秒催化 6×105CO2與水 1．氧化復原酶（oxidoreductases ）催化底物進行氧化復原反聯(lián)合成H2CO3，比非酶促反響快 107倍。 應。如乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶2．高度的特異性酶對催化的底物有高度的選擇性， 即一種酶只作用一種或一化合物，催化必定的化學反響，并生成必定的產物，這種特征稱為酶的特異性或專一性。有構造專一性和立體異構專一性兩種種類。構造專一性又分絕對專一性和相對專一性。 前者只催化一種底

過氧化物酶等。轉移酶（transferases ）催化底物之間某些基團的轉移互換。如甲基轉移酶、氨基轉移酶、磷酸化酶等。水解酶（hydrolases）蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。物，進行一種化學反響。如脲酶僅催化尿素水解。后者可作用一類

裂解酶（lyases

）催化底物裂解或移去基團（形成雙鍵的化合物或一種化學鍵。如酯酶可水解各樣有機酸和醇形成的酯。 在 反響或其逆反響）。如碳酸酐酶、醛縮酶、檸檬酸合成酶等。動物消化道中幾種蛋白酶專一性不同，胰蛋白酶只水解

Arg或Lys 5．異構酶(isomerases) 催化各樣同分異構體之間相互轉變。羧基形成的肽鍵；胰凝乳蛋白酶水解芬芳氨基酸及其余疏水氨基酸 如磷酸丙糖異構酶、消旋酶等。羧基形成的肽鍵。

6(ligases)

催化兩分子底物合成一分子化合物，同立體異構專一性指酶對底物立體構型的要求。

比如乳酸脫氫酶 時偶聯(lián)有ATP的分解說能。如谷氨酰胺合成酶、氨基

-RNA連結催化L-乳酸脫氫為丙酮酸，對

D-乳酸無作用；L-氨基酸氧化酶只

酶等。L-D-3．酶活性的可調理性

（二）酶的命名1961 年，國際酶學委員會(IEC)主要依據酶催化反響的種類,酶促反響受多種要素的調控，

經過改變酶的合成和降解速度可 把酶分為6大類，擬訂了系統(tǒng)命名法。規(guī)定每一酶只有一個系統(tǒng)名調理酶的含量；酶在胞液和亞細胞的隔絕散布構成酶的地區(qū)化調 稱，它注明酶的所有底物與催化反響性質，底物名稱之間以“： ”節(jié)；代謝物濃度或產物濃度的變化能夠克制或激活酶的活性； 激素 分開，同時還有一個由4個數字構成的系統(tǒng)編號。如谷丙轉氨酶的和神經系統(tǒng)的信息，可經過對重點酶的變構調理和共價修飾來影響

系統(tǒng)名稱是丙氨酸：α- 酮戊二酸氨基轉移酶（酶表中的一致編號整個酶促反響速度。所以酶是催化劑又是代謝調理元件， 酶水平的 是）。乳酸脫氫酶的編號是。調理是代謝調控的基本方式。4．酶的不穩(wěn)固性酶主假如蛋白質，凡能使蛋白質變性的理化要素均可影響酶活

第二節(jié)酶的分子構成、構造和功能一、酶的分子構成性，甚至使酶完好失活。酶催化作用一般需要比較平和的條件（371atmpH7）三、酶的分類與命名

（一）純真酶和聯(lián)合酶酶、脂酶、核糖核酸酶等。聯(lián)合酶由蛋白質部分和非蛋白質部分構成，前者稱為酶蛋白 合成量不足而一定從食品中攝入。 維生素的需要量及缺少癥是營養(yǎng)(apoenzyme)，決定酶的特異性和高效率；后者稱為輔助因子

學的課題。(cofactor) ，決定反響的種類和性質。二者聯(lián)合形成的復合物稱為 維生素原意是“生命中必不可以少的胺”，波蘭學者凡克把從米全酶（holoenzyme），這兩部分對于催化活性都是必要的。

糠中提拿出治療腳氣病有效的成分命名為維生素，

現已發(fā)現13種，酶蛋白有單條肽鏈和多個亞基構成的。 前者稱為單體酶，為數 按溶解性分為水溶性和脂溶性兩大類。 脂溶性維生素以獨立發(fā)揮不多，均為水解酶，如胰蛋白酶、核糖核酸酶、溶菌酶等；多個相 用為主，、D、E、K擁有一些特別的生理功能。同或不同亞基以非共價鍵連結的酶稱為寡聚酶，如磷酸化酶 a，3- 以下8種水溶性的維生素都以輔酶的形式參加聯(lián)合酶的構成。磷酸甘油醛脫氫酶等。細胞內存在著很多由幾種不同功能的酶相互嵌合形成的多酶復合體，即多酶系統(tǒng)，它利于一系列反響的連續(xù)進行，如丙酮酸脫氫酶系統(tǒng)、脂肪酸合成酶復合體。在多酶系統(tǒng)中，能影響整條代謝門路方向和速度的酶稱為重點酶，重點酶往常催化單向不均衡反應，或許是該多酶系統(tǒng)中催化活性最低的限速酶。（二）酶的輔因子酶的輔助因子指金屬離子或小分子有機化合物 （又稱輔酶與基）。金屬離子2/3K+Na+Mg2+、Cu2+（Cu+）、Zn2+、Fe2+（Fe3+）等。金屬離子的作用是多方面的：參與酶的活性中心；在酶蛋白與底物之間起橋梁作用；保持酶分子發(fā)揮催化作用所必要的構象；中和陰離子，降低反響中的靜電斥力。輔酶與輔基輔酶與輔基是一些化學穩(wěn)固的小分子有機物， 是維生素樣的質，參加酶的催化過程，在反響中傳達電子、質子或一些基團。輔酶與酶蛋白的聯(lián)合松散，能夠用透析或超濾方法除掉； 輔則與酶蛋白聯(lián)合密切，不可以用上述方法除掉。一種酶蛋白只好與一種輔助因子聯(lián)合成一種特異的酶， 但一種輔助因子能夠與不同的酶蛋白聯(lián)合構成多種特異性酶，以催化各樣化學反響。維生素（Vitamin）是保持機體正常生命活動所必要的一類小分子有機物，基本不可以在體內合成，即便有幾種能自行合成，也因

也有些自己就是輔酶，如硫酸楚、抗壞血酸。含維生素的輔酶及其主要功能維生素輔酶形式反響種類硫胺素（B1）焦磷酸硫胺素（TPP）α-酮酸氧化脫羧反響核黃素（B2）黃素單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）氧化復原反響煙酸或煙酰胺（PP）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（ NADP+）氧化復原反響泛酸A（CoA-SH酰基轉移反響吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺（ 磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺轉氨基作用、脫羧作用生物素生物胞素CO2的固定葉酸四氫葉酸一碳單位轉移鈷胺素（B12）5- 脫氧腺苷鈷胺素甲鈷胺素1，2--氫原子轉移甲基轉移二、酶的活性部位酶的活性部位（activesite ）是它聯(lián)合底物和將底物轉變?yōu)楫a物的地區(qū)，又稱活性中心。它是由在線性多肽鏈中可能相隔很遠的氨基酸殘基形成的三維小區(qū)（為裂痕或為凹陷） 。酶活性部位基團屬必要基團，有二種：一是聯(lián)合基團，其作用是與底物聯(lián)合，-底物復合物；二是催化基團，其作用是影響底物分子中某些化學鍵的穩(wěn)固性，催化底物發(fā)生化學反響并促進底物轉變?yōu)楫a物，也有的必要基團同時有這兩種功能。 還有一些化學基團位于酶的活性中心之外的部位，為保持酶活性中心的構象所必要， 稱為活性中心之外的必要基團。構成酶活性中心的常有基團有組氨酸的咪唑基、絲氨酸的羥

蛋白酶和彈性蛋白酶，都催化蛋白質的肽鍵使之水解， 但底物的專一性由它們的底物-聯(lián)合部位中氨基酸基團的性質所決定，與其作用的底物互補。像胰蛋白酶，在它的底物 -聯(lián)合部位有帶負電荷的Asp殘基，可與底物側鏈上帶正電荷的 Lys和Arg相互作用，切其羧基側；胰凝乳蛋白酶在它的底物 -聯(lián)合部位有帶小側鏈的氨基酸殘基，如Gly和Ser，使底物宏大的芬芳的和疏水氨基酸殘基得以進入，切斷其羧基側；彈性蛋白酶有相對大的 Val和Thr不帶電荷的氨基酸側鏈，凸出在它的底物-聯(lián)合部位，阻擋了除Ala和小側鏈之外的所有其余氨基酸。三、酶原激活沒有活性的酶的前體稱為“酶原”，酶原轉變?yōu)槊傅倪^程稱為酶原激活。其本質是酶活性部位形成或裸露的過程。 一些與消化用有關的酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶在最先合成和分泌時，沒有催化活性。胃蛋白酶原在 H+作用下，自N端切下幾個多肽碎片，形成酶催化所需的空間構造，轉變?yōu)槲傅鞍酌?。胰蛋白酶原隨胰液進入小腸時被腸激酶激活，自N端切除一個6肽，促進酶的構象變化形成活性中心，轉變?yōu)橛谢钚缘囊鹊鞍酌浮Ｃ冈纳锖铣珊兔冈せ钜话悴辉谕唤M織、 細胞或細胞中進行。酶原的激活擁有重要的生理意義， 不單保護細胞自己不受酶的水解損壞，并且保證酶在特定的部位與環(huán)境中發(fā)揮催化作用。四、同工酶、變構酶、抗體酶（一）同工酶（isozymes）擁有不同的分子形式但卻催化相同的化學反響的一組酶稱為同工酶。1959年發(fā)現的第一個同工酶是乳酸脫氫酶（ LDH），它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆轉變生成乳酸。它是一個寡聚酶，由兩種不同種類的亞基構成 5種分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3M4，它們的分子構造、理化性質和電泳行為不同，但催化同一反響，因為它們的活性部位在構造上相同或特別相像。 M亞基主要存在骨骼肌和肝臟，而 H亞基主要在心肌。心肌梗死的狀況可經過血液LDH同工酶的種類的檢測確定。（二）變構酶(allostericenzyme) 酶的作用體制包含酶如何同底物聯(lián)合以及如何加快反響速變構酶又稱別構酶，是一類調理代謝反響的酶。一般是寡聚酶， 兩個內容。酶分子有與底物聯(lián)合的活性部位和與變構劑非共價聯(lián)合的調理部 20世紀初和40年月，科學家就提出了酶 -底物復合物的形位，擁有變構效應。惹起變構效應的物質稱為變構效應劑。降低酶 和過渡態(tài)觀點，即E+S→ES→E+P。酶和底物形成中間產物的學活性的稱變構克制劑或負效應物； 反之，稱為變構激活劑或正效應 說已為實驗所證明，且分別到若干種 ES結晶。物。變構酶與血紅蛋白相同，存在著共同效應。 已有兩種模型解說酶如何聯(lián)合它的底物。 1894年Fischer 提變構酶催化的反響速度與底物濃度的關系常呈

S形曲線，這和

出鎖和鑰匙模型，底物的形狀和酶的活性部位相互相適合， 這是一非調理酶的動力學曲線——雙曲線不同。 變構酶多為限速酶。在多 種剛性的和固定的組合。 1958年Koshland提出引誘切合模型，底酶系統(tǒng)，限速酶一般位于代謝門路的起點或分支點上，

對控制反響

物的聯(lián)合在酶的活性部位引誘出構象變化；

酶也可使底物變形，迫總速度起重點作用。如異檸檬酸脫氫酶就是一個變構酶，

是三羧酸

使其構象近似于它的過渡態(tài)。這種作用是相互引誘、相互變形、相循環(huán)的重點酶，NAD+、ADP和檸檬酸是該酶的變構激活劑，而 NADH 互適應的柔性過程和ATP是變構克制劑。 酶的引誘切合（三）抗體酶（abzyme）

三、影響酶催化效率的要素既是抗體又擁有催化功能的蛋白質稱為“抗體酶或催化性抗 酶促反響高效率的原由經常是多種催化體制的綜合應用， 除酶體”，其本質是免疫球蛋白，可是在易變區(qū)給予了酶的屬性。

1986

-底物聯(lián)合的引誘切合假說外，還有：年科學家依據過渡態(tài)理論和免疫學原理， 運用單克隆抗體技術成地制備了擁有酶活性的抗體。這加深了人們對酶作用原理的理解，

（一）周邊效應與定向擺列在兩個以上底物參加的反響中， 因為酶的作用，底物被齊集到并且在臨床醫(yī)學及制藥業(yè)等方面有很好的應用。 酶分子表面，相互相互湊近并形成正確的定向關系， 大大提升了底第三節(jié)酶的作用體制

物的局部濃度，底物被催化的部位定向地瞄準酶的活性中心， 本質上是將分子間的反響變?yōu)榻朴诜肿觾鹊姆错懀?從而大大提升催化一、酶的催化本質效率?，F代化學反響速度理論是過渡態(tài)理論。在一個化學反響系統(tǒng)中，反響物從“初態(tài)” 到“過渡態(tài)”，轉變?yōu)楫a物即抵達“終態(tài)”。

（二）多元催化酶分子中含有多種不同功能基團，如氨基、羧基、巰基、酚羥“過渡態(tài)”是底物分子被激活的不穩(wěn)固態(tài)，不同于反響中間物，它基、咪唑基等。既可作質子供體，又可作質子受體，使同一酶分子擁有最高能量，又處在一個短暫的分子瞬時， 某些化學鍵正在斷裂和形成并達到能生成產物或再返回生成反響物的程度。

?？善饛V義酸催化和堿催化；即可起親核催化，又可起親電子催化這些要素其實不是在所有的酶中同時都相同的起作用， 對不同的酶起酶催化的反響速度快是降低反響的能壘， 即降低底物分子所必主要作用的要素不完好相同。須擁有的活化能。催化和非催化反響，其反響物和產物間總的標準自由能差是相同的。 第四節(jié)酶促反響動力學二、中間產物學說和引誘切合學說 酶促反響動力學是研究酶促反響的速率和影響此速率的各樣要素的科學。一、酶反響速度的丈量

一半時的底物濃度，單位為摩爾 /升（mol/L）。2．Km=K2+K3/K1，當K2＞＞K3時，Km值可用來表示酶對反響的速率也稱速度（velocity ），是以單位時間內反響物或 底物的親和力。 Km值越小，酶與底物的親和力越大；反之，則越生成物濃度的改變來表示。測定酶反響速度時，一般要求特別高的 小。底物濃度以使實驗測定的開端反響速率與酶濃度成正比。 以產物的 3．Km是酶的特點性常數，它只與酶的構造和酶所催化的底生成量對時間作圖，繪制反響過程曲線，不同時間的反響速度就是 有關，與酶濃度沒關。時間為不同值時曲線的斜率。往常采納反響的初速度 Vo，即以零 Km和Vmax可用圖解法依據實驗數據測出。經過測定在不同底時點為起點作一與曲線的線性部分相切的直線， 這向來線的斜率即 物濃度下的Vo，再用1/Vo對1/[S]的雙倒數作圖，又稱等于Vo，這能夠防止底物濃度因被耗費而相對降低以及反響物堆 Lineweaver-BurK 作圖法，即取米氏方程式倒數形式。積等要素對反響速度的克制作用。（產物出現的速率或底物消逝速 四、pH對反響速度的影響率可依據特別波長下汲取光的變化用分光光度計測定。 ） 每一種酶只好在必定限度的 pH范圍內才表現活力，酶表現最二、酶濃度對反響速度的影響 大活力時的pH稱為酶的最適pH。最適pH的細小偏離可使酶活性當研究某一要素對酶促反響速度的影響時， 系統(tǒng)中的其余要素 部位的基團離子化發(fā)生變化而降低酶的活性， 較大偏離時，保護保持不變，而只改動所要研究的要素。 三維構造的很多非共價鍵遇到擾亂，致使酶蛋白的變性。當底物濃度遠大于酶濃度時，酶促反響速度與酶濃度的變化成 酶的最適pH不是固定的常數，受酶的純度、底物的種類和濃正比。 度、緩沖液的種類和濃度等的影響。 一般酶的最適pH在4~8之間，三、底物濃度對酶反響速度的影響 植物和微生物體內的酶最適 pH多在~,而動物體內的最適 pH多在（一）米-曼氏方程式 ~8，多在左右。但也有例外，如胃蛋白酶最適 pH為，胰蛋白酶的1913年，Michaelis 和Menten依據中間產物學說進行數學推 最適pH為,肝精氨酸酶的最適 pH為。Vo對pH的關系圖形是鐘形導，得出V與[S]的數學方程式，即米-曼氏方程式。1925年Briggs 曲線。和Haldane提出穩(wěn)態(tài)理論，對米氏方程做了一項重要的修正。底物濃度對酶促反響速度的影響呈雙曲線。當底物濃度較低

五、溫度對反響速度的影響溫度對Vo關系的圖形是一條曲線，它可清楚地表示出最適溫時，V與[S]呈正比關系（一級反響）；跟著[S]的增高，V的增添逐 度。多半哺乳動物的酶最適溫度在 37℃左右，植物體內酶的最步減慢（混淆級反響）；增到必定程度，V不再增添而是趨于穩(wěn)固 溫度在50~60℃。也有些微生物的酶適應在高溫或低溫下工作。溫（零級反響）。 度從雙方面影響酶促反響速率， 是高升溫度提升反響速率和酶遇熱當[S]＜＜ Km 時，v=Vmax[S]/Km，反響速度與底物濃

易變性失活兩個相反效應間的均衡。度成正比；當[S]＞＞ Km速度，再增添[S]也不影響

時，v≌Vmax，反響速度達到最大 六、激活劑對反響速度的影響凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽鎏淼奈镔|稱為酶（二）Km的意義 的激活劑（activator ）。必要激活劑常是金屬離子，如 Mg2+、K+、1．當V/v=2時,Km=[S],Km 是反響速率v等于最大速率V Mn2+等,Mg2+是多種激酶和合成酶的必要激活劑；非必要激活劑是有機化合物和Cl-等，如膽汁酸鹽是胰脂肪酶，的非必要激活劑。

Cl-是唾液淀粉酶 成受阻而死亡。而人以攝入葉酸為主，影響。

故磺胺藥對人的核酸合成無七、克制劑對反響速度的影響使酶活性降落而不致使酶變性的物質稱為酶的克制劑。

克制劑

酶的制備和應用作用有可逆和不可以逆克制兩類。以可逆克制最為重要。（一）不可以逆克制作用

一、酶的制備酶能夠從動物、植物、微生物等各樣原猜中提取或用微生物發(fā)這種克制劑往常以共價鍵與酶活性中心上的必要基團相聯(lián)合，

酵法生產酶制劑。酶在生物體內與大批其余物質共同存在，

含量很使酶失活，一般不可以用透析、超濾等物理方法去除。這種克制作用

少，又是有催化活性蛋白質，除了采納分別純化蛋白質的一般方法，如鹽析、有機溶劑積淀、吸附、凝膠過濾、超離心法外，還要注意可用某些藥物解毒，使酶恢復生性。如農藥敵百蟲、敵敵畏、等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基聯(lián)合，

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防備強酸、強堿、高平和強烈攪拌等，以防止酶活力的損失。胞內酶和胞外酶的提取在辦理方法上有所不同。 胞內酶需要先使酶失活，致使乙酰膽堿不可以水解而積蓄。迷走神經喜悅表現中毒狀態(tài)。解磷定（PAM）可排除有機磷化合物對羥基酶的克制作用，

用搗碎、砂磨、凍融、或自溶等方法將細胞損壞，而后再用適合的分別純化技術提出。明顯這種解毒藥物和有機磷農藥聯(lián)合的強度大于和酶聯(lián)合。

重金屬

酶的活力（activity）就是酶加快其所催化的化學反響速度的鹽惹起的巰基酶中毒，可用絡合劑或加入其余過度的巰基化合物，如二巰基丙醇（BAL）來解毒。（二）可逆克制作用

能力。一般用催化反響的開端速率（ Vo）表示，Vo的單位是微爾/分，也可用國際單位（U）和“開特”（Kat）表示。1分鐘內催這種克制劑往常以非共價鍵與酶可逆性聯(lián)合， 使酶活性降低或

1

1U；1秒鐘內催化1摩爾失活，采納透析、超濾的方法可去除克制劑，恢復酶活性。可逆抑

的作用物轉變?yōu)楫a物的酶量為107U）。

1Kat。1微摩爾/分=1U=（1Kat=6×制有競爭、非競爭、反競爭

3種種類，以競爭性克制研究的最多。

比較酶制劑的純度可用比活力

(specificactivity) ，即每毫三種作用的共同點是因

KmVmax值的變化致使酶促反響初速度下

克蛋白質中所含的U數。降。競爭性克制劑的構造與底物近似，且在酶的同一部位（活性中二、酶的應用心）和酶聯(lián)合，僅在加大底物濃度時才漸漸抵消，明顯

Km值要增

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1千多種，加，Vmax不變。非競爭性克制劑不直接影響酶與底物的聯(lián)合，酶同時和二者聯(lián)合生成的中間產物是三元復合物，也無正常產物生KmVmax減小。反競爭克制劑促進酶與底物的結

在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥以及科學研究中日趨發(fā)揮它的巨大作用。比如淀粉酶用于紡織品的退漿， 可節(jié)儉大批的堿并提升棉布質量。辦理飼料以增添其營養(yǎng)價值。脂肪酶用于食品增香、羊毛洗合，形成的三元復合物也不可以形成正常產物，所以也變小。

KmVmax

滌。蛋白酶用于皮革業(yè)的脫毛、蠶絲脫膠、肉類嫩化、酒類澄清、藥物是酶的克制劑。競爭性克制原理應用典范是磺胺藥的研

清洗劑去污等。葡萄糖異構酶用來制造果糖漿，去罐頭中剩余的氧。

葡糖氧化酶用來除（S），使細菌的葉酸不可以正常合成，致使細菌的核苷酸合

酶可作為試劑用于臨床查驗， 如酶聯(lián)免疫測定；作為藥物用于栓的形成；基因工程中應用各樣限制性核酸內切酶進行科研和生產。

（即同化作用和異化作用）。人和動物的物質代謝分為三個階段：食品、水、空氣進入機體（攝入營養(yǎng)物的消化和汲?。⒅虚g代謝和代謝產物的排泄。中間酶的開發(fā)和利用是現代生物技術的重要內容。

1971年命名了 代謝是指物質在細胞中的合成與分解過程

合成是吸能反響，分解酶工程（enzymeengineering

），這是把酶學原理與化學工程技術

是放能反響。它們是矛盾對峙和一致的。

所以，新陳代謝的功能是：及基因重組技術相聯(lián)合而形成的新式應用技術。

酶工程可分為化學

從四周環(huán)境中獲取營養(yǎng)物質；將營養(yǎng)物質轉變?yōu)樽约盒枰臉嬙煸腹こ毯蜕锩腹こ?。前者指天然酶、化學修飾酶、固定化酶及人工模擬酶的研究和生產；后者指克隆酶、突變酶和合成新酶等內容的研究和應用。

件；將構造元件裝置成自己的大分子； 形成或分解生物體特別功所需的生物分子；供應機體生命活動所需的全部能量。各樣生物擁有各自特異的新陳代謝種類， 這決定于遺傳和環(huán)條件。綠色植物及某些細菌有光合作用，若干種細菌有固氮作用，第四章 新陳代謝總論與生物氧化

是自養(yǎng)型的；動物與人是異養(yǎng)生物，

同化作用一定從外界攝入營養(yǎng)教課目的：

物質，經過消化汲取進入中間代謝。組織還擁有不同的代謝方式。

同一世物體的各個器官或不同掌握新陳代謝的觀點與特點，認識新陳代謝研究方法。了

各樣生物的新陳代謝過程固然復雜，卻有共同的特點：解生物體內能量代謝的基本規(guī)律。掌握生物氧化的觀點、特點、部位，主要酶類和系統(tǒng)。熟

行的。

由酶催化進悉生物氧化中二氧化碳、水的生成，掌握呼吸鏈的構成、種類和傳遞體次序。

物質代謝經過代謝門路，在必定的部位，嚴格有序地進行各樣代謝門路相互協(xié)調構成有規(guī)律的反響系統(tǒng)（網絡） 。掌握氧化磷酸化的觀點、種類、偶聯(lián)部位和

P/O比值，熟

3.生物體對內外環(huán)境條件有高度的適應性和敏捷的自動調理。悉影響氧化磷酸化要素、胞液中

NADH的氧化和偶聯(lián)體制。

二、新陳代謝的研究方法第一節(jié) 新陳代謝總論一、新陳代謝的觀點與特點生物體是一個與環(huán)境保持著物質、能量和信息互換的開放體

代謝門路的研究比較復雜，可從不同水平，主要對中間代謝進行研究。新陳代謝門路的說明凝聚了很多科學家的智慧與實驗成果。如1904年德國化學家Knoop提出的脂肪酸的β氧化學說，1937年Krebs提出的檸檬酸循環(huán)。系。經過物質互換建筑和修復生物體（按人的一世計總量約為體重的1200倍,人體所含的物質均勻每

,互換物質的10天更新一半）。

活體內（invivo）(in同位素示蹤法和核磁共振波譜法（

實驗NMR）經過能量互換推進生命運動， 經過信息互換進行調控，保持生物體代謝門路阻斷法和環(huán)境的適應。新陳代謝（metabolism）能量互換的全過程。包含生物體內所發(fā)生的一吻合成和分解作用

三、生物體內能量代謝的基本規(guī)律聽從熱力學原理。熱力學第必定律是能量守恒定律，

熱力學第二定律指出，熱的傳導自高溫流向低溫。 機體內的化學反響朝著18/62PAGEPAGE22/62達到其均衡點的方向進行。 ATP的GO＇在所有的含磷酸基團的化合物中處于中間地點，這使生化反響最重要的熱力學函數是吉布斯自由能 G。自由能 ATP在機體起作中間傳達能量的作用，稱之能量的共同中間體。機是在恒溫、恒壓下，一個系統(tǒng)作實用功的能力的胸懷。用于判斷反

體內一些在熱力學上不可以能發(fā)生的反響，只需與ATP分子的水解相應能否自覺進行，是放能或耗能反響。G＜0，表示系統(tǒng)自由能減少，反響能夠自覺進行，可是不等

偶聯(lián)，便可使其進行。所以說，劑。

ATP又是生物細胞能量代謝的偶聯(lián)于說該反響必定發(fā)生或以能察覺的速率進行，是放能反響。G＞0，反響不可以自覺進行，汲取能量才推進反響進行。G＝0，系統(tǒng)處在均衡狀態(tài)。

從低等的單細胞生物到高等的人類，能量的開釋、儲藏和利用都是以ATP為中心。ATP是整個生命世界能量互換的通用錢幣。ATP是能量的攜帶者或傳達者，而不是儲藏者。在脊椎動物中起能量儲自由能與此外兩個函數有關，G=H-T

S（H

存的是磷酸肌酸（phosphoccreatine

，PC），在無脊椎動物中是磷的變化，

S是總熵的改變，T是系統(tǒng)的絕對溫度）。

酸精氨酸。標準自由能變化用

GO＇表示（25OC1pH7，

ATP和其余的核苷三磷酸——GTP、UTP、CTP常稱作富含能量反響物和產物濃度為

1mol/L時所測得，單位是

kJ/mol）。

的代謝物。它們幾乎有相同的水解（或形成）的標準自由能，核苷GO＇和化學均衡的關系

酸之間的磷?；鶊F的轉移的均衡常數湊近，

所以計算物質代謝能量G=GO＇+RTln[C][D]/[A][B]

時，耗費的其余核苷三磷酸用等價的

ATP表示。G=0時，GO＇=-RTln[C][D]/[A][B]=-RTlnK=（R為氣體常數，lnK為均衡常數的自然對數。

GO＇

第二節(jié)生物氧化一、生物氧化的觀點、特點和部位為負值，反響趨于生成物的方向進行；

K＜1，GO＇為正當。）

觀點：有機物質在生物體細胞內氧化分解產生二氧化碳、 水，注意： G只取決于產物與反響物的自由能之差，與反響歷程

并開釋出大批能量的過程稱為生物氧化（

biological oxidation）。沒關?？傋杂赡茏兓扔诟鞑椒错懽杂赡茏兓拇鷶岛?。

熱力學上

又稱細胞呼吸或組織呼吸。不利的吸能反響能夠偶聯(lián)放能反響來推進以保持代謝門路一連串反響的進行。四、高能化合物與ATP的作用高能化合物（high-energy compound）指化合物含有的自由能

特點：生物氧化和有機物質體外焚燒在化學本質上是相同的能量均相同。（1）在細胞內，平和的環(huán)境中經酶催化逐漸進行。特多，且隨水解反響或基團轉移反響開釋。合物，還有硫酯類和甲硫類高能化合物。

最重要的有高能磷酸化高能磷酸化合物的酸酐鍵

（2）能量逐漸開釋。一部分以熱能形式發(fā)散，以保持體溫，常用～P表示，水解時開釋的自由能大于

20kJ，稱為高能磷酸鍵。

一部分以化學能形式儲藏供生命活動能量之需（約

40%）。生化中“高能鍵”的含義與化學中的“鍵能”完好不同。指斷裂一個化學鍵需供應的能量。

“鍵能”

（3）生物氧化生成的H2O是代謝物脫下的氫與氧聯(lián)合產生，H2O也直接參加生物氧化反響；CO2由有機酸脫羧產生。（4）生物氧化的速度由細胞自動調控。ATP是細胞內特別的自由能載體。在標準狀況，ATP水解為ADP部位：在真核生物細胞內，生物氧化都是在線粒體內進行，和Pi的 GO＇=-30kJ/mol，水解為AMP和PPi的GO＇=-32kJ/mol。原核生物則在細胞膜長進行。

遞鏈（electrontransferchain ）。在呼吸鏈中，酶和輔酶按必定次序擺列在線粒體內膜上。 此中酶類：重要的為氧化酶和脫氫酶兩類，脫氫酶尤其重要。氧化酶為含銅或鐵的蛋白質， 能激活分子氧，促進氧對代謝

傳達氫的酶或輔酶稱為遞氫體， 傳達電子的酶或輔酶稱為電子傳達體。遞氫體和電子傳達體都起著傳達電子的作用（ 2H→2H++2e）。物的直接氧化，只好以氧為受氫體，生成水。重要的有細胞色素氧 生物體內的呼吸鏈有多種型式。 人體細胞線粒體內最重要的有化酶，可使復原型氧化成氧化型， 亦可將氫放出的電子傳達給分子 兩條，即NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈。它們的初始受氫氧使其活化。心肌中含量甚多。其余還有過氧化物酶、過氧化氫酶 體、生成ATP的數目及應用有差異。NADH氧化呼吸鏈應用最廣，等。 糖、脂、蛋白質三大物質分解代謝中的脫氫氧化反響，絕大多半是脫氫酶分需氧脫氫酶和不需氧脫氫酶。 前者可激活代謝物分 經過該呼吸鏈來達成的。琥珀酸氧化呼吸鏈在 Q處與上述NADH氧子中的氫，與分子氧聯(lián)合，產生過氧化氫。在無分子氧時，可利用 化呼吸鏈門路交匯。其脫氫黃酶只好催化某些代謝物脫氫， 不可以催亞甲藍為受氫體。需氧脫氫酶皆以FMA或FAD為輔酶。不需氧脫氫酶可激活代謝物分子中的氫，使脫出的氫轉移給遞氫體或非分子

化NADH或NADPH脫氫。（二）呼吸鏈的構成氧。一般在無氧或缺氧環(huán)境下促進代謝物氧化。大多半以 NAD或 構成呼吸鏈的成分已發(fā)現20余種，分為 5大類。NADP為輔酶。 1．輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ系統(tǒng)：有不需傳達體和需傳達體的兩種系統(tǒng)。不需傳達體的