生物化学课件完整版（极其详细） - 图文

生命科学学院生物化学

第二章 蛋白质

第一节 蛋白质的概念及其生物学意义

一、什么是蛋白质？

α—AA 借肽键相连形成的高分子化合物（短杆菌肽含D-苯丙氨酸） O ［肽键：—C—NH— 也叫酰胺键］

二、蛋白质的生物学作用（或称功能分类）

物质吸收与运输、运动，调节代谢、储存养分、催化各种生化反应、分子间的识别（支架蛋白）、信息传递（受体 复制酶）、记忆、疾病防御 — 抗体。 应用：固体酶的工业应用（联于水不溶性树脂上）、脱（纺织品）浆（淀粉酶）、生化制药，蛋白酶用于皮革的脱毛及软化等，都是利用蛋白质的催化作用，蛋白质生物芯片（贮存信息量大，将多种蛋白质抗体固定、排列到玻璃板上，能检测各种疾病蛋白及其他基因表达蛋白），进行病原体与疾病诊断等。

第二节 蛋白质的组成

一、蛋白质的元素组成： C（50-55％）、H（6-8）、O（20-30%）、N（15-18）、S（半胱aa）（0-4%） 有的还含有P（酪蛋白）、Fe、Zn、Mo（钼Fe蛋白）、Cu、I，特别是含N量都很接近，平均为16% 。所以，测出含N量 × 6.25（100/16 蛋白质系数）即可推测出蛋白质的含量——凯氏定氮。 二、蛋白质的aa组成 通常只有20种，除Pro外均为 α—aa ，除甘氨酸外，都有D、L两种异构体（α—碳原子为不对称碳原子）所以有旋光性。投影式如下：

COOH COOH H2N — C —H H —C —NH2

R R L—α D —α

aa的分类方法： （一）氨基酸的种类

分类一 根据侧链基团R的化学结构分为四类： 第一类 脂肪族aa：侧链是脂肪烃链 ①一氨基一羧基（中性）：一氨基一羧基aa中共九种：

H — CH — COOH CH2 — CH — COO CH2 — CH — COO

－

－

NH2 OH NH+3 SH NH+3 (Gly:G) (Ser:S) (Cys:C)

－－－

CH3 — CH — COO CH3 — CH — CH— COO CH3 — CH — CH — COO

NH+3 OH NH+3 CH3 NH+ 3 (Ala:A) (Thr:T) (Val:V 支链aa)

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CH3 — S — CH2 — CH2 — CH — C?O CH3 — CH — CH2 — CH — ?O?

(Met :M ) NH+3 CH3 NH+3 (Leu aa) : L 支链

－

CH3 — CH2 — CH — CH — COO CH3 NH+3 (Ile:I支链aa)

－－

②一氨基二羧基aa(酸性)及其酰胺

—

OOC — CH2 — CH — COO OOC — CH2 — CH2 — CH — COO

—

—

—

NH+3 NH+3 (Asp:D) (Glu:E)

O O

H2N — C — CH2 — CH — COO H2N — C — CH2 — CH2 — CH — COO

NH+3 NH+3

(Asn:N) (Gln:Q)

—

—

③二氨基一羧基aa（碱性： —NH2＞-COOH）

—

H3N+ — CH2（CH2）3 — CH — COO H2N — C — NH —（CH2）3— CH — COO NH3+ NH2+ NH3+

（Lys:K） (Arg:R)

—

第二类 芳香族aa（含有苯环的化合物叫做芳香族化合物，有的包括Trp）：

— CH2 — CH — COO HO — — CH2

+ NH3

(Phe:F) （丙aa取代） (Tyr:Y)

—

— CH — COO NH+3

—

第三类 杂环aa：

HC C—CH2

—CH

—COO

—

………

— CH 2 — CH — COO

—…

HN+ NH NH+3 N NH+3

CH

（His:H 咪唑基） (Trp :W 吲哚基 苯并吡咯)

第四类 脯氨酸，也称杂环亚氨基酸：由Glu还原、环化、再还原形成

—COO NH2

+— 四氢吡咯-2-羧酸

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(Pro:P)

分类二 按侧链R基团的极性（及在pH7左右时的解离状态）分为： 非极性：甘、丙、缬、亮、异亮、苯丙、蛋、脯、色氨酸。

不带电荷：带OH、SH、酰胺基

极性 带负电荷（酸性aa）

带正电荷：Lys、Arg、His (碱性aa) . His等电点为7.59 此外在蛋白质代谢中还有鸟aa、瓜aa（尿素循环中）、胱aa、羟脯aa、羟赖aa（胶原蛋白的组分）。甘aa的H介于极性与非极性之间，有时归入极性不带电荷类中。

人和动物的必需aa：不能自身合成必须由食物获得。

Thr、Val、Met、Leu、Ile、Phe、Lys、Trp、His*、Arg* (*半必需aa，儿童合成不足)

（二）aa的性质

1. 物理性质：无色结晶，易容于水，不容于有机溶剂，熔点高（ Gly：232℃,乙酸：16.6℃，分子间靠氢键缔合），这些特性说明是离子化合物。 2. 两性解离及等电点：（难点*）

COO—

加碱解离出H+带负电，加H+结合H+

带正电，向阴极移动，

在某一pH下带正、负电荷量相等。

—

H3N+ —C —H （由很酸向碱变化NH+3— CH —COOH NH+3— CH —COO ）

R R R

在电场中不移动，此时的pH称为aa的等电点（pI）。此时aa的溶解度最小（因为静电作用），pI与—COOH和—NH2的解离常数有关。 K—

1：—COOH解离为 —COO + H+的解离常数；K2：H3N+解离为 —NH2 + H+的解离常数。其pI可从pK计算或测定(用酸碱滴定法测定)。

aa等电点的计算：

只有一个解离基团的物质AH，其解离常数与pH的关系为pH=pK+lg([A-]/[AH]).证明：

AH A—+H+ K=[A-]*[ H+]/[AH] [ H+]=K*[AH]/ [A-]=K/（[A-]/[AH]） -lg[ H+]=-lgk--lg（[A-]/[AH]） 即：pH=pK+lg（[A-]/[AH]）Henderson-方程。当有一半解离时，即 [A-]=[AH]时，pH=pK，即溶液的pH可由其溶质的解离常数与解离量计算而得，溶质的解离常数可查得。

pK：解离常数K的负对数。aa可看作二元弱酸（酸性条件）有两个可解离的H+其分步离解如下： K1（+OH－

）

在充分酸的条件下 R—CH—COOH R—CH—COO—

+ H+

++

NH3 NH3 （R+） （R0） K2

R—CH—COO— R—CH—COO— + H+

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+

NH3 NH2

—

（R0） （R）

0 + [R ][H] [R0][H+] +

［R］= ∵K1= + [R K1 ] R0=R+ 时K1=［H+］

0

[R -][H + ] K2[R]

—

K2= R =

—0

[R0] [H+] 用NaOH滴定到R = R时K2 =[H+]

等电点时：aa处于两性离子状态，可有少量解离成阳离子和阴离子，但解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等。即：

[R]=[R+] 即 [R0][H+] / K1=K2[R0] / [H+] [H+]2= K1* K2

[H+]2=K1 ?K2 —lg[H+]=pH；—lgK1=pK1； —lgK2=pK2

—

两边取负对数得2×—lg[H]＝—lg K1＋—lgK2即：

+

pH=[ pK1 + pK2] / 2 = pI

分子的存在状态是多种多样的，但在一定条件下以某一状态为主。 即aa的等电点pI就是两性离子(R0)两侧的pK值的平均值。基团的pK值可查得，故pI值可由二pK值计算得之。

对于有三个解离基团的aa，如Asp、Lys只要取其兼(两)性离子两侧的pK值的平均值即得pI值。

COOH COO COO CH — NH+3 K1 CH — NH+3 K2 CH — NH+3 K3 Asp=

CH2 CH2 CH2

—

COOH COOH COO

——

Asp+(R+) Asp0(R0) Asp（R）

—

—

等电点时Asp主要以兼性离子R0存在，(R+)与（R—）很小且相等（等电状态为理想状态，pI为理论值）。 pI=（pK1+pK2）/ 2 同上

赖COOH COO COOCOO

CH—NH+3 K1 CH—NH+3 K2 CH—NH2 K3 CH—NH2

（CH2）4 （CH2）4 （CH2）4 （CH2）4

—

—

—

NH+3 NH+3 NH+3 NH2

—

（R2+） （R+） （R0） （R）

pI=（Pk2+pK3）/ 2 因R2+可忽略不计（pI时可认为它是不存在的，否则就不是等电状态了）。ε—NH2比α—NH2碱性强，结合H+能力大，结合后不易放出

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H+（因受COOH影响小）。 3. 氨基酸的化学性质：

⑴与强酸、强碱都可生成盐（铵盐与羧酸盐）如 谷氨酸钠 ⑵与水合茚三酮的反应 80-100℃的条件下，首先使aa氧化脱羧脱氨形成醛，而本身被还原成还原型茚三酮，然后还原型茚三酮、氨和另一分子的水合茚三酮缩合形成蓝紫色的二酮茚—二酮茚胺，这是α—aa 定性定量测定的基础，反应如下

O

H OH O O

N H O O O O （二酮茚-二酮茚胺 紫兰色 吸收峰 570nm ）Pro、羟—Pro生成黄色物质(因为无氨基) 用于比色、测定、层析、电泳的显色剂。因为产生CO2 ，也可用CO2气体

O + NH3 +

HO HO O HO

O N O —3H2O

分析法测定aa（只限于α-氨基酸），肽和蛋白也有此反应，肽越大灵敏度越差。

+

⑶与亚硝酸的反应（aa的NH2基被氧化成 —OH），NH3—N被氧化成N2，HNO2—N被还原为N2，等量进行。所以N2一半来自HNO2（其他伯氨基均可）。 生成N2的反应叫van slyke（范斯莱克）反应。

可测N2量（体积）计算氨基的含量。用于测定蛋白质的水解程度。

⑷ 与甲醛的反应：酸碱滴定没有适宜的指示剂（因为等当点过高或过低）。其氨基可与甲醛反应（加成），生成N—羟甲基或N，N—二羟甲基aa。使NH+3变为NH2释放出H+。使溶液酸性增强，可用NaOH滴定之。与NH2的含量相当，即aa含量。这就是aa的甲醛滴定法，（滴定到放出的H+被中和时的 pH为终点）。

－－

R－CH－COO R－CH－COO+H+ +NH3 NH2

+HCHO

－

R－CH－COO NHCH2OH +HCHO

－

R－CH－COO

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3）β—转角 出现在180°回折角处，此处Gly、Pro多（侧链小才可形成），也叫发夹结构、回折、β—弯曲。

O H O H

— C—NH — C — C — N— nS 310 (3×2)+4=10 2

4）自由回转（无规则卷曲）：无规则的松散结构。

一种蛋白质中往往含几种二级结构 2. 超二级结构与结构域：

相邻的二级结构的组合体（构象单元）在空间上能与其它部分分开，βαβ、αα、ββ（靠近）、β×β（连接链连接平行的β片层）、β曲折（β转角连接）、回形拓扑结构

αα β×β βαβ β曲折 左手超螺旋 希腊钥匙构象

超二级结构无特定功能（只有一定的组合规则，在空间上能辨认）。 结构域：是球蛋白的折叠单位，超二级结构进一步盘曲折叠成球状的，在空间上独立（相对）的、具有部分（一定）功能的结构，较小的蛋白可能只有一个结构域，这时结构域等于三级结构，超二级结构与结构域在结构上很难区别（后者比前者更复杂）。 结构域的类型：β—圆桶、螺旋束结构域（后二者）等 3

β转角 7 8 6 2

5 4

1

丙酮酸激酶 溶菌酶 肌红蛋白三级结构(单域)

由两个以上结构域组合成三级结构（可以是完整功能的蛋白质）。 每个结构域都有其功能，三级结构是指多肽链的所有原子在空间的排列与分布，如肌红蛋白的三级结构一条多肽链，非极性侧链埋于分子内部，极性基团分布在分子表面与水结合，所以具水溶性。有几个结构域常常就有几个功能区，结构与功能的统一。

两条以上肽链才有四级结构：分子量大的蛋白多由几条多肽链组成，它们以非共价键结合成一个功能单位，执行一个特定功能，其中一条肽链就称为该蛋白的一个亚基（Subunit）如血红蛋白由2α、2β亚基组成。

β1 β2

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以共价键连接的肽链不能称为亚基，如胰岛素A、B链以两个—S—S—键相连。

四级结构：就是指亚基之间的连接及空间排列，不包括亚基内部得空间结构，亚基单独存在无活性或活性很低，只有聚合成四级结构，才能有完整的生物活性。如血红蛋白只有2α、2β（141、146aa）=574个aa一起才能组成完整的功能单位。

胶原蛋白：左手螺旋的多肽链缠绕成三股右手超螺旋的原胶原蛋白分子。

胶原蛋白。

三、蛋白质分子中的共价键与次级键（非共价键） 一级结构由共价键维持：肽键（酰胺键），二硫键；空间结构由次级键（非共价键）维持：氢、盐键（离子键）、疏水键、范德华引力（包括H键）。二级结构主要是H键，三级结构主要是疏水力，盐键、范氏力也都起着重要作用（维持特定构象）。

四、蛋白质分子结构与功能的关系

㈠ 一级结构：结构决定功能，相同的功能有相同或相似的结构

1. 不同动物的胰岛素大同小异（差异在A链：8、9、10、30位aa残基）。变化的aa不起决定（功能）作用；细胞色素C（呼吸链的重要组分）在动物间亲缘关系越近，差异越小，人与黑猩猩的差异小于人与鸡的差异。细胞色素C的结构中与之功能密切相关的部位在各种动物中都是不变的（104个aa组成）。

2. 关键部位结构上的一点变化，就会引起功能的显著变化。如：镰刀型贫血病。只是血红蛋白（2α：141aa，2β：146aa）的β链的第六位Glu Val代替就使患者红细胞在缺氧时成镰刀状，易胀破、溶血，引起头晕、胸闷等贫血症状，都证明Pr结构与功能的统一性。 ㈡ 构象与功能的关系

构象：即空间结构。指取代基团，因为单键旋转所形成的不同立体结构。

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别构现象：构象改变功能也随之改变的现象。

血红蛋白与O2的亲和力是很弱的，但其一个亚基与O2结合后引起的构象改变，亚基间次级键破坏，使其它亚基与O2结合力变大，结合速度变快。氧结合曲线成S型

β1 β2

氧氧

饱饱 和和 度 度

P(o2) P(o2)

肌红蛋白的氧合曲线 血红蛋白的氧合曲线

第四节 Pr的性质

一、分子量

大小：一般为1万——100万

主要测定方法： 1. 超离心：在一定离心力下，分子量大沉降速度快。可用沉降系数来表示(正相关)。

沉降系数：单位离心力下的沉降速度，cm/s/(cm/s2)单位（S：斯威伯格单位10-13秒）

2. 凝胶过滤：分子筛作用。分子量越大过滤速度越快，用标准蛋白作标准曲线与之比较即可知未知蛋白分子量。

3. SDS凝胶电泳：分子量与迁移率成反比，与标准样品比较。（因为SDS使各种蛋白的荷/质比均相同）。大多数蛋白质与SDS按1:1.4(W/W)的比例结合 SDS：十二烷基硫酸钠

二、Pr的两性电离与等电点 Pr也是两性电解质：

解离基团：末端的α—氨基与羧基、aa残基侧链上的氨基、羧基、咪唑基、胍基、SH等。

NH2

Pr COOH

NH+3 H+ NH+3 H+ NH2 Pr Pr Pr COOH OH— COO— OH— COO— pH ＜pI pI = pH pH＞pI 两性离子

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pI：使Pr所带的正电荷与负电荷相等，静电荷为零的溶液pH值。此时在电场中不移动，溶解度最小。pI：决定与Protein的aa组成，碱性aa多则pI大，否则小。

电泳：带电物质在电场中移动的现象叫电泳。

方向：取决于所带电荷的性质(正负)（后者又取决于溶液的pH值和蛋白质的氨基酸组成）。

速度：取决于所带电荷的多少(正相关)和分子的大小(负相关)（荷质比） 混合蛋白的分离：电泳 自由界面电泳

电泳 纸上电泳 醋酸纤维薄膜电泳 区带电泳 凝胶电泳 圆盘电泳 平板电泳

等电聚焦电泳 免疫电泳

在pH8.6的电泳缓冲液中（各蛋白最大pI为6.35-7.3）滤纸电泳血清蛋白的电泳图如下：

清蛋白 α1— α2— β— γ—球蛋白

+ —

三、Pr的胶体性质

大小：直径1—100nm，胶体颗粒：布朗运动、丁多尔现象、电泳现象、不能透过半透膜，具吸附能力（分子大表面具电荷和非极性基团），可用玻璃纸、火棉胶等透析纯化（去除小分子杂质），是生产上和实验室常用的纯化方法。 稳定蛋白质溶液的因素（不聚集成大颗粒而沉淀）：水化膜（层）与电荷pH≠pI

四、Pr的沉淀反应

1. 加高浓度盐——盐析：破坏蛋白质的水膜又中和其电荷。不同蛋白质所带电荷不同，所以，所需盐浓度不同，可分段盐析，（NH4）2SO4半饱和，球蛋白析出；（NH4），（只要pH ＞或＜pI可以认2SO4饱和，清蛋白析出（分子量小pI低）

为所有的分子均带同样的电荷，所以，在一定pH下的盐析与分子量有关：越大越易沉淀，pI过低或过高中和其电荷所需盐浓度高）。 2. 有机溶剂沉淀：

极性有机溶剂与水的作用大于蛋白，破坏水膜，多同时调节pH使其接近pI(pI时消除了静电斥力)。多用乙醇。 3. 重金属盐沉淀(pH 高于pI时)：蛋白质的重金属盐溶解度很小 。 沉淀 4. 某些酸如：单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等生成不溶性盐而沉淀（pH＜pI），并破坏分子内氢键，使疏水性氨基酸残基移至分子表面，各分子靠疏水力结合。 5. 加热变性沉淀：破坏分子内氢键，疏水基团外露，与水亲和力减弱，水溶性降低，水化膜破坏。如制豆腐：加热大豆蛋白的浓溶液，并加入MgCl2（盐

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卤）使蛋白凝固。

制取蛋白并保持其生物活性：盐析、低温下加有机溶剂沉淀，有机溶剂在高温或长时间接触会使蛋白质变性。 五、蛋白质的变性：

理化因素影响，使空间（次级）结构，理化性质和生物学性质改变(但一级结构并未破坏)的现象。

变性蛋白质的特点：①卷曲的肽链 伸展，构象破坏；②生物功能丧失：酶的催化能力、血红蛋白的运O2能力、胰岛素调节血糖的功能。③溶解度降低、丧失结晶能力。因肽链松散，易被蛋白酶消化。 变性因素：

化学变性因素：强酸、强碱与尿素、胍盐、乙醇、重金属。 物理变性因素：超声波、紫外线、加热、震荡与搅拌。

变性的本质：次级结构破坏，但一级结构没破坏，所以分子量和组成不变。可逆或不可逆，胃蛋白酶的升温(80-90℃)与降温(37℃)可使活性可逆变化。 应用：制作豆腐、尿蛋白检验(加热)、急救重金属中毒病人(给中毒病人吃大量乳品、浓豆浆或蛋清，然后催吐)等。制备蛋白与酶应防变性：应用低温等。 六、蛋白质的颜色反应（分析测定的依据） 1. 双缩脲反应（要求含两个以上肽键）

在碱性条件下能与CuSO4反应生成红紫色的络合物，具有双缩脲结构的物质都有此反应（二脲加热脱氨形成双缩脲：H2N—C—NH—C—NH2）与Cu ++形成络合离子（两侧的氨基），540nm有吸收峰。 O O

O O

—C—NH—CH—C—NH ：含两个肽键的结构与双缩尿相似。

2. 米伦（氏）反应：

米伦试剂：硝酸、硝酸汞、亚硝酸与亚硝酸汞的混合液（millon,reaction/反应）与蛋白质相遇产生白色沉淀(加热后则呈砖红色)，酪aa等含酚基化合物都有此反应。

3. 乙醛酸的反应（Trp）

将浓H2SO4加入蛋白质与乙醛酸的混合液，H2SO4与混合液成两层，两层间出现紫色环，为Trp与乙醛酸的缩合物，不含Trp的白明胶无此反应。浓H2SO4提供反应条件。

4. 坂口反应（精aa的胍基）

Arg的胍基与次氯（溴）酸钠及α—萘酚在碱性条件下反应生成红色产物，可用于鉴定含Arg的蛋白及测定 Arg的含量。

5. 酚试剂（碱性CuSO4及磷钨酸——钼酸）反应

酚基（Tyr）可还原磷钼酸及磷钨酸为兰色的钼蓝与钨蓝。 6. 与水合茚三酮反应生成蓝紫色物质（似aa）

7. 黄色反应：Phe、Tyr的苯环与硝酸生成黄色的硝基苯化合物。 8. 与醋酸铅反应生成黑色的硫化铅沉淀（Cys与胱aa含量） 9. 与考马斯亮蓝显色（595nm吸收峰）。G-250 R-250 第五节 蛋白质的分类

分简单与结合蛋白（按组分类）

简单蛋白：水解只产生aa(α—)按溶解度可分为7类：

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清Pr、球Pr、谷Pr、醇溶Pr、组Pr、精Pr、硬Pr。 清Pr：溶于水和稀盐溶液,在饱和硫酸铵溶液中沉淀。

球蛋白：不溶于水，只溶于稀盐溶液，在半饱和的硫酸铵中沉淀， 醇溶Pr：不溶于水和稀盐，可溶于稀酸、稀碱和70-80%的乙醇。 谷蛋白：不溶于水和稀盐；可溶于稀酸、稀碱。 精蛋白与组蛋白（碱性蛋白）：溶于水和稀酸，为碱性蛋白。

硬蛋白：在水、稀酸、稀碱与稀盐溶液中不溶。主要存在于毛、发、角、爪、骨等组织中。

结合蛋白：= 简单Pr + 非蛋白质组分（辅基），分为： 1. 核蛋白 = Pr + 核酸：核糖体、染色质

2. 糖蛋白 = Pr + 糖（共价键相连）糖的半缩醛羟基与Pr中的Ser、Thr等的羟基以糖苷键相连(O连接)或由糖的半缩醛羟基和Asn的酰氨基以N 连接（脱水）。

3. 脂蛋白：蛋白与脂类通过非共价键相连。其蛋白部分称载脂蛋白，主要存在于膜上及动物血浆中，使脂类能溶于水中运输。血浆脂蛋白：按密度分为，乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白4类（CM、VLDL、LDL、HDL），其蛋白质含量依次增加，而脂类(包括固醇)含量依次减少。

4. 色（素）蛋白：其非蛋白辅基为色素

如：血红蛋白 = 珠蛋白 + 血红素（原卟啉 + 二价铁），H2O2E、细胞色素C均由蛋白质和铁卟啉组成。 铁卟啉

CH 由四个这样的吡咯环和亚甲基连接成环状N 的原卟啉.

5. 磷蛋白 = 蛋白质 + 磷酸（与Ser、Thr的羟基形成磷脂）。 如：乳汁中的酪蛋白含有许多Ser磷酸残基(可结合大量钙)。 有人提出按蛋白质的功能进行分类分为：酶（催化）、激素蛋白（调节）、运输蛋白（转运）、运动、防御蛋白（抗体）、受体、毒蛋白、膜蛋白。非活性蛋白：丝心Pr、胶原Pr、弹性Pr、角Pr。

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第二章 核酸

第一节 核酸的概念与重要性

核酸：细胞核内含磷的酸性物质 DNA：核、叶绿体、线粒体。 RNA：C质中。

细菌转化实验（Avery艾弗里）,证明DNA是重要的遗传物质（从有毒肺炎双球菌菌株提取的DNA能使无毒的同类菌株转化成有毒菌株），为多核苷酸的高分子化合物。 DNA：作为遗传物质，主要存在于细胞核中；真核细胞细胞器DNA只占DNA总量的5%。

RNA：少数病毒的遗传物质。主要作用是转录DNA的遗传信息，并指导蛋白质的生物合成，现发现有的有酶样作用。主要存在于细胞质内，核内RNA只占RNA总量的10%。小RNA的作用（RNA剪切）是近年来的研究热点。

第二节 核酸的组成成分

水解：核酸 核苷酸 核苷 + Pi

碱基 + 戊糖 （ 嘌呤、嘧啶）（核糖、脱氧核糖）

核糖与苔黑酚反应成绿色，脱氧核糖与二苯胺反应成蓝色

一、核糖与脱氧核糖（分类依据）：β—D型。

CH2OH HOH2C CH2OH O OH O O

OCH3 β－D－型核糖 β－D－2－脱氧核糖 D－2－O－甲基核糖（RNA中） 二、嘌呤(嘧啶并咪唑)碱与嘧啶碱： DNA 和RNA各含四种碱基，嘌呤同。

A. NH 2 G O

1 N N N HN C不足的键用H饱和

N N H2N

N N

O O I N N H3C—N HN 次黄嘌呤 1—甲基次黄嘌呤

N N H N H N O X OH HN O N N HO N

N

黄嘌呤（酮、烯醇式） N

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O

H

HN N O 尿酸 含氧的碱基有酮式与稀醇式两种互变异构体，酮式为主 N

O N H H

NH2

O

3 N N HN

N O O N 1 N H

H

嘧啶 尿嘧啶 胞嘧啶

O O OH HN O CH3

HN O H H N H H

HO N N H H T U U的烯醇式

N H

嘧啶为碱性，六元杂环N原子的孤对电子不参与Pπ共轭，所以可与H+结合而显碱性，咪唑环为酸性，其N的未共用电子对参与了环的共轭，结合H+能力减弱其氢可以H+解离出来。显负电荷，故嘌呤碱可结合Ag+等。

三、核苷：核糖或脱氧核糖与碱基（脱水）形成的糖苷，叫核苷。

核苷中的糖苷键通常是由核糖的半缩醛羟基与嘌呤碱的第9位N原子或嘧啶碱的第一位N形成糖苷键，假尿苷：C′1—C5，戊糖C原子标号为1′、2′、3′ ??碱基环中的原子标号为1、2、3 ?? O

NH2

N N HN N N O N HOH2C HOH2C O O

A U(ψ假尿苷/假尿嘧啶核苷)

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四、核苷酸：

核苷中的核糖OH与Pi形成的Pi酯，核苷酸（也叫P—核苷）可分别形成/

2、3/、5/—核苷酸

脱氧核苷酸只有3/和5/—核苷酸，5/的居多。如AMP、GMP、dAMP、dGMP等。无特殊指明均指5/—核苷酸。

水解DNA或RNA得5/或3/核苷酸或脱氧核苷酸，核苷酸通常指5/—核苷酸，pA：5/—腺苷酸，Cp：3′—胞苷酸，若为2/需标明：Gp2′：2′—鸟苷酸，2′—核苷酸在生物体内很少。

+Δ AMP + Pi ADP + Pi ATP 是RNA合成的原料 写出结构式！ dATP、dGTP、dCTP、dTTP（脱氧胸苷酸）是DNA合成的直接原料。 UTP参与糖合成；GTP 参与蛋白质的合成。CTP参与磷脂合成。ATP：能量代谢。AMP：作为辅酶FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)、NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二

+

核苷酸）、NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）的结构组分。调节代谢：cAMP、cGMP、ppGpp（5′—二磷酸3′—2P鸟苷）、pppGpp、pppApp、pppAppp(休眠与逆境)、A5′pppp5′A(与细胞的生长速度正相关)。 五、核苷酸的连接方式 DNA和RNA中3′—5′P二酯键，核苷酸的戊糖和P构成核酸大分子的主链，碱基构成侧链，P基呈酸性，在生理pH下带负电，嘌呤和嘧啶具有疏水性（DNA形成双链时碱基埋在里边）。每一链有—3′末端和一5′末端（长链状）

O-5′O=P—O—CH2OO1′-3′GGCPPAOHOHOH-OO=P—O—CH2OO-3′5′P3′C5′pGpCpAOHpG-C-ApGCAOHOHOO=P—O—CH2OO-3′5′AOHOH

P：磷酸基团。简写式：pApCpGp GpU（ 表示核酸酶的酶切位点）。p可略 简化式的读写：左5′ 右3′(中间以3′，5′—磷酸二酯键连接，如果不是应注明)。也是合成的方向！

第三节 DNA的结构

一、 一级结构：DNA分子中四种脱氧核苷酸的排列顺序。

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生物大分子，分子一般在5000b以上。

二、 二级结构：双螺旋结构Watson Crick 1953提出。

拉直后：

5′ 3′ A C G T G C A T C T T

T G C A C G T A G A A

3′ 5′

1. 内容如下：

1）. DNA分子是由两条多脱氧核苷酸链组成的，方向相反5′—3′，3′—5′以它们的糖 — 磷酸为主链，以共同的中轴，绕成右手螺旋，表面有大沟（两圈间）和小沟（两链间）。 2）．两条链上的碱基均在主链内侧（相对的两链中间）。且以氢键相连，形成碱基对AT、GC，其长度为双螺旋的直径2nm，AT间两个H键，GC间三个H键。互补配对原则。

A的1位N与T的3位NH；A的6位氨基氢与T的4位氧形成氢键

G的1位NH与C的3位N；G的6位氧与C的4位氨基氢，G的2位氨基氢与C的2位氧分别形成氢键！

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别构抑制剂（负效应剂 前面讲的即是），可以是底物、产物（或其它物质）。 别构酶一般是寡聚酶，由两个以上亚基组成，有调节亚基，调节亚基结合效应剂决定反应速度，催化亚基决定反应性质（结合底物与催化）。 别构酶的反应速度与[S]不服从米氏方程，v-[S]曲线，不是直角双曲线，而是呈S形曲线，有的则为较平坦的曲线，有利于反应速度的调节。

-如：ATCase合成CTP的第一个酶 COO

+ 氨甲酰P + Asp H2N—C—NH—CH + Pi + H同种协同效应 抑 O CH2 1 Rs=81 -

制 COO 2 Rs＜81 3 Rs＞81

2：正协同效应

CTP UTP UMP ATP是ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶)的别构激活剂，有三个调节亚基，两个催化亚基，而CTP是其抑制剂，使合成量与需要量平衡，能自我调节。

Asp与酶的结合具正协同效应，CTP对Asp与酶的结合具负协同效应。使ATCase具有在高[Asp]时才能起作用（反应速度下降）。

ATP对Asp与ATCase的结合具有正协同作用（异醋效应），反应加快，促进CTP的合成，多方的调节使需要与合成保持平衡。

4

3 v 1

2 异种协同效应

S0.5(Km) [Asp] 1：没有CTP和ATP ；2：加入CTP；3：加入ATP ；4：加ATP使酶饱和。 这种作用可用Rs(称为协同指数也称饱和比值)表示。

Rs=S0.9/S0.1米氏酶为81，具有正协同作用的Rs＜81，具有负协同作用的Rs＞81。 S0.9和S0.1表示反应速度为最大反应速度90％和10％时的底物浓度 因为0.9V= V [S] /（Km+[S]）0.9 Km+0.9[S]=[S]，[S]=9Km 0.1 V= V [S] /（Km+[S]）0.1 Km+0.1[S]=[S] [S]=1/9Km 所以Rs=81(米氏酶)

协同作用：一个配体与酶结合后对另一配体与酶结合的影响。

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第八节 酶活力的测定p335

酶促进反应的能力，以酶所催化的反应速度表示。如，POD的作用：

如： H2O2 + H2N— — —NH2 蓝色物质（吸收峰580nm）。

1U(unit)=1μmol/min 即1分钟使1μmol底物转化为产物所需的酶量(最适条件下25℃)。

76

1Kat：1秒内转化1mol底物所需的酶量。1Kat = 6 × 10U(60*10) 测定条件：pH、温度等最适，底物浓度足够高，初速度，固定条件。 比活力：单位质量样品所含U数，也可表示酶的纯度。 鲜样、蛋白

第九节 酶的制备

从生物组织中提取：产生器官。如，木瓜蛋白酶（果实）， 微生物发酵生产。选择高产量的菌株

分离蛋白、核酸的方法：沉淀、离心、层析、电泳等要避免变性。 胞内酶：破碎细胞、组织。

胞外酶：直接从体液中分离纯化。 分离纯化酶的方法：

1. 盐析法 破坏水合膜，中和电荷

2. 有机溶剂沉淀法。较好的方法，但要低温（乙醇、丙酮等极性有机溶剂）。 3. 吸附法：酶液中加入吸附剂（Al2O3、硅藻土、Ca3（PO4）2、淀粉、羟基磷灰石等）吸附纯化，再过滤、改变条件洗脱从吸附剂上分离，现多制成层析柱（吸附层析） 凝胶过滤和超离心(根据分子大小不同)、离子交换层析(带电性不同)、亲和层析(与底物配体结合)。 纯酶易失活，干粉（冷冻、减压干燥制成）低温下保存。 提取中的常用术语：

总活力 = 活力单位数/ml酶液*总体积（ml）

比活力 = 活力单位数/mg蛋白 =总活力/总蛋白（氮）mg 表示纯度 回收率（产率） = 每步骤所得总活力/第一步的总活力 纯化倍数 =每步的比活力/前一次的比活力？

第十节 酶的应用（自学）

因为其催化效率高，专一性强无负反应，产物便于提纯，条件温和，所需设备简单，无需大量的化工原料（创造高温、高压、强酸、强碱条件及其适应性的设备）。所以应用范围广。主要用于以下几方面： 淀粉酶用于纺织品的脱浆，（节约碱），避免污染 蛋白酶用于脱毛、皮革软化、蚕丝脱胶，加入洗衣粉等洗涤剂中洗涤蛋白污物。 脂肪酶：食品增香、羊毛洗涤(脱脂)。 固定化酶：酶连接到某种载体上，可反复利用，反应液流经固定化酶。 研究 固定化酶、酶系、细胞、菌体，制成酶反应器（容器）、多酶反应器。 酶工程：酶的生产、制备和应用。 工具酶：DNA限制性内切酶与连接酶等。

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测酶诊病：血清淀粉酶（胰腺炎）、转氨酶（肝炎与心肌炎）、胆碱酯酶活性下降（有机磷农药中毒）。 疾病治疗：消化（胃蛋白酶等）、化脓性创口净化（胰蛋白酶等）。 青贮饲料：利用微生物体内酶的作用。增加营养。 作为分析试剂：应用于化学分析——酶法分析。分析某一底物的量如 糖。 自然界中不存在的抗体酶，人工模拟酶，化学酶等的研制，将使酶的应用前景更广。

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第四章 维生素与辅酶

维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。 需量少，不能自身合成，不是结构原料，也不是能源物质，只起调节代谢的作用，缺少之则物质代谢障碍，不能正常生长，产生缺乏病。

种类多，无相似的结构，按溶解性分为脂溶性和水溶性两大类：

脂溶性：A、D、E、K、硫辛酸（硫辛酸同时具有脂溶性与水溶性，还有预防心血管疾病、老年性痴呆、帕金森氏病、中风、糖尿病等作用，并有益于皮肤美容，延缓人体各重要器官的衰老）。

水溶性：B1、B2、B6、B12、C、叶酸、泛酸、生物素、Vpp。

主要作用是作为辅酶或辅基的组分，参与代谢的调节，尤其是VB1、VB2、Vpp、泛酸、叶酸几乎全部参与辅酶的组成。辅酶和辅基的作用是作为载体起转移电子、原子或化学基团的作用。 一、VB1与脱羧辅酶 VB1：含有嘧啶环和噻唑环。 O

R—C—COO-- NH2

H S 1 CH2 + N 3 N CH2—CH2OH （PP） 4 5

CH3 H3C N

因为噻唑环上含硫，嘧啶环上含氨基，所以叫硫胺素，其与ATP反应形成的焦磷酸硫胺素（TPP）即是α—酮酸脱羧酶、转酮醇酶的辅酶。

转二碳单位

TPP的噻唑环上的三位N的正电荷有助于二位C原子失去H+与α—酮酸中的羰基碳加成脱羧而生成醛，缺之产生脚气病：烦躁易怒、四肢麻木、下肢水肿、食欲不振、消化不良等。米糠、麦麸、白菜、芹菜、瘦肉中含量较多。吃精米、面易得脚气病。 二、VB2与黄素辅基 VB2含核糖醇基的黄色物质，所以叫核黄索，为核（糖）醇与6，7 — 二甲基异咯嗪的缩合物。

OH OH OH O CH 2 — CH — CH — CH 2O — P — O - 黄素单核苷酸（ FMN ） —CH 二甲苯 O N 核黄素（ V B2 ） N O H3C 1 —O—P O 黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD ） 10 N H N O H3C N 脲嘧啶 N NH2 比嗪 O CH2 O

N1与N10加H与脱H N N

核黄素 第49页 共132页

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VB2作为氧化脱氢酶（黄素蛋白FP）的辅基组分，将氢从底物上脱下传给受体，缺乏时出现口角炎、舌唇炎（口疮）、角膜炎等。 青菜、黄豆、动物的心、肝、鸡蛋等中富含VB2。

D—氨基酸氧化酶、NAD+—细胞色素还原酶、琥珀酸脱氢酶、甘油—α-磷酸脱氢酶、酰基辅酶A脱氢酶等均以FAD为辅基，而羟基乙酸氧化酶（催化羟基乙酸氧化为乙醛酸）以FMN为辅基。 三、泛酸与辅酶A

遍多酸： CH3 O

CH2 — C — CH — C — NH — CH2 — CH2 — CO（OH）泛酸

O（H） CH3 OH NH—CH2—CH2—SH

COASH的—SH（代替OH） -O—P O

可与酰基形成硫酯，作为酰基

的载体，参与体内的转酰基反

O

应。

N 动植物中含有丰富的泛酸，肠 -O—P O N NH2

内细菌也能合成供人体利用，

所以人类极少发生泛酸缺乏

O — CH2 O 病。

N N

O 3′— P — 核糖

-O—P O -O

CoASH（由3′— P — 5′— PP —腺苷、泛酸和氨基乙硫醇结合而成），作为酰基的载体。与酰基形成硫酯。

硫辛酸（6，8—二硫辛酸： CH2 ）是α—酮酸氧化脱羧所必需的辅酶；还原型 CH2 CH2—（CH2）4—COOH S S 硫辛酸（HS—CH2—CH2—CH2—（CH2）4—COOH）因分子中有自由型的 —SH，故可解 SH 除砷、汞等毒物对巯基酶类的毒害。 O OH OH Vc：六碳酸性多羟基化合物。 C — C C—CH—CHOHCH2OH，因为C2、C3 O 上两个相邻的烯醇式羟基极易解离放出H+ ，所以其虽无羧基，但仍有有机酸的性质。又因为它有防止坏血病的功能，所以又叫抗坏血酸C2、C3上的羟基氢又可以氢原子形式释放，使物质还原，易被光、Fe++、Cu++或荧光物质（如核黄素）

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3）．参数：碱基对平面垂直螺旋轴，糖环平面平行于螺旋轴，每个螺旋圈有10个碱基对，每圈的高度3.4nm，相邻碱基对之间的距离为0.34nm，碱基堆积力(疏水力)和H键使双螺旋稳定，2碱基对间旋转的角度为36°（后来的测定证明每个螺旋含10.5个碱基对，高3.6nm）。

单链DNA（ssDNA）以碱基数表示其大小(b,nt)，如病毒θx174，M13 。 2. 双螺旋结构的依据

1）．X射线衍射图谱：不同来源的DNA图谱相似，呈两条具有螺旋结构的链，且有0.34nm和3.4nm两种周期性变化（碱基对与螺旋圈）Wilkins Franklin 2）．层析法分析DNA的碱基组成A=T，G≡C（mol比）。查盖夫

3）．P基可用电位滴定，嘌呤和嘧啶不能滴定，说明埋在分子内形成了氢键。

DNA双螺旋的类型： 类型 A-DNA 75Na B-DNA 92Na Z-DNA CG C-DNA 45Li D-DNA AT 螺旋直径旋转方向 （nm） 右 右 左 右 右 2.3 2.0 1.8 每圈的碱螺距（nm） 基对数目 2.8 3.4 4.5 3.09 2.43 11 10 12 9.33 8 碱基对间垂直距离nm 0.255 0.34 0.37 0.33 0.304 碱基对与水平面倾角 20° 0° 7° 6° 16° Watson.crick模型92%相对湿度的DNA钠盐称B—DNA。 75%相对湿度的DNA钠盐，为A—DNA 结构随条件而变化

A-DNA与DNA-RNA杂交分子的构象及RNA双螺旋部分的构象同、短、粗。

Rich的Z—DNA为人工合成的d（CpGpCpGpCpG）结晶，双链绕成左手螺旋DNA，P基在多核苷酸主链上的分布呈“Z”字形，所以叫Z—DNA。表面只有一个沟（另

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一沟很狭），d(AC)n也是-左手螺旋，用Z—DNA制得的抗体可与动植物细胞核中的DNA结合，说明天然DNA也有左旋DNA。

改变相对湿度其螺距、每圈螺旋的碱基数、螺旋直径，碱基对平面的倾斜角等都发生改变，45%时称C—DNA（锂盐）。

AT交替的序列：每圈8bp，螺距为2.43nm，碱基平面倾角16°，称D—DNA。 T2噬菌体的DNA在相对湿度95%时呈B型，60%时呈D型（类似），说明DNA在体内是变化的。组成结构不同的部分螺旋结构也会有所不同。

二 核酸的结构：双螺旋 单链 三链(C-G-C或T-A-T)使DNA的AT GC不等。 三链结构 TTAGCAC CACGATT 四链结构：GGGGGG AATCGTG GTGCTAA GGGGGG TTAGCAC CACGATT GGGGGG GGGGGG 三、DNA的三级结构

DNA双螺旋进一步盘绕扭曲即成三级结构。

双链DNA的形式：线形、环状（dcDNA） 超螺旋 右手 负超螺旋 左手 正超螺旋 环状 超螺旋（三级）

在凝胶电泳中移动速度由快到慢的次序为：超螺旋-线形-松弛或开链环形(最慢)。

环形DNA的不同构象 第22页 共132页

L:连环数(二单链间缠绕数)；T:扭转数(总缠绕数)；W:超螺旋数

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松弛环形DNA（不解链，不形成超螺旋）生物体无 解链环形：复制、转录时的状态

负超螺旋：自然状态；复制转录时可形成正超螺旋

真核生物线形DNA：绕组蛋白形成核小体（也是一种超螺旋）

组蛋白：H1 H2A H2B H3 H4 核小体（粒）的核心各2分子

念珠状结构进一步折叠、盘绕形成螺线管、突环、微带及染色体，共压缩8000-10000倍。

超螺旋的形成有利于DNA的储存，解开有利于其复制与转录。

第四节 DNA与基因组

一、DNA与基因

复制、转录、翻译，DNA RNA Pr 基因：DNA分子中最小的功能单位。 分为 结构基因：编码RNA或Pr

调节基因：不转录成RNA，只起调节作用。 某生物体所含的全部基因称为该生物体的基因组。 人体基因组共2.5-3.5万个基因（也有报道3－5万）。人类的DNA共有约30（29-32）亿个碱基对（单倍体）。在所有DNA中，只有1-1.5％的DNA能编码蛋白，人类基因组（包括非基因序列）中98％以上的序列都是所谓的“无用DNA”，基因的平均大小为27kb.现已克隆出多个疾病基因和功能基因。

二、原核生物基因组的特点（DNA利用充分冗余少），如，大肠杆菌基因组已搞清

1. 基因组小，只一个DNA分子，大部分为结构基因（编码蛋白），且为单拷贝。 2. 功能相关的基因连在一起，同时转录在一个mRNA分子中。如乳糖操纵子：

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i p ｏ ｚ ｙ ａ

mRNA

β-半乳 β-半乳糖 β-半乳糖苷

乳糖 糖苷酶 苷透过酶 转乙酰基酶(乙酰转移酶)

3. 不同基因有重叠（甚至完全包含），读码框不同，利用充分。

A B D E 如，θX174

4. 细菌中含许多被称为质粒的小环形DNA，可在细菌间转移，可做基因载体。 三、真核生物基因组的特点：

基因组大，多个染色体，多个DNA分子。容量大 其DNA序列有如下特点： 1. 有重复序列，如，GCATGGCATGGCATG??可以在不同染色体，或同一染色体的不同部位，由重复的多少可分为：

1）.单拷贝序列：只出现一次或少数几次。主要是结构基因，人类占总DNA的50%

2）.中度重复序列：可重复几十次到几千次。tRNA、rRNA及某些Pr基因在人类细胞中占总DNA的30-40% 分为：散布重复序列和串联重复序列。

3）.高度重复序列：重复万次以上至几百万次，多为小于10bp的短序列，不编码RNA或Pr，可能调控基因表达，富含A-T或G-C对，离心时在非重复序列旁形成单独带，所以称为卫星DNA。（简单重复序列SSR：可作为标记研究），位于基因之间的特定区域（异染色质区）。 2. 有断裂基因

内含子（intron）：基因中不编码的序列、外显子（exon）：基因中编码的序列。一个基因可含有多个内含子，使基因成为不连续的断裂基因，也有无内含子的基因(如，组蛋白基因)。基因的功能部分断裂成：内含子数目＋1个片段！

某些真核生物的断裂基因 基因 内含子数目 基因 内含子数目 卵清蛋白 7 β-珠蛋白 2 卵类粘蛋白 6 δ-珠蛋白 2 伴清蛋白 17 免疫球蛋白轻链 2 α-珠蛋白 2 免疫球蛋白重链 4 分子杂交研究断裂基因：mRNA不与内含子区域结合而形成突环，结合电镜观察。intron可能有调节基因表达的作用。

mRNA DNA

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第五节 RNA的结构与功能

RNA一般为一条单链(也有双链)，可自身形成部分双螺旋（称为茎或臂）和突环，所以RNA是含短的不完全螺旋区的多核苷酸链。也可能相距很远的两部分间形成双螺旋！

主要有三类m、t、rRNA。此外还有mRNA的前体hnRNA、snRNA、asRNA，结构功能各不相同。 一、tRNA

占总RNA的15%，运输aa，蛋白合成，一种aa可有几种tRNA，分子小。4S 一级结构：核苷酸的排列顺序 二级结构：多环多臂 OH A tRNA三叶草叶型: 3? C C 5?

D TψC D 可变环

反密码环 酵母丙氨酸tRNA的二级结构(反密码子IGC,密码子为GCU(C、A、G))

双螺旋区称臂，不配对的部分称为环，四臂四环，含有较多的稀有碱基。如D、T（胸苷）、ψ（假尿苷）

1. 氨基酸臂7bp，3?—CCA—OH与aa的COOH成酯连接 2. D臂（3-4bp）

3. D环（8-14b）含两个D(二氢尿嘧啶) 4. 反密码子臂（5bp） 5. 反密码子环（7b）：环中央含有与mRNA互补的反密码子。 6. 可变环（多为4-5b，可多至21b） 7. TΨC臂（5bp）

8. TΨC环（7b） GTΨC序列与核糖体5SrRNA的CGAA序列互补结合识别。 不同tRNA有一些不变的核苷酸,所以结构相似。

三叶草（叶）型的二级结构进一步折叠成倒“L”即“√”型的三级结构（x射线衍射图证明），aa臂、TΨC臂沿同一轴排列（12bp）的连续双螺旋构成L的短臂，反密码子臂与D臂沿同一轴排列，构成L的长臂，D、TΨC环构成倒L的转角（靠H键和堆积力稳定）。

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第三章 酶

第一节 酶的概念

新陈代谢的生物催化剂，催化特性：

1. 催化效率高：以分子比表示（一酶分子相当于多少无机催化剂的催化作用），酶促反应的速度比其它催化剂催化的反应速度高106—1013倍，（相对速率），如CA（碳酸酐酶）催化CO2＋H2O H2CO3比非酶催化快107（1千万）倍。

转化数：单位酶单位时间催化转化的底物数量。是指酶被底物完全饱和时，每单位时间内、每个酶分子所能转化底物的分子数，称为转换数（turnover numbe TN），也称为催化常数kcat。

2. 专一性强：只能作用一种或一类结构相似的化合物，发生一定的反应。如淀粉酶、酯酶、蛋白酶。均为水解酶 3. 要求反应条件温和，对条件变化敏感。因为酶是蛋白质或核酸（易变性失活）其结构因条件而变，进而引起其活性变化。

4.酶也同细胞内其它生活物质一样不断自我更新（代谢）也受环境影响，所以易受各种因素的调节与控制。

根据作用部位分为：胞外酶（分泌到细胞外发挥作用），胞内酶（在产生的细胞内起催化作用）这些酶在细胞内常有一定的分布部位：如三羧酸循环酶系、氧化磷酸化酶系都在线粒体内。

第二节 酶的分类与命名

一、分类：根据酶所催化的反应类型分六类。

1. 氧化还原酶类。AH2 + B A + BH2 各种氧化酶和脱氢酶。

2. 转移酶：催化分子间基团转移的酶类AB + C A + BC 如转氨酶、转酰基酶、转酮醇酶、醛醇酶等等。

3. 水解酶类：催化水解反应。AB + H2O AOH + BH 淀粉酶、蛋白酶、酯酶（脂肪酶）等等。 4. 裂解酶（亦称裂合酶）：催化底物分子上移去一个基团而形成双键的反应及其逆反应的酶。如醛缩酶、脱氨酶、CA（CO2+H2O H2CO3）、水化酶、脱羧酶等。如丙酮酸脱羧酶。

5. 异构酶：催化同分异构体间的相互转变。6—P—G 6—P—F

6. 合成酶(连接酶)：催化与ATP的高能键断裂相偶联的由两种物质合成为一种物质的反应。反应通式为：A + B + ATP AB + ADP + Pi 如丙酮酸羧化酶：丙酮酸 + CO2 + ATP OAA + ADP + Pi Asn合成酶等。 大类——亚类——亚亚类——排号。列成“酶表”，如： 乳酸脱氢酶:EC1.1.1.27。催化下列反应

H3C—CHOH—COOH + NAD+ H3C—CO—COOH + NADH+H+

EC：酶学委员会英文缩写。1：氧化还原酶。亚类1：被氧化的基团为CHOH。亚亚类1：表示被还原的是NAD+（受H体）。27：是酶在亚亚类中的顺序号（以发现前后排序）。酶表使每种酶都可有一编号还可为新酶留下空间。 二、酶的命名

系统命名：底物名 + 反应类型。

习惯命名：同上，但要求不很精确，只要说明即可。如：乳酸脱氢酶（乳酸:NAD+氧化还原酶）、水解酶省去反应类型（水解），有的要加上来源，以区别同一类酶。

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如胃、胰、木瓜蛋白酶等。

第三节 酶的化学性质

一、大多为Pr（已发现的），证据（大多数酶）也有少数为RNA或DNA(脱氧核酶)。 1. 对热不稳定。遇热失活似Pr与核酸热变性。 2. Enzyme是两性电解质（似蛋白和核酸），不同pH时可向正负极移动。 3. 引起蛋白与核酸变性的理化因素也多使酶失活。

4. 酶具有蛋白、核酸的性质。如胶体性质、不能透过半透膜等。水解产物AA 5. 已人工合成许多蛋白、RNA酶、L19RNA，并已发现某些DNA具有催化活性。 6. 已有许多酶均已纯化结晶为纯品检定为Pr或核酸 二、酶的辅因子（酶的非Pr组分）组成分类：

单纯酶：一般水解酶。只由氨基酸组成。 结合酶：全酶=EPr + 辅因子（作为电子、原子或基团载体）。

EPr也称脱辅酶。

辅因子：对热稳定的非蛋白的小分子物质(不易变性)。 金属离子

辅因子 辅酶： 一辅酶可与不同的EPr结合为不同的全酶，酶的专一性由Epr所决定。 辅基： 与Epr结合牢固，不能透析或凝胶过滤而除去。

NAD+可与多种不同的酶蛋白结合成不同的全酶。如：乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、3—PGA脱氢酶等。

三、单体酶、寡聚酶和多酶复合体（由组成及存在形式又可分为） 1．单体酶：只有一条肽链（或两条以上由二硫键等共价键连接而成），数量较少，全是水解酶，如核糖核酸酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶等。

又如胰凝乳蛋白酶是由3条肽链组成，肽链间由二硫键相连构成一个共价整体。这类含几条肽链的单体酶往往是由一条前体肽链经活化断裂而生成。

常见的单体酶 酶 溶菌酶 核糖核酸酶 木瓜蛋白酶 胰蛋白酶 羧肽酶A（含锌）

相对分子质量（Mr） 14600 13700 23000 23800 34600 氨基酸残基数 129 124 203 223 307 2. 寡聚酶：几个亚基组成的酶（具四级结构），亚基间以非共价键结合，多为糖代谢酶（可进行别构调节），所以分子量较大；亚基单独存在没有活性。

常见的寡聚酶 酶 磷酸化酶a 己糖激酶 果糖磷酸激酶 乳酸脱氢酶 数目 4 4 2 4 亚基 相对分子质量（Mr） 相对分子质量（Mr） 92500 370000 27500 102000 78000 190000 35000 150000 3. 多酶复合物（几种酶靠非共价键结合在一起的复合物催化相连续的反应）也称多酶体系

前一个酶的产物是后一个酶的底物，它们常催化一个连续代谢过程的连续反应，提高催化效率，便于调节，有利反应的顺利进行，如丙酮酸脱氢酶复合体（系）：

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丙酮酸脱羧、硫辛酸乙酰移换酶和二氢硫辛酸脱氢酶组成。脂肪酸合成酶复合物等。

第四节 酶的结构与功能的关系

具有催化活性的功能与结构的关系： 一、活性部位与必需基因

并非酶分子中所有基团都与酶活性有关，有的经修饰酶即失活（必需基团），有的则无多大影响。活性部位（也称活性中心）：是指酶分子中直接与底物结合，并与酶催化功能直接相关的部位，一些侧链基团组成（有时也包括aa残基主链上的结构）或包括辅酶或辅基上的部分结构，它们在一级结构上可能相距很远或不在一条肽链上（如寡聚酶），但空间上靠近，形成有一定空间结构的区域，它在所有已知的酶中均位于酶分子的表面呈裂缝状。

活性部位 结合基团：酶与底物结合。决定酶的专一性。 有些基团二者兼有 催化基团：直接参与催化反应（反应的性质） 如：胰凝乳蛋白酶（也叫糜蛋白酶）催化疏水性aa（包括芳香aa）的羧基所形成肽键的水解（三段肽链组成）。

三个催化基团：His57，Asp102，Ser195

活性部位 与底物结合的疏水口袋中的若干aa残基（四段肽段一个二硫键）。

1 13 16 HiS 57 Asp102 146 149 Ser195 245 122 136 201 S S S S 在42-58，168-182和191-221各形成一个链内二硫键！

195 CH2-CH(NH)-CO- OH O -C-NH-

底物上的疏水aa侧链伸入到口袋中，与组成口袋中的部分aa（疏水性的）残基进行疏水力结合。His57，Asp102，Ser195分布在两个肽链上，一级结构上相距很远，但由于肽链的盘绕、折叠，使之在空间上靠得很近，Ser195即起催化作用又以其NH与底物被水解肽键的羰基氧形成氢键（结合基团），其OH氧参与催化反应，进攻底物羰基碳，造成肽键不稳而断裂，活性部位的基团和维持酶空间构象的基团都是必需基团。 二、酶的特性之二—— 酶原的激活

许多酶（与消化、水解有关的）刚合成时无催化活性，称酶原。转变成有活性酶的过程称为酶原的激活，其实质就是酶活性部位（活性中心）形成与暴露的过程。

肠激酶

如：胰蛋白酶原 切下N端6肽使His、Ser、Val、Ile相互靠近,

胰Pr酶

形成活性中心，使酶原变成酶。

暴露：胃Pr酶原 HCl 切下N端44个aa残基的碱性前体片段（含Lys

胰Pr酶

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和Arg多），形成的活性酶，（活性中心内有一对Asp在酶原中与前体片段的Lys以静电作用，使活性中心堵塞，所以酶原不表现活性）。pH 1—2时切下前体中的碱性片段，所以形成有活性的酶。

VaL-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys-Ile

—S-S- -S—S—

胰蛋白酶原的激活 酶以酶原形式存在，可使产酶细胞不被其水解破坏（保护机制）。

三、酶的特性之（三）酶可有不同的分子结构，却可催化相同的反应，这些催化相同反应的酶称为同工酶。可由不同基因编码，也可由同样基因编码，但转录或翻译后加工过程不同，它们能催化相同的化学反应，是因为它们的活性中心结构相同或相似。

如乳酸脱氢酶（LDH），是四个亚基的寡聚酶，二种亚基M（骨骼肌型）、H（心肌型）型，二亚基分子量相同，但组成不同，由不同基因产生，可以是M4、M3H、M2H2、MH3、H4五种分子结构，可通过电泳分离之（非变性电泳），此外还有第六种LDH的同工酶，X（LDH—x），C4，C亚基由与M、H不同的基因控制。

已发现异柠檬酸脱氢酶，苹果酸脱氢酶，过氧化物酶等几百种同工酶，结构不同，功能却相同，所以是研究Pr结构与功能关系的好材料，不同发育期，同工酶常不同，所以又是研究发育的工具，农业上可用于鉴别品种，临床上可用于疾病诊断。

第五节 酶作用的专一性

酶对底物有严格的选择性，称为酶的专一性，不同酶又有差异，可分为两种情况。 结构专一性与立体异构专一性 一、结构专一性:

1. 键专一性。不管键两端所连基团的结构与性质 如酯酶：不管何酸何醇形成的酯键均水解R—C—O—R′

O

二肽酶：任何二aa形成的肽键均可—CO—NH—

2. 基团专一性：除对作用键要求严格外，对键两端的基团有不同程度的要求，对其中一个基团要求严格，对另一个则无严格要求。

如：α—D—葡萄糖苷酶，不但要求α—糖苷键，还要求键的一端必须是葡萄糖，对键的另一端要求不严，可水解蔗糖和麦芽糖，但不能水解纤维二糖（β

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当v = 时 = 2[S]=km + [S] km = [S] 2 2 Km + [S]

Vmax

Vmax

Vmax[S] km的单位为浓度单位mol/L或mmol/L。不同酶促反应km可相差很大，一般在10-3-10-5mol/L之间。

Km是酶的特征性物理常数，环境条件和底物固定，km即固定。所以测定km值可鉴定酶，常用Lineweaver-burk的作图法（双倒数作图法）来求得，即：取米氏方程的倒数形式。

1 1 1 1 1 1 Km 1

= × + 以 对 作图（ 为纵坐标 [S] 为横 v [S] v Vmax [S] Vmax v

坐标）相当于y = kx + b 为一直线，在纵轴上的截距为 ，在横轴上的

1 截距为- Km

Vmax 1

斜率为 ，量取纵轴截距结合斜率的数值很容易求出km与Vmax。这就是酶

Vmax km

促反应的动力学研究（常数测定）（测定一系列[S]下的v,求回归方程）。 1/v

1/Vmax

-1/Km 1/[S] Lineweaver-Burk 作图法

Km不是ES的解离常数。ES E + S = k2/k1 ，但当k2＞＞k3，Km≈ k1 k2 [ES] [E][S]

可近似表示E与底物的亲和力，km大表示解离程度大，亲和力小，km小则表示E与S的亲和力大。

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3. pH对酶作用的影响

v 有一最适pH值，各不相同。植物酶偏酸，动

物酶偏碱，

pH 但也有例外。如胃蛋白酶为1.9

酶的最适pH只在特定条件下才有意义（是变化的，受酶纯度、底物的种类、浓度及缓冲液的种类及浓度等的影响），pH影响酶活性是因为：

①pH过高或过低会使酶变性失活 ②影响酶的解离，进而影响与底物的结合 ③影响底物的解离,进而影响与酶的结合。 4. 温度对酶作用的影响

有一最适温度，但不是不变的常数，随底物的种类、作用时间等而改变。

v 前延的单峰曲线 影响机制：①分子运动，包括酶与底物②

使酶失活

植物酶为40-50℃，动物酶为35-40℃（最t℃ 适温度）

说明高低温影响机制不同(低温:影响分子运动，高温还可使酶变性)。

第七节 酶促反应速率及其影响因素

5. 激活剂对酶促反应速度的影响p380 凡能提高酶活力的物质均称为酶的激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂，再如一些小

++

分子有机物Vc，半胱aa及一些生物大分子（作为还原剂）。RNA酶需Mg 6. 抑制剂对酶促反应的影响。（inhibitor）以I表示。P368

凡能与酶结合，使其构象改变，而导致酶活性降低或丧失的物质叫抑制剂，其作用称为抑制作用，与酶的变性作用不同，有选择性。可分为 不可逆抑制作用 可逆抑制作用 （1）不可逆抑制作用 抑制剂与酶不可逆的共价结合，不能用透析、凝胶过滤等方法除去。如二异丙基氟磷酸，可以抑制以Ser为活性中心的酶活性，形成稳定的共价键（P酯键），而形成不可逆抑制。 H3C-CH-CH3

O

O=P-F + HO-CH2-E O=P-O-CH2-E+HF

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O H3C-CH-CH3 还有碘乙酸、碘乙酰胺对巯基酶(如甘油醛－3-磷酸脱氢酶)的不可逆抑制： E—CH2SH + ICH2—C—NH2 E—CH2S—CH2—C—NH2 + HI 形成硫醚结构

O O （2）可逆抑制作用 竞争性抑制 抑制剂与酶的结合为一可逆反应，抑制剂可用透析等方法除去 ①竞争性抑制作用： 非竞争性抑制

抑制剂结构与底物结构相似，所以可与底物竞争与酶结合。如琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸（丁二酸）。草酸（乙二酸）、苹果酸、丙二酸、戊二酸、草酰乙酸均为此酶的竞争性抑制剂。鸟aa、赖aa为精aa酶的竞争性抑制剂。

抑制机理如下：

E + S ES E + P + 其反应速度因I的存在而减小。 I 令Ki = k-i/k+i=[E][I]/[EI] Vmax[S] k-i ki v = Km（1 + [I] / Ki）+ [S] E只与S或I之一结合

EI [E][I]

Ki是EI的解离常数 Ki= [EI] [I][E] [E][S] km[ES]

[EI] = 因为km = 所以[E] = 自学

Ki [S] [ES] [I ] [Et] = [E] + [ES] + [EI] = [ES] + [E]（1 + ） Ki

[I ] km[ES] km = [ES] + （1 + [I]/Ki ）= [ES][1 + （1 + ）]

[S] [S] Ki

[Et] [ES] = [I ] Km 1 + ( 1 + ） [S] Ki

因为v = k3[ES]（形成产物的速度）

K3[Et][S] = 分子分母同乘以[S]的结果

[I ] [S] + km（1 + ） Ki Vmax[S] = 自己推导，与无抑制剂相比：

[I ] Km（1 + ）+ [S]

Ki

[I ] [I ] 即：km值增大1 + 倍；最大V不变，即[S]＞＞Km（1+ ）时后者可忽略不计。

Ki Ki

[S]很高时抑制作用可被解除。 v 无I 有I

1 Km [I ] 1 1

v

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= （1 + ） + V [S] V Ki

1 1 1

= 0 时 = - [I ] v [S]

km km′ [S] km（1 + ）

Ki

所以斜率增大（Lineweaver-burk图）常作为判断竞争性抑制作用的一个根据。 1 无I v

1 V -1/km 1 1 Km(1+[I]/ki) [S] Lineweaver-Burk 图 ②非竟争性抑制作用 抑制剂与底物在不同部位与酶结合，使酶活性降低，I与E结合不妨碍酶与底物的结合

2+2++

（结合能力不变，非竞争关系）但抑制其催化作用，如重金属离子Pb、Hg、Ag与E的 –SH反应形成硫醇盐（可用谷胱甘肽和半胱aa去掉重金属恢复酶活性）。

E + S ES E + P 使有效酶的浓度变小，所以V减小。

k3

+ + 升高[S]也不能减轻抑制作用。

I I × 因I与E和ES结合能力同，不影响它们之间的平衡。 所以km不会因I而改变(互不影响)。

ki ki EI + S ESI

[ES][I] [ES][I] 因为 v = k3[ES] ， ki= ， [ESI] = ，

[ESI] ki

[E][S] [ES]km [E][I] ES = ， [E] = ， EI = km [S] ki [Et] = [E] + [ES] + [EI] + [ESI]

[E][I] [ES][I] = [E] + [ES] + + ki ki

[I] [I] = [E]（1 + ）+ [ES]（1 + ）

ki ki

[ES]km [I] [I] = （ 1 + ） + [ES]（ 1 + ）

[S] ki ki

[I] km = [ES]（ 1 + ）（ + 1 ） V[S] ki [S]

[I] （1 + ） 第44页 共132页

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[Et][S] ki ∴ [ES] = ∴ v = k3[ES] = [I] Km + [S] （km +[S]）（1 + ） ki

[I] 即：非竞争性抑制剂，使V减小 1 + 倍（V随[I]增大而降低，但km值不变，

ki

米氏曲线向右下方移动，无论[S]怎么增大，v永远低于无抑制剂时的v ，抑制作用不能用增加[S]来克服。 v

[S]

1 Lineweaver-burk图：横轴截距相等都是 - ，但纵轴截距和斜率均增大。

km

1 km [I] 1 [I] 1 = （ 1 + ） + （ 1 + ）

v V ki [S] V Ki

[I] 因为km不变，所以纵轴截距与斜率增大倍数相同：（1 + ）倍，这一点可作为判断非ki 竞争性抑制作用的一个依据。

1 非竞争性抑制剂与酶的非结合基团结合，

使其失活或活性降低。 v 应用：磺胺类药物竞争性抑制二氢叶酸

1 [I] （DHFA）合成酶的活性，（与对氨基苯甲酸 （1+ ）

V ki 1 这一底物竞争）从而起到抑菌作用（抑制其

V 叶酸的生物合成）。

药物设计：敌敌畏、乐果、1605、1059 0 1 1 km [S] RO O 等有机磷农药（ P ）可与酶活性中心的Ser上的羟基牢固结合，而抑制 R′O X(烷氧基) 与酶反应脱去HX!

蛋白酶和酯酶的活性，如使乙酰胆碱酯酶被抑制，乙酰胆碱大量积累，以它为神经递质的神经处于过渡兴奋状态，影响正常的神经传导，造成功能失调、紊乱而中毒死亡。 研究酶的抑制作用可了解酶活性基团的性质、确定代谢途径等方面都有很重要的作用。此外还有：反竞争性抑制、混合型抑制(非竞混Ki＜Ki′ ；非反混Ki＞Ki′ ) 7. 酶的别构（变构）效应（激活与抑制的一种特殊形式），参：植生生化P65 。 某种物质与酶的结合（非共价地）使其构象变化（别构），进而改变其催化活性，这种效应叫别(变)构效应，具有别构效应的酶叫别构酶。别构效应剂：别构激活剂（正效应剂）

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