生物化学沈同 第三版 上典型概念的整理

1、0、 发酵生长因子 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子1 氨基等电点(isoelctric point)：氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。2 肽平面：由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。3 超二级

2、结构：蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元（即螺旋、折叠片和转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，称超二级结构，已知的超二级结构有3种基本组合形式：、。4 结构域：二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。结构域的概念有三种涵义:即独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。类型： -螺旋域； -折叠域； +域； /域；无规则卷曲+-回折域；无规则卷曲+ -螺旋结构域，对于较小的蛋白质分子或亚

3、基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。 5 变性作用：白质各自所特有的高级结构，是表现其物理性质和化学特性以及生物学功能的基础。当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）变性的实质：次级键（有时包括二硫键）被破坏，天然构象解体。变性不涉及一级结构的破坏。6 核酸变性指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂。变性因素： 热变性 酸碱变性（pH小于4或 大于11）变性剂（尿素、盐酸 胍、甲醛）

4、 变性后的理化性质： 260nm吸收值升高。 粘度降低，浮力密度 升高。二级结构改变，部分失活。 DNA的变性是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。7 亚基一般是一条多肽链，有时也称单体。本身具有球状三级结构。8 等电点：在某一pH，它所带的正电荷与负电荷相等。蛋白质的等电点和它所含的酸性氨基酸残基和碱性氨基酸残基的比例有关。 等离子点：没有其它盐类干扰时，蛋白质质子供体解离出的质子数与质子受体结合的质子数相等时的pH值称等离子点，是每种蛋白质的特征常数。 9 增色效应：核酸发生变性时，摩尔磷吸光系数（P）升高约25%，此现象为增色效应；减色效应: 复性后摩尔磷吸光系数（P）又降低的

5、现象。原因双螺旋结构使碱基对的电子云发生重叠，减少了对紫外光的吸收。10 分子杂交 来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交(hybridization)。11 熔解温度（Tm）DNA的双螺旋结构失去一半时对应的温度称为熔解温度（Tm）。 影响DNA的Tm值的因素DNA均一性 均一性高，变性的温度范围越窄，据此可分析DNA的均一性 。G-C含量与Tm值成正比测定Tm，可推知G-C含量。G-C%=(Tm-69.3)×2.44介质中离子强度14活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基酸残基，包括底物结合部位（决定酶

6、的专一性）、催化部位（决定酶所催化反应的性质）。.15别构效应 别构部位与配体的结合可影响其他亚基，使这些亚基构象改变，增强或减弱对底物的结合 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后导致酶分子发生构象改变，进而改变酶的活性状态，称为酶的别构调节同工酶 存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzyme）。转换数（turnover number）的概念：一定条件下，每秒钟每微摩尔酶分子能催化底物发生变化的微摩尔数，用kcat表示。K3代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，称为

7、转换数（或催化常数，Kcat）， 表明酶的最大催化效率。18竞争性抑制（Competitive inhibition）抑制剂具有与底物类似的结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的EI复合物，阻止底物与酶结合。可以通过增加底物浓度而解除此种抑制。 19非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）.底物和抑制剂可以同时与酶结合，但是，中间的三元复合物ESI不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低。抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，其结构可能与底物无关。不能通过增加底物浓度的办法来消除非竞争性抑制作用。20反竞争性抑制 .酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。E+SES+I

8、 ESI P常见于多底物的酶促反应中 激素是生物体内特殊组织或腺体产生的，直接分泌到体液中(若是动物，则指血液、淋巴液、脑脊液、肠液)，通过体液运送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应(调节控制各种物质代谢或生理功能)的一群微量的有机化合物。因此也可以把这类化学物质看作是生物体内的“化学讯息”。内分泌：内分泌细胞分泌激素，进入血液循环，转运至靶细胞，产生激动效应。旁分泌：部分细胞分泌激素，通过扩散，作用于邻近的细胞。自分泌：细胞分泌的激素对自身或同类细胞发挥作用。cAMP被称为第二信使。含氮激素与受体结合，引发结合在受体上的G蛋白生成Gs蛋白GTP，Gs蛋白活化膜上的腺苷酸环化酶，腺苷酸环化酶

9、催化ATP转化成cAMP。cAMP自由扩散到整个细胞，激活依赖cAMP的蛋白激酶（蛋白激酶A、PKA），蛋白激酶A催化一些蛋白质的Ser、Thr的羟基磷酸化，从而改变这些酶的活性，调节代谢。级联放大作用肾上腺素在促进糖原分解中的级联放大作用： 当肾上腺素到达肝细胞表面时，迅速与肝细胞表面的-肾上腺素受体结合，受体构象变化，激活与受体偶连的G蛋白，G蛋白激活膜上的腺苷酸环化酶，产生cAMP。一旦肾上腺素停止分泌：结合在肝细胞膜上的肾上腺素就解离下来。cAMP不再生成，遗留的cAMP被磷酸二酯酶分解。蛋白激酶A的两种亚基又联结成无活性的复合体（催化亚基和调节亚基）。有活性的磷酸化酶激酶的磷酸化形式

10、遭到脱磷酸作用，变成无活性形式。磷酸化酶a受到磷酸酶作用，脱去磷酸变成无活性的磷酸化酶b，糖原分解停止。无活性的磷酸化形式的糖原合成酶经过脱磷酸作用，又变得活跃起来，继续合成糖原。在整个过程中，虽然开始只合成了极少量的肾上腺素，但到最后却引起了极强烈的效应，信号逐级放大了300万倍，称为级联放大作用。27皂化作用碱水解脂肪的作用为皂化作用。表示皂化所需的碱量数值称皂化价。皂化价为皂化1g油脂所需的KOH的mg数。28.29疏水作用是蛋白质分子中疏水性较强的一些氨基酸(如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸等)的侧链避开水相自相粘附聚集在一起，形成孔穴，对维持蛋白质分子的三维结构稳定性起一定作用。

11、 30盐溶：低盐浓度时，蛋白质溶解度增加。盐析：高盐浓度时，使蛋白质溶解度降低析出。盐析多用溶解度大的中性盐，如(NH4)2SO4、NaCl、MgCl2、NH4Cl、KCl等的饱和溶液。酶活力：用在一定条件下，酶催化某一反应的反应速率表示。反应速率快，活力就越高。 酶的活力单位（酶的含量）酶的比活力（酶的纯度）酶酸碱催化 酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用 影响酸碱催化反应速度的两个因素酸碱强度(pK值）。给出质子或结合质子的速度。酶共价催化 又称亲核催化或亲电子催化。在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂能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，迅速形成不稳定的

12、共价中间复合物，降低反应活化能，使反应加速。酶共价修饰 某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。 同促效应 物分子本身对别构酶的调节作用称为同促效应；异促效应非底物分子的调节物对别构酶的调节作用，称为异促效应。可逆的抑制作用 抑制剂与酶蛋白非共价键结合，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。不可逆的抑制作用抑制剂与酶活性中心（外）的必需基团共价结合，使酶的活性下降，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。 2天然脂肪酸的结构特点高等动、植物的脂肪酸有以下共性：(1)脂肪酸链长为14一20

13、个碳原子的占多数且都是偶数。最常见的是16或18个碳原子酸。(2)饱和脂肪酸中最普遍的是软脂酸和硬脂酸。不饱和脂肪酸中最普遍的是油酸。(3)在高等植物和低温生活的动物中，不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸含量。(4)不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。(5)高等动、植物的单不饱和脂肪酸酌双键位置一般在第910碳原子之间，多不饱和脂肪酸中的一个双键一般也位于第9-10碳原子之间。(6)高等动、植物的不饱和脂肪酸，几乎都具有相同的几何构型，而且都用于顺式(cis)。(7)细菌所含的脂肪酸种类比高等动、植物的少得多。细菌的不饱和脂肪酸只带有一个双键。非极性烃链是造成脂肪酸在水中溶解度低的

14、原因，烃链越长，溶解度越低。不饱和脂肪酸的熔点比相同链长的饱和脂肪酸低，双键越多，熔点越低。顺式异构体的熔点又比反式异构体的低。4白质的一级结构指多肽链中的氨基酸序列。蛋白质测序的策略 (1)测定蛋白质分子中多肽链的数目。 (2)拆分蛋白质分子的多肽链。 (3)断裂多肽链内的二硫键。 (4)测定多肽链的氨基酸组成。 (5)分析多肽链的N末端和C末端残基。 (6)多肽链断裂成肽段。 (7)测定各个肽段的氨基酸顺序。 (8)确定肽段在多肽链中的次序。(9)确定原多肽链中二硫键的位置。5二硫桥位置的确定一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链(切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换)。将所得的肽段利用B

15、rown及Hartlay的对角线电泳技术进行分离。9典型的螺旋特征：  二面角：= -57°, = - 47°，是一种右手螺旋； 每圈螺旋：3.6个aa残基，  高度：0.54nm  每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm； 氨基酸残基侧链向外； 相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行。 肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=0氧间形成氢键。这种典型的螺旋用3.613螺旋表示。-折叠两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链

16、的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是-折叠片。-折叠中所有的肽链都参于链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧, -碳原子位于折叠线上。 平行折叠片中疏水侧链分布在折叠片平面的两侧，而反平行折叠片中通常所有疏水侧链都排列在折叠片的一侧。 从能量上看，反平行折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH-O几乎在一条直线上，此时氢键最强。29影响螺旋形成的因素氨基酸组成与侧链R基的大小和带电性决定了能否形成螺旋以及形成的螺旋的稳定性：  多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基,(如

17、Lys，或Asp，或Glu)，则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。而当这些残基分散存在时，不影响螺旋稳定。 Gly的角和角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成螺旋。  R基大（如Ile）不易形成螺旋  ProPro中止螺旋。C-N键和C-N肽键都不能旋转，而且多聚Pro的肽键不具酰胺氢，不能形成链内氢键。 R基较小，且不带电荷的氨基酸利于螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成螺旋。 转角的特征：由多肽链上4个连续的氨基酸

18、残基组成。主链骨架以180°返回折叠。第一个aa残基的C=O与第四个aa残基的N-H生成氢键。C1与C4之间距离小于0.7nm多数由亲水氨基酸残基组成。 Gly缺少侧链，在转角中能很好地调整其他氨基酸残基的空间阻碍；Pro具有环状结构和固定的角，在一定程度上迫使转角的形成-螺旋，-转角，-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲的、二面角可存在于所有允许区域内。 10.状蛋白质三维结构的特征· 含多种二级结构单元；· 有明显的折叠层次；· 是紧密的球状或椭球状实体；· 分子表面有一空穴(活性部位)；· 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露

19、在分子表面。11蛋白质变性后，往往出现下列现象：结晶及生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。疏水侧链基团外露。理化性质改变，粘度增加，分子伸展，溶解度降低、沉淀 。生理化学性质改变。分子结构伸展松散，易被蛋白酶水解。核酸变性指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂。变性因素： 热变性 酸碱变性（pH小于4或 大于11）变性剂（尿素、盐酸 胍、甲醛） 变性后的理化性质： 260nm吸收值升高。 粘度降低，浮力密度 升高。二级结构改变，部分失活。 DNA的变性是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。13变性机理：热变性（往往是不可逆的）：多肽链受到过分的热振荡，引起氢链破坏。酸碱

20、变性：破坏了盐链。有机溶剂：破坏水化膜，降低蛋白质溶液介电常数。 变性剂：尿素和盐酸胍，与多肽主链竟争氢键。破坏蛋白质的二级结构。变性剂增加非极性侧链在水中的溶解度，降低了维持蛋白质三级结构的疏水作用。SDS能破坏蛋白质分子内的疏水相互作用使非极性基团暴露于介质水中。15酶作为生物催化剂的特点（1） 催化效率高：酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。（2）专一性高：酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。（3）反应条件温和：温度低于100，正常大气压，中性pH环境。（4）活性可调节：根据据生物体的需要，许多酶的

21、活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：酶量的调节、激素调节、反馈抑制、别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。（5） 有些酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子。16中间络合物学说 S+E ES P+E 在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。 17米氏方程:米氏常数:（1）米氏常数的意义a.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,只与酶的性质有关，而与其浓度无关。b.Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系

22、中测定的，不同条件下具有不同的Km值。 c.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。（同一种酶有几种底物就有几个Km值，其中Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物） 一般情况下，1/Km可以近似地表示酶对底物的亲和力大小， 1/Km愈大，表明亲和力愈大。d.Km与Ks Km不等于Ks。在K3<<K2时， Km看作Ks，也只有此时1/Km 才可以近似表示酶与底物结合的难易程度。 e.Km与Km¢ 无抑制剂时，ES的分解速度与形成速度的比值符合米氏方程，为Km; 而有抑制剂时发生变化，则不符

23、合米氏方程，为Km¢ 。f.Km和米氏方程的实际应用 若已知某个酶的Km值，可以计算在某一个底物浓度时，反应速度相当于最大反应速度的百分率。g.Km可以帮助推断某一反应的方向和途径:催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的Km值往往是不同的。Ø 在可逆反应中，两个Km值中最小的反应方向是该酶促反应的主要方向。Ø 如果代谢途径各酶的Km值已知，Km值最大的酶是限速酶。18酶活性部位的特点：（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分， 往往只占整个酶分子体积的1%-2% ；（2）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结 构。 活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物 接

24、触时表现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的工作） （3）通过诱导契合酶和底物结合；（4）酶的活性部位是位于酶表面的一个裂隙内，裂隙内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合；（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。酶催化反应的独特性质（1）酶反应分为两类：仅涉及电子转移和涉及电子和质子两者或者其他基团的转移。（2）催化作用是以氨基酸侧链上的功能基团和辅酶 为媒介。（3）酶催化反应的最适pH范围通常狭小。（4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。（5）酶具有复杂的折叠结构。19Chargaff 规律 1） 所有生物的DNA中，A=

25、T，G=C，A+C=G+T，且A+G=C+T。（2） DNA的碱基组成具有种的特异性。（3） DNA碱基组成没有组织和器官的特异性。（4） 年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。 20DNA的双螺旋模型特点（1）两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。（2）磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律）（3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对（base pair, bp）重复一次，间隔为3.4nm。大沟：宽1.2nm ，深0.85

26、nm；小沟 ：宽0.6nm，深0.75nm。大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行；两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起；螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持。稳定双螺旋结构的因素碱基堆积力形成疏水环境（主要因素） 。碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。21影响DNA的Tm值的因素DNA均一性 均一性高，

27、变性的温度范围越窄，据此可分析DNA的均一性 。G-C含量与Tm值成正比测定Tm，可推知G-C含量。G-C%=(Tm-69.3)×2.44介质中离子强度离子强度高，Tm高,熔解过程发生在一个较小的温度范围内。因此，DNA一般在含盐缓冲液保存较为稳定。24。细胞膜受体途径 含氮激素及前列腺素 这种作用反应速度快（几分钟），通过生成cAMP而立刻作用于机体组织。含氮激素与受体结合，引发结合在受体上的G蛋白生成Gs蛋白GTP，Gs蛋白活化膜上的腺苷酸环化酶，腺苷酸环化酶催化ATP转化成cAMP。cAMP自由扩散到整个细胞，激活依赖cAMP的蛋白激酶（蛋白激酶A、PKA），蛋白激酶A催化一些

28、蛋白质的Ser、Thr的羟基磷酸化，从而改变这些酶的活性，调节代谢。G蛋白是一个界面蛋白，处于细胞膜的内侧， G蛋白与激素受体偶连，通过活化腺苷酸环化酶（cAMP途径）或磷脂酶（Ca2+途径）从而产生胞内信使：cAMP，Ca2+等，将胞外信息传递到胞内。凡有cAMP的细胞，都有一类蛋白激酶（PKA）别构酶，cAMP通过蛋白激酶A发挥它的作用。每一种激素只能与其靶细胞膜上的、专一于这种激素的受体结合，所形成的cAMP只保留在这种细胞中，不同的激素引起不同的生理效应。细胞内受体途径 固醇类激素及甲状腺素激素直接进入细胞，在胞质中与各自的受体结合，激素受体复合物穿过核膜，与各自特定的基因调控序列结合，启动转录。作用较慢（几小时甚至几天）。激素应答元件：受类固醇激素调控的基因中，与激素受体复合物结合的部位（HRE）。29不饱和脂肪在有催化剂如Ni的影响下，其脂酸的双键上可加入氢而成饱和脂。这个作用称氢化. 卤素中的溴、碘同样可加入不饱和脂肪的双键上，而产生饱和的卤化脂，这种作用称卤化。 表示油脂的不饱和度用碘价。碘价就是100g脂类样品所能吸收的碘克数.乙酰化含羟酸的甘油酯和醋酸酐作用即成乙酰化酯（乙酰基与OH基结合）。 酸败天然油脂暴露在空气中经相当时间后即败坏而发生臭味，这种现