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1、生 物 化 學(xué) 主講教師：何海倫,本學(xué)期講授內(nèi)容,第一章：糖類的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（重點(diǎn)） 第二章：脂類的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第三章：氨基酸（重點(diǎn)） 第四章：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（重點(diǎn)） 第五章：酶（重點(diǎn)） 第六章：核酸化學(xué)（重點(diǎn)） 第七章：維生素,第一章：糖類的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),,,,一、糖類概況 二、糖的旋光性 三、單糖（結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、代表性單糖及衍生物） 四、寡糖 五、復(fù)合糖（糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白） 六、糖鏈結(jié)構(gòu)分析,基本概念,異構(gòu) 旋光異構(gòu) 差向異構(gòu) 不對(duì)稱碳原子 對(duì)映體 構(gòu)型 構(gòu)象 異頭物 異構(gòu)：化合物具有相同的分子式，但原子連接次序或原子空間排布不同。 構(gòu)型：具有相同的分子式和結(jié)構(gòu)式，但原子

2、在空間的排布不同，稱之構(gòu)型。 旋光異構(gòu)：由于存在手性碳（不對(duì)稱碳原子）而具有旋光性 差向異構(gòu)體：僅有一個(gè)不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型不同，兩鏡象非對(duì)應(yīng)異構(gòu)物稱為差向異構(gòu)體。 不對(duì)稱碳原子：與四個(gè)不同的原子或基團(tuán)相連并因此失去對(duì)稱性的四面體碳。用C*表示 。,對(duì)映體 ：一個(gè)不對(duì)稱碳原子的取代基在空間里的兩種取向是物體與鏡像的關(guān)系，并且兩者不能重疊。這兩種旋光異構(gòu)體稱為對(duì)映體。兩個(gè)對(duì)映體具有程度相同但方向相反的旋光性（D+與L-;D-與L+）和不同的生物活性，其他物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同。含n個(gè)C*的化合物，其旋光異構(gòu)體的數(shù)目是2n, 組成2n /2對(duì)對(duì)映體。 非對(duì)映體：任一旋光化合物都只有一個(gè)對(duì)映體，它的其

3、他旋光異構(gòu)體在理、化性質(zhì)都與之不同，不是對(duì)映體的旋光異構(gòu)體稱非對(duì)映體。 差向異構(gòu)體：僅一個(gè)手性碳構(gòu)型不同的非對(duì)映體稱差向異構(gòu)體（有幾種情況）。 異頭物 單糖由直鏈結(jié)構(gòu)變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)后，羰基碳成為新的手性碳（異頭碳），導(dǎo)致C1差向異構(gòu)化，產(chǎn)生兩個(gè)非對(duì)映體，稱之。、異頭物判斷：有2種方式。見(jiàn)P9-10。,異構(gòu),結(jié)構(gòu)異構(gòu)（結(jié)構(gòu)式）,立體異構(gòu),旋光異構(gòu)（不對(duì)稱碳原子）,,幾何異構(gòu)（順?lè)串悩?gòu)，雙鍵或環(huán)）,,,糖的構(gòu)型的決定,D、L構(gòu)型（最遠(yuǎn)手性碳與甘油醛比較）,糖的立體結(jié)構(gòu)表示,Fischer投影式（線形）,Haworth式（環(huán)式）,吡喃型,呋喃型,,透視式,,注意：糖的構(gòu)型（D、L）與旋光方向（+、-）

4、并無(wú)直接聯(lián)系。,單糖性質(zhì),異構(gòu)化（烯醇式互變）,氧化,還原,成酯、成醚（?；?、甲基化反應(yīng)）,形成糖苷,,糖苷（鍵）：環(huán)狀單糖的半縮醛或半縮酮羥基與另一化 合物發(fā)生縮合形成糖苷；糖苷鍵有O-苷、 N-苷、S-苷等；糖苷是縮醛，無(wú)醛的性質(zhì)。,變旋現(xiàn)象(mutarotation):一般醛類在水溶液中 只有一個(gè)比旋度，但新配制的葡萄糖水溶液的比旋隨時(shí)間而變化。 =+112 稱-D-(+)葡萄糖 =+18.7稱-D-(+)葡萄糖變旋現(xiàn)象將這兩種葡萄糖分別溶于水后,其旋光率都逐漸變?yōu)?52.7,這一現(xiàn)象稱變旋現(xiàn)象。 變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果。,旋光物質(zhì)使平面偏

5、振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的能力稱旋光性、光學(xué)活性或 旋光度 。 tD100 tD L C -為比旋光度，即單位濃度和單位長(zhǎng)度下的旋光度，是特征物理常數(shù)。,重要的糖,單糖：甘油醛 、D-核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖（結(jié)構(gòu)）,寡糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維二糖（鍵型、還原性、旋光性）,,多糖：,同多糖： 淀粉、纖維素、糖原、幾丁質(zhì),糖胺聚糖（透明質(zhì)酸、硫酸角質(zhì)素）、蛋白聚糖,雜多糖：,細(xì)菌多糖（肽聚糖、脂多糖、磷壁酸）,,,,,糖蛋白：糖肽鍵（N、O型）；糖鏈（寡糖鏈，具重要功能）,,一、什么是脂質(zhì)？ 二、脂肪酸 三、三酰甘油

6、 四、脂質(zhì)過(guò)氧化 五、磷脂 六、糖脂 七、萜和類固醇 八、脂蛋白 九、脂質(zhì)的提取、分離,第二章：脂類的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),脂質(zhì)的分類,化學(xué)組成,單純脂質(zhì),復(fù)合脂質(zhì),衍生脂質(zhì),,取代烴,固醇類,萜,其它,,皂化性質(zhì),可皂化脂質(zhì),不可皂化脂質(zhì),,極性,極性脂質(zhì),非極性脂質(zhì),,生物功能,儲(chǔ)存脂質(zhì),結(jié)構(gòu)脂質(zhì),活性脂質(zhì),,脂質(zhì)：是一類微溶于水而易溶于非極性溶劑的有機(jī)分子，大多數(shù)是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。 兩親化合物：具有極性頭部（親水）和非極性尾部（親脂）的分子稱之。 必需脂肪酸：亞油酸和亞

7、麻酸對(duì)人體功能必不可少，但必須由膳食提供，稱之。 碘值： 指100g油脂鹵化時(shí)所能吸收碘的克數(shù)。 皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg數(shù)； 乙酰值：中和1g乙酰化物所釋放的乙酸所需要的KOHmg數(shù)； 酸值：中和1g油脂中的游離脂肪酸所需的KOHmg數(shù),重要概念,脂 肪 酸 概 況,脂肪酸的種類及簡(jiǎn)寫符號(hào)： 分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸；偶數(shù)碳與奇數(shù)碳脂肪酸（奇數(shù)碳脂肪酸含量極少?。?；簡(jiǎn)寫符號(hào)用碳數(shù)：雙鍵數(shù)雙鍵位號(hào)(含順?lè)词?表示，如18：2 9c,12c。 多不飽和脂肪酸家族： 分為-3和-6系列（指離羧基最遠(yuǎn)的雙鍵到甲基末端3個(gè)碳和6個(gè)碳）。如亞油酸和-亞麻酸為-6系列

8、，而-亞麻酸為-3系列。人體內(nèi)二者不能互轉(zhuǎn)！ 且二者對(duì)血脂的影響不同。見(jiàn)89頁(yè)表格。,三酰甘油的化學(xué)性質(zhì),水解與皂化（皂化值）,氫化和鹵化（碘值）,乙?；êu基，乙?；担?酸敗（酸值）,,皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg數(shù)； 碘值：100g油脂鹵化時(shí)所吸收的碘的克數(shù)； 乙酰值：中和1g乙?；锼尫诺囊宜崴枰腒OHmg數(shù)； 酸值：中和1g油脂中的游離脂肪酸所需的KOHmg數(shù),重要的脂質(zhì),磷脂,,甘油磷脂,鞘磷脂,卵磷脂,腦磷脂,脂肪酸,必需脂肪酸（亞油酸、亞麻酸）,DHA EPA（ -3系列）,花生四烯酸（衍生物為類二十碳烷：如前列腺素等）,心磷脂,,,鞘糖脂,鞘脂類,,神經(jīng)酰

9、胺,鞘胺醇,神經(jīng)節(jié)苷脂,腦苷脂,,,,,磷脂酸,,,飽和脂肪酸：月桂酸、軟、硬脂酸、花生四烯酸,,兩個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的碳?xì)滏溞纬梢粋€(gè)非極性的尾巴，含磷酸的一端則是極性的頭部，各種磷酸甘油酯的差別就在于其極性頭的大小，形狀和電荷的差異。,萜和類固醇,萜：由兩個(gè)或多個(gè)異戊二烯單位組成；如類胡蘿卜素為四萜；單萜、倍半萜等。 類固醇：即甾類，環(huán)戊烷多氫菲衍生而來(lái)；,膽固醇衍生物,激素：5類,膽汁酸,維生素D,脂蛋白：由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵結(jié)合而成的復(fù)合物，血漿可分為乳糜微粒、VLDL、IDL、LDL、HDL五類；血漿脂蛋白的結(jié)構(gòu)與各自的功能！,其它,,氨基酸類別,非蛋白質(zhì)氨基酸,蛋白質(zhì)氨基酸 （20種）,酸性

10、氨基酸,天冬氨酸,谷氨酸,堿性氨基酸,賴氨酸,組氨酸,精氨酸,中性氨基酸,極性氨基酸,非極性氨基酸,絲氨酸,蘇氨酸,半胱氨酸,酪氨酸,天冬酰氨,谷氨酰胺,,甘氨酸,丙氨酸,亮氨酸,異亮氨酸,苯丙氨酸,,甲硫氨酸,色氨酸,脯氨酸,頡氨酸,,,,,,,相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和縮寫,,,氨基酸的酸堿性質(zhì),根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，HA A- H+ 氨基酸是兩性電解質(zhì)，既是質(zhì)子供體，又是質(zhì)子受體。當(dāng)氨 基酸完全質(zhì)子化時(shí)，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以發(fā) 生解離，用Ka表示它們的解離常數(shù)；在氨基酸溶液中，pH值 計(jì)算公式如下： pH=pKalg（質(zhì)子受體/質(zhì)子供體） 當(dāng)pH大于等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸帶凈

11、負(fù)電荷；當(dāng)pH小于等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸帶凈正電荷！在一定的pH范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH離等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，氨基酸所攜帶的凈電荷愈大。,,,,pKa = 1.82.4,pKa = 3.94.3,pKa = 6.0,pKa = 8.3,pKa = 10,pKa = 8.811,pKa = 1012.5,,pKa 越小質(zhì)子越容易放出,氨基酸中有很多可以放出質(zhì)子或接受質(zhì)子的基團(tuán),氨基酸側(cè)鏈的離子化與其 pKa,His 是唯一具有近中性 pKa 基團(tuán) 咪唑基(imidazole) 的氨基酸,,,a 酸基或氨基的 pKa 都比 R 基團(tuán)上面者要低 (較容易解離),在pH2.34和 pH9.60處，Gly具有緩沖能力

12、。,氨基酸的化學(xué)反應(yīng),-氨基參加的反應(yīng),,,DNFB: 2，4-二硝基氟苯,PITC:苯異硫氰酸酯,-羧基參加的反應(yīng),成鹽成酯,成酰氯（與二氯亞砜等）,脫羧基反應(yīng),疊氮反應(yīng)（氨基酸酯與肼、亞硝酸）,,-氨基與-羧基共同參加反應(yīng),與茚三酮反應(yīng)（氨與還原茚三酮發(fā)生作用生成紫色物質(zhì)）,成肽反應(yīng),,側(cè)鏈R基參加的反應(yīng),酪氨酸酚羥基Pauly 反應(yīng),組氨酸咪唑Pauly反應(yīng),精氨酸胍基坂口反應(yīng),色氨酸吲哚基,半胱氨酸巰基,,氨基酸的旋光性與光譜性質(zhì),氨基酸的旋光性： 氨基酸的構(gòu)型（指-碳）也以甘油醛為參考物，從蛋白質(zhì)的酸水解或酶水解液中得到的都是L型，但D型氨基酸在自然界也存在；蛋白質(zhì)用堿水解或有機(jī)合

13、成氨基酸時(shí)，得到的都是無(wú)旋光性的DL-消旋物 Gly一種構(gòu)型,無(wú)旋光性 Thr和Ile有四種光學(xué)異構(gòu)體。 其余17種氨基酸有兩種光學(xué)異構(gòu)體：L型、D型。 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均屬L-型。 氨基酸的光譜性質(zhì)： 參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)沒(méi)有光吸收，在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)都有光吸收，但在近紫外區(qū)只有芳香族氨基酸有光吸收；Tyr, Trp, Phe,氨基酸混合物的分析分離,分離方法,柱層析,紙層析（相對(duì)遷移率，非極性性質(zhì)）,薄層層析,離子交換層析（電荷和非極性）,氣相層析,高效液相層析,,氨基酸洗脫順序的判定：氨基酸與樹(shù)脂的親合力主要決定于它們之間的靜電吸引，其次是氨基酸側(cè)鏈與樹(shù)脂聚苯乙烯

14、之間的疏水相互作用；親和力愈大愈難洗脫！,第四章：蛋白質(zhì)（重點(diǎn)）,蛋白質(zhì)概況； 蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)； 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)； 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系； 蛋白質(zhì)的分離、純化與鑒定；,相關(guān)概念總結(jié),構(gòu)象：指具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子在空間里可能的多種形態(tài)；構(gòu)象形態(tài)間的改變不涉及共價(jià)鍵的破裂！每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)，稱之為蛋白質(zhì)的構(gòu)象；一個(gè)給定的蛋白質(zhì)可以有多種構(gòu)象，但只有一種或少數(shù)幾種在能量上是有利的。,氨基酸殘基：肽鏈中的氨基酸由于參加肽鍵的形成因而 不在是原來(lái)完整的分子，稱為氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸形成一個(gè)肽鍵時(shí)失去一分子水，因此失去的水分子數(shù)比氨基酸殘基數(shù)少一個(gè)。每個(gè)

15、氨基酸殘基的平均分子量為110。氨基酸的平均分子量為128。 肽：由兩個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基通過(guò)肽鍵相連而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一條肽鏈通常在一端含有一個(gè)游離的末端氨基，稱為N-末端，而另一端含有一個(gè)游離的末端羧基稱為C-末端； Edman化學(xué)降解法：用Edman試劑PITC與游離氨基作用生成PTH-氨基酸，并可用各種層析技術(shù)分離；用此法降解，一次可連續(xù)測(cè)出60-70個(gè)氨基酸殘基的序列,同源蛋白質(zhì)：在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì) 稱同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)具有共同的進(jìn)化起源。同源蛋白質(zhì)具有明顯的氨基酸序列相似性，稱之為序列同源。根據(jù)同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列資料可建立系統(tǒng)樹(shù)（進(jìn)化樹(shù)

16、）。兩個(gè)物種的同源蛋白質(zhì)，其序列中氨基酸的差異數(shù)目與這些物種間的進(jìn)化發(fā)生差異是成比例的。 蛋白質(zhì)激活：在生物體內(nèi)有些蛋白質(zhì)是以前體形式合成，不具有活性，只有按一定方式裂解除去部分肽鏈后才具有生物活性，稱之為蛋白質(zhì)激活。如酶原激活。 固相肽合成：是控制合成技術(shù)的巨大進(jìn)步，利用固相肽合成儀已成功合成多種肽和蛋白質(zhì)。其實(shí)質(zhì)是肽的羧基端第一個(gè)氨基酸共價(jià)掛接在樹(shù)脂上，然后加入氨基受保護(hù)的第二個(gè)氨基酸并發(fā)生縮合反應(yīng)，形成肽鍵，依次類推。最后是肽與樹(shù)脂斷裂并去掉氨基端的保護(hù)基團(tuán)。,超二級(jí)結(jié)構(gòu)：由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多，有規(guī)則的 二級(jí)結(jié)構(gòu)串，并在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的

17、構(gòu)件，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。已知有3種基本形式：、、。 結(jié)構(gòu)域：在多肽鏈上由二級(jí)結(jié)構(gòu)元件或超二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的相對(duì)獨(dú)立的 緊密球狀實(shí)體，是三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。較小的球狀蛋白質(zhì)或亞基是單結(jié)構(gòu)域，而較大的球狀蛋白質(zhì)或亞基是多結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域可分4類：全結(jié)構(gòu)、 ，結(jié)構(gòu)、全結(jié)構(gòu)和富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域。 蛋白質(zhì)變性：天然蛋白質(zhì)分子在受到理化因素的作用時(shí)導(dǎo)致溶解度降低、不對(duì)稱性增高、生物活性喪失及理化特性改變，此過(guò)程稱之為蛋白質(zhì)變性。 蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是分子中次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象解體。變性不涉及共價(jià)鍵破壞，即蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)仍保持完好。當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)又可重新回復(fù)到天然構(gòu)象，此為蛋白質(zhì)的復(fù)性。是否

18、蛋白質(zhì)變性與復(fù)性可逆，仍有疑問(wèn)。,蛋白質(zhì)折疊：蛋白質(zhì)折疊不是隨機(jī)的而是通過(guò)累積選擇找到自由能最低的構(gòu)象；折疊需要折疊酶和分子伴侶參加。 分子伴侶：是一類與蛋白質(zhì)折疊有關(guān)的蛋白質(zhì)家族（來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)），它們通過(guò)抑制新生肽鏈不正常的聚集并排除與其他蛋白質(zhì)不合理的結(jié)合而協(xié)助多肽鏈的正確折疊。 血紅蛋白分子?。簩?dǎo)致一個(gè)蛋白質(zhì)中氨基酸改變的基因突變能產(chǎn)生分子病，這是一種遺傳病。了解最清楚的分子病是鐮刀狀細(xì)胞貧血病，該病人的不正常的血紅蛋白稱HbS，它只是在兩條鏈的N端第6位上Glu被Val置換。這一改變使血紅蛋白表面產(chǎn)生一個(gè)疏水小區(qū)，導(dǎo)致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)胞鐮刀狀化和

19、輸氧能力降低。地中海貧血是由于缺失一個(gè)或多個(gè)編碼血紅蛋白鏈的基因造成的。,別構(gòu)效應(yīng)： 別構(gòu)部位與配體的結(jié)合可能影響其他亞基，使這些亞基構(gòu)象改變，增強(qiáng)或減弱對(duì)底物的結(jié)合。 協(xié)同效應(yīng) 正協(xié)同效應(yīng)：引起與配體結(jié)合能力的增強(qiáng)（激活） 負(fù)協(xié)同效應(yīng)：引起與配體結(jié)合能力的減弱（抑制） 正效應(yīng)物：促進(jìn)活性部位與配基結(jié)合的別構(gòu)效應(yīng)物。 負(fù)效應(yīng)物：抑制活性部位與配基結(jié)合的別構(gòu)效應(yīng)物。 別構(gòu)蛋白：除了有活性部位（結(jié)合底物）外，還有別構(gòu)部位（結(jié)合調(diào)節(jié)物）。有時(shí)活性部位和別構(gòu)部位分屬不同的亞基（活性亞基和調(diào)節(jié)亞基），活性部位之間以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過(guò)蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用。,,等電聚焦：也稱電聚焦，是一

20、種高分辨率的蛋白質(zhì)分離技術(shù)，也可用于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的測(cè)定。在外加電場(chǎng)時(shí)，蛋白質(zhì)混合物在具有pH梯度的介質(zhì)中移向并聚焦（停留）在等于其等電點(diǎn)的pH處，形成區(qū)帶。 密度梯度離心：蛋白質(zhì)顆粒在具有密度梯度的介質(zhì)中離心時(shí)，質(zhì)量和密度大的顆粒比質(zhì)量和密度小的顆粒沉降得快，且每種蛋白質(zhì)顆粒沉降到與其自身密度相等的介質(zhì)密度梯度時(shí)，即停止不前，最后各種蛋白質(zhì)在離心管中被分離成不同的區(qū)帶。 鹽溶和鹽析：中性鹽在低濃度時(shí)可增加蛋白質(zhì)的溶解度，即鹽溶。原因是蛋白質(zhì)分子吸附鹽類離子后，帶電層使蛋白質(zhì)分子彼此排斥，而與水分子相互作用加強(qiáng)；當(dāng)離子強(qiáng)度增大到足夠高時(shí)，此時(shí)與蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)接觸的自由水被移去以溶劑化鹽離子，導(dǎo)致

21、蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)暴露，使蛋白質(zhì)因疏水作用凝聚沉淀。,親和層析： 是利用蛋白質(zhì)分子對(duì)其配體分子特有的識(shí)別能力，也即生物學(xué)親和力，建立起來(lái)的一種有效的純化方法。 蛋白質(zhì)純化的總目標(biāo)：是增加制品的純度，即設(shè)法除去變性的和不需要的蛋白質(zhì)以增加單位蛋白質(zhì)重量中所需蛋白質(zhì)的含量或生物活性。分離純化蛋白質(zhì)的程序?yàn)椋呵疤幚恚?xì)胞或組織處理）、粗分級(jí)分離（除去雜蛋白）和細(xì)分級(jí)分離。,,蛋白質(zhì)概況,蛋白質(zhì)的化學(xué)組成：碳（50%）、氫（7%）、氧（23%）、氮（16%）、硫（0-3%）、其它元素微量；蛋白質(zhì)的平均含氮量為16%，此為凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)。,,,,,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次,蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)

22、）,氨基酸殘基、 肽（鍵）、 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定、氨基酸序列與生物功能 、 肽的人工合成,氨基酸殘基：肽鏈中的氨基酸由于參加肽鍵的形成因而 不在是原來(lái)完整的分子，稱為氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸形成一個(gè)肽鍵時(shí)失去一分子水，因此失去的水分子數(shù)比氨基酸殘基數(shù)少一個(gè)。每個(gè)氨基酸殘基的平均分子量為110。氨基酸的平均分子量為128。 肽：由兩個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基通過(guò)肽鍵相連而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一條肽鏈通常在一端含有一個(gè)游離的末端氨基，稱為N-末端，而另一端含有一個(gè)游離的末端羧基稱為C-末端；,,肽鍵,具有部分雙鍵的性質(zhì),肽鍵比一般碳-氮單鍵短,與肽鍵相連的氫原子和氧原子呈反式構(gòu)型,肽鍵不可自

23、由旋轉(zhuǎn),,肽的理化性質(zhì)： 肽鍵的酰氨氫不解離，肽的酸堿性質(zhì)主要決定于肽鍵中的游離末端-NH2、-COOH及側(cè)鏈R基上的可解離基團(tuán)； 肽中末端-羧基的pKa值比游離氨基酸的大，末端 -氨基的pKa值比游離氨基酸的??； 游離的-氨基、 -羧基和R基可發(fā)生與氨基酸中相應(yīng)的類似反應(yīng)，如茚三酮反應(yīng)等； 蛋白質(zhì)部分水解后所得的肽若不發(fā)生消旋，則具有旋光性，短肽的 旋光度約等于組成氨基酸的旋光度之和，較長(zhǎng)的肽的旋光度則不是簡(jiǎn)單加和；,活性肽：具特殊的生物學(xué)功能的肽段，如腦啡肽、谷胱甘肽、肌肽等；,肽,蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定,測(cè)定多肽鏈的數(shù)目,蛋 白 質(zhì) 測(cè) 序 的 步 驟,拆分多肽鏈,斷開(kāi)多肽鏈內(nèi)的二

24、硫鍵,測(cè)定每一肽鏈的氨基酸組成,鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端,裂解多肽鏈為較小的肽段,測(cè)定各肽段的氨基酸序列,利用重疊肽重建完整多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu),確定二硫鍵的位置,,,,,,,,,蛋白質(zhì)測(cè)序的重要方法,N-末端測(cè)定,二硝基氟苯（DNFB）法：肽游離末端NH2與DNFB反應(yīng)生成DNP-肽，最后水解生成黃色DNP-氨基酸,丹磺酰氯（DNS）法：用DNS取代DNFB，生成DNS-氨基酸,苯異硫氰酸（PITC）法：生成PTH-氨基酸，從肽上斷裂下來(lái),氨肽酶法：外切酶，但效果不好,,C-末端測(cè)定,肼解法：測(cè)定C-末端的最重要的化學(xué)方法，肽與肼反應(yīng)，除C-末端氨基酸游離外，其他氨基酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘被狨ｋ禄?/p>

25、,還原法：C-末端氨基酸用硼氫化鋰還原成相應(yīng)的-氨基醇,羧肽酶法：最有效、最常用,羧肽酶A,羧肽酶B,羧肽酶C,羧肽酶Y,,,二硫鍵的斷裂,過(guò)甲酸氧化法：將二硫鍵氧化成磺酸基,巰基化合物還原法：將二硫鍵還原成巰基，然后用烷基化試劑如碘乙酸保護(hù)巰基，防止其重新被氧化,,氨基酸組成的測(cè)定：,酸水解：是主要方法，多用HCl，同時(shí)輔以堿水解；所得氨基酸不消旋，但Trp全部被破壞，Ser，Thr，Tyr部分破壞，Asn和Gln的酰氨基被水解，生成Asp和Glu；,多肽鏈的裂解,酶裂解：,胰蛋白酶：專一性強(qiáng)，斷裂Lys或Arg的羧基參與形成的肽鍵,糜蛋白酶：斷裂Phe，Trp，Tyr，Leu等疏水氨基酸的

26、羧基端肽鍵,嗜熱菌蛋白酶：專一性差，斷裂Val，Leu，Phe，Tyr，Trp等氨基參與形成的肽鍵,胃蛋白酶：在酸性條件穩(wěn)定，肽鍵 兩側(cè)均為疏水氨基酸。在確定二硫鍵位置時(shí)，常用到此酶。,其它酶：略,,化學(xué)裂解：,溴化氰（CNBr）：只斷裂Met的羧基形成的肽鍵,羥氨（NH2OH）：在pH9時(shí)，專一性斷裂Asn-Gly之間的肽鍵，其它條件下不專一,,,,,肽段的氨基酸測(cè)序,Edman化學(xué)降解法：用Edman試劑PITC與游離氨基作用生成PTH-氨基酸，并可用各種層析技術(shù)分離；用此法降解，一次可連續(xù)測(cè)出60-70個(gè)氨基酸殘基的序列；工作量大，操作麻煩；現(xiàn)改用蛋白質(zhì)測(cè)序儀。,酶解法：利用氨肽酶和羧肽

27、酶，局限性大，有困難,質(zhì)譜法：質(zhì)譜儀,由核苷酸序列推定法：mRNA cDNA ，推出 cDNA的核苷酸序列，然后推測(cè)出蛋白質(zhì)的氨基酸序列,,,肽段在肽鏈中次序的確定：需借助重疊肽。 重疊肽：由于不同的斷裂方法即斷裂的專一性不同，產(chǎn)生的切口彼此錯(cuò)位，使兩套肽段正好跨過(guò)切口而重疊的肽段；獲得重疊肽需要兩種或兩種以上的不同方法斷裂同一多肽樣品，得到兩套或多套肽段。,,二硫鍵位置的確定：一般采用胃蛋白酶水解原來(lái)的含二硫鍵的蛋白質(zhì)。一是胃蛋白酶專一低，切點(diǎn)多，得到含有二硫鍵的肽段較小，易分離鑒定；二是在酸性條件下，有利于防止二硫鍵發(fā)生交換反應(yīng)。,,,蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物功能；肽合成,同源蛋白質(zhì)：

28、在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)稱同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)具有共同的進(jìn)化起源。同源蛋白質(zhì)具有明顯的氨基酸序列相似性，稱之為序列同源。根據(jù)同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列資料可建立系統(tǒng)樹(shù)（進(jìn)化樹(shù)）。兩個(gè)物種的同源蛋白質(zhì)，其序列中氨基酸的差異數(shù)目與這些物種間的進(jìn)化發(fā)生差異是成比例的。,蛋白質(zhì)激活：在生物體內(nèi)有些蛋白質(zhì)是以前體形式合成，不具有活性，只有按一定方式裂解除去部分肽鏈后才具有生物活性，稱之為蛋白質(zhì)激活。如酶原激活。,肽的人工合成：,氨基酸共聚合（由一種或兩種氨基酸反應(yīng)）,控制合成（由不同氨基酸按一定順序）：接肽反應(yīng)需接肽試劑，為避免接肽試劑與某些活潑基團(tuán)反應(yīng)，故在接肽前須首先將這些基團(tuán)加以封閉

29、或保護(hù)，如氨基保護(hù)或羧基保護(hù)等。在正常條件下，羧基和氨基之間不會(huì)自發(fā)形成肽鍵，即氨基或羧基需活化，通常是羧基活化。,,固相肽合成：是控制合成技術(shù)的巨大進(jìn)步，利用固相肽合成儀已成功合成多種肽和蛋白質(zhì)。其實(shí)質(zhì)是肽的羧基端第一個(gè)氨基酸共價(jià)掛接在樹(shù)脂上，然后加入氨基受保護(hù)的第二個(gè)氨基酸并發(fā)生縮合反應(yīng)，形成肽鍵，依次類推。最后是肽與樹(shù)脂斷裂并去掉氨基端的保護(hù)基團(tuán)。,蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),,,蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),無(wú)規(guī)卷曲,轉(zhuǎn)角,折疊片,螺旋：最常見(jiàn)、最典型、最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件,螺旋：是重復(fù)性結(jié)構(gòu)，每圈螺旋站3.6個(gè)氨基酸殘基，沿螺旋軸上升0.54nm，即螺距值；由氫鍵封閉的環(huán)為13元環(huán)；一般為右手螺旋；分子內(nèi)

30、或鏈內(nèi)氫鍵使之穩(wěn)定，減少R基間的相互作用或-碳原子無(wú)分支結(jié)構(gòu)均利于其穩(wěn)定，而Pro存在可中斷之。(影響該結(jié)構(gòu)的因素課件）,,非重復(fù)性結(jié)構(gòu),,折疊片：為重復(fù)性結(jié)構(gòu)； 折疊片的肽鏈處于曲折的伸展?fàn)顟B(tài)；借助鏈間或肽段間的氫鍵而穩(wěn)定；分為平行和反平行折疊片，平行的比反平行的更規(guī)則。0.7nm,纖維狀蛋白質(zhì),不溶性（硬蛋白）,可溶性蛋白,角蛋白,膠原蛋白：結(jié)締組織中（骨、皮膚等）大量存在, 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)重復(fù)單元：Gly-X-Pro(Gly-X-HyPro),彈性蛋白：存在于結(jié)締組織,角蛋白：主要存在于毛發(fā)中(結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）,角蛋白：天然存在于絲中(結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（Gly-Ala /Ser-Gly-Ala ）,,,肌球

31、蛋白,血纖蛋白原,其它,,,說(shuō)明： 角蛋白經(jīng)充分伸展后可轉(zhuǎn)變成角蛋白，即折疊片結(jié)構(gòu)。,無(wú)規(guī)卷曲：二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)單元，在這種結(jié)構(gòu)單元的存在下，才使得蛋白質(zhì)形成球形，這一部分的存在往往與蛋白的活性有關(guān)。 無(wú)規(guī)卷曲與其他二級(jí)結(jié)構(gòu)一樣是明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。,球狀蛋白質(zhì)： 其種類遠(yuǎn)比纖維狀蛋白質(zhì)多，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多樣性主要體現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)； 球狀蛋白質(zhì)的整個(gè)肽鏈沒(méi)有均一的二級(jí)結(jié)構(gòu)，但具有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件如螺旋、折疊片、無(wú)規(guī)卷曲等，由此構(gòu)建的三級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域，并將球狀蛋白質(zhì)分成4大類； 其三維結(jié)構(gòu)具有明顯的 折疊層次，且疏水測(cè)鏈球狀分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面； 在多數(shù)的胞內(nèi)酶、血漿蛋

32、白及蛋白類激素都屬于球狀蛋白質(zhì)。,超二級(jí)結(jié)構(gòu)：由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多，有規(guī)則的 二級(jí)結(jié)構(gòu)串，并在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。已知有3種基本形式：、、。,結(jié)構(gòu)域：在多肽鏈上由二級(jí)結(jié)構(gòu)元件或超二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的相對(duì)獨(dú)立的 緊密球狀實(shí)體，是三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。較小的球狀蛋白質(zhì)或亞基是單結(jié)構(gòu)域，而較大的球狀蛋白質(zhì)或亞基是多結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域可分4類：全結(jié)構(gòu)、 ，結(jié)構(gòu)、全結(jié)構(gòu)和富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域。,蛋白質(zhì)變性與蛋白質(zhì)折疊,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,肌紅蛋白和血紅蛋白是兩個(gè)研究得最透徹的蛋白質(zhì)，它們是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的范例。肌紅蛋白是哺乳動(dòng)物肌肉中

33、儲(chǔ)氧的蛋白質(zhì)，它和血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功能也十分相似。,肌紅蛋白,輔基血紅素：原卟啉與Fe的絡(luò)合物稱血紅素。,卟啉化合物有很強(qiáng)的著色力，使生物組織呈現(xiàn)特定的顏色。卟啉環(huán)中心的鐵原子有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與四吡咯環(huán)的N原子相連，另2個(gè)沿垂直于卟啉環(huán)面的軸分布在環(huán)面的上下。 鐵原子可以是亞鐵（Fe2+）或高鐵(Fe3+)，相應(yīng)的血紅素稱為亞鐵血紅素和高鐵血紅素，相應(yīng)的肌紅蛋白稱為亞鐵肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白。其中只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合O2。 在肌紅蛋白分子中，血紅素共價(jià)地結(jié)合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中。其中血紅素鐵在第5配位鍵與珠蛋白第93位His殘基的

34、咪唑N配位結(jié)合；第6配位鍵是O2的結(jié)合部位。血紅素的鐵原子如果處在水環(huán)境則容易被氧 化成Fe3+，失去氧合能力，此時(shí)H2O分子代替O2成為Fe3+的第6個(gè)配體。CO能與O2競(jìng)爭(zhēng)第6配位鍵，且結(jié)合能力遠(yuǎn)大于O2。,血紅蛋白（Hb）的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣，它存在于紅細(xì)胞中。 Hb的結(jié)構(gòu)：脊椎動(dòng)物的Hb由4個(gè)多肽鏈亞基組成，如成人的血紅蛋白主要是HbA，亞基組成為22，次要組分是HbA2，亞基組成為22；每個(gè)血紅蛋白分子都有4個(gè)血紅素，每個(gè)血紅素分別位于每個(gè)多肽鏈中的裂隙處，并暴露在分子的表面。 氧合過(guò)程中的構(gòu)象變化：氧合作用顯著改變Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)，且氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的

35、構(gòu)象。 氧合曲線和別構(gòu)效應(yīng)：氧合曲線呈S形曲線（氧飽和度與氧分壓之間），即血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同性同促效應(yīng)，一個(gè)O2的結(jié)合增加同一Hb分子中其余空的氧合部位對(duì)O2的親合力； Hb對(duì)O2親和力的影響因素：H+、CO2促進(jìn)O2從血紅蛋白中釋放，O2也促進(jìn)H+、CO2 在肺泡毛細(xì)血管中釋放；BPG（2，3-二磷酸甘油酸）降低Hb對(duì)O2的親和力，其只與去氧血紅蛋白結(jié)合。 鐮刀狀細(xì)胞貧血?。菏且环N血紅蛋白分子病，該病人的不正常的血紅蛋白稱HbS，它只是在兩條鏈的N端第6位上Glu被Val置換。這一改變使血紅蛋白表面產(chǎn)生一個(gè)疏水小區(qū)，導(dǎo)致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。

36、,蛋白質(zhì)的分離純化,蛋白質(zhì)的分離和純化:主要是利用蛋白質(zhì)之間各種特性的差異，包括蛋白質(zhì)分子的酸堿性質(zhì)、分子的大小和形狀、溶解度、吸附性質(zhì)和對(duì)配體分子的特異親合力。 蛋白質(zhì)的酸堿性質(zhì)：蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。在蛋白質(zhì)分子中，可解離基團(tuán)主要來(lái)自側(cè)鏈上的功能團(tuán)，此外還有少數(shù)的末端-羧基和-氨基。小肽的帶電性判斷 可以把蛋白質(zhì)分子看作是一個(gè)多價(jià)離子，所帶電荷的性質(zhì)和數(shù)量是由蛋白質(zhì)分子中的可解離基團(tuán)的種類和數(shù)目以及溶液的pH所決定的。 對(duì)某一種蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，在某一pH時(shí)，它所帶的 正電荷與負(fù)電荷恰好相等，即凈電荷為零，這一pH稱蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在中性鹽存在下可發(fā)生明顯的變化，這是由于蛋白質(zhì)

37、分子中的可解離基團(tuán)可與中性鹽中的陽(yáng)離子或陰離子相結(jié)合。在沒(méi)有其他鹽類干擾時(shí)，蛋白質(zhì)的 質(zhì)子供體基團(tuán)解離出來(lái)的質(zhì)子數(shù)與質(zhì)子受體基團(tuán)結(jié)合的質(zhì)子數(shù)相等時(shí)的pH稱為蛋白質(zhì)的等離子點(diǎn)。 蛋白質(zhì)分子的形狀：測(cè)定蛋白質(zhì)分子的形狀或構(gòu)象，最精確的方法是 X射線晶體結(jié)構(gòu)分析，但這種方法只能測(cè)定晶體狀態(tài)的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)。對(duì)于溶液中的蛋白質(zhì)分子的形狀，只能借助間接的方法來(lái)描述蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的輪廓。,測(cè)定蛋白質(zhì)分子相對(duì)質(zhì)量的方法,,,,,,蛋白質(zhì)沉淀法,,蛋白質(zhì)的分離純化方法,,,,蛋白質(zhì)分離純化方法,,電荷,電泳（凈電荷、分子大小、形狀）,區(qū)帶電泳,聚丙烯酰氨凝膠電泳（PAGE）,毛細(xì)管電泳,離子交換層析：相應(yīng)的

38、離子交換膠，CM陽(yáng)離子，DEAE陰離子,等電聚焦：外加電場(chǎng)時(shí)，蛋白質(zhì)混合物在具有pH梯度的介質(zhì)中移向并聚焦（停留）在等于其等電點(diǎn)的pH處，形成區(qū)帶。,層析聚焦：層析柱中建立連續(xù)的pH梯度，蛋白質(zhì)樣品由柱上端隨緩沖液的展開(kāi)而聚焦在各自的等電點(diǎn)pH處，形成區(qū)段。,吸附：吸附層析，吸附劑（硅石、氧化鋁、活性碳）和疏水吸附劑，與待分離分子和雜質(zhì)分子的吸附與解吸能力不同。,特異親和力：親和層析,其它：如高效液相層析（HPLC）, 快速蛋白液相層析（FPLC）,,,,,蛋白質(zhì)純度的鑒定方法：采用物理化學(xué)方法如電泳、離心沉降、HPLC和溶解度分析等。純的蛋白質(zhì)電泳時(shí)，其電泳圖譜只呈現(xiàn)一個(gè)條帶或峰，離心時(shí)以單

39、一的沉降速度移動(dòng)；純的蛋白質(zhì)在一定的溶劑系統(tǒng)中具有恒定的溶解度，即溶解度曲線只有一個(gè)折點(diǎn)，在折點(diǎn)以前直線斜率為1，在折點(diǎn)以后斜率為零；此外，N-末端分析也用于純度鑒定（單體蛋白質(zhì)而言）。 必須指出，采用任何單獨(dú)的一種方法鑒定純度只能作為蛋白質(zhì)均一性的必要條件而非充分條件，即蛋白質(zhì)往往在一種鑒定中表現(xiàn)為均一性，而在另一種鑒定中又表現(xiàn)為不均一性。,蛋白質(zhì)含量測(cè)定與純度鑒定： 測(cè)定蛋白質(zhì)含量的常用方法有：凱氏定氮法、雙縮脲法、Folin-酚試劑法（Lowry法，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法） 、紫外吸收法、染料（考馬斯亮藍(lán)）結(jié)合法、膠體金法（帶負(fù)電的疏水膠體，洋紅色，遇蛋白質(zhì)變藍(lán)色，靈敏度最高）,第五章：酶（重

40、點(diǎn)）,酶概論； 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)； 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)；,基本概念,酶具有生物催化功能的蛋白質(zhì)或核酸。酶作為生物催化劑具有高效性、高度專一性、活性調(diào)控和易失活等特點(diǎn)。通過(guò)降低反應(yīng)的活化能，加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 多酶復(fù)合體由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成，也稱酶系。 酶的分類國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)催化反應(yīng)類型，將酶分為6大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和連接酶類。 酶活力即酶活性，指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，酶活力的大小可以用在一定條件下所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率來(lái)表示，二者呈線性相關(guān)。所以測(cè)定酶活力就是測(cè)定酶促反應(yīng)速率，酶促反應(yīng)速率可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的

41、增加量來(lái)表示。 酶單位（U）在一定條件下，一定時(shí)間 內(nèi)將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。酶的含量用每克酶制劑或酶毫升酶制劑含有多少酶單位表示（U/g或U/ml）。,酶的比活力每mg蛋白質(zhì)所含的酶的活力單位數(shù)表示，其代表酶的純度，也可用來(lái)比較每單位質(zhì)量蛋白質(zhì)的催化能力。 轉(zhuǎn)化數(shù)在一定條件下每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，或每秒鐘每微摩爾酶分子轉(zhuǎn)化底物的微摩爾數(shù)。 核酶（ribozyme）某些具有催化功能的RNA，即為核酶。核酶的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)辟了生物化學(xué)研究的新領(lǐng)域，提出了生命起源的新概念：即RNA可能早于蛋白質(zhì)和DNA，是生命起源中首先出現(xiàn)的生物大分子。 酶的專一性即酶對(duì)底物的高度選擇性，酶一般

42、只能催化一種或一類反應(yīng)，作用于一種或一類底物。酶的專一性可分為結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性，用“誘導(dǎo)契合說(shuō)”解釋酶的專一性已被廣泛認(rèn)同。 酶的分離純化是酶學(xué)研究的基礎(chǔ)，大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，故可用分離純化蛋白質(zhì)的方法純化酶。但要選擇合適的材料，操作條件要溫和，且在制備過(guò)程中，每一步都要測(cè)定酶的總活力和比活力，以了解酶的回收率和提純倍數(shù)。 酶工程是將酶學(xué)原理與化學(xué)工程技術(shù)及基因重組技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新型應(yīng)用技術(shù)，是生物工程的重要組成部分，并必將成為一個(gè)很大的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。,酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：底物濃度與酶促反應(yīng)速率的關(guān)系呈雙曲線，即當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度呈正比關(guān)系，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)；當(dāng)

43、底物濃度逐漸增加時(shí)，反應(yīng)速率不再按正比關(guān)系升高，反應(yīng)表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)；當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到 足夠高時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度幾乎無(wú)關(guān)，反應(yīng)達(dá)到最大反應(yīng)速率，表現(xiàn)為零級(jí) 反應(yīng)。 米氏方程1913年Michaelis和Menten在前人工作基礎(chǔ)上，根據(jù)酶反應(yīng)的中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)，即： E S ES E P 假定 E S ES 迅速建立平衡，底物濃度遠(yuǎn)大于酶濃度下，ES分解成產(chǎn)物的逆反應(yīng)忽略不計(jì)，推導(dǎo)出一個(gè)數(shù)學(xué)方程式來(lái)表示底物與酶反應(yīng)速率之間的定量關(guān)系，稱為米氏方程，表達(dá)式如下： Vmax S/ (Km S) 式中Km為米氏常數(shù)，其物理意義是當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反

44、應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L，與底物濃度的單位一樣。,,,,,,,米氏常數(shù)Km的意義如下： Km是酶的一個(gè)特征常數(shù)，其大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無(wú)關(guān)； Km值隨測(cè)定的底物、反應(yīng)溫度、pH及離子強(qiáng)度而改變，即Km作為常數(shù)只是針對(duì)一定的底物、溫度、pH和離子強(qiáng)度而言； Km值可以判斷酶的專一性和天然底物：有的酶可作用于幾種底物，因此就有幾個(gè)Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物或天然底物。Km值隨不同底物而異的現(xiàn)象可以幫助判斷酶的專一性； 若已知某個(gè)酶的Km值，可以計(jì)算出在某一底物濃度時(shí)的反應(yīng)速率相當(dāng)Vmax的比例； Km值可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑

45、：同一種底物往往可以被幾種酶作用，催化不同的反應(yīng)走不同的途徑，究竟走哪一條途徑?jīng)Q定于Km值最小的酶，只有Km值小的酶反應(yīng)比較占優(yōu)勢(shì)。 利用作圖法測(cè)定Km和Vmax值： Km值可用公式計(jì)算求得，Km （ k2 k3） /k1；當(dāng)k3遠(yuǎn)小于k2 時(shí)， Km k2 /k1 Ks，在此時(shí)，Km相當(dāng)于ES復(fù)合物的解離常數(shù)Ks！ ，,,Vmax= k3 Et (Et 為總酶濃度)； Km和Vmax可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)作圖法直接求得：即將米氏方程進(jìn)行變換，使其成為直線方程，然后用圖解法求出Km與Vmax值。例如，Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法：1/ Km/Vmax 1/S1/Vmax ，

46、橫軸截距為-1/Km，縱軸截距為1/Vmax ； 酶的抑制：酶主要是蛋白質(zhì)，使酶蛋白變性而導(dǎo)致酶活力喪失的作用稱為失活作用；若由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，但酶并未變性，而引起酶活力的降低或喪失稱為抑制作用。引起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。抑制類型如下：,抑制類型,不可逆抑制：抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價(jià)鍵結(jié)合，不能用物理方法除去抑制劑。,可逆抑制：以非共價(jià)鍵結(jié)合,競(jìng)爭(zhēng)性抑制：競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位,非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：同時(shí)和酶的不同部位結(jié)合,反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：酶與底物結(jié)合后，才可與抑制劑結(jié)合,,,競(jìng)爭(zhēng)性抑制，Vmax不變，Km增加； 可逆抑制動(dòng)力學(xué) 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，Vmax減小，Km不變； 反

47、競(jìng)爭(zhēng)性抑制，Vmax減小，Km減??；,,,,,,,,,,,,,,,Vmax,Km,Km,S, mM,vo,I,I,Vmax unchanged Km increased,Vmax decreased Km unchanged,Both Vmax & Km decreased,,,I,= Km,,重要的抑制劑,不可逆抑制劑,非專一性：,有機(jī)磷化合物：與酶活性部位Ser-OH共價(jià)結(jié)合，強(qiáng)烈抑制膽堿酯酶活性；敵敵畏、敵百蟲(chóng),有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物：與酶分子中Cys-SH作用，抑制含巰基的酶,重金屬：使酶蛋白變性失活，用螯合劑可解除,氰化物、硫化物、CO：與酶分子中金屬離子形成絡(luò)合物,烷化劑：與酶的巰基

48、、氨基、羧基、咪唑基等結(jié)合,專一性： 作用某一種酶,Ks型：具底物類似結(jié)構(gòu)，可與相應(yīng)酶結(jié)合，并帶有一個(gè)活潑的化學(xué)基團(tuán)，可對(duì)酶分子的必需基團(tuán)進(jìn)行修飾，從而抑制酶的活性。亦稱親和標(biāo)記試劑。,Kcat型：具有底物類似結(jié)構(gòu)，本身也是酶的底物，且存在潛伏的反應(yīng)基團(tuán)：當(dāng)發(fā)生催化反應(yīng)時(shí)，潛伏基團(tuán)暴露或活化，作用酶活性部位的必需基團(tuán)或輔基，使酶不可逆失活。亦稱自殺性底物。,,,,可逆抑制劑：最重要和最常見(jiàn)的是競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。這類抑制劑與天然代謝物在結(jié)構(gòu)上十分相似，能選擇性抑制病菌或癌細(xì)胞在代謝過(guò)程中的某些酶，故稱之為抗代謝物。如磺胺藥，對(duì)氨基苯磺酰胺，它是對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物，而對(duì)氨基苯甲酸是葉酸結(jié)構(gòu)的一部

49、分，細(xì)菌不能直接利用外源的葉酸，只能在二氫葉酸合成酶的作用下，利用對(duì)氨基苯甲酸為原料合成二氫葉酸，繼而合成四氫葉酸嘌呤核苷酸合成中重要的輔酶！因此，可利用競(jìng)爭(zhēng)性抑制的原理設(shè)計(jì)藥物。 此外，過(guò)渡態(tài)底物類似物也可作為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑：所謂過(guò)渡態(tài)底物是指底物和酶結(jié)合而形成的中間復(fù)合物被活化后的過(guò)渡形式。過(guò)渡態(tài)底物對(duì)酶的親和力遠(yuǎn)大于底物，因此可將抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成類似于過(guò)渡態(tài)底物，從而一起酶的強(qiáng)烈抑制。目前報(bào)道的過(guò)渡態(tài)底物類似物都是競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，其抑制效率比基態(tài)底物類似物高的多。 溫度、pH、激活劑對(duì)酶活性的影響：存在酶反應(yīng)的最適溫度、最適pH；凡能提高酶活性的物質(zhì)都稱為激活劑，它對(duì)酶的作用具有一

50、定的選擇性，即一種激活劑對(duì)某種酶起激活作用，而對(duì)另一種酶可能起抑制作用。,酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié),酶活性部位酶的催化能力只局限在酶分子的一定區(qū)域，只有少數(shù)特異的氨基酸殘基參與了底物結(jié)合與催化作用，這些特異的氨基酸殘基比較集中的區(qū)域，即與酶活性直接相關(guān)的區(qū)域稱為酶的活性部位或活性中心。,活性部位包括,結(jié)合部位決定酶的專一性；,催化部位決定酶的催化能力,酶活性部位的共同特點(diǎn)： 酶活性部位在酶分子的總體積中只占相當(dāng)小的部分，通常只占整個(gè)酶分子體積的1%2%； 酶的活性部位是一個(gè)三維實(shí)體（空間概念）：不是點(diǎn)、線、面的概念； 酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補(bǔ)，而是在結(jié)合過(guò)程中二者發(fā)生一定的構(gòu)象變化

51、后才互補(bǔ)的：此動(dòng)態(tài)的辨認(rèn)過(guò)程稱為誘導(dǎo)契合； 酶的活性部位是位于酶分子表面的一個(gè)裂縫內(nèi)，底物分子或底物分子的一部分結(jié)合到裂縫內(nèi)并發(fā)生催化作用； 底物通過(guò)次級(jí)鍵結(jié)合到酶上：酶與底物形成ES復(fù)合物主要靠氫鍵、鹽鍵、范德華力和疏水相互作用； 酶活性部位具有柔性或可運(yùn)動(dòng)性：活性部位更易被破壞；,補(bǔ)充： 酶的催化作用是由氨基酸側(cè)鏈上功能基團(tuán)和輔因子為媒介的，主要的有His、Ser、Cys、Lys、Glu、Asp的側(cè)鏈常直接參加催化過(guò)程；輔因子對(duì)于酶的催化具有協(xié)同作用； 對(duì)于多底物的酶促催化反應(yīng)，存在著1個(gè)以上的底物結(jié)合部位，在活性部位存在1個(gè)以上的催化基團(tuán)，能進(jìn)行協(xié)同催化； 與底物相比較，酶分子很大

52、，而活性部位通常只比底物稍大一些，故活性部位通常包圍著底物。,1.絲氨酸蛋白酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 絲氨酸蛋白酶類包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶(胰肽酶E)、枯草桿菌蛋白酶(subtilisin)和其他相關(guān)酶。之所以稱為絲氨酸蛋白酶，是因?yàn)樗鼈冇泄餐?、涉及特有的反?yīng)絲氨酸殘基的作用機(jī)制；二異苯氟磷酸(DIPF)是絲氨酸蛋白酶的不可逆抑制劑，它只能與活性部位的Ser殘基結(jié)合，從而導(dǎo)致酶的失活，這就證明了這個(gè)絲氨酸殘基是酶活性所必需的。（雖然乙酰膽堿酯酶本身不是一種蛋白酶，但該酶是一個(gè)絲氨酸酯酶，并在機(jī)制上與絲氨酸蛋白酶相似）。,胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶都能完成同樣的反應(yīng)---肽鏈裂解

53、。雖然它們的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制是十分相似的，但是，它們卻表現(xiàn)出很不相同的(基團(tuán))專一性。這三種酶的分子量大約是25 kD，有相似的的順序和三維空間結(jié)構(gòu)，整個(gè)分子呈橢球形。它們的活性中心存在催化三聯(lián)體(His57、Asp102和Ser195) 的位置。催化三聯(lián)體在三種胰臟酶中都存在。,3.絲氨酸蛋白酶進(jìn)化上的關(guān)系 胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶來(lái)自同一組織--胰臟,都是內(nèi)肽酶。這三種酶被認(rèn)為是由一個(gè)共同的祖先基因(ancestral gene)在進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)同源趨異進(jìn)化(divergent evolution) 產(chǎn)生的三個(gè)基因編碼的。因?yàn)? 1).這三種酶的活性中心都含有可與DIFP起反應(yīng)的

54、Ser殘基； 2).在活性部位的Ser附近都含有相同的氨基酸順序： --Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-- 3).在它們的三級(jí)結(jié)構(gòu)中都含有相同的、恒定的 Asp102-His57-Ser195- 的組合順序(相同的電荷轉(zhuǎn)換系統(tǒng))； 4).它們氨基酸的順序大約有40%相同； 5) 它們有很相似的空間結(jié)構(gòu)。,枯草桿菌蛋白酶和小麥胚芽絲氨酸羧肽酶(一種外肽酶)也是絲氨酸蛋白酶，彼此之間以及與胰凝乳蛋白酶之間在一級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)上不具有共同的可辯別的關(guān)系。然而，這兩種酶在它們的活性部位上具有與胰臟酶相似的催化三聯(lián)體，由于這兩種酶活性部位相應(yīng)的催化三聯(lián)體的順序是不同的(在胰凝乳蛋白酶中是A

55、sp102His57Ser195,在枯草桿菌蛋白酶中是Asp32His64Ser221,在小麥胚芽絲氨酸羧肽酶中是Asp338His397-Ser146)，因此，它們從一個(gè)共同的祖先蛋白(ancestor protein)進(jìn)化而來(lái)是很不可能的。這些酶顯然構(gòu)成了一個(gè)異源趨同進(jìn)化(convergent evolution)的例子。,,,影響酶催化效率的因素,底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)：鄰近效應(yīng)指酶與底物結(jié)合成中間復(fù)合物后，使底物與底物之間，酶的催化基團(tuán)與底物之間的有效濃度大大提高；定向效應(yīng)指底物的反應(yīng)基團(tuán)之間和酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。,底物形變和誘導(dǎo)契合：酶使底物分

56、子中敏感鍵基團(tuán)的電子云密度增高或降低，產(chǎn)生電子張力，使底物分子形變而接近其過(guò)渡態(tài)，降低了反應(yīng)活化能；,酸堿催化：酶通過(guò)瞬時(shí)的向底物提供質(zhì)子或從底物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)底物而加速反應(yīng)的催化機(jī)制。在生理?xiàng)l件下，pH中性，OH-H+很低，不能起到酸堿催化作用，此時(shí)主要依靠廣義的酸堿催化來(lái)作用，即酶蛋白分子中某些基團(tuán)既是質(zhì)子供體又是質(zhì)子受體，如氨基、羧基、巰基、酚羥基、咪唑基等。,共價(jià)催化：酶蛋白中的親核基團(tuán)容易攻擊底物的親電中心，形成酶-底物共價(jià)結(jié)合的中間物，從而降低反應(yīng)活化能，加速反應(yīng)。酶蛋白中最常見(jiàn)的3種親核基團(tuán)是：絲氨酸羥基、半胱氨酸巰基、組氨酸咪唑基；底物中典型的親電中心：磷酰基、?；吞腔?/p>

57、。,金屬離子催化：幾乎1/3的酶催化活性需要金屬離子，金屬離子通過(guò)3種主要途徑參與催化過(guò)程：結(jié)合底物為反應(yīng)定向；可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng)；靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。,多元協(xié)同催化：,酶活性部位受微環(huán)境影響：非極性、低介電環(huán)境利于酶促反應(yīng)。,,酶活性的調(diào)控,酶活性的調(diào)控,激素,產(chǎn)物反饋抑制,抑制劑、激活劑,別構(gòu)調(diào)節(jié)：可逆、非共價(jià)：別構(gòu)酶,共價(jià)修飾,不可逆共價(jià)修飾：酶原激活,可逆共價(jià)修飾：,磷酸化與去磷酸化,甲基化與去甲基化,其它,同工酶,,,,別構(gòu)調(diào)節(jié)酶分子的非催化部位（別構(gòu)部位）與某些化合物可逆地、非共價(jià)結(jié)合后使酶的構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而改變酶活性（增加或降低），稱之為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。

58、具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶（變構(gòu)酶）。使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物或別構(gòu)劑，它包括正效應(yīng)物（別構(gòu)激活劑）和負(fù)效應(yīng)物（別構(gòu)抑制劑）。別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多多謝途徑的關(guān)鍵酶就是利用別構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)控制代謝途徑之間的平衡。別構(gòu)調(diào)節(jié)現(xiàn)象不僅存在于別構(gòu)酶，還存在于其它的別構(gòu)蛋白質(zhì)如血紅蛋白；此外，操縱子中的調(diào)節(jié)蛋白也是別構(gòu)蛋白質(zhì)。,關(guān)于別構(gòu)酶： 別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)大多不符合Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)，即不符合米氏方程，其酶促反應(yīng)曲線為S型（正協(xié)同）或雙曲； 效應(yīng)物（別構(gòu)劑）與調(diào)節(jié)亞基（調(diào)節(jié)部位）結(jié)合后導(dǎo)致酶構(gòu)象的改變，引起酶催化部位的活性增加或降低； 具活性中心和別構(gòu)中心，

59、且二中心處在酶蛋白的不同亞基或同一亞基的不同部位，即調(diào)節(jié)部位不同于催化部位； 許多別構(gòu)酶常處于代謝途徑的起始部位或受控部位，代謝途徑的終產(chǎn)物常作為別構(gòu)酶的負(fù)效應(yīng)物抑制這些酶； 所有的別構(gòu)酶均為寡聚酶； 存在同促效應(yīng)和異促效應(yīng)：底物分子本身對(duì)別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用稱同促效應(yīng)；非底物分子對(duì)別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用稱異促效應(yīng)；,實(shí)例：大腸桿菌的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶, 結(jié)構(gòu) ATcase相對(duì)分子質(zhì)量是310，0000，由12條肽鏈組成， 每個(gè)催化亞基有3個(gè)天冬氨酸底物結(jié)合部位 ，每個(gè)調(diào)節(jié)亞基有2個(gè)別構(gòu)劑的結(jié)合部位 催化反應(yīng)： 這是嘧啶核苷酸合成系列反應(yīng)的第一個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)終產(chǎn)物CTP是ATcase的別構(gòu)抑制劑，而

60、ATP 是它的別構(gòu)激活劑 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線 當(dāng)只有底物天冬氨酸和氨甲酰磷酸存在時(shí)，ATcase的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線為S型曲線 ，如果其他條件不變，但反應(yīng)為一 就有CTP存在，CTP 與ATcase 調(diào)節(jié)亞基結(jié)合使酶分子構(gòu)象變化，與底物親和力降低，使反應(yīng)速度下降，S型曲線右移。如果在反應(yīng)系統(tǒng)加入ATP而不是CTP，ATP 與ATcase調(diào)節(jié)亞基結(jié)合后，使酶分子構(gòu)象變化，與底物親和力增強(qiáng)，反應(yīng)速度加快，S型曲線左移。 綜上所述，對(duì)于ATcase來(lái)說(shuō)，底物，CTP, ATP是它的別構(gòu)效應(yīng)劑，可以通過(guò)別構(gòu)效應(yīng)影響酶的催化活性，從而有效地調(diào)節(jié)內(nèi)嘧啶核苷酸的生物合成,補(bǔ)充：為了區(qū)分符合米氏方程的酶和正協(xié)同效應(yīng)的

61、別構(gòu)酶及負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶，用協(xié)同指數(shù)（cooperativity index，CI）來(lái)鑒別不同的協(xié)同作用以及協(xié)同的程度。CI是指酶分子中的結(jié)合位點(diǎn)被底物飽和90%和飽和10%時(shí)底物濃度的比值。故協(xié)同指數(shù)又稱飽和比值(Rs)。CI=Rs=81 1/n ，n為協(xié)同系數(shù)（Hill系數(shù)），存在下列不同的Rs值： 典型的米氏方程酶：Rs=81； 正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶：Rs81，且Rs愈小，正協(xié)同效應(yīng)愈顯著； 負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶：Rs81,且Rs愈大，負(fù)協(xié)同效應(yīng)愈顯著； 此外，也常用Hill系數(shù)來(lái)判斷酶屬于哪一種類型：米氏方程酶n=1；正協(xié)同別構(gòu)酶n 1；負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶n 1；,調(diào)節(jié)酶凡能通過(guò)構(gòu)象變化或亞

62、基解聚或亞基修飾等方式來(lái)改變酶活性而對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用的酶稱為調(diào)節(jié)酶。,調(diào)節(jié)酶,別構(gòu)酶：可逆地非共價(jià)結(jié)合，使構(gòu)象改變，調(diào)節(jié)亞基發(fā)生變構(gòu)或進(jìn)一步脫離催化亞基（解聚）。比如天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 ，是CTP生物合成多酶體系反應(yīng)序列中的第一個(gè)酶。,共價(jià)調(diào)節(jié)酶：通過(guò)其它酶對(duì)其多肽鏈某些基團(tuán)進(jìn)行可逆共價(jià)修飾，使處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性；共價(jià)修飾主要是磷酸化、腺苷?；?、甲基化等。如在蛋白激酶作用下發(fā)生磷酸化，主要的蛋白激酶有蛋白激酶A，磷酸化酶激酶，蛋白酪氨酸激酶等；共價(jià)調(diào)節(jié)酶是寡聚酶，且在每個(gè)亞基上都含有共價(jià)修飾的位點(diǎn)。,,,酶原激活是不可逆共價(jià)修飾，指酶前體（酶原）經(jīng)過(guò)蛋白水解酶作用后釋放

63、出肽段，構(gòu)象發(fā)生變化，形成酶的活性部位，變成有活性的酶。 同工酶指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫功能等 方面不同的一組酶，稱為同工酶。關(guān)于同工酶的幾點(diǎn)說(shuō)明： 同工酶的產(chǎn)生可能是基因分化的產(chǎn)物，而基因分化又可能是生物進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)不同的代謝方式而引起的，故為適應(yīng)不同的代謝方式，同工酶在不同組織或不同細(xì)胞中分布不同，底物特異性不同和動(dòng)力學(xué)特性不同，這決定了同工酶在體內(nèi)的功能是不同的，同工酶只做相同的工作，不一定有相同的功能； 同工酶是由不同基因編碼的單體亞基通過(guò)不同的比例聚合成不同的多聚體，使得同工酶在催化同一反應(yīng)時(shí)以不同的多聚體形式存在； 同工酶是研究代謝調(diào)節(jié)、分子

64、遺傳、生物進(jìn)化、個(gè)體發(fā)育、細(xì)胞分化和細(xì)胞癌變的有力工具，在酶學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究中具有重要地位。,,,第五章 核酸,核酸 是重要的生物大分子（還有蛋白質(zhì)、多糖和脂類復(fù)合物），是生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的重要對(duì)象和領(lǐng)域。它包括核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸(DNA)。,腺嘌呤,鳥(niǎo)嘌呤,胞嘧啶C,尿嘧啶U,胸腺嘧啶T,核酸的種類、分布、功能,,所有生物細(xì)胞都含有DNA和RNA這兩類核酸，而病毒只含DNA或RNA。 真核生物染色體DNA是線型雙鏈DNA。原核生物的染色體DNA、質(zhì)粒DNA和真核生物的細(xì)胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈DNA。 細(xì)胞RNA通常都是線型單鏈，但病毒RNA則有線型與環(huán)狀、雙鏈與單鏈

65、之分。,分布,,,質(zhì)粒DNA為cccDNA。類病毒為環(huán)狀ssRNA。,功能,DNA：是主要的遺傳物質(zhì)，遺傳信息以密碼形式編碼在核酸分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸序列。,RNA,參與蛋白質(zhì)合成,tRNA： 轉(zhuǎn)運(yùn)、識(shí)別,rRNA： 裝配、催化,mRNA：信使、模板,,多種細(xì)胞功能,,,,RNA的5種功能,生物體通過(guò)DNA復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代。通過(guò)RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯使遺傳信息在子代中得以表達(dá)。 基因：是指具有遺傳效應(yīng)的DNA片段或RNA，它能編碼蛋白質(zhì)或功能RNA。某些病毒的基因組是RNA。,核酸結(jié)構(gòu),核酸分子的組成 核酸的四級(jí)結(jié)構(gòu),基本內(nèi)容,核 酸,核酸分子組成,核苷酸,磷酸,核苷,戊糖

66、,堿基,A,G,T,C,U,核糖,,脫氧核糖,,,,,,,,堿基結(jié)構(gòu)、稀有堿基、核苷三磷酸、環(huán)化核苷酸,磷酸基的位置 在RNA分子中，磷酸在2、3、5均可；在DNA分子中，磷酸在3、5（ D-2-脫氧核糖 ）。 核酸分子的形成 由多個(gè)核苷酸分子聚合而成，無(wú)分支結(jié)構(gòu)。核苷酸分子之間以 3，5磷酸二酯鍵相連。磷酸二酯鍵的走向?yàn)? 5。 DNA與RNA的四級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)比較。,,DNA的四級(jí)結(jié)構(gòu),重要概念,堿基互補(bǔ)配對(duì) 指堿基A、T配對(duì)，堿基G、 C配對(duì)。它們之間分別通過(guò)2個(gè)氫鍵和3個(gè)氫鍵配對(duì)。即A=T G =C 。 Chargaff規(guī)則 在雙鏈DNA分子中，堿基摩爾數(shù)存在下列關(guān)系：A=T G=C A+C=G+T A+G=T+C DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 1953年，Watson和Crick在前人工作的基礎(chǔ)上提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。該模型的特征如下： 兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，且兩條鏈均為右手螺旋。堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行； 嘌呤與嘧啶堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)； 雙螺旋的平均直徑為2nm， 兩個(gè)相鄰堿基對(duì)之間的距離為0.34nm，即堿基堆積距離為0.34n