生化总结（王镜岩、最新版） - 图文

第一章 糖类结构与功能

一、概论

糖：多羟基醛、酮或其衍生物，或水解时能生成这些化合物的物质。

功能：1、糖类是细胞的构成成分，如细胞壁。2、糖类是生物体内的主要能源物质。3、糖类是细胞之间相互识别的信息分子的组成成分。细胞识别包括生长、发育、受精、免疫、形态发生、癌变、衰老等。4、糖类与遗传信息的传递密切相关，如：DNA、RNA分子都含有糖。5、糖类是生物体内许多物质的前体，如：氨基酸、核苷酸、脂肪、辅酶等都是通过糖代谢的中间产物转变而来。

分类：根据糖类能否水解和水解后产物分为：1、单糖（monosaccharides）：是糖类物质中最简单的一种，不能再被水解为更小分子的糖类物质。2、寡糖（oligosaccharides）：由2～20个单糖分子缩合而成，其中最重要的是二糖，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。3、多糖（polysaccharides）：是由20个以上单糖分子或单糖衍生物缩合失水而成，加水降解后生成许多分子单糖。常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素、琼脂、果胶、糖胺聚糖等。4、复合糖（compound saccharides）：由糖类与非糖物质结合而成，如糖脂、肽聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白等。

二、旋光异构 同分异构（异构）是指存在两个或多个具有相同数目和种类的原子并因而具有相同相对分子质量的化合物的现象。又分为结构异构（原子连接次序不同）和立体异构。立体异构又分为几何异构和旋光异构。原子在空间的相对排列或分布称为分子的构型，构型的改变涉及化学键的破裂。由于单键自由旋转以及键角具有一定的柔性，一种具有相同结构和构型的分子在空间可采取多种形态，分子所采取的特定形态称为构象。

不对称碳原子（asymmetric carbon atom）：是指与四个不同的原子或基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳，也称手性碳原子（chiral carbon atom），不对称中心或手性中心，常用C*表示。

旋光性（optical activity）：当平面偏振光通过旋光物质时光的偏振面会向左（-）或向右（+）旋转，旋光物质使平面偏振光旋转的能力称为旋光性，光学活性或旋光度。含有C*的物质具有旋光性。 有旋光性的物质不一定有变旋性，而具有变旋性的物质一定有旋光性，因为旋光性是由于分子中含有不对称碳原子而引起的具有不同的立体结构的现象，而变旋则是由于分子立体结构发生某种变化的结果。

对映体（对称异构体）（antipode）：两种不能重叠而互为镜像的异构体.对映体之间只有旋光方向的不同，其他理化性质没有差异。

Fischer投影式：水平方向的键伸向纸面前方，垂直方向的键伸向纸面后方。

构型的RS表示法

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三、单糖的结构

单糖构型的确定：将分子中离羰基最远的C*上-OH的空间排布与甘油醛比较，-OH在右边的为D-型，在左边的为L-型。自然界中D-型单糖占优势。单糖分子的D-型和L-型互为对映体，含n个C*的化合物，组成2n/2对对映体。L系醛糖是相应D系醛糖的对应体。

差向异构体（表异构体）（epimer）：两种非对应旋光异构体在构型上只有一个不对称碳原子的差异。

单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，转变为不对称碳原子，称为异头碳，由此又产生一对异构体，这种羰基碳上形成的差向异构体，称为异头物。 异头碳（anomeric carbon）：环化单糖中氧化数最高的碳原子（半缩醛碳原子）。 异头物（anomer）：仅在异头碳上具有不同构型的糖分子的两种异构体。

异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的异构体为α-异头物，相反取向的为β-异头物。

α-异头物与β-异头物不是对映体。

变旋：异头物在水溶液中通过直链（开链）形式互变（差向异构化），经一定时间达到平衡，这是产生变旋的原因。（分子立体结构发生变化）

对于葡萄糖来说，吡喃型（六碳）比呋喃型（五碳）更加稳定，其书写规则如下： Fischer式书写规则：

1、靠近分子末端伯醇基的不对称碳原子上的羟基位于右边的为D型，位于左边的为L型； 2、异头碳上羟基与决定直链构型的碳上的羟基在同侧者为α型，异侧者为β型。

Haworth式书写规则：

1、Fischer式左边的基团写在环的上方，右边的基团写在环的下方； 2、环外碳（羟甲基）在上方的为D型，在下方的为L型；

3、异头碳羟基与末端羟甲基呈反式的为α型，顺式的为β型；

4、酮糖的第1位碳及其基团写在环平面上的为α型，环平面下的为β型。

呋喃糖比吡喃糖有更大柔性，因此作为DNA和RNA的组分。

四、单糖的性质

异构化：单糖对稀酸相当稳定，但在碱性溶液中能发生多种反应，异构化是其中的一种，弱碱或稀强碱可引起单糖的分子重排，通过烯醇化中间体转变。如D葡萄糖在氢氧化钡溶液中放置数天，从形成的混合液中可分离出63.5%D-葡萄糖、21%D-果糖、2.5%甘露糖以及10%不能发酵的酮糖和3%其他物质。

单糖分子含有多个羟基，故易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶液

还原性：所有的醛糖都是还原糖，许多酮糖也是还原糖；溴水专一性氧化醛糖，但不氧化酮糖。

糖脎：单糖的醛基或酮基可与苯肼起加合作用，1mol糖要求3mol苯肼。

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糖苷：环状单糖的半缩醛（半缩酮）羟基与另一化合物（醇、糖、碱基等）的羟基、胺基或巯基发生缩合形成的含糖衍生物称为糖苷或甙。糖是半缩醛，易发生醛的各种反应；糖苷是缩醛，不具醛的性质，不与苯肼反应，不具还原性，无变旋现象；糖苷对碱溶液稳定，易被酸水解。

单糖脱水：戊糖与12%盐酸共热时脱水生成糠醛，不同的糠醛与多元酚作用产生特有的颜色反应：羟甲糠醛与间苯二酚反应生成红色缩合物（Seliwanoff试验），可用来鉴定酮糖（果糖）；戊糖脱水形成的糠醛与间苯三酚缩合成朱红色物质，与甲基苯二酚缩合生成蓝绿色物质，用来鉴别戊糖；糖脱水生成的糠醛能与α-萘酚反应生成红紫色缩合物，称为Molisch实验，用来鉴定糖类物质

五、重要的单糖和单糖衍生物

葡萄糖，半乳糖、果糖、甘油醛、二羟丙酮的结构式

六、寡糖

寡糖是由2~20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质。 蔗糖：无变旋现象（因为它的分子中无α及β构型之分），无还原性，不能成脎，由一个果糖以β-2，1糖苷键连接到葡萄糖上形成；乳糖：有变旋现象，具有还原性，能成脎，由一个D-半乳糖分子和一个D葡萄糖分子以β-1，4糖苷键连接而成；麦芽糖：有变旋现象，具有还原性，能成脎，由两个葡萄糖分子以α-1，4连接，纤维二糖以β-1，4连接。 小结：

4碳糖：赤藓糖、苏糖；

5碳糖：核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖；

6碳糖：阿洛糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、果糖、古洛糖

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七、多糖

属于非还原糖，因为一个很大的多糖分子只有一个还原端，不呈变旋现象，可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖。

淀粉：直链是由葡萄糖单位以α-1，4连接的线性分子，空间构象呈螺旋状，遇碘显紫蓝色；支链是还存在α-1，6连接，遇碘显紫红色。

糖原：是动物和细菌贮存多糖，高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。成分类似淀粉，由D-葡萄糖组成的带有分支的聚合物，主链以?-1，4-糖苷键相连，支链连接键为?（1?6）糖苷键，分支更多，遇碘呈红棕色，无还原性。

纤维素：由?-D-葡萄糖以?（1?4）糖苷键连接而成的直链，二糖单位是纤维二糖。空间构象呈带状，糖链之间通过分子间氢键堆积成片层结构。

壳多糖：也称几丁质，是N-乙酰-β-D葡糖胺的同聚物，其结构与纤维素极相似，只是每个残基上C2上的羟基被乙酰化的氨基所取代。

八、糖胺聚糖（GAG）

又称为粘多糖、氨基多糖、酸性糖胺聚糖等，是一类含己糖胺和糖醛酸的杂多糖，由多个二糖单位形成的长链多聚物。二糖单位中至少有一个单糖残基带有负电荷的羧酸或硫酸基，因此呈酸性。一般与蛋白质结合，形成蛋白聚糖。其代表性物质有： 透明质酸（HA），不含S，由D-葡糖醛酸以β-1，3糖苷键与N-乙酰葡糖胺相连而成； 硫酸软骨素（CS），由葡糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺缩合而成；、硫酸皮肤素（DS）； 硫酸角质素(KS)，由半乳糖和N-乙酰葡糖胺组成；

肝素(Hp)，由葡糖胺和L-艾杜糖醛酸或葡糖醛酸组成，及硫酸乙酰肝素(HS)。

九、肽聚糖、糖蛋白及蛋白聚糖 细菌细胞壁主要由多糖组成，但也含有脂质和蛋白质。由于细胞壁的化学组成和结构不同将细菌分成两大类：能保留革兰氏染色的称革兰氏阳性细菌，不能保留的称为革兰氏阴性细菌。前者的细胞壁是由多层网状结构的肽聚糖组成，并有磷壁酸与之相连；后者也含有肽聚糖，但只是单层的，并不含磷壁酸，此外在肽聚糖外面还覆盖着一层双脂膜。

肽聚糖：又称胞壁质、粘肽、氨基糖肽、胞壁肽，是由N-乙酰葡糖胺（ GlcNAc或NAG）和N-乙酰胞壁酸（MurNAc或NAM）通过β-1，4糖苷键交替组成的多糖链为骨干并与不同组成的肽（四肽）交叉连接所成的大分子。

糖蛋白：多糖以共价键形式与蛋白质连接形成的生物大分子，含糖量为2～50％，人体1/3以上蛋白质属于糖蛋白。糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型，在新生肽链折叠、缔合和分泌中起作用，并参与分子识别和细胞识别。

糖肽键的类型：

N-糖肽键是指β-构型的N乙酰葡糖胺异头碳与天冬酰胺的γ-酰胺N原子共价连接而成的N-糖苷键

O-糖肽键是指单糖的异头碳与羟基氨基酸O原子共价结合而成的O-糖苷键，包括：N-乙酰

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半乳糖胺与丝氨酸/苏氨酸缩合而成的O-糖苷键；半乳糖与羟赖氨酸形成的O-糖苷键；L-呋喃阿拉伯糖与羟脯氨酸形成的O-糖苷键

蛋白聚糖(PG)：由蛋白质和糖胺聚糖通过共价键连接而成的大分子复合物，含糖量高50～90％。

用费林试剂或班乃德试剂鉴定还原糖时后者的灵敏度更高。

纤维素和糖原都是由D-葡萄糖残基通过（1→4）糖苷键连接形成的聚合物，为什么它们的差异很大？

天然纤维素是由通过β-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖单位组成的，这种糖苷键迫使聚合物链成伸展的构型。这种一系列的平行的聚合物链形成分子间的氢键，它们聚集成长的、坚韧的不溶于水的纤维。糖原主要是由通过α-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖单位组成的，这种糖苷键能引起链弯曲，防止长纤维的形成。另外糖原是具有高分支的聚合物，它的许多羟基暴露于水中，可被高度水合，因此可被分散在水中。

第二章 脂质与生物膜

一、定义及分类：是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的有机分子，一般是由脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。

脂质 单纯脂质复合脂质 衍生脂质 脂肪酸和甘油形成 100806040蜡 磷脂 糖脂 三酰甘油 甘油磷脂 甘油糖脂 生物学功能：（1）贮存能量（贮存脂质），包括三酯酰甘油、蜡，是高度还原的化合物。（2）20细胞组分（结构脂质），是细胞原生质、生物膜等的组成成分。（3）活性脂质，如固醇类激0第一季度第三季度素、脂溶性维生素、电子载体、细胞信息分子、酶的激活剂等。（4）具有保护作用，维持体温、防止机械碰撞和水分蒸发等。

二、油脂

天然脂肪酸的结构特点：

（1）在高等动植物体内主要存在12碳以上的高级脂肪酸，其中14～24碳占多数，且绝大多数含偶数碳原子；

（2）烃链有饱和的，不饱和的，也有取代基，动物体内饱和脂肪酸含量高，植物体内不饱和脂肪酸含量高。

（3）所含单不饱和脂肪酸（单烯酸）的双键位置一般在第9～10碳原子之间，多不饱和脂肪酸（多烯酸）常间隔3个碳原子出现一个双键。

（4）不饱和脂肪酸具有几何异构现象，天然的多为顺式异构体。

不饱和脂肪酸：油酸含一个双键，亚油酸含两个双键，亚麻酸含三个双键，花生四烯酸含四个双键。

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东部鞘氨醇磷脂 西部北部鞘糖脂

硬脂酸 18:0 ； 亚油酸 18:2Δ9，12 ； 花生四烯酸 20:4Δ5，8，11，14

亚油酸、亚麻酸是必需多不饱和脂肪酸

油脂（三酰甘油、TG）的性质： 1、乳化作用（emulsification）：油脂在乳化剂（如胆汁酸盐、肥皂）的作用下变成细小颗粒而均匀分散在水中形成稳定乳化液的过程。

2、水解与皂化：三酰甘油在碱、酸或脂酶的作用下水解为脂肪酸和甘油。油脂的碱水解作用称为皂化作用(saponification)，产物之一是脂肪酸的盐类，俗称皂。

皂化价（值）：皂化1克油脂所需的氢氧化钾毫克数，是三酰甘油平均相对分子量的量度。 3×56×1000 56：KOH的克分子量 皂化价 = ——————— Mr：脂肪的分子量 Mr

皂化值越高，表示含低相对分子量的脂肪酸越多。 测定皂化值可检测油脂质量（是否掺有其他物质），可检测油脂的水解程度，可指示转变油脂为肥皂所需的碱量。

3、加成反应

油脂分子中的不饱和双键与氢或卤素发生加成反应，也称氢化反应、卤化反应。 碘值（价）：油脂在卤化作用中，100克油脂与碘作用所需碘的克数。 N×V×127/1000 碘价 = ——————— ×100 W

N：硫代硫酸钠的摩尔浓度， 127：碘原子量 V：滴定时所耗硫代硫酸钠的体积（毫升） W：油脂的克数，

碘价表示油脂中脂肪酸的不饱和度。碘价越大，不饱和度越大。

4、酸败与氧化作用

天然油脂长时间暴露在空气中会产生难闻的气味，这种现象称为酸败 酸价（值）：中和1克油脂中的游离脂肪酸所需的KOH毫克数，是表示酸败的程度，可用来表示油脂的品质。

蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯

脂肪过氧化作用对机体的损伤

1、 中间产物自由基导致蛋白质分子的聚合 2、 中间产物丙二醛导致蛋白质分子的交联

3、 脂质过氧化对膜的损害，不饱和脂肪酸减少，膜脂流动性降低 4、 导致动脉粥样硬化 5、 导致衰老

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三、磷脂

磷脂是含有磷酸的脂质，是构成生物膜的重要成分，是脂肪在肝内的主要形式。磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。根据磷脂中所含醇的不同分为两类：甘油磷脂（glycerophospholipid）和鞘磷脂（sphingomyelin）

甘油磷脂：又称磷脂酰甘油，是磷脂酸的衍生物，由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮基团或肌醇等组成。生物体内的磷酸甘油酯均为L-型。

甘油磷脂的电荷与极性

在生理条件下（pH=7），磷酸基团带负电荷，含氮基团带正电荷，在同样的条件下，不同的磷脂所带的电荷不同，可用电泳的方法将它们分开。 在生理条件下（pH=7），各种磷脂所带的电荷 名称 磷酸基团 含氮碱 净电荷 电泳方向 磷脂酸 -1 无 -1 正极 磷脂酰胆碱 -1 +1 0 原点 磷脂酰乙醇胺 -1 +1 0 原点 磷脂酰丝氨酸 -1 +1 -1 正极 磷脂酰肌醇 -1 0 -1 正极 磷脂酰甘油 -1 无 -1 正极 心磷脂 -2 无 -2 正极

几种重要的甘油磷脂： 磷脂酰胆碱，（简称 PC）。俗称卵磷脂。组成：磷脂酸和胆碱。 磷脂酰乙醇胺，俗称脑磷脂。组成：磷脂酸和氨基乙醇（乙醇胺），广泛分布于脑、神经、大都等中的甘油磷脂。 磷脂酰肌醇，（简称 PI）。组成：磷脂酸和肌醇 双磷脂酰甘油，心磷脂

寡霉素是ATP合酶的抑制剂。

磷脂酶A1广泛分布于生物界，磷脂酶A2主要存在于蛇毒，分别专一的除去甘油磷脂sn-1位或sn-2位上的脂肪酸

鞘磷脂：由鞘氨醇、脂酸、磷酸、含氮碱（鞘氨醇、脂肪酸、磷酰胆碱/磷酰乙醇胺）组成的脂质。含氮基团常见的是胆碱和乙醇胺。

鞘糖脂是神经酰胺的1-位羟基被糖基化形成的糖苷化合物，分为中性鞘糖脂（半乳糖神经酰胺，即脑苷脂）和酸性鞘糖脂（唾液酸鞘糖脂，即神经节苷脂）

四、其他脂质

类固醇：又称甾醇，是环戊烷多氢菲的衍生物，其中胆固醇是最常见的一种动物固醇，其结构特征是：1、甾核的C3上常为羟基或酮基；2、C17上可以是羟基、酮基或其他各种形式的侧链；3、C4-C5或C5-C6之间常是双键；4、A环在某些化合物中是苯环。 萜类：是异戊二烯的聚合物。

脂蛋白：由脂质和蛋白质以非共价键（氢键、疏水作用、范德华力、静电引力等）结合而成

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的复合物。脂蛋白中的蛋白质部分称为载脂蛋。.脂蛋白广泛存在于血浆中，是脂质在血液中的转运形式。

密度：乳糜微粒（CM）＜极低密度脂蛋白（VLDL） ＜中间密度脂蛋白（IDL）＜低密度脂蛋白（LDL）＜高密度脂蛋白（HDL）

功能：CM：转运外源脂质到血浆和其他组织；VLDL：从肝脏运载内源性三酰甘油和胆固醇至靶组织；LDL：转运胆固醇到外周组织；HDL：将胆固醇从肝外组织运送到肝代谢。

五、生物膜

生物膜主要由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂）、和糖类组成。 膜脂

生物膜内的脂质有磷脂、胆固醇、糖脂等 磷脂双层构成所有生物膜的基质；磷脂作为信息分子参与细胞表面的分子识别，构成某些细胞表面受体的识别位点；胆固醇与极性脂混合，因其具有刚性结构，能降低周围脂的运动性，因而能调节生物膜的流动性；膜脂具有多态性，生物膜一般条件下都是脂双层结构，但在某些生理条件下，有可能出现非双层结构，这种结构可能调节细胞的胞吞与外排、细胞融合、脂质分子的翻转运动以及蛋白质的跨膜运输等生理活动。 膜蛋白

外周膜蛋白分布于膜的脂双层表面，它们通过静电力或非共价键与其他膜蛋白相互作用连接在膜上，膜周边蛋白比较易于分离，通过改变离子强度或加入金属螯合剂即可提取，这类蛋白质都溶于水；

膜内在蛋白质主要靠疏水力与膜脂相结合，蛋白质分子上非极性基团的氨基酸侧链与膜脂的疏水部分都与水疏远，它们之间存在一种相互趋近的作用，称为疏水作用力，这类蛋白质不易分离，只有用较剧烈的条件（如去垢剂、有机溶剂和超声波等）才能把它们溶解下来，这类蛋白质不溶于水，一旦除去去垢剂后又聚合为不溶性物质，构象和活性都发生很大变化。膜内在蛋白与膜结合的主要形式有：

1、以单一α螺旋跨膜；2、以多段α螺旋跨膜；3、以蛋白质分子末端片段插膜；4、通过共价键结合的脂插膜

生物膜的分子结构

生物膜分子之间主要有三种力起作用：静电力、疏水力、范德华引力。 生物膜的不对称性：表现为膜蛋白、膜脂以及糖类分布的不对称性。 生物膜的流动性、膜脂和膜蛋白的运动形式、流动性的意义

膜的流动性是指膜脂和膜蛋白的运动状态。

膜脂的流动性主要取决于磷脂分子，在生理条件下，大多数磷脂呈液晶态，有以下几种运动方式：1、在膜内做侧向扩散或侧向移动，即指磷脂分子可在同一层中与邻近分子进行交换；2、在脂双层中做翻转运动，速度较慢；3、磷脂烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动，磷脂分子的脂酰链有全反式和偏转式两种构型，低温下主要以全反式存在；4、围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动；5、围绕与膜平面相垂直的轴作旋转运动。影响膜脂流动性的因素主要是磷脂酰链的长度和不饱和度，链越短、不饱和度越高，膜脂流动性越大。另外，哺乳动物膜中胆固醇的含量也会影响膜的流动性，增加胆固醇的含量会降低膜的流动性。

膜蛋白分子可作侧向扩散和旋转扩散运动，即沿着双分支层的平面运动。 膜脂的流动性对膜内在蛋白嵌入脂双层的深度有一定影响，当膜流动性降低时，嵌入的膜蛋白暴露于水相的部分就会增加；相反当膜流动性增加时，嵌入的膜蛋白则更多地深入脂

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双层，因此膜脂流动性的变化会影响膜蛋白的构象与功能，膜脂合适的流动性是膜蛋白表现正常功能的必要条件。

膜流动性的生理意义：1、细胞膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件；2、酶活性与流动性有极大关系，流动性大活性高；3、如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运输到细胞外，这样细胞就会终止新陈代谢而死亡；4、膜流动性与信息传递有极大关系；5、没有流动性就不会有能量传递；6、膜的流动性与发育和衰老过程都有很大关系。 膜蛋白运动性的实验证明

1、 利用间接免疫荧光法通过细胞表面抗原分布的变化来研究膜蛋白的扩散，在两种细胞表

面抗原的抗体上连接不同荧光染料作为标记（发绿光的荧光素和发红光的碱性蕊香红），当小鼠和人细胞融合形成一个杂合细胞时，由于两种连有荧光标记的抗体分别与两种细胞的抗原结合，开始时一半呈红色，一半呈绿色，经37度保温40分钟后，两种荧光染料就均匀分布

2、 漂白荧光恢复法，利用激光使膜上某一微区内结合有荧光素的的膜蛋白不可逆地漂白，

然后当其他部位的膜蛋白由于侧向扩散而进入这个微区时，荧光又重新呈现。 生物膜分子结构的模型主要有哪几种，流动镶嵌模型的要点

1925年，科学家通过对红细胞的研究，提出细胞外面有一个双脂分子层结构；1935年，科学家提出“三明治”结构：两层磷脂分子的脂肪酸烃链伸向膜中心，其极性一段伸向膜两侧水相，蛋白质分子以单层覆盖两侧，形成蛋白质-脂质-蛋白质的结构；20世纪中期，科学家用电子显微镜观察生物膜具有三层结构，于是提出了“单位膜”模型；1972年，Singer和Nicolson总结了当时有关膜结构模型及各种研究新成就，提出了流动镶嵌模型：

1、单位膜的中间以磷脂双分子层为基本骨架，磷脂的亲水端面向膜的两侧，疏水端面向膜的中间，脂类双分子层的厚度为3.5nm；2、组成单位膜的蛋白质一般都是球蛋白，有的蛋白质分子镶嵌在磷脂双分子层表面，其疏水部分填入脂类双分子层内，亲水部分在表面；有的蛋白质全部嵌入内部；有的贯穿整个膜，在膜的内外两侧露出一部分；3、组成膜的物质分子排布是不对称的，膜外侧常含糖蛋白，中间层穿插功蛋白，内侧层长含美蛋白；4、膜结构具有流动性。总之，流动镶嵌模型强调质膜的流动性和不对称性，能够说明质膜的通透性以及各种膜结构的特殊性。

胆固醇能影响膜的流动性，但它本身并不改变膜的相变温度。 脂双层膜的流动性主要取决于磷脂的相变温度和运动方式。 维持膜结构的主要作用力是疏水力。 在紫外线的作用下麦角固醇可转化为维生素D2 。 反式双键不能引起脂酰链的弯曲，所以并不降低Tm；而顺式双键则相反，引起弯曲，降低Tm。 主动运输的特点：专一性、运输速度可达到饱和状态、方向性、选择性抑制、需要提供能量

Na+，K+-泵：1、Na+和K+的运输与ATP的水解紧密偶联；2、离子的运输与ATP的水解只有在Na+和ATP存在于血影膜内侧，而K+存在于膜外侧时才能发生；3、乌本苷只有在血影膜外侧时因竞争K+结合位置才能起到抑制作用；4、每水解1个ATP分子向膜外泵出三个钠离子，向膜内泵入两个钾离子；5、将提纯的Na+，K+-ATP酶重建在人工膜脂质体上，当有ATP和镁离子存在时，ATP酶有运输钠离子和钾离子的功能

Ca2+泵和Ca2+—ATP酶

Ca2+由肌质网释放进入细胞质中，引起肌肉收缩；当肌肉松弛时，Ca2+重新摄入肌质网，Ca2+

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泵具有Ca2+激活的Ca2+—ATP酶活性，心肌和骨骼肌中Ca2+主动运输是通过Ca2+—ATP酶的作用实现的；Ca2+泵主动运输Ca2+是通过水解ATP提供的能量驱动的，每水解一分子ATP 运输两分子Ca2+

钙调蛋白CAM

每个CAM可结合四个Ca2+，形成的复合物可与Ca2+—ATP酶结合，并提高酶对Ca2+的亲和力

ATP/ADP交换体

将合成的ATP进行跨线粒体内膜运输，在膜上以二聚体形式存在，作用机制是两态阀门-孔道机制：每一个二聚体交换蛋白只有一个核苷酸结合位点，当它面向膜表面时对ADP有高亲和力，而面向膜内时对ATP有高亲和力

生物膜运输的分子机制

1、 移动性载体模型：运输体或其结合被运输物质的部位在运输过程中，或由于通过膜的来

回穿梭运动，或由于通过膜平面的旋转运动改变它在膜内的定向，可以使物质从膜的一侧运至另一侧

2、 孔道或通道模型：运输蛋白在膜内有较明确的方向，并且形成一个对被运输物具有立体

构型的亲水性通道。孔道在识别被运输物质作出反应时才瞬间打开，让被运输物通过。如果当配基结合到一个专一性的细胞表面受体时，引起通道打开，称为配体-闸门通道；如果通道因膜电位变化而打开，称为电压-闸门通道

3、 构象变化假说：物质的跨膜运输具有高度的选择性和方向性，运输的这种专一性与运输

过程中运输蛋白的构象变化相关，对一个多聚体蛋白来说，由于亚基单位之间相互位置的变化所导致亚基单位的重排，运输物质与运输蛋白的结合以及代谢、能量状态等都可导致蛋白质构象发生变化

第三章 蛋白质化学

一、概论

蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。 N的含量平均为16%——凯氏（Kjadehl）定氮法，蛋白质含量（克%）= 每克生物样品中含氮的克数 ? 6.25? 100。

功能：1. 生物体的组成成；2. 催化功能；3. 调节功能 ；4. 运输功能；5. 运动功能；6. 免疫功能；7. 遗传信息的传递及生长发育的控制；8. 其它功能

二、氨基酸

α-氨基酸除R基为H（甘氨酸）外，其余α-碳原子是一个手性碳原子，都具有旋光性，组成天然蛋白质的氨基酸都是L-型。

酸水解：不引起消旋作用，得到L-氨基酸；色氨酸被完全破坏，羟基氨基酸有一小部分被分解，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解。

碱水解：多数氨基酸遭到不同程度的破坏并产生消旋现象，得到D-和L-氨基酸混合物；引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素，色氨酸稳定。 20种标准氨基酸的英文名称及简写符号

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氨基酸在中性pH时，羧基以-COO存在，氨基以-NH3存在，这样的氨基酸含有一个正电荷和一个负电荷，称为兼性离子。

氨基酸根据R基的性质分类： 极性氨基酸：

（1）不带电：Gly、Ser、Thr、 Tyr、 Asn、Gln、Cys； （2）带正电：His、Lys、Arg； （3）带负电：Asp、Glu

非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp 、Met、Pro

侧链含羟基：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸 侧链含S：半胱氨酸、甲硫氨酸

芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 杂环族氨基酸：组氨酸、脯氨酸

精氨酸含有4个N原子，在所有的氨基酸中含氮量最高

必需氨基酸:赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸等8种。“色甲来写一两本书”

氨基酸的性质：

旋光性：除甘氨酸外，氨基酸均含有手性碳原子，因此具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。碱水解蛋白质所得到的氨基酸都无旋光性，

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-+

碱水解产生消旋作用。人工合成的氨基酸D-和L-型等量混合，无旋光性，称为分子外消旋。

光吸收特性：所有的α-氨基酸在可见光区都无光吸收，在红外区和远紫外区（≤200nm）都有光吸收，在近紫外区（200∽400nm）仅少数氨基酸有光吸收，它们的吸收高峰是：Tyr∽275nm；Trp∽280nm（最大）；Phe∽257nm。所有蛋白质分子中都含有以上三种氨基酸，故在280nm处测定样品中的蛋白质含量。

调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3 +基和-COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。 酸性氨基酸的pI值在酸性范围内，如天冬氨酸和谷氨酸；碱性氨基酸的pI值在碱性范围内，如赖氨酸和精氨酸，组氨酸的pI值在7以上属于弱碱性；中性氨基酸的pI值小于7，基本上在5-6之间。

等电点的计算：

侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2

对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边pK值的算术平均值。酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 ；碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2

加H+：pH=pKa1 +log[质子受体/质子供体]；加OH-：pH=pKa2 +log[质子受体/质子供体] pI-pH>0,氨基酸带正电，反之，带负电。 氨基酸的甲醛滴定

先加入过量的甲醛，用标准氢氧化钠滴定时，由于甲醛与氨基酸的-NH2作用形成-NH·CH2,-N(CH2OH)2等羟甲基衍生物，降低了氨基的碱性，相对地增强了-NH3+的酸性解离，使PKa减少2~3个单位，使滴定终止于由pH12左右移至9附近，达到了酚酞指示剂的变色区域

氨基酸的化学性质： 由α-氨基参加的反应：

1） 与亚硝酸发生的反应：经典的范氏定氮（Van Slyke）法测定蛋白质含量，就是利用这

一原理。

生成的氮气只有一半来自于氨基酸 2）与酰化试剂反应

在弱碱性溶液中与酰氯或酸酐反生作用，氨基被酰基化，丹磺酰氯可用于多肽链-NH2末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定 3）烃基化反应

1与2,4-二硝基氟苯(DNFB/FDNB)的反应 ○

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二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸）稳定不易分解，不同的DNP-氨基酸显示不同的颜色（多为黄色），常用来进行氨基酸鉴定。该试剂首先被英国科学家Sanger用来鉴定多肽或蛋白质N末端的氨基酸，又称Sanger试剂。 2与异硫氰酸苯酯（PITC） 反应 ○

重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序。Edman利用PITC分析法测定短肽的氨基酸序列，设计出“多肽顺序自动分析仪”。PITC被称为Edman试剂。

α-羧基的反应

1、 成盐、成酯：分别与碱、醇作用

2、 成酰氯反应：氨基被保护后，羧基可与二氯亚砜或五氧化磷反应，生成酰氯并使羧基活

化，易与另一个氨基酸的氨基结合，在多肽的人工合成中常用

α-氨基和α-羧基共同参加的反应：

与茚三酮的反应：茚三酮在弱酸中与α-氨基共热，引起氨基氧化脱氨和脱羧反应，最后茚三酮与反应产物氨和还原茚三酮反应生成紫色物质，可在570nm处测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应并不释放NH3，直接生成亮黄色化合物，吸收在440nm。

侧链R基参加的反应

色氨酸的乙醛酸反应: 含有色氨酸残基的蛋白质溶液加入乙醛酸混匀后,徐徐加入浓硫酸,在两液接触面处呈现紫红色环.血清球蛋白含色氨酸残基的量较为稳定,故临床生化检验可用乙醛酸反应来定性测定球蛋白量。 酪氨酸的米伦氏反应：HgNO3+HNO3+热 红色 （检验酚基 酪氨酸有此反应，未加热则为白色） 苯丙氨酸的黄色反应：浓硝酸煮沸 黄色 （检验苯环 酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸有此反应）

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组氨酸的波利反应：酪氨酸的酚基可以与重氮化合物生成橘黄色化合物（偶氮反应）；组氨酸的侧链咪唑基与重氮苯磺酸也能形成棕红色化合物。

坂口反应：α-萘酚+碱性次溴酸钠 红色（检验胍基 精氨酸有此反应） 酚试剂反应：磷钨酸-磷钳酸 蓝色 （检验酚基 酪氨酸有此反应）

Ehrlich反应：P-二甲氨基苯甲醛+浓盐酸 蓝色 （检验吲哚基 色氨酸有此反应） 半胱氨酸上的巯基可以与卤化烷如碘乙酸、碘乙酰胺等迅速反应，生成相应的稳定烷基衍生物

氨基酸混合物的分析分离

层析法又叫色谱法，其原理是利用混合物中个组分的物理化学性质（溶解度、吸附能力、分子形状和大小、分子极性、分子亲和力和分配系数）的差异，使之通过一个由互不相溶的两相（一个是固定相，另一个是流动相）组成的体系，由于混合物中各组分在此两相之间的分配浓度比例不同，就会以不同的移动速度而互相分离开。 1、纸层析

纸层析是一种用滤纸作支持物，以纸上吸附的水为固定相的分配层析。纸上的主要成分是纤维素，由于纤维素所含的羟基是很强的亲水基团，能吸附较多的水，故可以把一张滤纸条看成由许多理论塔板组成的分馏柱。如果将一定量样品加在滤纸上，当将适当的有机溶剂在纸上渗透展开时，样品即在水相和有机相之间反复进行分配，由于样品中各组分的分配系数不同，各组分随着有机溶剂迁移的速率也不同，分配系数大的速度慢，小的速度快。溶质在纸上移动速度可用迁移率Rf表示，Rf=样品原点到斑点中心的距离/样品原点到溶剂前沿的距离。为了提高分辨率，纸层析可用两种不同的展开剂进行双向展层，双向纸层析一般把滤纸

o

裁成方形，一角点样，先用一种溶剂系统展开，吹干后，90旋转，再用第二种溶剂系统展开，这样单向层析难以分离的某些物质，也可以得到分离。

2、薄层层析

薄层层析是利用玻璃板作为固定相的载体，在板上涂上一层不溶性物质，再把待分析的样品加在薄层的一端，在密闭的容器中，用适当的溶剂展层后达到分离、鉴定的目的。

3、柱层析

1）离子交换层析

离子交换柱层析是一种用离子交换树脂作支持剂的层析法，离子交换树脂是具有酸性或碱性基团的人工合成聚苯乙烯-苯二乙烯等不溶性高分子化合物。阳离子交换树脂含有的酸性基

+

团如-SO3H或-COOH可解离出H+离子，当溶液中含有其他阳离子时，它们可以和H发生交换而结合在树脂上；同样的，阴离子交换树脂含有的碱性基团如-N（CH3）3OH或-NH3OH可解离出OH-，能和溶液中的阴离子发生交换。为了使氨基酸从树脂柱上洗脱下来，需要降低它们之间的亲和力，有效的方法是逐步提高洗脱剂的pH和盐浓度（离子强度）。 2）凝胶层析

又称排阻凝胶层析、凝胶过滤层析和分子筛层析，凝胶层析的支持物是有一定孔径大小的多孔凝胶，有交联葡聚糖（商品名为Sephadex）、琼脂糖凝胶（Sepharose）、和聚丙烯酰胺凝胶等类型，凝胶颗粒具有立体的多孔网状结构，溶胀后成为一种柔软富有弹性、不带电荷、不与溶质相互作用的惰性物质。葡聚糖凝胶是由葡萄糖的多聚物与交联剂次环氧氯丙烷交联而成的聚合物，聚合物的主体为多糖网状结构，其网孔大小由二者的比例（交联度）控制。 凝胶层析的基本原理是分子筛效应，由于被分离物质的分子大小和形状不同，洗脱时，大分子物质由于直径大于凝胶网孔不能进入凝胶内部，只能沿着凝胶颗粒间的空隙随溶剂向下移动，因此流程短，首先流出层析柱；小分子物质正好相反

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3）亲和层析

生物高分子具有能与其结构相对应的专一分子进行可逆性结合的特性，如酶与底物、产物、辅酶、抑制剂和变构剂的结合，激素与受体，抗原与抗体，RNA与DNA互补等。将被识别的分子（配基）用共价键结合在一种固定的载体上形成层析的固定相，然后使含有目标物质的混合物液流过固定相，对配基没有亲和力的成分可顺利通过固定相，而待分离的成分与配基结合并滞留在固定相上。

三、肽

两氨基酸单位之间的酰胺键，称为肽键，大多数以反式形式存在（X-Pro除外）。组成肽键的4个原子和2个相邻的Cα处于同一平面，形成所谓多肽主链的酰胺平面（amide plane）或肽平面。双缩脲反应（biuret reaction）是含肽键（两个以上）化合物特有的，在碱性溶液中与硫酸铜生成蓝紫色化合物

对于不含辅基的简单蛋白质，用110除它的相对分子质量即可粗略估计其氨基酸残基数目。蛋白质中20中氨基酸的平均相对分子质量为138，但在多数蛋白质中较小的氨基酸占优势，因此平均相对分子质量接近128.又因每形成一个肽键将除去一分子水，所以氨基酸残基的平均相对分子质量为110。

蛋白质一级结构的测定 N-末端分析

1、二硝基氟苯（DNFB/FDNB）法，多肽或蛋白质游离末端NH2与DNFB反应后，生成DNP-多肽/蛋白质，由于DNFB与氨基酸形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP-多肽经酸水解后只有N-末端氨基酸为黄色DNP-氨基酸衍生物，可用来鉴别。 2、丹磺酰氯（DNS）法

原理与DNFB法相同，灵敏度高100倍 3、苯异硫氰酸酯（PITC）法

生成PTH-氨基酸并从肽链上掉下来，除去N-末端氨基酸后剩下的肽链仍是完整的，因为PTC基的引入只使第一个肽键的稳定性降低 4、氨肽酶法

氨肽酶能从多肽链的N-端逐个地向里切，根据不同的反应时间测出酶水解所释放的氨基酸的种类和数量，常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸为N-末端的肽键速度最大。

C-末端分析 1、肼解法

蛋白质与无水肼加热发生肼解，反应中除C-末端氨基酸以游离形式存在外，其他的氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物 2、还原法

肽链C-末端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α-氨基醇，肽链水解后可单独提取分析α-氨基醇

3、羧肽酶法

羧肽酶是一类肽链外切酶，专一从肽链C-末端开始逐个水解，释放游离氨基酸，被释放的氨基酸数目与种类随反应时间而变化，根据释放氨基酸量与反应时间的关系，便可知道该肽链的C-末端氨基酸序列。羧肽酶A能释放处Pro、Arg、Lys之外的所有C-末端氨基酸残基；

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羧肽酶B只能水解以碱性氨基酸Arg、Lys为C-末端残基的肽键。 二硫桥的断裂

甲酸氧化法、巯基化合物还原法。用过量巯基乙醇处理可以使S-S还原为-SH，与此同时反应系统中还需要8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在使蛋白质变性，这样还原剂才能作用于原来处在分子内部的二硫键

多肽链的部分裂解和肽段混合物的分离纯化 1、酶裂解法

最常见的蛋白水解酶有以下几种：

1、胰蛋白酶：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快），得到以Arg和Lys为C-末端残基的肽段。

2、胰凝乳蛋白酶：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr（芳香族）; 亮氨酸Leu，甲硫氨酸Met和组氨酸His水解稍慢。

3、胃蛋白酶：R1和R2为苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr; 亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快

4、糜蛋白酶：此酶专一性不强，断裂Phe、Trp、Tyr等疏水氨基酸残基的羧基端肽键 5、嗜热菌蛋白酶：R2=Phe、Ile、Leu、Trp、Val、Tyr或Met（疏水性强的氨基酸水解速度快）

6、葡萄球菌蛋白酶：在磷酸缓冲液中，断裂Glu和Asp；在碳酸氢铵缓冲液中，断裂Glu 7、梭菌蛋白酶：专门裂解Arg残基的羧基端肽键

2、化学裂解法

1）用溴化氰断裂，CNBr只断裂有甲硫氨酸氨基的羧基参与形成的肽键，大多数蛋白质含有少量甲硫氨酸，此法产生的肽段不多

2）用羟胺断裂，NH2OH在pH9下能专一性断裂Asn-Gly之间的肽键，但专一性不是很强 肽段氨基酸序列的测定

Edman化学降解法、酶降解法、串联质谱法 二硫桥位置的确定——对角线电泳法 用胃蛋白酶水解多肽链，将得到的混合肽段点到滤纸中央，在pH6.5条件下进行第一向电泳，肽段将按其大小及电荷不同分离开来；然后把滤纸暴露在过甲酸蒸气中使S-S断裂，这时每个含二硫键的肽段被氧化成一对含磺基丙氨酸的肽；滤纸旋转90度，在与第一向完全相同的条件下进行第二向电泳，大多数肽段的迁移速率不变，并位于滤纸的一条对角线上，而含磺基丙氨酸的成对肽段比原来含二硫键的肽小而负电荷增加，结果它们都偏离的对角线。

四、蛋白质的结构

稳定蛋白质构象的作用力主要是次级键或称非共价键，包括氢键、范德华力、疏水作用、盐键，此外共价二硫键也起很大作用

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蛋白质的一级结构

蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列，包括组成蛋白质的多肽链数目，多肽链的氨基酸顺序，以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。一级结构中包含的共价键主要指肽键和二硫键。

蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，不包括与其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。 蛋白质折叠的结果是使疏水基团埋藏在蛋白质分子内部，亲水基团暴露在外部，在形成疏水核心的同时，必然有一部分主链也被埋在里面。主链本身是高度亲水的，这样就产生矛盾，只有处于分子内部的主链极性基团（C=O、N-H）也被氢键中和，矛盾才能解决，在这种能量平衡中，蛋白质主链的折叠产生由氢键维系的有规则的构象，即二级结构，主要包括α-螺旋，β-折叠，β-转角及无规卷曲等几种类型。

α-螺旋是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象，其结构特征为： 1）链的骨干结构为锯齿形，折叠成规则的周期性的右手螺旋； 2）螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基；螺距为0.54nm，两个氨基酸之间的垂直距离为0.15nm，每个残基沿轴旋转100°。螺旋直径（不计侧链）为0.5nm。

3）螺旋以链内氢键维系，与螺旋轴平行，是由第n个氨基酸残基的羰基氧与第n+4个氨基酸残基氨基氢形成，氢键封闭环包含有13个原子，用3.613表示。 4）R侧链基团伸向螺旋的外侧。 影响α-螺旋稳定的因素有：

1）极大的侧链基团（存在空间位阻）；

2）连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）； 3）有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键），改变多肽链的方向并终止螺旋。 4）甘氨酸侧链基团是H原子，不能像其他侧链那样制约二面角

β折叠

1、 两个氨基酸残基之间的轴心距离为0.35nm（反平行式）及0.325nm（平行式）

2、 肽链按层排列，靠链间氢键维持其结构的稳定性，β-折叠结构的氢键是由相邻肽键主

链上的N-H和C=O之间形成的

3、 相邻肽链走向可以平行也可以反平行，肽链N端在同侧为平行式，不在同侧为反平行式 4、 肽链中氨基酸残基的R基交替分布在片层的上下

β-转角

在球状蛋白质中存在一种二级结构，当蛋白多肽链以180度回折时，这种回折部位就是β-转角，它是由第一个氨基酸残基的C=O与第四个残基的N-H之间形成氢键，使多肽链走向发生改变

纤维状蛋白质

纤维状蛋白质可分为不溶性和可溶性两类，前者有角蛋白、胶原蛋白、和弹性蛋白等；后者包括肌球蛋白和血纤蛋白原，但不包括微管、肌动蛋白细丝和鞭毛。 α-角蛋白主要由α-螺旋结构组成，结构稳定性由二硫键保证；

β-角蛋白含大量的Gly、Ala、Ser，以β-折叠结构为主，链间主要以氢键连接，层间靠范德华力维系

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超二级结构：在蛋白质分子中，若干相邻的具有二级结构的肽段有规则地组合在一起，形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位，称超二级结构（super-secondary structure）或模序（motif)。在多种蛋白质中充当三级结构的构件。 常见类型：α-螺旋聚集体（αα型）、α-螺旋和 β-折叠的聚集体（βαβ型）、β-折叠的聚集体（βββ型，包括β曲折和回形拓扑结构即希腊钥匙）。

结构域（domain）：由几个超二级结构单位折叠组成的特定区域，结构层次介于超二级结构和三级结构之间，其（球状蛋白）类型有：反平行α螺旋式、平行或混合型β折叠片式、反平行β折叠片式、富含金属或二硫键式等。 球状蛋白质三维结构的特征

1、含多种二级结构元件；2、明显的折叠层次；3、是紧密的球状或椭球状实体；4、疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；5、表面有一个空穴

蛋白质的三级结构

蛋白质的三维结构是指由二级结构元件构建成的总三维结构，包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如疏水键、氢键、盐键、范氏引力等，但也有共价键，如二硫键等。

结构特点：

1、许多在一级结构上相差很远的氨基酸在三级结构上相距很近；2、大的球形蛋白常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能；3、球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心被排出，使得极性基团与非极性基团间的相互作用成为可能 蛋白质的四级结构

蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。亚基(subunit)就是指参与构成蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链，无生理活性。维系蛋白质四级结构的是氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键。

四级结构在结构和功能上的优越性：1）增强结构的稳定性（表面积与体积比降低）；2）使功能基团汇聚在一起；3）提高遗传经济性和效率（编码一个将装配成同源多聚体蛋白质的单体所需DNA比编码一条相对分子质量相同的大多肽链要少）；4）具有协同性和别构效应。

蛋白质多肽链的折叠

1、一级结构决定高级结构，即蛋白质的氨基酸序列决定了蛋白质的立体结构；2、疏水作用驱动这蛋白质折叠；3、折叠不是一个完全随机的过程，折叠悖论提出一个124氨基酸组成

5030

的核糖核酸酶有10种可能的构象，如果每10~13秒试1种构象，需要10年，但是核糖核酸酶完成折叠的时间约为1min。 五、蛋白质的性质

蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。

变性：某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。引起变性的主要因素是热、紫外光、高压、

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激烈震荡、有机溶剂、去垢剂以及强酸和强碱等。 变性蛋白质的性质改变：

① 物理性质：旋光性改变，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； ② 化学性质：原来埋在内部的基团向外暴露，官能团反应性增加，易被蛋白酶水解，熟食易于消化

③ 生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。

蛋白质的变性主要是次级键如氢键、盐键、范德华力等遭到破坏。

变性剂：尿素和盐酸胍，能与多肽主链竞争氢键，破坏蛋白质二级结构；SDS，十二烷基硫酸钠，破坏蛋白质内的疏水相互作用使非极性基团暴露于介质水中。

分子病：蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。镰刀形细胞贫血病(sickle cell anemia)，血红蛋白β-链第6位氨基酸残基由谷氨酸改变为缬氨酸，血红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状。

六、蛋白质的构象与功能的关系

肌红蛋白（Mb）是哺乳动物细胞，主要是肌细胞储存和分配氧的蛋白质，由一条多肽链和一个辅基血红素构成，除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白，分子中多肽链由长短不等的8段直的α螺旋组成。在肌红蛋白中，铁是由原卟啉Ⅸ固定的，原卟啉Ⅸ与铁的络合物铁原卟啉Ⅸ称血红素，作为辅基非公价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中，根据其结合铁离子的形式，可分为亚铁血红素和高铁血红素。

血红蛋白（Hb）的主要功能是在血液中结合氧并转运氧气，由4个多肽亚基组成，两个是一种亚基，两个是另一种亚基，每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位。

肌红蛋白与血红蛋白的比较

1、 相同：血红蛋白和肌红蛋白有相似的三级结构（含8个α螺旋片段和铁卟啉Fe（Ⅱ）配

位），表明有相似的氧结合机理

2、 不同：肌红蛋白是单体蛋白，其氧结合曲线呈双曲线特征，表明在低氧时对氧有高亲和

力，利于从含氧量少的血液中吸取氧；血红蛋白是寡聚蛋白，氧结合曲线呈S形特征，表明在低氧时对氧有低亲和力，高氧使有高亲和力。 血红蛋白的别构效应

一个配基与蛋白质结合影响该蛋白质的其余结合位点与其配基的亲和性。配基指与蛋白质结合的物质，与别构部位结合，引起别构效应的配基称为别构效应剂。 降低血红蛋白与氧结合能力的物质：H+、CO2、BPG 1、H+、CO2促进氧的释放（Bohr效应）

+-++

CO2+H2O→H2CO3→H+HCO3；HbO2+H→HbH+O2；H+可以看成是血红蛋白结合氧的拮抗物，当pH下降时，Hb的氧分数饱和曲线向右移动，这种pH对血红蛋白对氧亲和力的影响，称为Bohr效应。当血液流经代谢迅速的肌肉时，由于这里的pH较低，CO2浓度较高，因此有利于血红蛋白释放氧气，使组织获得更多的氧，氧的释放又促使血红蛋白与H+和CO2的结合，缓冲pH降低引起的影响；当血液流经肺部时，O2浓度高，有利于血红蛋白结合氧并促进H+和CO2的释放，同时释放的CO2又有利于O2的结合。 2、BPG降低Hb对氧的亲和力 BPG，即2，3-二磷酸甘油酸

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ELISA（酶联免疫吸附测定） 原理：

（1）抗原或抗体能以物理性地吸附于固相载体表面，可能是蛋白和聚苯乙烯表面间的疏水性部分相互吸附，并保持其免疫学活性；

（2）抗原或抗体可通过共价键与酶连接形成酶结合物，而此种酶结合物仍能保持其免疫学和酶学活性；

（3）酶结合物与相应抗原或抗体结合后，可根据加入底物的颜色反应来判定是否有免疫反应的存在，而且颜色反应的深浅是与标本中相应抗原或抗体的量成正比例的，因此，可以按底物显色的程度显示试验结果。

免疫印迹测定/Western印迹

对蛋白质样品进行凝胶电泳分离，然后凝胶板与硝酸纤维膜贴在一起，进行电泳转移，将凝胶上的蛋白条带转到膜上，将膜封闭，再相继用第一抗体、酶标第二抗体以及底物进行处理，只有含待测蛋白质的条带显色。

制备单克隆抗体的基本步骤

多克隆抗体是由多个不同的B淋巴细胞在应答一个抗原产生的结合抗原中特异的不同的抗原决定簇的抗体；单克隆抗体是由生长在细胞培养物中的同一B细胞群体合成分泌的，所有抗体识别同一的表位。

1、用感兴趣的抗原免疫小鼠脾脏，制成B淋巴细胞悬液；2、繁殖小鼠骨髓瘤细胞，白细胞的一种致癌性增殖；3、将B细胞与骨髓瘤细胞融合，产生杂交瘤的细胞系，它只合成一种抗体；4、细胞转移到只有杂交瘤细胞才能生长的介质中进行选择性培养；5、用ELISA筛查并找出分泌抗感兴趣的蛋白质的单克隆抗体的杂交瘤细胞；6、对所得的细胞株进行扩大化培养，从培养物中纯化所需抗体。 七、蛋白质的分离、纯化和表征 蛋白质的大小与形状

用化学组成测定、凝胶过滤法、渗透压法、SDS-PAGE 蛋白质胶体性质与蛋白质沉淀

蛋白质表面的亲水基团在水溶液中能与水分子起水化作用，使蛋白质分子表面形成一个水化层；蛋白质表面的可解离基团，在适当的pH下，都带有相同的净电荷，互相排斥，并与周围的反离子过程稳定的双电层，所以蛋白质作为胶体是相当稳定的。可用盐析法（脱水化层）、有机溶剂沉淀法（破坏水化层，降低介电常数）、重金属盐沉淀法、生物碱沉淀法、加热变性沉淀法使蛋白质沉淀。

1、 在pH低时沉淀：蛋白质表面带上大量正电荷，使蛋白质变性，疏水基外露 2、 离子强度逐渐增大时，溶解度变大再变小：盐溶是因为蛋白质分子吸收某种盐类离子后，

带电层使蛋白质彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强；盐析是因为大量的中性盐加入使水的活度降低，原溶液大部分自由水转变为盐离子的水化水，疏水基团暴露

3、 在等电点时溶解度最小：不带电荷，无斥力 4、 加热时沉淀：疏水基团暴露，溶解度降低

5、 非极性溶剂的加入使介电常数下降，溶解度降低：降低表面极性基的溶剂化作用，使蛋

白质内部形成氢键代替蛋白质与水形成的氢键

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又称铰链DNA，是三螺旋结构中较为特殊的一种，其碱基有两种配对方式，即T---A---T和C---G---G+（G+表示胞嘧啶N3被质子化），由于第三条链的胞嘧啶被质子化后才能参加配对，因此三链DNA又叫H-DNA，第三条链位于DNA的大沟中。 Cot1/2

表示复性一半的Cot值，即DNA复性反应时其初始浓度Co与反应完成一半所需时间t的乘积，它对一特定DNA分子来说是个常数，其值因复性DNA分子分子量的增加而增大，因此可以用来描述某一种物种基因组的大小和重复序列的拷贝数。 病毒DNA

按其功能可分为两类，1、（+）链DNA,即碱基排列顺序与mRNA链相同的单链DNA，该类DNA具有侵染性，可直接作为mRNA合成蛋白质；2、（—）链DNA，即碱基排列顺序与mRNA链互补的单链DNA，没有侵染性，必须依靠病毒携带的转录酶转录成（+）链后才能作为mRNA合成蛋白质

第五章 酶

一、酶的化学组成及结构

酶是一类由活细胞产生的受多种因素调节控制的具有高效催化活性和高度专一性的特殊生物分子。从化学组成来看可分为单纯蛋白质和缀合蛋白质，后者包括脱辅酶和辅因子。辅因子又可分为两类：辅酶和辅基，辅基与酶的结合紧密。

分类1：单体酶(monomeric enzyme) ：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与反应；寡聚酶(oligomeric enzyme) ：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合，常常是调节酶；多酶复合体(multienzyme system) ：几个酶镶嵌而成的复合物，这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。

分类2：氧化还原酶类（每个酶分子中含有两个FAD作为氢受体）、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类或连接酶类(催化有ATP参与的反应)。

酶（Enzymes) 催化作用的特点 1、 酶是生物催化剂（共性）： 没有当量关系（与底物、产物）； 反应前后无变化；只能催化能进行的反应； 只能改变反应速度，不能改变化学反应的平衡点；可降低反应的活化能 2、酶的作用特点（区别）：

极高的催化效率；高度专一性；酶活性受到调节控制；酶易失活；

二、酶的专一性及活性中心 酶的专一性

1、结构专一性或化学专一性2、立体异构专一性（光学专一性、几何专一性）

酶的活性部位（active site）或活性中心（active center）

酶分子中参与底物结合并起催化作用的与酶活力直接相关的空间部位。结合部位同底物结合，决定酶的专一性；催化部位参加催化反应，决定酶的高效性。

特点：活性部位在酶分子中只占很小一部分；活性部位是一个三维实体；酶与底物的识别是诱导契合；活性部位常位于酶分子表面的一个裂缝内，是一个相对疏水的环境；酶与底物依靠次级键结合成复合物；活性部位具有柔性或可运动性。

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三、酶的作用机制

酶催化作用的本质：酶的活性中心与底物分子通过非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间物，使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。

决定酶作用专一性的机制

1、锁钥学说：整个酶分子的天然构象是具有刚性结构，酶表面具有特定的形状。底物分子或底物分子的一部分象钥匙,专一地契入酶的活性中心,酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁，具有互补性。

2、诱导契合学说：酶活性中心的结构有一定的柔韧性，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，酶与底物在此基础上互补契合，进行反应。（酶改变底物构象？) 3、三点附着假说：立体对映的一对底物由于基团空间排列不同,会出现与酶分子活性中心的结合基团能否匹配的问题。酶与底物的结合处至少有三个点，只有三点都互补,不对称催化作用才能实现。

酶作用高效率的机制

1、邻近效应(proximity)和定向效应(orientation) 酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。 2、底物形变（distortion）与诱导契合

酶与底物结合后，底物分子的构象发生变化，不稳定的化学键受到牵拉或变形而易断裂，降低了反应活化能而加速反应，又称张力学说（strain theory）。 3、酸碱催化（acid-base catalysis）

广义的酸－碱催化：是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，催化酶促反应。

4、共价催化（covalent catalysis） 共价催化又称亲核或亲电子催化，在反应过程中，亲核催化剂或亲电子催化剂分别放出电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度。 5、金属离子催化

6、多元催化和协同效应 7、活性部位微环境的影响

四、酶促反应动力学 米氏方程 Vmax [S]当反应速度等于最大速度一半时,即V = 1/2 Vmax, Km = [S]，

即米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度

V=Km + [S]

米氏常数的意义

1、不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常数，只与酶性质有关，与酶浓度无关，可用于鉴定酶；2、Km值是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲

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体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值；3、可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km时，反应为一级反应；当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应；当0.01Km<[S]<100Km时，为混合级反应；4、Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高；5、选择酶的最适底物，当酶有几种不同的底物存在时，通过测定酶在不同底物存在时的Km值，Km值最小者，即为该酶的最适底物；6、km可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径，了解酶在细胞内的主要催化方向及生理功能。

当[S]很大时，Vmax=k3[E]，k3表示酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，这个常数又叫做转换数，通常称为催化常数（kcat），kcat越大，表示酶的催化效率越高。

Kcat/Km的意义：当[S]远远小于Km时，酶反应速率取决于kcat/Km的值和[S]，它是E和[S]反应形成产物的表观二级速率常数,它的大小可以用来比较不同酶或相同酶催化不同底物的催化效率。

Km=(k2+k3)/k1

酶的活力单位（U，activity unit）：一定条件下一定时间内将一定量的底物转化为产物的酶量（U/g或U/mL)。 酶的比活力（specific activity）：指每毫克蛋白所含的酶活力单位，代表酶的纯度， U/mg蛋白。

纯化倍数=每次比活力/第一次比活力 回收率=每次总活力/第一次总活力

对于一级反应，半衰期（有一半反应物转变为产物的时间）与反应的初浓度无关；对于二级反应，初浓度越大，半衰期越短；对于三级反应，初浓度越大，半衰期越长。

五、抑制剂对反应速度的影响

（一）不可逆抑制作用（irreversible inhibition） 抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用。

（二）可逆抑制作用（reversible inhibition）

抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全恢复的抑制作用就是可逆抑制作用。可逆抑制作用包括竞争性、反竞争性和非竞争性抑制几种类型。

1.竞争性抑制（competitive inhibition)： 抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低，称为竞争性抑制作用。 特点：⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物；⑵ 抑制剂和酶的结合部位与底物和酶的结合部位相同；⑶ 抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小；⑷ 动力学参数：Km值增大，Vm值不变。

Km?[I]?111?1??= ??vVmax?Ki?[S]Vmax28

2.非竞争性抑制

抑制剂既可与游离酶结合，也可与ES复合物结合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。

特点：⑴ 非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的 分子结构类似；⑵ 底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；⑶ 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；⑷ 动力学参数：Km值不变，Vm值降低。

Km?[I]?111=?1????vVmax?Ki?[S]Vmax?[I]??1? ??Ki?实际意义：可阐明一些药物的作用机理，磺胺类药物抑制某些细菌的生长，是因为这些细菌的生长需要利用对氨基苯甲酸合成二氢叶酸，而磺胺类药物的结构与对氨基苯甲酸很相似，可以竞争性地抑制细菌体内的二氢叶酸合成酶，从而妨碍了二氢叶酸的合成。由于这些细菌只能利用二氢叶酸合成四氢叶酸，所以磺胺类药物可造成四氢叶酸的缺乏而影响细菌核酸的合成，影响细菌繁殖 3.反竞争性抑制

抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，使酶的催化活性降低，称酶的反竞争性抑制。 特点：⑴ 反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵ 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；⑶ 必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随抑制剂浓度的增加而增加；⑷ 动力学参数：Km减小，Vm降低。

Km111=??vVmax[S]Vmax?[I]??1? ??Ki?不可逆抑制剂类型

烷化剂、有机磷、有机金属盐、氰化物、CO、青霉素

pH对酶反应的影响

1、 过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏，引起酶构象改变，酶活性丧失；

2、 当pH改变不大时，酶虽然未变性，但活力受到影响。PH影响了底物的解离状态，或者

使底物不能和酶结合，或者结合后不能生成产物；pH影响酶分子活性部位上有关基团的解离，从而影响与底物的结合或催化，使酶活性降低；也可能影响到中间络合物ES的解离状态，不利于催化生成产物；

3、 PH影响维持酶分子空间结构有关的基团解离，从而影响了没活性部位的构象

六、酶的调节

酶结构的调节是一种快速调节方式。 （一）别构调节（变构调节）： 某些代谢物能与酶分子的非催化部位可逆地非共价结合，使酶的分子构象发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度，这种调节作用就称为别构调节(allosteric regulation)。 也称为酶的别构效应。具有别构调节作用的酶就称为别构酶。

协同效应：当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的协同效应。

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变构调节的方式：变构酶常为代谢途径的起始关键酶，而变构剂则为代谢途径的终产物，变构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，最常见的为负反馈调节。

变构调节的特点：⑴ 别构酶一般是寡聚酶，通过次级键由多亚基构成；⑵ 别构酶动力学曲线是S形曲线；⑶酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现，酶的变构仅涉及非共价键的变化；⑷调节酶活性的因素多为代谢物及其类似物；⑸是非耗能过程；⑹无放大效应；别构酶经加热或用化学剂等处理，可引起别构酶解离，失去调节活性，称为脱敏作用。脱敏后的酶表现为米氏酶的动力双曲线。

别构模型

协同模型/齐变模型/WMC

1、别构酶是由数目确定的亚基组成的寡聚酶，各亚基占有相等的地位，每个别构酶都有一个对称轴；2、每一个亚基对一种配体只有荧光结合位点；3、每种亚基有两种构象，一种为有利于结合底物的松弛构象R，另一种为不利于底物结合的紧张型构象T，构象的改变采取同步协同方式，即各亚基在同一时间内均处于相同的构象，如果一个亚基从T到R转变，其他亚基几乎同时转变，不存在TR杂合态；4、当蛋白质有一构象转变为另一构象时，其分子对称性保持不变——这种模型不适用负协同效应。

序变模型

1、当配体不存在时，别构酶只有一种构象存在状态T，而不是处于R、T平衡状态，只有当配体与之结合后才诱导T向R转变；2、别构酶的构象是以序变方式进行的，而不是齐变，当配体与一个亚基结合后，可引起该亚基构象发生变化，并使邻近亚基也发生变化，当第二个亚基发生变化后，又影响第三个亚基，如此顺序传递，直至最后所以亚基处于相同的状态，存在各种TR杂合型；3、亚基之间的相互作用可能是正协同效应，也可能是负协同效应。

（二）共价修饰调节：酶蛋白分子中的某些基团可以在其他酶的催化下发生共价修饰，从而导致酶活性的改变，称为共价修饰调节

(三）酶原的激活：处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。 催化同一反应的而酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶，LDH的几种存在形式

固定化酶：是将水溶液酶用物理或者化学方法处理，使之成为不溶于水的，但仍是酶的活性状态。固定化酶不仅具有高的催化效率和高度专一性，而且还提高了对酸碱和温度的稳定性，增长酶的使用寿命。

构成胰凝乳蛋白酶活性中心的电荷中继网，由三个氨基酸残基组成，分别是His、Ser、Asp

酶反应的非竞争性抑制剂与竞争性抑制剂相比，具有三个完全不同的特点：抑制剂的结构和底物不同、抑制剂与底物结合在酶的部位不同、抑制作用不能通过提高底物的浓度加以消除

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酶的活性中心多为一凹穴，穴内的介电常数往往偏低，其作用是为酶促反应营造一个疏水环境。这种结构特征是由蛋白质分子在三级结构层次上形成的，主要由疏水作用力和氢键维持

在酶的催化机理中，侧链基团既是一个很强的亲核基团，又是一个很有效的广义酸碱基团的残基是组氨酸

为什么His常被选作酶分子的活性中心成分，而并不作为蛋白质一般结构成分

1、在生理条件下，His的咪唑基有一半解离，它既可以作为质子供体，又可作为质子受体，在酶促反应中发挥催化作用；2、His上的咪唑基供出质子或接受质子的速度十分快

酶活力测定的要求

1、 pH：同一种酶在不同pH下测得的反应速度不同，最适pH下酶活力最大。见【pH对酶活

力的影响】；

2、 温度：酶对温度敏感，但一般不在最适温度下测定酶活力，因为测定酶活力需要一定时

间，而在最适温度下，酶的稳定性差，很短时间就会变性 3、 底物：底物浓度远远大于酶浓度，使酶饱和，达到最大速度 4、 酶：酶浓度远小于底物浓度，保证酶促反应速度与酶浓度成正比

5、 测定时间：要求测定反应初速度，故测定时间越短越好，一般底物浓度消耗不超过5%

四种重要的蛋白激酶

蛋白激酶A，PKA是普遍存在于动物体内的一种蛋白激酶，可以通过磷酸化激活多种酶，也可以通过蛋白质磷酸化抑制多种酶活性

蛋白激酶C,PKC广泛分布于真核细胞特别是哺乳动物细胞对调节细胞代谢、分化、生长、增殖乃至癌变等都有重要作用

磷酸化酶激酶，PhK是糖原代谢中一个关键的调节酶，通过催化磷酸化和去磷酸化反应来调节磷酸化酶的活性

蛋白酪氨酸激酶，PTK和细胞正常发育、分化以及癌变相关

五、维生素

维生素（Vitamin，V）：是指一类维持细胞正常功能所必需的且需求量比较小（mg或?g）的 ，而生物体不能自身合成又必须由食物供给的小分子有机化合物。

维生素分为脂溶性和水溶性两大类，其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。脂溶性维生素包括：VitA（视黄醇）顺视黄醇起作用、VitD（D3胆钙化醇）、VitE（生育酚）和VitK（凝血维生素）四种。水溶性维生素包括：VitB1（硫胺素），VitB2（核黄素），泛酸（VitB3），VitPP（ VitB5，烟酰胺），VitB6（吡哆素），生物素（VitB7），叶酸（VitB11）， VitB12（钴胺素）等维生素B族，VitC（抗坏血酸）。

维生素B1和TPP

维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺素（Thiamine），是抗神经炎维生素，在体内常以硫胺素焦磷酸（TPP）的形式存在，可携带活化的醛基，是丙酮酸脱氢酶、转酮酶、磷酸酮酶的辅酶。TPP是涉及到糖类代谢中羰基碳合成与裂解反应的辅酶，特别是α-酮酸的脱羧和α-羟酮的形成与裂解，这些反应都提来与产生裂解的羰基碳上负电荷的积累，TPP通过稳定该负电荷促进这些反应。这些反应的关键是TPP噻唑基的四级氮，

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起着两种作用：1、为C2质子的除去所形成的碳负离子提供了静电稳定作用，所形成的碳负离子通过与羰基碳的加成同底物反应；2、一旦发生TPP攻击底物，所产生的中间物的稳定性，可通过氮原子双键共振相互作用达到。缺乏可引起脚气病。

维生素B2和黄素辅酶

维生素B2又称核黄素（riboflavin），是一种核糖醇与7，8—二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白，在体内核黄素是以黄素单核苷酸FMN和黄素腺嘌呤二核苷酸FAD形式存在，可以传递氢。缺乏可引起各种炎症。

维生素PP和烟酰胺辅酶

维生素PP包括烟酸和烟酰胺，又称抗癞皮病维生素，二者均属于吡啶衍生物，在体内，色氨酸能转变为维生素PP。烟酰胺与核糖、磷酸、学哦了组成脱氢酶的辅酶，主要是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶Ⅰ）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，辅酶Ⅱ），其还原形式为NADH和NADPH，吡啶环的C-4是NAD+和NADP+的反应中心，能接受或给出氢负离子

泛酸（维生素B3）和辅酶A

CoA是泛酸的主要活性形式，另一种活性形式是酰基载体蛋白ACP。其中辅酶A主要起传递酰基的作用，是各种酰基化反应中的辅酶，由于携带酰基的部位在-SH上，故通常以CoASH表示；当携带乙酰时形成CH3CO-SCoA（硫酰键），称为乙酰辅酶A

辅酶A中含有腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸、巯基乙胺，腺嘌呤以β-糖苷键与核糖的第一个碳原子相连；D-核糖的第5’位与焦磷酸基团相连；焦磷酸的第二个磷酸基团以酯键形式与泛酸相连，泛酸又以酰胺键形式与巯基乙胺相连

维生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺

维生素B6包括三种物质：吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，在体内以磷酸酯形式存在，磷酸吡哆醛（PLP）和磷酸吡哆胺是其活性形式，是氨基代谢中多种酶的辅酶。PLP参加催化涉及氨基酸的各种反应，包括转氨作用、α-和β-脱羧作用、β-和γ-消除作用、消旋作用的羟醛反应

维生素B12及其辅酶 又称氰钴胺素，其辅酶参与三种类型的反应：1、分子内重排；2、核苷酸还原成脱氧核苷酸；3、甲基转移（一碳单位）

叶酸和四氢叶酸

叶酸是除了CO2之外，所有氧化水平碳原子一碳单位的重要受体和供体，四氢叶酸THF是叶酸的活性辅酶形式，称为辅酶F，是通过二氢叶酸还原酶连续的还原叶酸形成的。丝氨酸可以在羟甲基转移酶作用下将羟甲基转移给四氢叶酸

硫辛酸

以闭环二硫化物形式和开链还原形式两种结构混合物存在，同酶分子中赖氨酸残基的ε-NH2以酰胺键共价结合，催化形成硫辛酰胺键的酶需要ATP。硫辛酸是一种酰基载体，存在于丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶中

维生素C

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维生素C是酸性的己糖衍生物，为烯醇式己糖酸内酯，L-型有生理功效，能防治坏血病，又称抗坏血酸，分子中C-2和C-3位上两个相邻的烯醇式羟基易解离而释放H+，所以维生素C虽无自由羧基，但仍具有有机酸的性质

维生素E

维生素E又称生育酚或抗不育维生素，是苯骈二氢吡喃衍生物。

抗生素

抗菌作用机制1、抑制核酸的合成：放线菌属D能与双螺旋DNA结合，不与单链DNA或RNA结合，也不与双链RNA结合，它堵塞DNA小沟，妨碍RNA聚合酶沿DNA模版继续移动，阻断RNA延长；丝裂霉素C与DNA形成交联，阻止了双链的拆开，抑制DNA复制；利福霉素、利福平、利链菌素，作用于RNA聚合酶的β-亚基上，专门抑制转录起始，但不影响在已合成RNA链的转录；利福菌素的作用方式也是与β-亚基结合，但它不仅抑制起始，也抑制RNA的延长；2、抑制蛋白质合成：吲哚霉素和色氨酸竞争与色氨酸激活酶结合，抑制氨酰-tRNA的形成；链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、巴龙霉素能抑制70S解离，因此阻碍蛋白质合成的起始；四环素封闭30S亚基上的A部位，使氨酰tRNA的反密码子不再能在A部位与mRNA结合，阻断肽链的延长；氯霉素与原核细胞50S亚基结合，抑制肽酰转移酶活性，阻断肽键形成；嘌呤霉素与50S亚基A部位结合，抑制氨酰tRNA的进入，导致蛋白质合成终止；3、改变细胞膜的通透性；4、干扰细胞壁形成，青霉素主要抑制革兰氏阳性菌，对某些革兰氏阴性菌也起作用

六、激素

一、激素的概念及特点 激素（Hormone）：是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质，在机体的代谢过程或生理过程起调控作用。

激素具有以下特点：1）含量少，在生物体某特定组织细胞产生；2）通过体液的运输被输送到其他组织中发挥作用；3）作用很大，效率高。

激素的功能：调节代谢途径；促进细胞和组织的生长；控制和调节组织器官的生理功能等。

激素的作用方式：自分泌、旁分泌、内分泌

二、激素的分类

（1）含氮激素，包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等，如胰岛素、下丘脑激素、垂体激素、甲状旁腺素、胃肠激素、降钙素等；甲状腺激素，儿茶酚胺类激素等； （2）类固醇激素，性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。

（3）脂肪酸衍生物激素,主要由生殖系统及其它组织分泌产生，如前列腺素。

通过酪氨酸激酶起作用的激素：胰岛素、表皮生长因子 通过激活基因，形成诱导酶起作用的激素（细胞内受体）：糖皮质激素、盐皮质激素、性激素、生长激素、甲状腺激素

简述激素的膜受体有几种类型，解释为什么膜受体大多都是蛋白质

细胞膜上受体主要分为三类：包括依赖神经递质的离子通道、与信号转导蛋白偶联的受体、生长因子的受体。激素的膜受体多为糖蛋白，主要是由于糖蛋白的结构和膜受体的功能非常

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契合。糖蛋白的结构一般分为三部分：细胞膜外区段、质膜部分和细胞膜内段。细胞膜外区段含有许多糖基，是识别激素并与之结合的部位。激素和受体可以相互诱导而改变本身的构型以适应对方的构型，这就为激素和受体发生专一性结合提供了物质基础。

阿司匹林解热镇痛，是因为它抑制前列腺素的合成

肾上腺皮质激素与细胞质受体结合，肾上腺髓质激素与膜受体结合

催产素与加压素（抗利尿激素）的异同

相同：1、为八肽，具有二硫键的二十元环；2、可被胰蛋白酶破坏，受半胱氨酸还原剂的影响；3、可人工合成

不同：1、等电点不同；2、催产素有种属特异性，加压素没有；3、催产素能使多种平滑肌收缩，具有催产及使乳腺排乳作用；加压素时小动脉收缩，减少排尿

以雌二醇为例，阐述类固醇激素作用机制

雌二醇属于类固醇激素，对子宫生长有促进作用，雌二醇穿过子宫细胞的细胞膜，与细胞质中专一性受体结合，其构象发生改变，对DNA的亲和力大大增加，形成复合体转移到细胞核内，与染色质结合，促进基因转录，产生特异蛋白，促进子宫生长

七、代谢与生物氧化

新陈代谢的功能

1、从周围环境中获得营养物质；2、将外界引入当然营养物质转变为自身需要的结构元件；3、将结构元件装配成自身的大分子；4、形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子；5、通过生命活动所需的一切能量

NAD+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADP+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷磷酸；

FMN：黄素腺嘌呤单核苷酸；FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸（两个电子和两个氢原子）

生物化学反应可归纳为四类：基团转移反应、氧化-还原反应、消除、异构化和重排反应、碳-碳键的形成或断裂反应

电势与自由能的关系：ΔG=nΔEF，ΔG＜0，反应可自发进行

高能磷酸化合物的分类：磷氧键型、氮磷键型、硫酯键型、甲硫键型

ATP，腺苷三磷酸是一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团组成的核苷酸，其βγ磷酸基团的酸酐键比α磷酯键更容易水解放能。ATP容易水解并释放大量自由能的原因是：导致反应物不稳定的因素和导致产物稳定的因素，即分子内的静电斥力和形成产物的共振稳定化作用

核苷二磷酸激酶可以在以ATP和NDP为底物的情况下生成ADP和NTP，此反应可逆 生物氧化的方式和特点

定义：又称细胞氧化或细胞呼吸，指生物体内有机物进行的氧化分解，生成CO2和H2O，并释放能量的过程。

特点：1、有机分子发生的一系列化学变化是酶促反应。是在常温、常压、中性pH和有水的环境中进行。2、采取分次逐步释放能量的方式，使能量得到充分贮存和利用。3、能量绝大部分以ATP形式暂时贮存，电子从还原型辅酶→O2过程释放的能量占全部氧化产能的大部

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分。4、碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体传递。5、水的作用：提供环境、参与反应过程、加水脱氢产生能量。（1、在体温下进行；2、需要有酶的催化；3、经过电子传递链；4、伴随脱氢和NAD+、FAD的还原）

二、氧化呼吸链与氧化磷酸化

线粒体内膜是生物氧化呼吸的重要场所，1、外膜：平滑、富有弹性，允许各种离子、小分子通过，特有单胺氧化酶。2、内膜：嵴、内膜球体、生物活性蛋白，Cytaa3是标志酶。3、基质：内膜内部分隔中的液体，胶状，含50%蛋白质。含TCA的酶和脂肪酸氧化的酶，苹果酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶是标志酶。

呼吸链：是以氧作为最终受氢体的由一系列传递体以及相应酶组成的并按一定顺序排列的生物氧化还原链,又叫电子传递链。原核生物存在于质膜，真核生物存在于线粒体内膜。 组成：复合体Ⅰ：NADH-Q还原酶，FMN、Fe-S是辅基；复合体Ⅱ：琥珀酸-Q还原酶，FAD、Fe-S是辅基；复合体Ⅲ：细胞色素还原酶，血红素是辅基；复合体Ⅳ：细胞色素氧化酶，血红素和Cu是辅基（尼克酰胺核苷酸、黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q及细胞色素）

电子传递链的抑制剂

NADH→NADH-Q还原酶→‖→QH2→‖→细胞色素c1→细胞色素c→细胞色素氧化酶→‖→O2 鱼藤酮、安密妥 抗霉素A CN—、N3—

氧化磷酸化：在线粒体中，底物分子脱下的氢经电子传递链传给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP，这种氧化与磷酸化相偶联的反应称为氧化磷酸化，是生物体合成ATP的主要方式。

线粒体内膜的功能： 1、把丙酮酸和脂肪酸氧化为CO2，同时使NAD+和FAD还原为NADH和FADH2；2、电子从NADH和FADH2转移至线粒体内膜上，同时形成跨膜质子泵；3、将储存于电化学质子梯度的能量由内膜上的FOF1ATP酶复合体合成ATP

ATP的合成部位：NADH—CoQ、CoQ—细胞色素c、细胞色素C—氧 ATP合成假说

1、 化学偶联假说：电子传递过程产生一种活泼的高能共价中间物，它随后的裂解驱动氧化

磷酸化作用

2、 构象偶联假说：电子沿传递链传递使线粒体内膜蛋白组分发生了构象变化，形成一种高

能形式，这种高能形式通过ATP的合成而回复原有的构象

3、 化学渗透学说：电子传递释放的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相

偶联的，电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的H+浓度梯度驱动ATP合成

实验证明

1、氧化磷酸化需要封闭的线粒体内膜存在；2、线粒体内膜对H+、OH—、K—和cl—等离子都是不通透的；3、破坏H+浓度梯度的形成会破坏氧化磷酸化的进行；4、线粒体电子传递所形成的电子流能够将H+从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙；5、大量实验数据表明，膜表面不仅能滞留大量质子，而且在一定条件下质子都沿着膜表面迅速转移，其速度超过在大量水相中的速度

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P/O：每消耗1mol原子氧时ADP磷酸化摄取无机磷酸的摩尔数(即合成ATP的摩尔数)。

线粒体外NADH的氧化磷酸化和ATP的转运

磷酸甘油穿梭：肌肉、神经 1.5ATP；○1甘油三磷酸脱氢酶

苹果酸-天门冬氨酸穿梭：心、肝 2.5ATP；○1苹果酸脱氢酶；○2天冬氨酸氨基移换酶；○3苹果酸-α-酮戊二酸载体；○6谷氨酸-天冬氨酸载体

氧化磷酸化的影响因素

1、ATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。

++

2、甲状腺激素可间接影响氧化磷酸化的速度,通过激活细胞膜上的Na,K-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。 3、药物和毒物

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①呼吸链的抑制剂：

能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等； 能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇；

--能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN、N3。 ②解偶联剂：

不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化（破坏质子梯度）的药物或毒物称为解偶联剂。如2,4-二硝基酚。 ③氧化磷酸化的抑制剂： 对电子传递（氧的利用）和ADP磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为氧化磷酸化的抑制剂，如寡霉素。

④ 离子载体抑制剂 :

能量用于转运一价阳离子进入线粒体内膜基质而降低内膜内外的电势差及离子剃度,减弱ATP形成的质子推动力,抑制氧化磷酸化.如缬氨霉素、短杆菌肽。

说明为什么NADH经NADH-CoQ还原酶氧化时有ATP生成，而琥珀酸经琥珀酸-CoQ还原氧化酶时却不会有ATP生成

氧化磷酸化过程中，电子传递和ATP的生成偶联的部位分别在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、处。这三个部位的氧化-还原电位差较大，电子传递过程中可释放大量自由能，足以偶联ATP生成。而复合体Ⅱ的电位差不足以偶联ATP的生成。

生物氧化中NADH呼吸链的P/O比是3，FADH2呼吸链的P/O是2

穿梭作用主要有磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭其P/O分别是2和3

以NADH为辅酶的脱氢酶类主要是参与呼吸作用，即参与从底物到氧的电子传递作用；以NADPH为辅酶的脱氢酶类主要是将分解代谢中间产物上的电子转移到生物氧化反应中需电子的中间物上。

呼吸链中氢原子和电子的传递有着严格的顺序和方向，其规律是电子总是从低氧化还原电位向高的电位流动

ATP有哪些生物学作用？

1、提供生物合成所需的能量；2、生物机体活动及肌肉收缩的能量来源；3、供给营养物逆浓度梯度跨膜运输到机体细胞内所需的自由能；4、在DNA、RNA和蛋白质等生物合成中，保证基因信息的正确传递；5、可生成cAMP参与激素作用

列举几个代谢途径的细胞内部位

线粒体：柠檬酸循环、脂肪酸的p-氧化、电子传递链和氧化磷酸化、糖异生、尿素循环；细胞质：糖酵解、脂肪酸的合成、磷酸戊糖途径、糖异生、尿素循环；细胞核：DNA的复制、RNA的加工；内质网：粗面内质网 膜蛋白和分泌蛋白的合成；光面内质网 类脂和类固醇的合成；高尔基体：蛋白质的翻译和后加工 有哪些方法可用来确定电子传递顺序？

1、 测定各种电子传递体的标准氧化还原电位时发现，从NAD+到分子氧，每一电子传递体的

氧化-还原电势逐步增加，氧化-还原电势的数值越低，该物质丢失电子的倾向越大，越

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容易成为还原剂而处于呼吸链的前面

2、 用分离出的电子传递体进行重组实验证明，NADH可使NADH脱氢酶还原，但是不能直接

使细胞色素b、c或细胞色素aa3还原；同样还原型NADH脱氢酶不能直接与细胞色素C起作用，必须经过辅酶Q和细胞色素b和c1后才能与细胞色素C起作用

3、 利用呼吸链的特殊阻断剂去选择性地阻断某些电子传递环节时发现，若加入某种抑制剂

后，则在阻断环节的负电性侧递电子体因不能再氧化而大多处于还原状态；但是，在阻断环节的正电性侧，递电子体不能被还原而大多处于氧化状态，由此可推断各递电子体的排列顺序

4、 最直接的证据是用分光光度法通过吸收光谱的变化来测定完整线粒体中呼吸链各个电

子传递体的氧化-还原状态。完整线粒体当其电子传递体处于氧化状态时，吸收和散射的光较多，它的悬浮液浑浊，吸收光谱不能直接用分光度法测出；当线粒体内的电子传递体处于还原状态时，以氧化态为对照，就可以用灵敏的分光光度计测出吸收光谱的变化。游离的线粒体在有氧状态下传递电子时，表现出不同的吸收光谱的变化。测定结果表明：在呼吸链的NAD+一端，电子传递体的还原性最强；而在靠近氧一端，电子传递体几乎全部处于氧化状态。在呼吸链中间的电子传递体，按照从底物到氧的方向，氧化程度逐渐升高，说明电子是沿着底物到氧的方向传递。将氧气供给完全处于还原态的电子传递体时，细胞色素aa3首先被氧化，其次是细胞色素C，再次是细胞色素b，依次往前推，直至使NADH氧化。

举例说明同位素示踪法和波谱在生化研究中的作用 同位素示踪法不改变被标记化合物的化学性质，已成为生化及分子生物学的研究中一种重要的必不可少的常规先进技术。如科学家用14C和15N标记的乙酸和甘氨酸证明了血红素分子中的全部碳原子和氮原子都来源于乙酸利甘氨酸；胆固醇分子中碳原子的来源也是用同样的同位素示踪法得到阐明的

核磁共振波谱法对于样品不加任何破坏，因此，在生物体的研究得到广泛应用。例如在生物化学、生理学以及医学等方面都广泛采用核磁共振波谱技术对生活状态的人体进行研究，取得了重要研究成果，1986年用核磁共振波谱对人体前臂肌肉在运动前和运动后进行了比较

八、糖代谢

一、糖酵解（glycolysis） 是糖的无氧氧化，葡萄糖在缺氧或氧气供应不足的条件下进行分解生成丙酮酸且还原生成乳酸，同时放出少量能量的过程,简称EMP途径

糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的：1、带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从而使这些产物不易透过脂膜而失散；2、磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化；3、磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATP的末端磷酸基团，具有保存能量的作用

酵解和酒精发酵基本路线完全相同，只是在形成丙酮酸以后才有差异，丙酮酸转化为乳酸时称为酵解；丙酮酸转化为乙醛、乙醇时称为发酵

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1、葡萄糖的磷酸化

葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸（G6P） ? 此反应不可逆，不但活化了葡萄糖分子，还保证了葡萄糖一旦进入细胞就有效地被捕获，

不会再透出胞外

? 催化此反应的酶是己糖激酶，此酶专一性差，可催化其他六碳糖，己糖激酶分为4类，

分别称为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型，Ⅰ型主要存在于脑和肾，Ⅱ型存在于骨骼和心肌，Ⅲ型存在于肝脏和肺脏，Ⅳ型存在于肝脏。（在肝脏中存在一种专一性强的葡萄糖激酶）【激酶是能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶】

? 参与此反应的ATP必须与镁离子形成复合物，当葡萄糖浓度非常高时，葡萄糖激酶催化

葡萄糖形成G6P，G6P是合成糖原的中间物质 2、G6P异构化形成果糖-6-磷酸

? 葡萄糖-6-磷酸和果糖-6-磷酸的存在形式以环式为主，但异构化反应需以开链形式进

行，由磷酸葡萄糖异构酶催化

3、果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸

? 此反应不可逆，由磷酸果糖激酶PFK催化，需要镁离子参加

? PFK是一种变构酶，是糖酵解途径最为重要的调控关键酶，该酶有四个亚基，是一个四

聚体。其活性受到高浓度的ATP抑制，此抑制作用可被AMP解除；当pH下降时，H+对该酶有抑制作用，它可以阻止糖酵解过程继续进行，从而防止乳酸的继续形成，避免酸中度

? 磷酸果糖激酶有三种同工酶，分别称为磷酸果糖激酶A、B、C，A存在于心肌和骨骼中，

B存在于肝和红细胞中，C存在于脑中

4、果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸

? 催化此反应的酶是醛缩酶，有两种不同的类型，高等动植物中的醛缩酶为Ⅰ型，包括A、

B、C三种类型，A类主要存在于肌肉中，B类存在于肝脏，C类主要存在于脑组织；第Ⅱ型主要存在于细菌、酵母、真菌及藻类，与Ⅰ类酶的区别是含有二价金属离子。赖氨酸、组氨酸、半胱氨酸三个残基直接参与酶的催化反应

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5、二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸

? 催化此反应的酶是丙糖磷酸异构酶，反应速度非常快，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催

化效率的措施都不能再提高它的反应速度 6、甘油-3-磷酸氧化成1，3二磷酸甘油酸

? 甘油醛-3-磷酸的氧化和磷酸化是在甘油醛-3-磷酸脱氢酶GAPDH的催化下，由NAD+和无

机磷酸Pi参加实现的，生成酰基磷酸，是具有高能磷酸基团转移势能的化合物

3—

? 砷酸盐AsO4在结构和反应方面都和无机磷酸极为相似，能代替磷酸产生1-砷酸-3-磷

酸甘油酸，此化合物不稳定，迅速水解，不能形成1，3-二磷酸甘油酸（为什么选择具有较大动力稳定性的磷酸基团作为递能基团，而不是砷酸） 7、1，3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP

? 磷酸甘油酸激酶PGK在镁离子存在的情况下，催化此反应进行 8、3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 ? 由磷酸甘油酸变位酶催化，镁离子存在 9、2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 ? 由烯醇化酶在镁离子存在时催化

10、磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子

? 由丙酮酸激酶在镁离子存在时催化，它是糖酵解途径中一个重要变构调节酶，ATP、长

链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸都对该酶有抑制作用；而果糖-1，6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用

小结：１、部位：胞液；２、产能：2ATP；３、限速酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶

４、意义： 酵解是糖分解代谢的共同中心途径；迅速提供能量，肌肉收缩；成熟的红细胞完全依赖酵解供能。

丙酮酸的去路（无氧条件） 生成乳酸：动物在激烈运动时而发生供氧不足时，缺氧的细胞必须用糖酵解产生的ATP分子暂时满足对能量的需要。为了使甘油醛-3-磷酸继续氧化，必须提供氧化型的NAD+，丙酮酸作为NADH的氢受体，使细胞在无氧条件下重新生成NAD+，丙酮酸变为乳酸。

催化此反应的酶是乳酸脱氢酶，有两种亚基，可形成5种同工酶，机体血液内乳酸脱氢酶同工酶的比例是比较恒定的，可作为诊断心肌、肝脏等疾病的重要指标之一

生成乙醇：1、丙酮酸脱羧形成乙醛，由丙酮酸脱氢酶催化，该酶在动物细胞中不存在，以硫胺素焦磷酸TPP为辅酶，以非共价键和酶紧密结合；2、乙醛还原成乙醇的同时产生氧化型NAD+，由乙醛脱氢酶催化

糖酵解的调节

1、 磷酸果糖激酶是关键酶：ATP抑制，柠檬酸抑制

2、 果糖-2，6-二磷酸：提高果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力并降低ATP的抑制效应，是

磷酸果糖激酶的激动剂；果糖-2，6-二磷酸由磷酸果糖激酶2（PFK2）催化果糖-6-磷酸形成，果糖二磷酸酶2水解果糖-2，6-二磷酸，这两种酶处于同一条多肽链上，此多肽链具有双重功能的酶

3、 己糖激酶和丙酮酸激酶对糖酵解的调节：葡萄糖-6-磷酸抑制己糖激酶的活性，且己糖

激酶不是限速酶，因为生成的产物葡萄糖-6-磷酸还可以转变为糖原，还可以进入五碳

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指生物体利用非糖物质转变成糖或糖原的过程。 糖异生并不完全是糖酵解的逆反应，1、由己糖激酶催化的葡萄糖和ATP形成G6P和ADT；2、由磷酸果糖激酶催化的果糖-6-磷酸和ATP形成果糖-1，6-二磷酸和ADP；3、由丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸和ADP形成丙酮酸和ATP，葡糖异生作用必须对此三个步骤绕道而行

迂回措施一：丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸

迂回措施二：果糖-1，6-二磷酸 + H2O 果糖-1，6-二磷酸酶 果糖-6-磷酸 + pi 磷酸果糖激酶

迂回措施三：G6P + H2O 葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖+pi 己糖激酶

葡糖异生作用的调节（与糖酵解调节相反）

如果糖酵解作用受到抑制，则葡糖异生作用受到促进，两种过程都是高度放能过程，同时进行，即一方面葡萄糖转变为丙酮酸（2ATP生成），另一方面丙酮酸又重新合成葡萄糖（消耗6ATP），对机体来说只是静消耗了2个ATP和2个GTP分子，此循环有“无用循环”之称，但对机体却有重大意义

PFK和果糖-1，6-二磷酸酶的调节

糖酵解：产能，AMP、果糖-2，6-二磷酸激活磷酸果糖激酶，ATP、柠檬酸抑制 糖异生：阻止产能，与糖酵解相反，即ATP、柠檬酸促进此过程

乳酸属于代谢的一种最终产物，除了再转变为丙酮酸外，别无去路，肌肉细胞内的乳酸 到血液并进入肝脏细胞，通过葡糖异生作用转变为葡萄糖，又回到血液，这个循环称为可立氏循环

葡萄糖运载蛋白有许多种，在结构和功能上属于一个家族，分别命名为GLUT1、GLUT2、GLUT3（4、5、7）等

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乙醛酸途径

++

2乙酰CoA+2NAD+FAD→草酰乙酸+2CoASH+2NADH+2H+FADH2

只存在于植物和微生物中，通过乙醛酸途径使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。催化乙醛酸途径的酶既存在于线粒体，也存在于一种为植物特有的亚细胞结构称之为乙醛酸循环体，特别包括只存在于乙醛酸循环体中的酶，即异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶。 乙醛酸循环开始于草酰乙酸与乙酰-CoA的缩合，但线粒体中的草酰乙酸不能透过线粒体膜，必须在天冬氨酸氨基转移换酶作用下接受谷氨酸分子的α-氨基形成天冬氨酸才能跨越线粒体膜并进入乙醛酸循环

乙醛酸循环在植物种子中有特别重要的意义，它使萌发的种子将贮存的三酰甘油通过乙酰-CoA转变为葡萄糖

寡糖类的生物合成和分解

催化形成糖苷键的酶是糖基转移酶，参与单糖转移的核苷酸有UDP、GDP、CMP等，每一种糖分子只与核苷酸中的一种结合。在乳糖合成过程中，起催化作用的半乳糖基转移酶随着是否有α-乳清蛋白存在而表现两种不同的催化作用，其一是在非乳腺组织中，其二是在乳腺中，只有在乳腺中才出现乳糖核酶（也可以认为乳糖合酶由两个亚基组成，即半乳糖基转移酶和α-乳清蛋白，后者是乳腺中特有的无催化作用的蛋白质

缺乏乳糖酶，使乳糖不能被完全消化或完全不能消化，造成乳糖不耐症 糖蛋白的生物合成

1、糖蛋白糖链生物合成的特点

糖蛋白中N-糖链的合成是和肽链的生物合成同时进行的，O-糖链的合成是在肽链合成后，对肽链进行修饰加工时将糖基逐个连接上的，糖基转移酶对作为供体的糖基和受体都有严格的专一性，因此糖链中的每个糖苷链都是由专一的糖基转移酶催化形成的 2、糖蛋白寡糖部分与多肽链相连接的类型 A、N-连接型寡糖的要点

寡糖分子以β-N-糖苷键的形式与多肽相连，相连的部分是多肽链的天冬氨酸残基，对这一残基的要求是，与该残基相隔的氨基酸必须是丝氨酸或苏氨酸，与该残基相连的氨基酸是除脯氨酸和天冬氨酸以外的任何氨基酸，这段序列的表示应为Asn-X-Ser或Asn-X-Thr，寡糖的糖基组分主要是N-乙酰氨基葡萄糖 B、O-连接型寡糖的要点

寡糖分子通过α-O-糖苷键与肽链上的丝氨酸或苏氨酸相连，只有在胶原蛋白中，O-糖苷键是与5-羟赖氨酸残基相连的，O-糖链上的分支结构和糖链非还原末端部分的糖基往往在构成复杂的血型抗原中起作用 C、酰胺键型连接的要点

寡糖链的非还原端大多是通过甘露糖磷酸乙醇胺剪接地和多肽链的末端羧基形成酰胺键而结合；同时寡糖链的还原端又和磷脂酰肌醇中的肌醇分子的C6位相连，磷脂酰肌醇有两条脂肪酸链嵌在细胞膜中，因此糖基化的磷脂酰肌醇起着锚的作用，糖基磷脂酰肌醇被称为糖基磷脂酰肌醇-锚

3、糖蛋白中寡糖链的生物合成 A、N-连寡糖的生物合成

N-连寡糖开始合成是在内质网上进行，随后又在高尔基体内加工，大概可分为四步：1、合成以酯键相连的寡糖前体；2、将前体转移到正在增长的肽链上；3、除去前体的某些糖单位；4、在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子

N-连寡糖的共同寡糖前体是长醇-焦磷酸-寡糖，长醇-焦磷酸-寡糖的合成过程含有拓扑变

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化，N-连寡糖与蛋白质的结合是在蛋白质合成过程中开始的，衣霉素和杆菌肽是抑制剂。 发生在糙面内质网蛋白质N-连接的糖基化过程

1、含有(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2的寡糖首先在内质网磷酸多萜醇载体上组装，然后在糖基转移酶的催化下，寡聚糖基从磷酸多帖醇载体转移到新生肽链的天冬氨酸残基上；2、在分子伴侣Bip和蛋白二硫键异构酶的帮助下，蛋白质折叠时，3个葡萄糖残基分别被葡萄糖苷酶所切除；4、一个Man被切除，形成(Man)8(GlcNAc)2 B、O-连寡糖的生物合成

O-连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成寡糖链，糖链在高尔基体中进行合成，和N-连寡糖不同的是：N-连寡糖的糖链是转移到多肽链的一定氨基酸序列上的天冬氨酸残基上；O-连寡糖糖基化的丝氨酸、苏氨酸位点不属于任何一段特定的氨基酸序列，而是和多肽链的二级结构和三级结构有关。当丝氨酸/苏氨酸的附近含有脯氨酸时，则α-螺旋结构被β-折叠片或β-转角取代从而容易发生O-连糖基化。一般认为O-糖基化发生于N-糖基化之后，而且不同糖蛋白O-糖基化的起始地点并不一致 糖蛋白的分解代谢是在溶酶体中进行的，糖蛋白的彻底降解需要蛋白水解酶和糖苷酶的联合作用

五、糖原的合成与分解 糖原的降解

为什么选择糖原作为贮能物质（而不是脂肪）：肌肉不可能像动员糖原那样迅速的动员脂肪；脂肪的脂肪酸残基不可能在无氧条件下进行分解代谢；动物不能将脂肪酸转变为葡萄糖的前体

1、糖原磷酸化酶 磷酸化酶催化特点是，从糖原的非还原性末端断下一个葡萄糖分子，同时又出现一个新的还原性末端，该酶只催化1→4糖苷键的磷酸解，也就是末端葡萄糖基C1碳原子和相邻葡萄糖C4形成的糖苷氧原子之间的键，断键后氧原子仍留在C4上，因此只能脱下糖原分子直链部分的葡萄糖残基，实际上磷酸化酶的作用只到糖原的分支前4个染葡萄糖残基处即不能再继续催化

磷酸化酶a有活性，磷酸化酶b无活性，磷酸化酶b中两个亚基的Ser14被磷酸化就转变为磷酸化酶a,磷酸吡哆醛是磷酸化酶必须的辅助因子，可能起酸-碱催化作用 糖原的降解采用磷酸解而不是水解具有重要意义：磷酸解使降解下的葡萄糖分子带上磷酸基团，G1P不需要能量提供可容易的转变为G6P，从而进入糖酵解等途径；如果是水解，得到的产物是葡萄糖，需消耗1分子ATP才变为G6P；另外，G1P以解离形式存在而不致扩散到细胞外，非磷酸化的葡萄糖可以扩散

2、糖原脱支酶（包括糖基转移酶） 磷酸化酶催化磷酸解作用，使糖原分子从非还原性末端逐个移去葡萄糖残基直至临近糖原分子α（1→6）-糖苷键分支前4个葡萄糖残基处，如此作用，最后形成一个具有许多短分支链的多糖分子称为极限糊精，它的进一步分解需要糖原脱支酶和磷酸化酶的协同作用 一般称为糖原脱支酶的肽链上，其实具有两个起不同催化作用的活性部位，即有两种酶存在：一种是起转移葡萄糖残基作用的酶，称为糖基转移酶；另一种是起分解葡萄糖α（1→6）-糖苷键作用的酶，称为糖原脱支酶，又称α-（1→6）-糖苷酶，往往将糖原脱支酶笼统的看作是一种双重功能酶

当磷酸化酶的作用停止后，糖原脱支酶肽链上的转移葡萄糖残基的活性部位先起催化作用将原来极限分支前面以α（1→4）连接的三个葡萄糖残基转移到另一个分支的非还原端的葡萄糖残基上，或者转移到糖原的核心链上，一方面形成一个带有3个葡萄糖残基的新的α（1

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→4）糖苷键，另一方面又暴露出以α（1→6）糖苷键相连的葡萄糖残基；这个分支点由脱支酶的另一种催化作用，即分解α（1→6）-糖苷键的作用消除。脱支酶脱下α（1→6）连接的葡萄糖残基不是磷酸解作用，而是水解作用，其结果是产生一个葡萄糖和以α（1→4）糖苷键相连的葡萄糖残基，于是磷酸化酶又可继续发挥作用

3、磷酸葡萄糖变位酶的作用 将G1P转变为G6P

4、葡萄糖-6-磷酸酶 水解G6P产生葡萄糖

糖原分解的特点：1．水解反应在糖原的非还原端进行；2．是一非耗能过程；3．关键酶是糖原磷酸化酶，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。

糖原的生物合成

糖原的合成和分解走的是完全不同的途径，在糖原合成中，糖基的供体并不是葡萄糖-1-磷酸而是另一种核苷酸的化合物尿苷二磷酸葡萄糖，简称UDP-葡萄糖或UDPG 1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 催化G1P与UTP反应生成UDPG

2、糖原合酶

将UDPG上的葡萄糖分子转移到已存在的、糖原分子的某个分支的非还原端，它只催化1→4糖苷键的形成，形成的产物只能以直链形式存在而且只能将葡萄糖加到已经具有4个以上葡萄糖残基的葡聚糖分子上

3、糖原分支酶

糖原分支酶的作用包括断开α（1→4）糖苷键并形成α（1→6）糖苷键，将糖原分子中处于直链状态的葡萄糖残基，从非还原性末端约7个葡萄糖残基的片段在1→4连接处断裂，转移到同一个或其他糖原分子上形成α（1→6）糖苷键，相邻分支之间至少有4个葡萄糖残基的距离

糖原的多分支对机体非常有利，它增加了糖原的可溶性，也增加了非还原末端的数目，大大提高了糖原的分解和合成效率

糖原的合成代谢特点：1．必须以原有糖原分子作为引物；2．合成反应在糖原的非还原端进行；3．合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP）；4．其关键酶是糖原合酶，为一共价修饰酶；5．需UTP参与（以UDP为载体）。

糖原代谢的调控

糖原磷酸化酶的调控机制

1、 AMP对骨骼肌磷酸化酶的别构调节

2、 AMP→cAMP→PKA/Ca2+→磷酸化酶激酶→磷酸化酶激活（肌肉收缩正是由于神经冲动引

起细胞溶胶内Ca2+浓度的短暂升高，糖原降解速度和肌肉收缩之间由Ca2+而发生了联系）

3、 蛋白磷酸酶-1（PP1）的调控

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它的作用是去磷酸化，使磷酸化酶a变为b，只有当磷酸化酶a处于T钝化状态时，PP1才能对其起作用

对糖原合酶的调控

磷酸化的无活性，非磷酸化的为活性形式 P190和p192的图

为什么说三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的共同途径 1、 三羧酸循环是乙酰CoA最终氧化生成二氧化碳和水的途径； 2、 糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环；

3、 脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进入三羧酸循环氧化，脂肪酸经β-氧化产生乙

酰CoA可进入三羧酸循环氧化；

4、 蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨基后碳骨架可进入三羧酸循环，同时，三羧酸循环的中

间产物可作为氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必须氨基酸

简述乙酰辅酶A在含碳化合物代谢中的作用

乙酰辅酶A是丙酮酸氧化脱羧产生的，它作为代谢中一个重要的中间物，在含碳化合物中起着一个桥梁作用。乙酰辅酶A主要以以下方式参与到含碳物质的代谢途径中： 1、 进入三羧酸循环氧化分解为二氧化碳和水，产生大量能量； 2、 以乙酰辅酶A为原料合成脂肪酸，进一步合成脂肪和磷脂； 3、 以乙酰辅酶A合成酮体作为肝输出能源方式； 4、 以乙酰辅酶A为原料合成胆固醇。

三羧酸循环的意义：1、为机体提供了大量的能量，1分子葡萄糖经过糖酵解、三羧酸循环、和呼吸链氧化后，可产生38个ATP，能量利用率达40%；2、三羧酸循环是糖代谢、蛋白质代谢、脂肪代谢、核酸代谢以及次生物质代谢联络的枢纽，它的中间产物可参与其他代谢途径，其他代谢的产物最终可通过三羧酸氧化为CO2和H2O，并释放能量

以丙酮酸为底物的五个不同酶促反应

丙酮酸 + NAD+ + HSCoA =丙酮酸脱氢酶= NADH + H+ + 乙酰CoA + CO2 丙酮酸 + CO2 + ATP =乳酸脱氢酶= 草酰乙酸 + ADP + pi 丙酮酸 + NADH + H+ =丙酮酸脱羧酶= 乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + TPP =丙酮酸脱羧酶= 乙醛 + CO2

丙酮酸 + 谷氨酸 =谷一丙转氢酶= 丙氨酸 + 酮戊二酸

为什么说乙醛酸循环是三羧酸循环的支路？

主要是因为乙醛酸循环与三羧酸循环有一些共同的酶系和反应，如： 乙酰CoA + 草酰乙酸 =柠檬酸合酶= 柠檬酸 柠檬酸 =顺乌头酸酶= 异柠檬酸

苹果酸 + NAD+ =苹果酸脱氢酶= 草酰乙酸 + NADH + H+

糖酵解在有氧条件下也可以发生 ///// 乙醛酸循环是微生物、植物所特有的

植物体内的葡萄糖分解有五条途径，即：无氧酵解、生醇发酵、乙醛酸循环、有氧氧化、磷酸戊糖途径

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