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海南大学生物化学复习整理第四章、蛋白质1、蛋白质的元素组成C、 H、 O、 N ，大多含有 S，有的还含有P、Fe、I、Cu、Mo、Zn2、蛋白质的平均含氮量为16%，这可用于测定蛋白质的含量凯氏定氮法。蛋白质含量=蛋白氮6.25（6.25为16% 的倒数即蛋白质系数）3、蛋白质在机体的重要作用 催化作用：高效专一地催化机体内几乎所有的反应，如酶 运输作用：专一运输各种小分子和离子，如血红蛋白 调节作用：调节机体代谢活动，如胰岛素、钙调蛋白、阻遏蛋白 运动作用：负责机体的运动，如肌动蛋白、肌球蛋白 防御作用：防御异体侵入机体，如免疫球蛋白、病毒外壳蛋白 营养作用：作为氨基酸的贮库，用于生长发育所需或某些物质与蛋白质结合而被贮存，如卵清蛋白、酪蛋白、麦醇溶蛋白、铁蛋白 结构蛋白：作为构建机体某部分的材料，如a-角蛋白、胶原蛋白4、 蛋白质的基本结构单元-氨基酸，组成蛋白质的氨基酸共有20 种，组成蛋白质的氨基酸都为-aa（除Pro外）和L型（除Gly外）非极性氨基酸(8) ： 丙氨酸Ala ，缬氨酸Val，亮氨酸Leu，异亮氨酸Ile，脯氨酸Pro（唯一的-亚aa），色氨酸Trp，（具有芳香环，吲哚环色氨酸，亚氨基） 苯丙氨酸Phe，甲硫氨酸Met 不带电的极性氨基酸(7)： 甘氨酸Gly（唯一的无手性，最小的aa），丝氨酸Ser，苏氨酸Thr， 半胱氨酸Cys，酪氨酸Tyr， 天冬酰胺Asn，谷氨酰胺Gln带负电酸性氨基酸(2)：天冬氨酸Asp，谷氨酸Glu带正电碱性氨基酸(3)：赖氨酸Lys，精氨酸Arg，组氨酸His极性氨基酸 5、 必需氨基酸：人类自身不能合成或不能足量合成，必须依赖食物供给，Ile（异亮）Met（甲硫）Val（缬）Leu（亮）Trp（色） Phe（苯丙）Thr（苏）Lys（赖） -“一家写两三本书来”，Arg（精）His （组）6、 氨基酸的理化性质： （1）氨基酸的光吸收：除Gly之外，其余蛋白质氨基酸都有手性碳原子，都具有旋光性。Trp（色）、Tyr（酪）、Phe（苯丙） 含芳香环共轭双键系统，能够吸收紫外线，最大吸收峰分别在 280nm、275nm、257nm。 （2）氨基酸的两性解离和等电点：使氨基酸所有可解离的基团的净电荷为零时溶液的pH值，用 pI 表示 氨基酸等电点的计算公式：pI = 1/2 ( pKn + pKn+1 ) ( 其中n为可解离的正电荷基团数目 ) pH pI 带负电，移向正极；pH pI 带正电，移向负极；pH = pI 不带电，不移动 （3）氨基酸重要的化学反应： 氨基酸的茚三酮显紫色反应（酸性条件下）常用于氨基酸的定性和定量分析。 Sanger反应：在弱碱溶液中，氨基酸的-氨基与2,4-二硝基氟苯(DNFB) 反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-aa），此 反应最初被Sanger 用于测定肽链 N-端氨基酸 双缩脲反应（肽键）+碱性溶液+CuSO4紫红色，酚试剂反应蓝色7、 肽键：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水而形成酰胺键，这个键称为肽键（peptide bond），产生的化合物叫做肽。 氨基酸脱水缩合形成肽链，肽链结构为：无分枝的长链 ；具有方向性，两个末端分别为N端(氨基端)和C端(羧基端)； 由“N-C-C”单元的周期性连接，构成多肽链的主链；氨基酸残基的R基团连接在主链的C上，形成多肽链的侧链。8、 蛋白质的结构 一级结构：指蛋白质肽键中的排列顺序。而是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结构蛋白质的化学结构包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫键的位置，又称共价结构。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定着蛋白质高级结构。最先由Sanger于1953年完成测定胰岛素一级结构. 二级结构：蛋白质的二级结构指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象。天然蛋白质包括-螺旋、-折叠、 -转角、无规则卷曲等二级结构。 蛋白质分子的多肽链按一定方式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，亦称高级结构。 蛋白质的高级结构即蛋白质的构象问题。 （构型的改变伴随着共价键的短裂和重新形成，构象的改变不需要共价键的短裂和重新形成。） 肽键C-N键介于单键和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转，其中绝大多数都形成刚性的酰胺平面（由肽键周围的6个原子组成的刚性平面）结构。虽是单键却有双键性质，周边六个原子在同一平面上，前后两个a-carbon在对角(trans) -螺旋结构的主要特点（P53）： 1）肽链中的酰胺平面绕C相继旋转一定角度形成-螺旋，并盘绕前进。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈；每圈间距0.54nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，旋转100。 2）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧； 肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴; 3）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键。 侧链在a-螺旋结构中的作用： 4）* -螺旋遇到Pro就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。 * R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。 * 带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。 -折叠是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结构。侧链基团与C间的键几乎垂直于折叠平面，R基团交替地分布于片层平面两侧。 -折叠分平行式（N端在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.325nm）和反平行式（N端不在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.35nm），后者更为稳定。 维持-折叠结构稳定性的力 氢键由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在链与链之间形成的。 -转角存在于球状蛋白中，-转角都在蛋白质分子的表面。其特点是肽链回折180，使得氨基酸残基的C=O和与第四个残基的N-H形成氢键。 无规则卷曲是指没有一定规律的松散肽链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域。无规卷曲常出现在-螺旋与-螺旋、-螺旋与-折叠、 -折叠与-折叠之间。它是形成蛋白质三级结构所必需的。 超二级结构 指蛋白质中相邻的二级结构单位(即单个-螺旋或-转角、折叠)组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。 基本组合形式为， 结构域 指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域（domain）或功能域。结构域之间有一段肽链相连铰链区；各个结构域可以相似或不相同；结构域一般为酶活性中心 三级结构 指的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成球状分子结构。 球状蛋白的三级的结构特怔：蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次；大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核；而极性侧链在分子表面，形成亲水面；分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心。 维持三级结构的作用力：二硫键共价键；（疏水作用，氢键，离子键，范德华力）非共价键（次级键） 肌红蛋白由条多肽链和一个血红素（heme）辅基构成，分子量为16700，含153个氨基酸残基。血红素能与O2,CO,NO,H2S结合 四级结构 由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为亚基。 血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。 维持四级结构的作用力：疏水作用，氢键，离子键，范德华力9、蛋白质结构与功能关系 1） 一级结构与功能的关系 一级结构与细胞进化 以细胞色素C为例：细胞色素C广泛存在于真核生物细胞的线粒体中，是一种含有血红素辅基的单链蛋白质。在生物氧化时，细胞色素C在呼吸链的电子传递系统中起传递电子的作用，使血红素上铁原子的价数发生变化。在分子进化过程中，细胞色素C分子中保持氨基酸残基不变的区域称为保守部位。保守部位的氨基酸都是细胞色素C完成其生物学功能所必需的 。 一级结构变异与分子病 所谓分子病是指由于遗传基因突变导致蛋白分子中某些氨基酸残基被更换所造成的一种遗传病。镰刀状细胞贫血病是因病人的红细胞在氧气不足的情况下变形而呈镰刀状。Glu 和Val 分子的侧链在性质上有很大的不同。Glu 侧链带负电荷，而Val侧链是一个非极性基团，所以使得HbS分子表面的负电荷减少，这种变化使患者的血红蛋白容易发生聚集并形成杆状多聚体，这就是导致红细胞变形的原因。 蛋白质的局部断裂与蛋白质的激活 在体内许多具有一定功能的蛋白质如酶蛋白、激素类蛋白等常以无活性的前体形式产生和贮存。在一定情况下，这些前体经特定蛋白酶水解，切除部分肽段后，才转变成有活性的蛋白质。这一过程叫做蛋白质前体的激活 2）空间结构与功能的关系 空间结构（三维结构）决定其功能。核糖核酸酶的变性和复性；血红蛋白的别构效应，肌红蛋白与血红蛋白：两者三级结构相似别构效应；蛋白质构象病由于组织中特定蛋白质承受空间结构或构象变化而引起的疾病。9、 蛋白质的理化性质 1）胶体性质：蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水胶体，这是因为在蛋白质颗粒表面带有很多极性基团，如-NH3、-COO-、-OH-、-SH、-CONH2等和水有高度亲和性，当蛋白质与水相遇时，就很容易在蛋白质颗粒外面形成层水膜；蛋白质在非等电状态时带有相同电荷，使蛋白质颗粒之间相互排斥，保持一定的距离，不易相互凝聚而沉淀。所以蛋白质具有胶体性质，如布朗运动、光散射、电泳、不能透过半透膜及具有吸附能力等。利用蛋白质不能透过半透膜的性质，可用羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等来分离纯化蛋白质，这个方法称透析（dialysis）。 2）两性解离及等电点 蛋白质同氨基酸一样也是两性电解质，即能和酸作用，也能和碱作用。 蛋白质的等电点（pI）：当某蛋白质在一定的pH的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值叫做该蛋白质的等电点。 蛋白质的带电性质与溶液的pH有关。利用蛋白质的两性解离可以通过电泳分离纯化蛋白质。 3）蛋白质的变性 蛋白质受到某些理化因素的影响，其空间结构发生改变，蛋白质的理化性质和生物学功能随之改变或丧失，但未导致蛋白质一级结构的改变，这种现象叫变性作用。 物理因素：加热、紫外线、超声波、高压等；化学因素：强酸、强碱、脲、盐酸胍、去垢剂、重金属盐等。 变性后的表现：生物活性丧失（酶）；溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小（蛋清）；基团位置改变；对蛋白酶敏感性增大 蛋白质变性的实质：维系其高级结构的次级键遭到破坏，生物学活性丧失，而一级结构不变。 4）蛋白质的沉淀 ：1. 高浓度中性盐（NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl（中和蛋白质的电荷）这种加入盐使蛋白质沉淀析出的现象称为盐析，用于蛋白质分离制备。2. 有机溶剂丙酮、乙醇(破坏蛋白质水膜) 3.重金属盐Hg2+、Ag+、Pb+ （与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐,或改变蛋白质的空间结构）4.生物碱试剂苦味酸、目酸、钨酸等（与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性盐） 5）蛋白质的颜色反应：1. 双缩脲反应 2. 酚试剂反应（还原成蓝色化合物，常用来定量测定蛋白质含量）3. 茚三酮反应10、蛋白质的的分离、纯化与鉴定 1.蛋白质分离、纯化的过程和一般原则：前处理，粗分级，细分级，结晶 2.蛋白质分离纯化的一般方法：（1）根据蛋白质分子大小不同的分离方法：透析，超滤透析，超滤，密度梯度（区带）离心，凝胶过滤 （2）根据蛋白质溶解度的差异进行分离的方法： 等电点沉淀，蛋白质的盐溶和盐析，有机溶剂分级分离 （3）根据蛋白质电荷不同的分离方法：电泳（影响迁移率的因素：电位梯度，电流密度，导电性，环境pH （分子电荷），离子强度，分子的大小、形状）；离子交换层析；亲和层析法 第5章 核酸1、 核酸的种类、分布与功能 DNA：原核生物分布在核质区；真核生物分布在95%在细胞核、5%在线粒体和叶绿体，是遗传信息的载体。 RNA（tRNA携带、转移aa，mRNA肽链合成的模板，rRNA核糖体主要成分）：原核生物分布在细胞质；真核生物分布在75%在细胞质，15%在线粒体和叶绿体，10%在细胞核 核酸是由许多核苷酸组成的长链，核酸由碱基(嘌呤碱（腺嘌呤、鸟嘌呤）或嘧啶碱（胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）)、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸组成。2、 DNA的一级结构 DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。 四种脱氧核苷酸通过3, 5-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序 多聚脱氧核苷酸链的结构特点：无分枝的长链；具有方向性，两个末端分别为5端和3端；由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。3、DNA的二级结构(分别出现在DNA复制， 转录，重组等阶段) DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。双螺旋结构模型的基本特征：(1) 反向平行的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋。 （2）双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟。 (3) 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。 (4) 双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键，称为碱基互补配对，双螺旋的两条链也呈互补关系。 (5) 双螺旋直径为2nm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36，上升0.34nm。所以每10个碱基对形成一个螺旋，螺距3.4nm。 影响双螺旋结构稳定性的因素： 1）互补碱基之间的氢键：弱键, 可加热解链；氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) 2)碱基堆集力：碱基堆集成非极性的区域，相互间产生疏水作用和范德华力 3)离子键：磷酸酯键，强键, 需酶促解链，0.2 mol / L Na+ 生理盐条件（消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力） DNA双螺旋构象的多态性：在生理状态及在溶液中，DNA一般为B型(含水量90以上，NaCl浓度为2.5 M）。当水合的DNA脱水时，转变为A型(含水量75)。还有Z型的DNA(左手螺旋，0.7 M MgCl2)。 DNA的三股和四股螺旋可能的功能：稳定真核生物染色体结构；保证DNA末端准确复制；与DNA分子的组装有关；与染色体的减数分裂&有丝分裂有关。4、 DNA的三级结构 超螺旋:双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构，包括DNA扭曲、超螺旋、多重螺旋和连环等。超螺旋总是向着抵消初级螺旋改变的方向发展。 DNA超螺旋的特点：1）线状DNA分子，双螺旋与蛋白质结合后扭曲盘绕而形成螺旋的螺旋结构。 2）环状DNA分子，双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构 正超螺旋：当螺旋旋转360时，其相应碱基对数大于10，二级结构处于紧缠状态。 负超螺旋：当螺旋旋转360时，其相应碱基对数小于10，二级结构处于松缠状态。 DNA超螺旋的生物学意义 ：DNA被压缩和包装，使其体积大大减小； 增加了DNA的稳定性；可能与复制和转录的调控有关5、 RNA的结构特点： 1. 单链状，但许多区域可自身进行碱基配对，形成回折。 2. 碱基配对规则：A-U，G-C，不能配对区域形成突起。 3. RNA分子比DNA分子小得多，一般含几十至几千个核苷酸，核苷酸之间的连结方式：3,5-磷酸二酯键 tRNA分子功能：转运RNA，负责运送氨基酸 结构特点：与蛋白质结合，组成大小亚基。具有酶功能，如核酶。合成蛋白质的场所。二级结构可形成茎环结构。 rRNA分子含量少，单链分子大小不一，也能形成茎环结构。mRNA是蛋白质生物合成的模板。每一种蛋白质都有对应的mRNA，种类多。 原核生物和真核生物的mRNA在结构上有所不同： 1) 原核生物的mRNA是多顺反子的，真核生物的mRNA是单顺反子的； 2) 原核mRNA 5端无帽子结构，真核mRNA 5端有一段帽子结构（m7GpppNmpNmp-）； 3) 原核mRNA 3端无PolyA，真核mRNA 3端有PolyA。6、核酸的理化性质 1）物理性质1、形态：DNA为白色纤维状固体; RNA为白色粉末状固体? 2、溶解性：微溶于水，不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般的有机溶剂；DNA在溶液中粘度大，RNA粘度小。 3、两性解离：核酸既含有酸性的磷酸基团，又含有弱碱性的碱基。其解离状态随溶液的pH值而改变。 2)紫外吸收性质: 嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光。在260nm处有最大吸收峰。对于纯的DNA或RNA，可以通过测得A260来测定核酸的含量。260/ A280值可以反映核酸的纯度。纯的DNA：A260/ A280 =1.8 纯的RNA：A260/ A280 =2.0 3）核酸的变性：核酸在某些物理或化学因素的作用下，其空间结构发生改变，从而引起理化性质的改变及生物活性的降低或丧失叫变性。引起变性的因素有：加热、酸碱、尿素、甲醛等。 1.增色效应：核酸变性后，在260nm处的吸收值上升，这叫增色效应。增色效应常可用来衡量DNA变性的程度。 2. 熔解温度： 热变性中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时的温度称为DNA的熔点或熔解温度（Tm= OD增加值的中点温度(一般为85-95) ）。 Tm值与DNA的均一性、G-C含量、介质离子强度、pH等因素有关。 影响 Tm值的因素：在 A, T, C, G 随机分布的情况下 ，GC%愈高Tm值愈大，GC%愈低Tm 值愈小； 在 GC%含量相同的情况下，AT形成变性核心，变性加快，Tm 值小，碱基排列对Tm值具有明显影响（除变性核心外） 一切减弱氢键， 碱基堆积力的因素 均将使Tm 值降低 4）核酸的复性：复性是变性的逆转。但需要一定的条件，要在一定的盐浓度下缓慢降温。 减色效应：当变性的DNA经复性以重新形成双螺旋结构时，其溶液的A260值则减小，这种现象称为减色效应。 影响DNA复性过程的因素 ：阳离子浓度0.18 0.2M Na+ 可消除polydNt 间的静电斥力， 复性反应的温度Tm - 25 (60-65)以消除S.S. DNA 分子内的部分二级结构 DNA 的初始浓度 C0 ，DNA分子的长度，DNA 分子中, dNt 的排列状况 (随机排列, 重复排列) 第七章 酶1） 酶的概念酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。酶发挥其催化作用并不局限于活细胞内，在许多情况下，细胞内产生的酶需分泌到细胞外或转移到其它组织器官中发挥作用，如胰蛋白酶、脂酶、淀粉酶等水解酶。把由细胞内产生并在细胞内发挥作用的酶称为胞内酶，而将细胞内产生后分泌细胞外起作用的酶叫胞外酶。 1. 酶具有共同于一般催化剂的特征：用量少;只能催化热力学上允许的反应;不改变反应的平衡点，而只能缩短时间。催化机理都是降低反应所需的活化能。 催化效率极高，酶促反应的速度比非酶促反应通常要快1051017 倍；专一性很强； 酶对环境条件极为敏感；酶活性可以调控2） 酶的结构与功能： 1. 酶的组成成分：根据组成成分，酶可分为两类：单纯酶 仅由蛋白质组成的酶；结合酶 除蛋白质外，还有非蛋白质成分。全酶 = 酶蛋白 + 辅因子。 辅因子有两种：辅酶；辅基 根据酶的聚合状态，酶可分为三类：单体酶；寡聚酶；多酶复合体 2. 同工酶 指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶。 每组同工酶中各种酶的异同：相同点：催化相同的化学反应,大多数是寡聚酶。不同点：体外：理化性质；体内：催化特性、分布的部位、生物学功能 同工酶的作用：对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非常重要；是代谢调节的一种重要方式。 同工酶物理性质差异：Aa组成和顺序不同；催化特性不同；电泳行为不同；组织、器官中分布不同；生理功能不同 3.酶的活性中心：指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。 组成：由一些氨基酸残基的侧链基团组成。对于结合酶，辅因子常常是活性中心的组成部分。 特点：1. 活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分（约1%2%），相当于2-3个氨基酸残基。 2. 都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，但不是刚性的，而具有一定的柔性。 3. 活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。 4. 底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用并结合到酶的活性中心。 5. 酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催化底物的敏感化学键部位。 4.有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位调节中心 。 调节中心可以与小分子的代谢物相结合，使酶分子的构象发生改变，从而影响酶的活性，这种作用叫变构效应(又叫别构效应)；具有变构效应的酶叫变构酶，引起变构的小分子物质叫变构剂(调节物)。 使酶活性升高的变构叫正变构，此时的变构剂叫正变构剂(正调节物)；使酶活性降低的变构叫负变构，此时的变构剂叫负变构剂(负调节物)。 变构酶（别构酶）是指一些含有2个或2个以上亚基的寡聚酶。变构酶的特点：已知的变构酶都是寡聚酶。变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。变构酶的 v-S 的关系不符合米氏方程，所以其曲线不是双曲线型。3）酶的催化机理 1.酶与活化能：当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生相应的变化，其上有关的各个基团达到正确的排列和定向，因而使底物和酶能完全契合。 邻近效应和定向效应：两个底物分子相邻近，大大提高了底物的有效浓度邻近效应；底物分子还在活性中心“定向”排布，有利于原子轨道的重叠轨道定向，使分子间反应近似于分子内反应； “张力”和“形变”：底物与酶结合酶分子构象变化底物分子的敏感键产生“张力”和“形变”敏感键断裂 酸碱催化：酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体(或质子受体)对底物进行酸或碱催化酸碱催化；在酶的活性中心上，有些基团是质子供体（酸催化基团），可以向底物分子提供质子，称为（酸催化）；有些催化基团是质子受体（碱催化基团），可以从底物分子上接受质子，称为（碱催化） 酶活性部位上有几个基团分别作为质子的供体和受体，同时进行酸碱催化 酸碱共同催化 共价催化：某些酶在催化反应时，本身能放出或吸取电子并作用于底物的缺电子或负电子中心，并与底物形成共价连结的共价中间物，使反应活化能大大降低。 活性中心是低介电区：某些酶的活性中心穴内是非极性的，这种低介电环境甚至还可能排除水分子。这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力，加速反应的进行。4） 酶动力学及影响酶反应速度的因素 1. 底物浓度的影响P.157 E=酶总量；S=底物的浓度 ； Et=反应后t时的酶量；ES=中间产物浓度；Et = E-ES ES =E S/（Km + S） V =Vmax S /（Km + S ） ， Km 米氏常数 ，由于 Km= (k2+k3)/k1 ， 为复合常数。Km是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。Km值越大，亲和力越小。 v-S作图法：Vmax难以测定，不能从v=V/2处求得，从而导致Km也难确定。所以采用双倒数作图法：即 1/v - 1/S 作图 2. pH对酶反应速度的影响 pH对酶反应速度的影响较大。其原因有：pH影响酶分子解离状态。pH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。极度pH的条件引起酶蛋白的变性。 酶的最适pH并非酶的特征性常数，它与底物的种类、浓度等因素有关 3.温度对酶反应速度的影响 温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，反应速度会加快，随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降 酶促反应具有一最适温度。酶的最适温度并非酶的特征性常数，它与底物、作用时间等因素有关。 4.激活剂对酶反应速度的影响 激活剂：能提高酶活性的物质。无机离子：主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。 有机小分子： 一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态 5.抑制剂对酶反应速度的影响 抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。 引起抑制作用的物质称为抑制剂；抑制作用可分为两大类：可逆抑制作用（竞争性抑制作用，非竞争性抑制作用，反竞争性抑制作用）和不可逆抑制作用 。竞争性抑制中，Vmax不变，Km增大，可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。5） 酶的提取纯化与活力测定 1. 酶的分离与提取 了解所分离酶在细胞中分布 细胞产生的酶有二类： .由细胞内产生后分泌到胞外发挥作用的酶，称为细胞外酶。这类酶大部分属于水解酶。此类酶通常含量高，容易得到。 .在细胞内合成后并不分泌到细胞外，而在细胞内起催化作用，称为细胞内酶，该类酶在细胞内往往与细胞器结合，不仅有一定的区域性，而且催化的反应具有一定顺序性。 2.材料的获取 3.酶分离纯化的主要步骤：主要步骤为 抽提（破碎细胞）、纯化、结晶（浓缩液经过各种方法的纯化，可得到较纯的结晶产品） 大多数酶一般都用缓冲液进行抽提，缓冲液的类型决定于酶的种类和理化特性，抽提液pH最好远离等电点 。 选择分离纯化方法a.盐析法（如硫酸胺） b.有机溶剂沉淀法 c.层析纯化法（葡聚糖凝胶、阴离子交换层析） d.等电点法 e.吸附分离法 4. 酶活力及其测定（酶活力是酶促反应的能力） 酶的定量就是测定酶的活力，也即测定酶促反应的速度。在标准条件(25、最适pH、最适底物浓度)下，酶每分钟催化 1 umol 底物转化，这样的速度所代表的酶的活力即酶的量定义为1个国际单位 (IU)。 以产物浓度对反应时间作图，可得到酶促反应速度曲线，反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随着时间的延长，反应速度逐渐下降，原因是底物浓度的降低、产物的增加造成的逆反应的加快，产物的抑制作用，酶本身逐渐失活。 酶的比活力：指每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数酶。 比活力酶活力单位数（U）/ 酶蛋白质量（mg）（单位IU） 比活力是酶制剂纯度的常用指标 比活力越大，表示酶越纯 酶的纯度：纯化倍数 = 每次比活力/第一次比活力 产率(回收率) = 每次总活力/第一次总活力100% 6）酶的命名P.145 第八章 生物氧化生物氧化与非生物氧化相比： 共同点：化学本质相同，都是失电子反应，如脱氢、加氧、传出电子同种物质不论以何种方式氧化，所释放的能量相同。 不同点：生物氧化是酶促反应，反应条件（如温度、pH）温和；而体外燃烧则是剧烈的游离基反应，要求在高温、高压以及干燥的条件下进行。生物氧化分阶段逐步缓慢地氧化，能量也逐步释放；而体外燃烧能量是爆发式释放出来的。生物氧化释放的能量有相当多的转换成ATP中活跃的化学能，用于各种生命活动；体外燃烧产生的能量则转换为光和热，散失在环境中。 高能化合物：在标准条件下(pH7，25，1mol/L)发生水解时，可释放出大量自由能的化合物。习惯上把“大量”定义为5kcal/mol(即20.92kJ/mol)以上。高能磷酸化合物：分子中含磷酸基团，它被水解下来时释放出大量的自由能，这类高能化合物。高能键：在高能化合物分子中，被水解断裂时释放出大量自由能的活泼共价键。高能键常用符号“ ”表示。高能键”“键能高根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： (1) 焦磷酸化合物：如ATP (2)酰基磷酸化合物：如1,3-二磷酸甘油酸 (3) 烯醇磷酸化合物：如磷酸烯醇式丙酮酸 (4) 胍基磷酸化合物：如磷酸肌酸 (5) 硫酯化合物：如乙酰CoAATP为生物界的“能量货币”，它是生命活动中最重要的能量供体。其原因在于：ATP的DG0值介于其它高能化合物和普通化合物之间，从而使它在生物体内的能量转换过程中能够起中间载体的作用。放能反应和吸能反应往往要通过ADP和ATP的相互转变而偶联起来。在生物细胞内，形成ATP的方式有两种：生物氧化(异养细胞)和光合作用(自养细胞)。 1) 生物氧化产生ATP：底物水平磷酸化，氧化磷酸化 2) 光合作用产生ATP：在光合作用的过程中也能形成ATP，这种ADP的磷酸化方式叫光合磷酸化。由光驱动的电子传递过程与ADP的磷酸化相偶联，使电子传递过程中释放出的能量用于ATP的生成。 细胞的能量状态可用能荷表示。能荷是细胞中高能磷酸状态一种数量上的衡量，它的大小可用下式表示：能荷=能荷的数值在01之间。大多数细胞维持的稳态能荷状态在0.8-0.95的范围内。 ATP生成和消耗的途径和细胞的能荷状态相呼应。 高能荷时，ATP生成过程被抑制，而ATP的利用过程被激发；低能荷时，其效应相反。所以说，能荷对代谢起着重要的调控作用。 呼吸链：在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经过一系列的传递体的传递，最终交给分子氧生成水，这一电子传递体系称为呼吸链。在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢(或电子)的载体有三种 NAD+、NADP+ 和 FAD。其中NADPH不进入呼吸链合成ATP，而是作为生物合成的还原剂；只有NADH和FADH2进入呼吸链。所以呼吸链有两条：由NADH开始的呼吸链 NADH呼吸链；由FADH2开始的呼吸链 FADH2呼吸链。呼吸链中的电子传递体共有五种： 1). NAD+ 是水溶性的，与酶蛋白可逆结合而往返于线粒体基质与内膜之间（但不能透过内膜）。此类酶催化脱氢时，与代谢物脱下的氢结合而还原成NADH或NADPH，在340nm处有一吸收峰；当有氢受体时，NADH或NADPH上的氢又可被氧化成NAD+或NADP+，在260nm处有一吸收峰。根据这个特点可以判定该辅酶处于氧化态还是还原态，并用于此类脱氢酶活力的测定。 2). 黄素蛋白 (FP) 是指以黄素核苷酸(FAD或FMN)为辅基的酶。所以，黄素蛋白有两种，分别以FAD及FMN作为辅基。此类酶所表现出的催化活性与某些金属离子的存在有密切关系。 3). 铁硫蛋白 又称非血红素铁蛋白，含非卟啉和不耐酸的硫，其作用是借铁的变价互变进行电子传递。铁硫蛋白最重要的特征是在酸化时释放H2S（酸不稳定的硫）。其络合物中的铁硫一般以等摩尔存在，通常构成铁硫中心Fe2S2和Fe2S4，然后再与蛋白质中的半胱氨酸连接。铁硫蛋白含铁原子(非血红素的铁)和硫原子(对酸不稳定的硫)，两者一般以等摩尔存在，构成2Fe-2S簇、4Fe-4S簇，称为铁硫中心，常用符号“Fe-S”表示。铁硫中心通过Fe与蛋白质的半胱氨酸残基连接。铁硫中心只有1个Fe起氧化还原反应，在氧化型（Fe3+）和还原型（Fe2+）之间转变。 4). 辅酶Q (CoQ) 又叫泛醌(UQ)。辅酶Q是呼吸链中唯一的非蛋白质组分。由于辅酶Q含有很长的脂肪族侧链，所以容易结合到膜上或与膜脂混溶 。 5). 细胞色素 (Cyt) 是以铁卟啉(血红素)为辅基的蛋白质，因为有红颜色，又广泛存在于生物细胞中，故称为细胞色素。细胞色素通过辅基中的铁离子价的可逆变化进行电子传递。它在呼吸链中作为单电子传递体。 呼吸链的各个组分除NADH外，都分布在线粒体的内膜上，而且在膜上有着特定的不对称分布。有一些组分常结合在一起，形成复合物（复合物I：NADH脱氢酶，是电子传递链中最大最复杂的酶复合物，其功能是催化NADH上的2个电子传递给辅酶Q，同时发生质子的跨膜输送，所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体。 ，II：琥珀酸脱氢酶，作用是催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传递到辅酶Q。所以复合物只能传递电子，而不能使质子跨膜输送，III：细胞色素b、c1复合体，其作用是催化电子从还原型辅酶Q转移给细胞色素c，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体，IV：细胞色素氧化酶，其作用是催化电子从还原型细胞色素c传递给氧分子，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体）嵌在膜内。CoQ在线粒体内膜中自由扩散，往返于复合物、和之间进行电子传递；Cytc在复合物和之间传递电子，它是内膜外侧的外周蛋白。呼吸链中的电子传递有着严格的方向和顺序，即电子从氧化还原电位较低的传递体依次通过氧化还原电位较高的传递体逐步流向氧分子。氧化磷酸化的机理：氧化磷酸化是指细胞内伴随有机物氧化，利用生物氧化过程中释放的自由能，促使ADP与无机磷酸结合生成ATP的过程。腺苷三磷酸（ATP）是代谢中能量产生和利用的关键化合物。 关于 NADH的氧化和电子传递过程是如何与ADP磷酸化生成ATP反应偶联起来？有三个假说： 化学渗透假说，电子传递体在线粒体内膜上有着不对称分布，传氢体和传电子体交替排列，催化是定向的；复合物I、III、IV将H+从基质内泵向内膜的外侧，而将电子传向其后的电子传递体；内膜对质子不具有通透性，这样在内膜两侧形成质子浓度梯度，这就是推动ATP合成的原动力；当存在足够高的跨膜质子化学梯度时，强大的质子流通过F1-F0-ATPase进入基质时，释放的自由能推动ATP合成。 构象偶联假说， 化学偶联学说。 化学渗透假说可知，该模型必需具备两个条件：一是线粒体内膜必须是质子不能透过的封闭系统，否则质子梯度将不复存在；二是要求呼吸链和ATP合酶在线粒体内膜中定向地组织在一起，并定向地传递质子、电子和进行氧化磷酸化反应。 氧化磷酸化的P/O比： P/O(磷氧比)：在生物氧化过程中，伴随ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的磷原子数与消耗的分子氧的氧原子数之比。即每消耗1个氧原子所产生的ATP的分子数。NADH经呼吸链完全氧化时，P/O为 3，即1分子的NADH通过呼吸链将电子最终传递给O2可产生 3 个ATP；FADH2经呼吸链完全氧化时，P/O为 2，即1分子的FADH2通过呼吸链将电子最终传递给O2可产生 2 个ATP。 氧化磷酸化的抑制： 1.解偶联剂是指那些不阻断呼吸链的电子传递，但能抑制ADP通过磷酸化作用转化为ATP的化合物。它们也被称为氧化磷酸化解偶联剂。 2. 氧化磷酸化抑制剂：这类化合物直接作用于ATP合酶复合体，从而抑制ATP的合成。 3.离子载体抑制剂：是指那些能与某种离子结合，并作为这些离子的载体携带离子穿过线粒体内膜的脂双层进入线粒体的化合物。均是脂溶性物质，它们与解偶联剂的区别在于它们能结合除H+以外的其它一价阳离子 线粒体穿梭系统： 在动物细胞中，线粒体外的NADH通过间接的途径 穿梭机制进入线粒体。动物细胞内已知有两个穿梭系统： 磷酸甘油穿梭系统，主要存在于肌细胞，通过3-磷酸甘油与DHAP之间的转换，胞液中的NADH间接地转变为内膜上的FADH2，经由内膜上的3-磷酸甘油脱氢酶(也是以FAD为辅基的黄素蛋白)进入FADH2呼吸链。 这种方式不通过复合物,因此只生成2分子ATP； 苹果酸穿梭系统，主要存在于肝细胞，谷草转氨酶，苹果酸脱氢酶，以及一系列的透性酶。通过苹果酸与草酰乙酸之间的转换，间接地将细胞质中的NADH转变为线粒体内的NADH，从而进入NADH呼吸链。这种方式要通过复合物。 其他末端氧化酶系统 一、多酚氧化酶系统：存在于微粒体中，含Cu，由脱氢酶、醌还原酶、酚氧化酶组成。在植物体内普遍存在。 二、抗坏血酸氧化酶系统，含Cu，广泛存在于植物中。抗坏血酸1/2 O2脱氢抗坏血酸H2O ；抗坏血酸氧化酶系统可以防止含巯基蛋白质的氧化，延缓衰老。 三、黄素蛋白氧化酶系统，存在于微体中，其催化特点是不需要经过细胞色素等传递体，将脱下的氢直接交给O2生成H2O2。在光呼吸中，乙醇被氧化为乙醛时，由此酶催化。 四、超氧物歧化酶和过氧化氢酶，清除细胞内的活性氧，主要有三种形式：Cu、Zn-SOD，Mn-SOD，Fe-SOD。 Cu、Zn-SOD主要分布于高等植物的叶绿体和细胞质中；Mn-SOD主要分布于真核生物线粒体中；Fe-SOD主要分布于细菌中。它们在清除活性氧时生成H2O2。H2O2的清除由过氧化氢酶（CAT）完成。CAT是含有血红素辅基的酶。 五、植物抗氰氧化系统，是一种非血红素铁蛋白，它不受氰化物的抑制。 cytb抗氰氧化系统O2第9章 糖类的分解代谢 1） 淀粉的降解 1. 淀粉的水解： 参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、 麦芽糖酶 2. 淀粉的磷酸解：淀粉的磷酸解与水解相比，其优越性有：1. 耗能少2. 产物不易扩散到胞外,而水解产物葡萄糖会因扩散而流失 2) 糖酵解 指葡萄糖通过一系列步骤，降解成三碳化合物（丙酮酸）的过程。 葡萄糖的磷酸化 激酶：催化将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。激 酶都需要Mg2+作为辅助因子。 6-磷酸果糖的生成 1,6-二磷酸果糖的生成 1,6-二磷酸果糖的裂解:1个己糖分裂成2个丙糖丙酮糖和丙醛糖，它们为同分异构体。 磷酸丙糖的同分异构化:1分子二磷酸已糖裂解成2分子3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛氧化:糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键，并且产生了还原剂 NADH。 3-磷酸甘油酸和ATP的生成:糖酵解过程中第一次产生 ATP。 3-磷酸甘油酸异构 PEP的生成:这一步其实是分子内的氧化还原，使分