生物化學(xué)普通生物化學(xué)

生物化學(xué)普通生物化學(xué)第1頁/共85頁蛋白質(zhì)化學(xué)酶蛋白質(zhì)的分解和氨基酸代謝核酸化學(xué)核酸的分解和核苷酸代謝生物氧化第2頁/共85頁一、蛋白質(zhì)的組成（元素組成，化學(xué)組成）二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（一級、二級、三級、四級結(jié)構(gòu)）三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)（等電點(diǎn)、分子量、膠體、沉淀反應(yīng)、顏色反應(yīng)、變性與復(fù)性）第3頁/共85頁（一）蛋白質(zhì)的元素組成：

C、H、O、N及少量的S

特點(diǎn)：N在各種蛋白質(zhì)中的平均含量為16%

因?yàn)闃悠泛科骄?6%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g

蛋白質(zhì)）；故：凱氏定氮法

蛋白質(zhì)含量=蛋白質(zhì)含氮量×6.25優(yōu)點(diǎn)：對原料無選擇性，儀器簡單，方法也簡單。缺點(diǎn)：易將無機(jī)氮(如核酸中的氮)都?xì)w入蛋白質(zhì)中。

第4頁/共85頁(二）蛋白質(zhì)的水解1、完全水解：用濃酸、堿將蛋白質(zhì)完全水解為氨基酸。

酸水解：無消旋作用，產(chǎn)物為L-氨基酸。

堿水解：多數(shù)氨基酸被破壞，有消旋現(xiàn)象。2、部分水解：

一般用酶或稀酸在較溫和條件下，將蛋白質(zhì)分子切斷，產(chǎn)物為分子大小不等的肽段和氨基酸。第5頁/共85頁（三）氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)為：第6頁/共85頁(1)與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸。(2)除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都為不對稱碳原子。目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。R第7頁/共85頁（3）按R基團(tuán)的極性分：極性氨基酸：

極性不帶電荷：絲、蘇、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪、半胱、極性帶正電荷：組、賴、精、極性帶負(fù)電荷：天冬、谷、非極性氨基酸：甘、丙、纈、亮、異亮、苯丙、甲硫、脯、色、第8頁/共85頁第9頁/共85頁（4）按人體是否可合成來分：必需氨基酸：機(jī)體不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸。甲硫、色、賴、纈、異亮、亮、苯丙、蘇、半必需氨基酸：人體可合成，但幼兒期合成速度不能滿足需要。組*、精*、非必需氨基酸：機(jī)體可自身合成的氨基酸。第10頁/共85頁（5）氨基酸的重要理化性質(zhì)(1)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的max＝275nm，苯丙氨酸的max＝257nm，色氨酸的max＝280nm，第11頁/共85頁(2)氨基酸兩性解離與等電點(diǎn)：氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。pH1pH11pH6第12頁/共85頁在電場中，陽離子向負(fù)極移動；陰離子向正極移動；調(diào)整pH，使aa凈電荷為零時，aa既不向陽極也不向陰極移動。規(guī)定aa凈電荷為為零時的pH為該aa的等電點(diǎn)R-R+R±pI=?（pK1+pK2）K1=[R±][H+][R+]K2=[R+][R-][H+]第13頁/共85頁等電點(diǎn)相當(dāng)于該aa兩性離子狀態(tài)兩側(cè)基團(tuán)pK值之和的一半。第14頁/共85頁第15頁/共85頁a、各種aa的pI不同；

b、同一pH下，各種aa所帶電荷不同；

pH＜pI：aa+在電場中向負(fù)極移動pH＞pI：aa-在電場中向正極移動用離子交換、電泳將aa分開

c、處于pI時，aa溶解度最小，易沉淀；可分離aa。第16頁/共85頁（3）氨基酸的性質(zhì)（1）與茚三酮的反應(yīng)：

α-氨基酸與水合茚三酮溶液共熱，引起aa氧化脫氨、脫羧，水合茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物（氨和還原型茚三酮）生成蘭紫色化合物（Pro和Hyp呈黃色），色深與溶液中氨基濃度成正比。

（2）與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸（3）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)用于N末端分析，又稱Edman降解法第17頁/共85頁二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)肽（peptide)：一個氨基酸的α-羧基和另一氨基酸的α-氨基脫水縮合而成的化合物。第18頁/共85頁由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。多肽鏈共價主鏈為NCCNCCNCC的重復(fù)單位第19頁/共85頁（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)1、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(Primarystructure)

即多肽鏈內(nèi)氨基酸殘基從N-末端到C-末端的排列順序，或稱氨基酸序列，是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。包括：

(1)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目.(2)多肽鏈的氨基酸順序，

(3)多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置?！锲渲凶钪匾氖嵌嚯逆湹陌被犴樞颍堑鞍踪|(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。第20頁/共85頁(2)測定步驟①多肽鏈的拆分（8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈）.②測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目。③二硫鍵的斷裂：（過甲酸）④測定每條多肽鏈的氨基酸組成⑤分析多肽鏈的N-末端和C-末端⑥多肽鏈斷裂成多個肽段⑦測定每個肽段的氨基酸順序⑧確定肽段在多肽鏈中的次序⑨確定原多肽鏈重二硫鍵的位置第21頁/共85頁第22頁/共85頁（二）二級結(jié)構(gòu)維持構(gòu)象的作用力（1）氫鍵：羧基上的氧與亞氨基上的氫原子所形成。作用：鏈內(nèi)維持二級結(jié)構(gòu)；鏈間為三、四級結(jié)構(gòu)所需。（2）疏水鍵：aa非極性側(cè)鏈形成。作用：維持三級結(jié)構(gòu)。（3）鹽鍵（離子鍵）：帶正負(fù)電荷的側(cè)鏈通過靜電引力形成。（4）范德華力：中性分子或原子間的作用力。（5）二硫鍵二硫鍵是很強(qiáng)的共價鍵，多肽鏈內(nèi)或肽間的兩個半胱氨酸殘基的巰基，在氧化條件下形成二硫鍵。（6）配位鍵兩個原子之間由單方面提供電子對形成的共價鍵稱為配位鍵。第23頁/共85頁維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵、配位鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵、配位鍵、二硫鍵第24頁/共85頁蛋白質(zhì)的二級(Secondary)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈局部空間排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。第25頁/共85頁C-N1單鍵的旋轉(zhuǎn)角度用φ表示，C-C2單鍵的旋轉(zhuǎn)角度用ψ表示，由于這兩個構(gòu)象角決定了相鄰二個肽平面在空間上的相對位置，因此，稱為二面角。第26頁/共85頁(1).-螺旋(α-helix)

①多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;②肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的-NH基形成氫鍵。含脯氨酸的肽段不能形成α螺旋。③蛋白質(zhì)分子為右手-螺旋第27頁/共85頁（2）-折疊(β-pleatedsheet)-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象。兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm；-折疊結(jié)構(gòu)可以由兩條肽鏈之間形成，也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。在肽鏈的不同區(qū)段或不同肽鏈間形成氫鍵,維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第28頁/共85頁（三）三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤旋、折疊，從而生成特定的空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布．一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面．第29頁/共85頁蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域．結(jié)構(gòu)域?qū)τ谳^大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨(dú)立的三維實(shí)體締合而成三級結(jié)構(gòu)。這種相對獨(dú)立的三維實(shí)體就稱結(jié)構(gòu)域。多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊而成的相對獨(dú)立的三維實(shí)體稱結(jié)構(gòu)域第30頁/共85頁（四）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)許多蛋白質(zhì)是由兩個或兩個以上獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)通過非共價鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。第31頁/共85頁（五）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)決定生物學(xué)功能第32頁/共85頁一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化同源蛋白質(zhì)氨基酸順序相似性分析同源蛋白是指：由共同的祖先蛋白分子經(jīng)過變異和自然選擇而產(chǎn)生的功能上相同、相關(guān)或不同，但結(jié)構(gòu)上有某種程度相似性的不同蛋白質(zhì)。來源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)。不變殘基，可變殘基第33頁/共85頁一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病鐮刀形貧血病它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅僅在于β鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化（Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基使血紅蛋白細(xì)胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性。第34頁/共85頁空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

血紅蛋白(Hb)和肌紅蛋白(Mb)氧合曲線比較血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)（協(xié)同作用）一個亞基與氧結(jié)合后，引起該亞基構(gòu)象改變進(jìn)而引起另三個亞基的構(gòu)象改變整個分子構(gòu)象改變,與氧的結(jié)合能力增加。第35頁/共85頁（六）蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)一.蛋白質(zhì)的相對分子量分子量測定方法：超速離心法（沉降速法）；

凝膠過濾法；聚丙烯酰胺電泳法等。第36頁/共85頁凝膠過濾法測定相對分子質(zhì)量含有各種組分的樣品流經(jīng)凝膠層析柱時，大分子物質(zhì)由于分子直徑大，不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔，沿凝膠顆粒的間隙以較快的速度流過凝膠柱。而小分子物質(zhì)能夠進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中，向下移動的速度較慢，從而使樣品中各組分按相對分子質(zhì)量從大到小的順序先后流出層析柱，而達(dá)到分離的目的。第37頁/共85頁測得幾種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的洗脫體積〔Ve〕以相對分子質(zhì)量對數(shù)（logM）對Ve作圖，得標(biāo)準(zhǔn)曲線再測出未知樣品洗脫體積〔Ve〕從標(biāo)準(zhǔn)曲線上可查出樣品蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量第38頁/共85頁SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法測定相對分子質(zhì)量SDS(SDS-PolyAcrylamideGelElectrophoresis)SDS即十二烷基硫酸鈉是陰離子去污劑，由于SDS帶有大量負(fù)電荷，當(dāng)其與蛋白質(zhì)結(jié)合時，所帶的負(fù)電荷大大超過了天然蛋白質(zhì)原有的負(fù)電荷，因而消除或掩蓋了不同種類蛋白質(zhì)間原有電荷的差異，使蛋白質(zhì)均帶有相同密度的負(fù)電荷，因而可利用Mr差異將各種蛋白質(zhì)分開。在蛋白質(zhì)溶解液中，加入SDS和疏基乙醇，巰基乙醇可使蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵還原，使多肽分成單個亞單位。SDS可使蛋白質(zhì)的氫鍵、疏水鍵打開，還引起蛋白質(zhì)形狀近似雪茄形的長橢圓棒。不同蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物的短軸相同，約1.8nm，而長軸則與蛋白質(zhì)的Mr成正比。第39頁/共85頁第40頁/共85頁現(xiàn)在，市場有標(biāo)準(zhǔn)蛋白試劑出售。測定未知蛋白質(zhì)Mr時，可選用相應(yīng)的一組標(biāo)準(zhǔn)蛋白及適宜的凝膠濃度，同時進(jìn)行SDS，則可根據(jù)已知Mr蛋白質(zhì)的電泳遷移率和Mr的對數(shù)作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，再根據(jù)未知蛋白質(zhì)的電泳遷移率求得Mr。第41頁/共85頁二、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同。當(dāng)pH>pI，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動；當(dāng)pH<pI，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。第42頁/共85頁三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的水溶液是一種穩(wěn)定的親水膠。由于蛋白質(zhì)的分子量很大，大小在1-100nm范圍內(nèi)，它在水中能夠形成膠體溶液。同種電荷互相排斥；不能通過半透膜；分子周圍有雙電子層和水化層，有利于穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體系統(tǒng)。由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去第43頁/共85頁四、沉淀反應(yīng)蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。方法：等電點(diǎn)沉淀，鹽析，有機(jī)溶劑，重金屬鹽，生物堿試劑第44頁/共85頁鹽析：在蛋白質(zhì)的水溶液中加入高濃度的中性鹽，使蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象稱為鹽析。原因，硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等中性鹽可有效破壞蛋白質(zhì)的水化層和中和電荷，從而使蛋白質(zhì)沉淀。鹽溶：一般在低鹽濃度的情況下，蛋白質(zhì)的溶解度隨鹽濃度的升高而增加，這種現(xiàn)象稱為鹽溶。第45頁/共85頁五、蛋白質(zhì)的變性（denaturation)

和復(fù)性（renaturation)天然蛋白質(zhì)在理化因素的影響下，高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，理化性質(zhì)和生物學(xué)功能改變或喪失，但一級結(jié)構(gòu)保持不變，這種現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)的變性。引起變性的主要因素是熱、紫外光、激烈的攪拌以及強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等。第46頁/共85頁六.蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(zhì)的紫外吸收大部分蛋白質(zhì)均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。這三種氨基酸的在280nm

附近有最大吸收。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在280nm附近顯示強(qiáng)的吸收。利用這個性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)進(jìn)行定性鑒定。第47頁/共85頁蛋白質(zhì)酶促降解及氨基酸代謝蛋白質(zhì)的酶促降解氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化氨的同化及氨基酸的生物合成第48頁/共85頁氧化脫氨基作用

氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應(yīng)的α-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。普遍存在于動物細(xì)胞中，主要在肝中進(jìn)行。主要有以下兩種類型：

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H第49頁/共85頁轉(zhuǎn)氨基作用

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2轉(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）

在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應(yīng)的α-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。第50頁/共85頁輔酶：

所有轉(zhuǎn)氨酶輔酶為磷酸吡哆醛，并作為脫羧作用、脫氨作用、消旋作用的輔酶。第51頁/共85頁聯(lián)合脫氨基作用a、轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)（1）概念

轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫氨基作用方式。

是體內(nèi)氨基酸的脫氨基的主要方式。（2）類型第52頁/共85頁轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸第53頁/共85頁轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸第54頁/共85頁NH3、α-酮酸、胺氨基酸降解產(chǎn)物的去向（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3）尿素的生成——尿素循環(huán)（4）合成其他含N物質(zhì)第55頁/共85頁鳥氨酸循環(huán)氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基質(zhì)線粒體胞液NH2-C-NH2O尿素第56頁/共85頁氨的同化植物體中的N源（硝酸還原生成）NO3-氨同化的途徑Glu的形成途徑氨甲酰磷酸形成途徑硝酸還原酶NO2-亞硝酸還原酶NH3AAPro其它含N化合物第57頁/共85頁酶(Enzyme)酶的化學(xué)本質(zhì)及組成(大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),某些RNA具有催化活性)酶的作用機(jī)制(酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說,活性中心)影響酶促反應(yīng)速度的因素(酶促反應(yīng)動力學(xué))第58頁/共85頁一、酶的化學(xué)本質(zhì)及組成分類（一）酶的特點(diǎn)催化效率高、酶易失活、酶活性受調(diào)控、高度專一性絕對專一性：只作用一種底物。相對專一性：作用于一類底物。包括鍵專一性和簇（基團(tuán)）專一性。立體異構(gòu)專一性：這類酶不能辨別底物不同的立體異構(gòu)體，只對其中的某一種構(gòu)型起作用，而不催化其他異構(gòu)體。包括旋光異構(gòu)專一性和幾何異構(gòu)專一性。第59頁/共85頁（二）酶的組成1、單純酶（簡單蛋白質(zhì)）2、結(jié)合酶：酶蛋白+輔因子=全酶輔因子(cofacter)：熱穩(wěn)定的非蛋白小分子。輔酶(coenzyme):

結(jié)合較松，可透析去除；

輔基(prostheticgrup)：結(jié)合較緊，透析不易除去。酶蛋白——負(fù)責(zé)專一性；輔因子——負(fù)責(zé)電子、原子或基團(tuán)轉(zhuǎn)移。同一輔因子可與多種不同酶蛋白結(jié)合，顯示不同催化活性第60頁/共85頁按酶的分子特點(diǎn)分：1、單體酶：一條肽鏈構(gòu)成。2、寡聚酶：幾到幾十個亞基（相同或不同）組成。3、多酶體系：幾種酶彼此嵌合的復(fù)合體，有利于一系列反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。第61頁/共85頁（三）酶的分類國際酶學(xué)委員會（EC）根據(jù)酶催化反應(yīng)的類型分類：

1、氧化還原酶

2、轉(zhuǎn)移酶

3、水解酶

4、裂解酶

5、異構(gòu)酶

6、合成酶第62頁/共85頁二、酶的作用機(jī)制酶催化作用的本質(zhì)：降低反應(yīng)活化能酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說：E+S====E-SP+E在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。第63頁/共85頁活性中心：酶分子中直接和底物結(jié)合并起催化反應(yīng)的空間局限（部位）。結(jié)合部位(Bindingsite)：酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。催化部位(Catalyticsite):酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。第64頁/共85頁酶的作用機(jī)理（誘導(dǎo)契合學(xué)說）當(dāng)E與S接近時，E蛋白受S分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于S結(jié)合的變化，E與S在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合、進(jìn)行反應(yīng)。第65頁/共85頁三、影響酶促反應(yīng)速度的因素酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度及影響此速度的各種因素的科學(xué)。（一）底物濃度對酶促反應(yīng)速度影響在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。第66頁/共85頁米氏方程Michaelis&Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說推導(dǎo)出表示酶促反應(yīng)中底物濃度與反應(yīng)速度關(guān)系的公式稱米氏方程。Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反應(yīng)速度第67頁/共85頁由米氏方程可知，當(dāng)反應(yīng)速度等于最大反應(yīng)速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]

上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值,在一定條件下某酶對某一底物有一定的Km值。

Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。同一E有幾個S就有幾個Km，Km最小的為最適S或天然S。第68頁/共85頁雙倒數(shù)作圖法測米氏常數(shù)測定Km和V的方法很多，最常用的是

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax1、量截距；

2、量一個截距求斜率第69頁/共85頁(二）抑制劑對酶反應(yīng)的影響抑制劑（inhibitor,I)：凡與E結(jié)合后，使E的活性部位結(jié)構(gòu)和性質(zhì)改變而引起E活性降低或喪失的物質(zhì)，叫抑制劑。(1)不可逆抑制作用：抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，引起酶失活。透析、超濾不能除去I。如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。作用于催化乙酰膽堿水解的膽堿酯酶，引起一系列神經(jīng)中毒癥狀。有機(jī)磷、烷化劑：作用于Ser、Thr的-OH；氰化物：作用于Fe2+，抑制細(xì)胞呼吸；重金屬鹽、汞、砷：作用于含-SH的酶；第70頁/共85頁(2)可逆抑制作用：抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去。可逆抑制根據(jù)I與S的關(guān)系分三類：競爭性抑制：非競爭性抑制：反競爭性抑制：第71頁/共85頁①競爭性抑制：I在分子結(jié)構(gòu)上與S類似，

I與S競爭性。抑制程度取決于[I]和[S]以及與E的親和力；可通過增加[S]來減輕或解除抑制。結(jié)果：Km值增大，Vmax不變藥物設(shè)計(jì)的應(yīng)用：如磺胺第72頁/共85頁②非競爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。結(jié)果：Km值不變，Vmax減少第73頁/共85頁第74頁/共85頁反競爭性抑制酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶活性下降。有反競爭性抑制劑存在時，Km和V值均減小第75頁/共85頁(三）激活劑對酶反應(yīng)的影響凡是能提高酶活力的物質(zhì)都稱為激活劑。（activator)（四）酶濃度對酶反應(yīng)的影響酶促反應(yīng)的速度和酶濃度成正比。（五）溫度對酶反應(yīng)的影響大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應(yīng)速度最大。1）低于最適溫度：反應(yīng)速度隨溫度上升而加快；2）高于最適溫度：E蛋白隨溫度上升而變性失活。第76頁/共85頁（六）pH對酶反應(yīng)的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH.1）pH影響E活性中心及附近有關(guān)基團(tuán)的解離，使之易或不易與S結(jié)合；2）pH影響S的極性基團(tuán)，從而影響這些基團(tuán)與E的結(jié)合；3）過酸、過堿可使酶變性失活。第77頁/共85頁別構(gòu)酶(Allostericenzyme)亦稱變構(gòu)酶，是一類重要的