生物化学（医药卫生类专业通用）全套教学课件

绪论

全套可编辑PPT课件分为四篇，共十六章，内容分别为：绪论、第一篇——生物大分子的结构与功能（共三章）、第二篇——基因信息的传递与调节（共四章）、第三篇——物质代谢与调节（共五章）、第四篇——专题篇（共四章），其中第一篇介绍了核酸、蛋白质和酶，第二篇介绍了DNA、RNA和蛋白质的生物合成，以及基因表达的调控与基因工程，第三篇介绍了生物氧化、糖代谢、脂类代谢、核苷酸代谢和氨基酸代谢，第四篇介绍了肝的生化、血液的生化、维生素与辅酶，以及水、电解质与酸碱平衡。

掌握生物化学研究的主要内容。

了解生物化学的发展简史。

掌握医学专业学生学习生物化学的目的；

熟悉生物化学在疾病诊断和治疗中的应用。第一节生物化学概述生物化学简介生物化学在生命科学中的地位生物化学研究的主要内容一、生物化学简介

生物化学（biochemistry）是研究生物体中化学进程的一门学科，即运用化学的理论和方法，研究生物的化学组成、结构及生命过程中的各种化学变化，从分子水平探讨生命现象的本质。生物化学作为一门基础学科，是学习其他专业学科的必修课程。二、生物化学在生命科学中的地位生物化学为生命科学提供了一种可以精确描述生命过程的化学语言，从而使生物学从描述性科学成为精确的定量科学，使生物学能利用生物体内的化学反应阐述生命过程的各种现象。

例如胆汁酸的肝肠循环，为阐述某些疾病的机理提供了理论基础：胆汁酸的肠肝循环三、生物化学研究的主要内容生物化学研究的对象是整个生物界所有生物细胞内发生的各种化学过程，不局限于某种生物、某类细胞、某个器官或者组织，具有普遍性和代表性。医药卫生类专业的学生学习的生物化学侧重于研究人体内发生的各种化学变化。

研究的内容主要包括生物大分子的结构与功能、基因信息的传递与调控、物质代谢与调节、重要器官及体液的生化等。医药卫生类专业学生学习的生物化学侧重研究哪一块内容？？生物大分子的结构与功能

生物大分子是构成生命的基础物质，不但有生物功能，而且分子量较大，结构也比较复杂。

在生物大分子中除主要的蛋白质与核酸外，还有糖、脂类和它们相互结合的产物，如糖蛋白、脂蛋白等。

生物大分子的复杂结构决定了它们的特殊性质，它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能，如进行新陈代谢供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能等。DNARNA蛋白质

生物大分子种类繁多、结构复杂、功能各异的特征决定了它们在生物体中的重要作用，我们要想揭开多彩生命的面纱，一探生命现象的本质，就必须对生物大分子基本结构单位的种类、排列方式、空间结构及结构功能关系进行研究。结论：基因信息的传递与调控

生物体在繁殖的过程中，决定生物特性的基因信息是代代相传的。现已证明，除一部分病毒的遗传物质是RNA外，其余的病毒及全部具典型细胞结构的生物的遗传物质都是DNA。

经研究发现，基因信息的传递与表达调控是通过“中心法则”实现的。基因信息传递的过程需要某些蛋白质参与调控，

以确保传递过程的正确性和准确性。物质代谢与调控

物质在体内的消化、吸收、运转、分解等与生理有关的化学过程称为物质代谢。

物质代谢是新陈代谢的核心，其实质是由酶催化的一系列化学反应来实现生物体与外界环境的物质交换过程。

物质代谢的两个方面1合成代谢分解代谢合成代谢

又称同化作用或生物合成，是从小的前体或构件分子（如氨基酸和核苷酸），合成较大的分子（如蛋白质和核酸）的过程。分解代谢是指机体将来自环境或细胞自身储存的有机营养物质分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过一步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧化碳、乳酸、氨等）的过程，又称异化作用。

物质代谢的三大阶段2消化吸收中间代谢排泄食物在消化道内经过酶的催化进行水解称为消化；各种营养物质的消化产物、水、维生素和无机盐，经肠黏膜细胞进入小肠绒毛的毛细血管和淋巴管的过程称为吸收。食物经消化吸收后，由血液及淋巴液运送到各组织中参加代谢，在许多相互配合的各种酶类催化下，进行分解和合成代谢，进行细胞内外物质交换和能量转变。物质经过中间代谢过程产生多种终产物，这些终产物再经肾、肠、肝及肺等器官随尿、粪便、胆汁及呼气等排出体外。

食物的营养成分，除水、无机盐、维生素和单糖等小分子物质可被机体直接吸收之外，多糖、蛋白质、脂类及核酸等都须经消化，分解成比较简单的水溶性物质，才能被吸收到体内。整个物质代谢的过程中，中间代谢是核心，也是生物化学研究的主要内容之一。

物质代谢的调控3正常情况下，人体内的物质代谢按照一定的规律有条不紊地进行着。机体正是靠这种有条不紊的状态维持其正常功能，那么，这种稳定的状态是靠什么来保证的呢？？？

生物体的整体，或其器官组织和细胞，都必须有适宜的环境，方能使生命所需的物质代谢正常进行。一旦外环境有所改变，体内的内环境也必定有所反应，随之物质代谢就会有相应的调节控制，使代谢途径正确无误，速度适宜，营养物质的供应和代谢产物的应用及消除得当，才能维持生命的正常继续。由于物质代谢发生紊乱可能会导致疾病的发生，对体内发生的物质代谢调控的研究便显得尤为重要。重要器官及体液的生化

组成机体的各种器官在体内行使不同的功能，以促使机体的正常运转。各器官内发生的生化反应与对应器官的功能密切相关。

肝脏

是人体内最重要的生化器官，具有非常复杂的生理、生化功能。肝的组织解剖特点及其所含的丰富的酶，使肝有可能参与几乎所有的物质代谢。

血液

是体液的重要组成成分，在维持机体的新陈代谢、血浆晶体渗透压、酸碱平衡及神经兴奋性等方面发挥着重要作用。从整体代谢的角度来讲，肝、血液、酸碱平衡等的代谢过程也是生物化学研究的主要内容。第二节生物化学发展简史启蒙时期的生物化学生物化学学科的确立与发展现代生物化学的发展一、启蒙时期的生物化学

17世纪以前，人类虽然已经积累了许多生物化学的相关知识，但由于当时封建社会宗教势力的束缚，大多数人将酿酒、制醋等的生产方法和某些医学技术的发展归功于神明、上帝。

直到17世纪到18世纪，欧洲爆发了资产阶级民主革命，

生产力得到了一定的解放，经济开始复苏，才推动了科学发

展的进程。这一阶段生物化学的发展处于启蒙时期。1828年，弗里德里希·维勒首次使用无机化合物氰酸铵与硫酸铵人工合成有机化合物尿素；1833年，安塞姆·佩恩发现第一个酶——淀粉酶；1842年，李比希首次提出新陈代谢和生理化学的概念；1865年，孟德尔利用豌豆杂交实验发现了遗传定律，即现在的分离定律与自由组合定律；1869年，弗雷德里希·米歇尔发现遗传物质核素（即现在所知的核酸）；1877年，霍佩·赛勒首次提出名词“Biochemie”，即英语中的“Biochemistry”；1896年，爱德华·毕希纳发现无细胞发酵。研究成果

这个时期生物化学的发展可以归纳概括为以下几个方面：①对糖类、脂类及氨基酸的性质进行了较为系统的研究；②发现了核酸；③从血液中分离出了血红蛋白；④发现了酵母发酵过程中存在“可溶性催化剂”，奠定了酶学的基础等。二、生物化学学科的确立与发展

20世纪初期和中期，西方科学家对酶、维生素和激素的研究作出了重大贡献。这些研究成果标志着生物化学发展的新纪元。1912年，霍普金斯等发现食物辅助因子——维生素；1926年，奥图·瓦伯格发现呼吸作用关键酶——细胞色素氧化酶；1937年，汉斯·阿道夫·克雷布斯阐明三羧酸循环；1940年，恩布登·埃姆顿、奥托·迈尔霍夫和杰克布·帕纳斯阐明糖酵解的作用机理；1944年，奥斯瓦尔德·埃弗里、麦克林恩·麦克劳德、科林·麦卡蒂三人通过著名的肺炎球菌实验证明DNA是细胞遗传信息的基本物质。研究成果

发现了必需氨基酸、维生素和激素等物质，并能够将其分离与合成；

认识了酶的化学本质是蛋白质，并成功制备了酶晶体；由于化学分析及同位素示踪技术的发展与应用，对生物体内主要物质的代谢途径已基本确定，如糖代谢、脂肪酸的β氧化、尿素的合成途径及三羧酸循环等。这个时期生物化学的发展：三、现代生物化学的发展

20世纪中叶以来，生物化学进入了崭新的分子生物学时期，研究的重心转移到了蛋白质和核酸这两种生物大分子上。1953年，詹姆斯•沃森和佛朗西斯•克里克等提出了DNA双螺旋结构模型，为揭示遗传信息传递的规律奠定了分子基础；1958年，佛朗西斯•克里克提出了遗传信息传递的中心法则；1985年，美国科学家首次提出“人类基因组计划”；1997年，伊恩•维尔穆特成功获得体细胞克隆羊——多莉；2003年，美、中、日、德、法、英6国科学家宣布人类基因组图绘制成功。研究成果第三节生物化学与医学生物化学在疾病诊断和治疗中的应用医学专业学生学习生物化学的目的一、生物化学在疾病诊断和治疗中的应用

生物化学作为医学的基础，为疾病预防、诊断和治疗提供了理论基础。1

现已证实，人或动物的病理状态，常常是由于细胞中的化学成分发生变化而引起的功能紊乱。

例如，血液中的脂质物质含量增高，可能引起各种心血管疾病；血红蛋白一级结构的改变可导致溶血。

用药物或者医学技术来调节这些物质的异常状态，便可对某些疾病进行治疗。

生物化学作为医学的基础，为疾病预防、诊断和治疗提供了理论基础。2例如，肝癌患者的甲胎蛋白含量会升高，急性黄疸性肝炎患者血液中的谷丙转氨酶、谷草转氨酶的活力会升高等。在临床上，许多疾病的诊断越来越多地依靠于生化指标的测定。二、医学专业学生学习生物化学的目的你想通过学习这门课程获得什么知识？达到什么要求？？通过对这门基础课程的学习，从分子水平上认识生命现象的本质，并且能够了解生物体处于常态时所表现出来的生理状态。通过学习这门基础课程，为其他专业性较强的医学课程的学习打基础，做铺垫。ThankYou!第一章核酸

掌握核酸的元素组成、基本结构单位。

掌握DNA的分子结构。

掌握医学mRNA和rRNA的分子结构；熟悉tRNA的二、三级结构。

掌握核酸的理化性质；熟悉核酸分子杂交的原理。第一节核酸的分子组成核酸的元素组成核酸的基本结构单位——核苷酸核酸中核苷酸的连接方式一、核酸的元素组成

核酸

是生物体内的高分子化合物，包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。

组成核酸的元素主要包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）五种。与蛋白质不同，核酸一般不含元素硫（S）。核酸中的磷（P）元素含量较多而且恒定，约占核酸的9%～10%。思考核酸中的P元素恒定且已知，在实际中可以应用这个数字吗？实际应用中，可通过测定生物样品中磷（P）的含量来计算核酸的大概含量，这种测定核酸含量的方法称为定磷法。二、核酸的基本结构单位——核苷酸

核苷酸（nucleotide）是核酸的基本结构单位，由碱基、戊糖和磷酸组成。右图所示为核苷酸组成DNA的平面结构和立体结构。

核酸在核酸酶的作用下可水解为核苷酸，核苷酸进一步可水解生成磷酸和核苷，核苷再进一步水解可生成碱基和戊糖。DNA的结构示意图核苷酸的基本组成成分1．碱基碱基是嘌呤和嘧啶的衍生物，包括嘌呤类碱基和嘧啶类碱基两种类型。常见的嘌呤碱基常见的嘧啶呤碱基二、核酸的基本结构单位——核苷酸DNA分子主要包含A、G、C、T四种碱基。RNA分子主要包含A、G、C、U四种碱基。核酸分子中还有一些含量稀少的碱基，通常称为稀有碱基，主要存在于RNA中。二、核酸的基本结构单位——核苷酸2．戊糖核苷酸中的戊糖主要有两种，β-D-核糖（ribose）和β-D-2-脱氧核糖（deoxyribose），对应的核酸分别为RNA和DNA。二、核酸的基本结构单位——核苷酸β-D-核糖和β-D-2-脱氧核糖的差别仅在于分子结构中C-2′原子所连接的基团不同，β-D-核糖C-2′原子连接的基团是“OH”，β-D-2-脱氧核糖C-2′原子连接的基团是“H”。β-D-核糖和β-D-2-脱氧核糖的分子结构有何不同？二、核酸的基本结构单位——核苷酸3．磷酸核酸分子中的磷酸是无机磷酸（H3PO4），H3PO4在一定条件下可通过酯键同时连接两个核苷酸中的戊糖，使多个核苷酸连接成长链。酯键二、核酸的基本结构单位——核苷酸核苷酸是由核苷或脱氧核苷与磷酸脱水缩合而成的，其中的核苷则是由戊糖与含氮碱基通过脱水缩合形成的。核酸（DNA或RNA）单核苷酸磷酸碱基核苷戊糖碱基戊糖磷酸二、核酸的基本结构单位——核苷酸核苷酸的基本组成成分三、核酸中核苷酸的连接方式

DNA和RNA分子均是由各自的基本结构单位——单核苷酸，通过3′,5′-磷酸二酯键相连而成的。3′,5′-磷酸二酯键是由一个核苷酸的3′-羟基与另外一个核苷酸的5′-磷酸基脱水缩合形成的。

许多个核苷酸连续脱水缩合可形成一种线性大分子，称为多核苷酸链。多核苷酸链两端的基团通常以游离的状态存在，一端为游离的磷酸基，称为5′-末端，另一端为游离的羟基，称为3′-末端。核苷酸的连接方式第二节DNA的分子结构DNA的一级结构DNA的二级结构DNA的三级结构一、DNA的一级结构DNA的一级结构是指4种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。由于脱氧核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，所以核酸的一级结构即为碱基的排列顺序。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）千变万化的不同排列组合之中。DNA分子一级结构的稳定性靠什么维持？？DNA一级结构的表示方式？二、DNA的二级结构DNA的二级结构是指两条脱氧多核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构，碱基和脱氧核糖骨架排列在外侧，碱基在内部，有大小沟。

DNA的双螺旋结构DNA二级结构的本质

DNA的二级结构分为两大类：一类是右手双螺旋，如A-DNA、B-DNA、C-DNA和D-DNA等；另一类是左手双螺旋，如Z-DNA。沃森和克里克发现的双螺旋是B型水结合DNA，在细胞中最为常见。右手双螺旋与左手双螺旋的对比二、DNA的二级结构双螺旋结构的要点主链由脱氧核糖和磷酸通过酯键交替连接而成，共两条，它们绕一共同轴心以右手方向盘旋，相互平行而走向相反形成双螺旋构型。碱基位于螺旋的内侧，它们以垂直于螺旋轴的方向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在两条主链间形成碱基对。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。双螺旋结构的直径为2.0nm，螺距为3.4nm，每一个螺旋周期包含10对碱基，每两个相邻碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm。主链碱基对大沟和小沟结构参数二、DNA的二级结构DNA双螺旋结构的横向稳定性靠氢键维系，A与T间形成两个氢键，C与G间形成三个氢键。DNA双螺旋结构的纵向稳定性靠碱基平面间的疏水性碱基堆积力维系。思考DNA双螺旋结构的稳定性是如何保障的？由于A-T/C-G配对时，两个核糖磷酸连接的碱基的主轴并不成180°，因此DNA在磷酸骨架距离较近的一侧形成小沟，而对侧形成大沟。思考大沟和小沟是如何形成的？二、DNA的二级结构大、小沟在DNA与蛋白质相互作用中起到了关键的作用，如引发甲基化作用、结合转录因子等。思考暴露在DNA的外侧，大沟和小沟可能有什么功能？二者内部蕴含的结合位点的差别，从而引发不同蛋白的结合及不同的生化反应。思考大沟和小沟在行使其功能时，有什么差别？二、DNA的二级结构三、DNA双螺旋结构与DNA复制双螺旋结构模型能够圆满地解释作为遗传分子的DNA是如何进行复制的。

沃森和克里克设想DNA结构中的两条链是一对互补的模板（亲本），复制时碱基对间的氢键断开，两条链分开，每条链都作为模板指导合成与自身互补的新链（复本），最后从原有的两条链得到两对链而完成复制。DNA双螺旋结构与DNA复制有什么关系？？现已明确：半保留复制是生物体遗传信息传递的最基本方式。（详细见第五章）三、DNA的三级结构

DNA在二级结构的基础上，在细胞内进一步盘绕折叠、压缩成致密的超螺旋结构，是DNA三级结构的主要形式。绝大部分原核生物和真核生物线粒体、叶绿体中的DNA是共价封闭的环状双螺旋结构，这种环状的双螺旋结构进一步盘绕折叠形成超螺旋结构。电镜下环状DNA的环状结构和超螺旋结构当盘绕方向与DNA双螺旋的方向相同时，形成正超螺旋，反之则形成负超螺旋。三、DNA的三级结构核小体是染色质的基本组成单位，由DNA和组蛋白以致密的结构组成，是DNA三级结构的另外一种形式。某些病毒是由DNA分子盘旋折叠形成的超螺旋结构与蛋白质的复合体。真核生物的DNA以高度有序的形式存在于细胞核内，在细胞周期的大部分时间里以松散的染色质形式出现，在细胞分裂期间形成高度致密的染色体。三、DNA的三级结构第三节RNA的分子结构mRNA的结构tRNA的结构rRNA的结构一、mRNA的结构

原核生物mRNA的一级结构1一般原核生物mRNA的5′-端有一段不翻译区，称为前导序列，3′-端有一段不翻译区，中间是蛋白质的编码区。

原核生物mRNA分子中一般没有修饰核苷酸，也没有5′-端帽子结构和3′-端聚腺苷酸尾巴。前导序列编码区原核生物的

mRNA

原核生物mRNA的二级结构2mRNA分子自身可回折产生许多双链结构，称为二级结构，原核生物的mRNA有丰富的二级结构。在原核生物中，mRNA的起始密码子很容易被埋在二级结构中，这种状况会影响起始密码子与翻译启动因子的结合，进而影响翻译的效率。一、mRNA的结构1一级结构一般由5′-端帽子、5′-端不翻译区、编码区、3′-端不翻译区和3′-端尾巴五部分构成。2真核生物mRNA也具有丰富的二级结构，折叠起来的二级结构有利于蛋白质合成的启动。一、mRNA的结构真核生物的

mRNA二、tRNA的结构单股tRNA链可通过自身折叠形成四个螺旋区和四个环的基本结构，类似三叶草形，故将tRNA的二级结构称为三叶草结构，如右图所示。与tRNA功能密切相关的两个部分是氨基酸臂和反密码环。氨基酸臂的3′-末端的“CCA-OH”结构是结合氨基酸的位置。组成反密码环的是三个碱基可识别mRNA上的密码子。tRNA的三叶草结构1974年，科学家通过X射线晶体衍射法发现tRNA的三级结构为倒L形。tRNA的三级结构是在三叶草结构的基础上折叠而成的，“CCA-OH”结构和反密码子处于倒L的两端，DHU环和TψC环形成了倒L的角，如右图所示。tRNA具有相同的三级结构吗？？tRNA的倒L形三级结构二、tRNA的结构三、rRNA的结构rRNA占RNA总量的82%左右，是最多的一类RNA，也是三类RNA中相对分子质量最大的一类RNA。它能与蛋白质结合，共同组成核糖体——蛋白质生物合成的场所。在核糖体内，rRNA可作为mRNA的支架，使mRNA分子展开，促进肽链的合成，但rRNA单独存在时没有这个功能。核糖体rRNA简介rRNA是单链RNA，核苷酸序列中G-C碱基对与A-U碱基对的总量不等。单股rRNA链可自行折叠，形成螺旋区和环区，即二级结构。所有来源rRNA均能形成4个结构域（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ），每个结构域均含许多茎（螺旋段）和环，它们通过无距离碱基对的相互反应彼此靠近，形成空间结构。rRNA的空间结构三、rRNA的结构第四节核酸的理化性质与应用核酸的理化性质核酸的应用——分子杂交一、核酸的理化性质核酸的一般性质DNA和RNA均属于极性化合物，微溶于水，可溶于2-甲氧乙醇，但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有机溶剂。研究者常用乙醇从溶液中沉淀核酸，当乙醇浓度达50%时，DNA就沉淀出来；当乙醇浓度达75%时，RNA也沉淀出来。DNA分子极大，分子量在106以上，RNA的分子比DNA分子小得多。核酸分子的大小可用长度、碱基数（b）、碱基对数（bp）、沉降系数（S）和分子量等来表示。核酸（特别是线形DNA）分子极为细长，其直径与长度之比可达1∶107。核酸溶液的黏度很大，即使是很稀的DNA溶液也有很大的黏度。RNA溶液的黏度要小得多。核酸若发生变性或降解，其溶液的黏度降低。溶解度分子大小形状及黏度一、核酸的理化性质核酸的紫外吸收性嘌呤和嘧啶及两者的衍生物具有共轭双键，使得碱基、核苷、核苷酸和核酸在240～290nm的紫外波段有一强烈的吸收峰，因此核酸具有紫外吸收特性。原因DNA钠盐的紫外吸收在260nm附近有最大吸收值，其吸光率以A260表示，A260是核酸的重要性质，在核酸的研究中很有用处。DNA不同核苷酸有不同的吸收特性，所以可以用紫外分光光度计加以定量及定性测定。实验室中最常用的是定量测定小量的DNA或RNA。应用对待测样品是否纯品可用紫外分光光度计读出260nm与280nm的OD值，因为蛋白质的最大吸收在280nm处，因此从A260/A280的比值即可判断样品的纯度。纯DNA的A260/A280应为1.8，纯RNA应为2.0。样品中如含有杂蛋白及苯酚，A260/A280比值即明显降低。如何对DNA或RNA进行定量测定？不纯的样品不能用紫外吸收法做定量测定。一、核酸的理化性质一、核酸的理化性质DNA的变性DNA的变性是指DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象。定义维持双螺旋稳定性的氢键和疏水键的断裂，不涉及其一级结构的改变。本质DNA变性能导致溶液黏度降低、溶液旋光性发生改变、产生增色效应等。结果凡能破坏双螺旋稳定性的因素都可以成为变性条件，如加热、极端的pH、有机试剂（如甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺）等。条件增色效应是指变性后DNA溶液的紫外吸收作用增强的效应。DNA变性是在一个很窄的温度范围内发生的，即增色效应是爆发式的。通常，将核酸加热变性过程中，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为核酸的解链温度。由于这一现象和结晶的融解相类似，又称为融解温度（Tm）。Tm值的大小与CG的含量成正比。一、核酸的理化性质一、核酸的理化性质DNA的复性DNA的复性是指变性DNA在适当条件下，两条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象，它是变性的一种逆转过程。定义热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称为“退火”。退火复性时，温度下降必须缓慢地进行，若将热变性DNA迅速冷却至4℃以下，则不能发生复性。核酸实验中经常以此方式保持DNA的变性（单链）状态。条件二、核酸的应用——分子杂交分子杂交应用核酸分子变性和复性的性质使来源不同的DNA（或RNA）片段按碱基互补配对原则形成杂交双链分子的过程就是分子杂交。二、核酸的应用——分子杂交分子杂交是核酸研究中一项最基本的实验技术，它是定性或定量检测特异性DNA或RNA片段序列的有效工具。多种遗传性疾病的基因诊断1恶性肿瘤的基因分析2传染病病原体的检测3应用ThankYou!第二章蛋白质掌握蛋白质的元素组成、基本结构单

位和组成形式。掌握蛋白质的一级结构和空间结构；熟悉蛋白质结构与功能的关系；了解蛋白质结构的改变所引起的疾病。掌握蛋白质的理化性质；了解蛋白质理化性质的应用。第一节蛋白质的分子组成蛋白质的元素组成蛋白质的基本结构单位——氨基酸氨基酸的连接方式蛋白质（protein）是机体内一类重要的生物大分子，参与机体所有重要组成部分的构成，并在新陈代谢中充当重要角色，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。一、蛋白质的元素组成

对已获得的蛋白质结晶纯品进行元素分析，得知蛋白质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）5种元素组成。另外，蛋白质可能还会含有磷（P）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、硼（B）、锰（Mn）、碘（I）、钼（Mo）等元素。思

考已知：①生物界有多种不同类型的蛋白质，每种蛋白质的含氮量十分接近，平均约为16%；

②蛋白质是生物体内主要的含氮物质。请问：如何测量生物样品中蛋白质含量？一、蛋白质的元素组成凯氏定氮法二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸氨基酸是含有氨基（—NH2）和羧基（—COOH）一类有机化合物的通称。目前，从各种生物体内发现的氨基酸已有上百种，但是参与蛋白质组成的基本氨基酸只有20种。这20种氨基酸在结构上有一个共同的特点，即α-碳原子（与羧基相邻的碳原子）上都结合有氨基或亚氨基，称为α-氨基酸。氨基酸的种类及命名二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸除甘氨酸外，其他氨基酸的α-碳原子均为手性碳原子，有L-型和D-型两个旋光异构体。组成天然氨基酸的氨基酸均为L-型，因此人体内的氨基酸均为L-α-氨基酸，其结构式如右图所示。二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸氨基酸的种类及命名1234非极性氨基酸极性酸性氨基酸极性碱性氨基酸极性中性氨基酸非极性氨基酸的R基团主要由非极性基团构成，在水中的溶解度极小。极性酸性氨基酸的R基团含有羧基，易解离出H＋而呈酸性。极性中性氨基酸的R基团含有不解离的极性基团，具有亲水性。极性碱性氨基酸的R基团含有氨基、胍基或咪唑基等碱性基团，易接受H＋而呈碱性。根据R基团极性和解离状态的不同，可将20种蛋白质氨基酸分为非极性氨基酸、极性氨基酸、极性酸性氨基酸和极性碱性氨基酸四类。根据在体内的营养价值不同，氨基酸还可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸非必需氨基酸可在动物体内合成，作为营养源不需要从外部补充。非必需氨基酸必需氨基酸指不能在体内合成，必须由食物提供的氨基酸。20种氨基酸中，有8种为必需氨基酸。必需氨基酸在蛋白质分子中，氨基酸之间通过肽键相互连接。氨基酸之间通过肽键相互连接。肽键是蛋白质分子结构中的基本化学键，由一个氨基酸的α-羧基（—COOH）和另一个氨基酸的α-氨基（—NH2）脱水缩合而成。反应通式：三、氨基酸的连接方式氨基酸通过肽键相互连接而成的化合物称为肽（peptide）。由两分子氨基酸脱水缩合成的肽称为二肽；由三分子氨基酸脱水缩合成的肽称为三肽，以此类推；一般来说，由10个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽；由10个或10以上的氨基酸相连而成的肽称为多肽。三、氨基酸的连接方式多肽是链状化合物，又称为多肽链，是蛋白质的基本结构。有些蛋白质由一条多肽链构成，有些蛋白质由两条或两条以上的多肽链构成，其中每条多肽链可以是相同的，也可以是不同的。三、氨基酸的连接方式氨基酸残基三、氨基酸的连接方式多肽侧链多肽主链三、氨基酸的连接方式在表示多肽链或肽时，习惯上将N-端写在左边，依次将各氨基酸的中文或英文缩写符号列出，C-端写在最后（即右边）。蛋白质分子中的多肽不表现生物活性，但生物体内存在一些游离的具有生物活性的寡肽，称为生物活性肽，在代谢调节、神经传导和生长发育等过程中发挥重要作用，例如，谷胱甘肽（三肽）、催产素（九肽）、加压素（九肽）、促甲状腺素释放激素（三肽）等。H2N—丙—色—甘—OH第二节蛋白质的分子结构蛋白质的一级结构蛋白质的空间结构蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构（primarystructure）是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，由基因上遗传密码的排列顺序决定（详见第七章），是蛋白质最基本的结构。蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构。蛋白质一级结构的阐明，对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗有十分重要的意义。蛋白质的空间结构是如何形成的？？？二、蛋白质的空间结构蛋白质的二级结构（secondarystructure）是指多肽链中有规则重复的构象，这些构象由主链原子形成，不涉及侧链部分的构象。蛋白质二级结构的形成是以肽单元（肽键平面）为基础的，肽单元是由参与肽键组成的C、O、N、H四个原子和与它们相邻的两个α-碳原子共同构成的刚性平面。肽单元可随α-碳原子两侧单键的旋转进行折叠、盘曲，进而形成不同的结构形式。什么是刚性平面？？？蛋白质的二级结构二、蛋白质的空间结构肽单元通过折叠、盘曲可形成四种结构类型，分别为α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。其中α-螺旋和β-折叠是蛋白质二级结构的主要形式。1．α-螺旋多肽链中，多个肽单元以α-碳原子为转折点，按照顺时针的方向围绕中心轴盘曲而成的右手螺旋称为α-螺旋。2．β-折叠多肽链中，两段以上折叠成锯齿状的肽链，通过氢键相连而成的平行片层状结构称为β-折叠或β-片层。3．β-转角蛋白质分子中，肽链经常会出现180°的回折，在这种回折角处的构象就是β-转角。4．无规卷曲无规卷曲是指肽链中没有确定规律性的构象，不能被归入明确的二级结构，本身也具有一定的稳定性。主要形式二、蛋白质的空间结构α-螺旋的主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。相邻两圈螺旋之间借肽键中羰基氧（C＝O）与亚氨基氢（N—H）形成氢键，这类氢键的主要作用是稳定α-螺旋。α-螺旋二、蛋白质的空间结构肽链中氨基酸侧链R基团分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷会影响α-螺旋的形成，主要体现在以下几个方面：4321甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。脯氨酸因其α-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α-螺旋；较大R基团集中的区域，也妨碍α-螺旋形成；酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于α-螺旋形成；4321二、蛋白质的空间结构β-折叠是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈110°角，氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方。β-折叠中，两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的羰基氧（C＝O）与亚氨基氢（N—H）形成的氢键可使构象稳定。β-折叠中，两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。平行的β-折叠中，两个残基的间距为0.65nm；反平行的β-片层结构中，两个残基的间距为0.7nm。β-折叠二、蛋白质的空间结构超二级结构和结构域在蛋白质中，经常有若干相邻的二级结构单元在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构组合体，称为超二级结构。目前发现的超二级结构有三种基本形式：α-螺旋组合（αα）、β-折叠组合（βββ）和α-螺旋β-折叠组合（βαβ），其中以βαβ组合最为常见。超二级结构结构域也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次，是多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成的相对独立的紧密球状实体。结构域二、蛋白质的空间结构蛋白质的三级结构蛋白质蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上，进一步盘曲、折叠形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构，右图为鸡卵溶菌酶的三级结构。由一条多肽链构成的蛋白质，只要形成三级结构便具有生物活性。二、蛋白质的空间结构蛋白质三级结构的形成主要依靠多肽链的R基团之间的相互作用，R基团相互作用形成的次级键，包括氢键（②）、疏水键（③）、离子键（①）及范德华力（⑤）等，是维持三级结构的主要力量（其中疏水键最为重要），如右图所示。

次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、离子强度等的影响，有变动的可能性。二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的两个肽段连接在一起，对蛋白质三级结构的稳定起着重要作用。二、蛋白质的空间结构蛋白质的四级结构生物体内，有很多蛋白质包含两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链，这些多肽链间通过次级键相互组合形成的空间结构，称为蛋白质的四级结构（quarternarystructure）。其中，每条具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基（subunit）。

一种蛋白质的亚基可以是相同的，也可以是不同的。

另外，虽然亚基具有独立的三级结构，但单独存在时无生物活性。例如，血红蛋白（上图）由四个亚基组成，每个亚基在含氧量高的地方均能结合一分子的氧，在含氧量低时，释放所结合的氧。但任何一个亚基单独存在时，只能结合氧，不能释放氧，不具有血红蛋白的运氧作用。二、蛋白质的空间结构维持蛋白质四级结构的作用力主要是亚基之间形成的次级键，包括氢键、疏水键、离子键、范德华力等。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的构象。亚基之间不含共价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离成单独的亚基，亚基本身构象仍可不变。维持蛋白质四级结构的作用力都有哪些？？三、蛋白质结构与功能的关系蛋白质一级结构

与蛋白质功能的关系

蛋白质分子中，由于氨基酸排列顺序与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病（基因突变造成的），称为分子病。一级结构相似的蛋白质，其空间构象和功能也相近例如，哺乳动物胰岛素都是由A链和B链构成，且二硫键配对和一级结构均相似，它们都执行相同的功能（如调节血糖代谢）。比较来源不同的胰岛素的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构却总是相同。三、蛋白质结构与功能的关系蛋白质空间结构

与蛋白质功能的关系蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间结构密切相关蛋白质的空间结构是其功能活性的基础，即空间发生变化时，其功能活性也随之改变。蛋白质变性时，由于其空间结构被破坏，会引起蛋白质功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。在生物体内，当某种物质特异地与蛋白质分子的某个部位结合，触发该蛋白质的构象发生一定变化，从而导致其功能活性变化的现象称为蛋白质的别构效应。蛋白质的别构效应三、蛋白质结构与功能的关系蛋白质（或酶）的别构效应在生物体内普遍存在，对物质代谢的调节和某些生理功能的变化有重要意义。请思考：蛋白质空间结构的改变会导致疾病吗？然而，蛋白质空间结构的改变也可能会导致疾病。这种由于蛋白质空间结构的改变而导致的机体组织结构或功能的异常称为构象病，例如，老年痴呆症、疯牛病等。构象病三、蛋白质结构与功能的关系第三节蛋白质的理化性质与应用蛋白质的两性解离蛋白质的高分子性蛋白质的变性、复性与凝固蛋白质的紫外吸收性蛋白质的呈色反应一、蛋白质的两性解离蛋白质由氨基酸组成，分子表面带有很多可解离基团，如羧基、氨基、酚羟基、咪唑基、胍基等，此外，在多肽链两端还有游离的氨基和羧基，可以与酸或碱相互作用，是一种两性电解质。

当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相同，所带净电荷为零，呈电中性，此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点（用pI表示）。

一、蛋白质的两性解离由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，因而蛋白质都有各自特定的等电点。如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点偏碱，如果酸性氨基酸较多，则等电点偏酸。酸碱氨基酸比例相近的蛋白质的等电点大多为中性偏酸，约在5.0左右。思考不同蛋白质的等电点相等吗？？蛋白质颗粒在等电点时，以两性离子的形式存在，总电荷数为零。这样的蛋白质颗粒在溶液中没有相互排斥的作用力，极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体沉淀析出。这一性质常应用于蛋白质分离、提纯。在等电点时，除了蛋白质的溶解度最小外，其导电性、黏度、渗透压及膨胀性均为最小。思考蛋白质颗粒在等电点时，其本身有何特点？一、蛋白质的两性解离蛋白质颗粒在溶液中解离成带电的颗粒，在直流电场中向其所带电荷相反的电极移动。这种大分子化合物在电场中定向移动的现象称为电泳。电泳法通常用于实验室、生产或临床诊断来分析分离蛋白质混合物，也可以用于蛋白质纯度的鉴定。二、蛋白质的高分子性蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。其中两个很重要的因素是水化膜和表面电荷。使蛋白质沉淀的方法：盐析法蛋白质胶体溶液的稳定性还有什么试剂可以破坏蛋白质的水化膜？二、蛋白质的高分子性胶体溶液中的蛋白质颗粒大，不易通过半透膜，可将含有小分子杂质的蛋白质胶体溶液放入透析袋中，再置于流动的清水中进行透析，透析过程中小分子化合物不断从透析袋中渗出，大分子蛋白质则留在袋内，经过一定时间后，便可达到分离纯化蛋白质的目的。蛋白质的膜过滤分离纯化这种利用半透膜将大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法称为透析，

是实验室和工业生产上提纯蛋白质时广泛应用的一种方法。二、蛋白质的高分子性血液透析是急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代治疗的方式之一。三、蛋白质的变性、复性与凝固蛋白质的性质与它们的结构密切相关。在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质的空间结构被破坏，从而导致蛋白质理化性质改变和生理活性丧失的现象，称为蛋白质变性。蛋白质的变性和复性引起蛋白质变性的物理因素有：高温高压振荡紫外线照射超声波X射线三、蛋白质的变性、复性与凝固变性程度较轻的蛋白质，在去除变性因素后仍可恢复原有空间构象和功能的现象，称为蛋白质的复性。如果变性后的蛋白质不能复性，称为不可逆变性。引起蛋白质变性的化学因素有：强酸强碱振荡重金属离子有机溶剂变性的蛋白质易于沉淀，但沉淀的蛋白质一定变性吗？？三、蛋白质的变性、复性与凝固临床上或实际生活中，常利用75%的乙醇、高温、高压和紫外线等使蛋白质变性而达到消毒及灭菌的目的。此外，还可利用低温能防止蛋白质变性的原理保存激素、酶、疫苗和免疫血清等蛋白质生物制剂。三、蛋白质的变性、复性与凝固蛋白质变性后进一步加热后凝固的现象，称为蛋白质的凝固。例如，鸡蛋煮熟、豆浆变成豆腐。蛋白质变性和凝固常是相继发生的，凝固可以说是蛋白质变性进一步发展的不可逆结果。蛋白质的凝固四、蛋白质的紫外吸收性大部分蛋白质均含有酪氨酸和色氨酸，这两种种氨基酸在280nm附近有最大吸收值。因此，大多数蛋白质在280nm附近显示强的吸收。利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。五、蛋白质的呈色反应在蛋白质的分析工作中，经常利用蛋白质分子中某些氨基酸或某些特殊结构与某些试剂产生的颜色反应，对蛋白质进行定性、定量分析。茚三酮反应呈色反应蛋白质水解后产生的氨基酸与茚三酮水合物加热可生成蓝紫色的化合物，称为茚三酮反应。蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱中与硫酸铜共热，可生成紫红色或红色的复合物，称为双缩脲反应。双缩脲反应如何利用呈色反应对蛋白质进行定性、定量分析？ThankYou!第三章酶掌握酶的组成、特性及酶活性中心的组成；了解酶的作用机制和酶活性的调节。掌握酶促反应的特点和影响酶促反应的因素。第一节酶的结构与功能酶的分子组成酶的活性中心酶的特性与作用机制酶活性的调节酶与医学一、酶的分子组成单纯酶只由蛋白质组成的一类酶，称为单纯酶（simpleenzyme）。该类酶的催化活性由自身的蛋白质结构决定，脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均属于单纯酶。结合酶结合酶（conjugatedenzyme）由蛋白质成分和非蛋白质成分两部分组成，蛋白质部分称为酶蛋白（apoenzyme），非蛋白质部分称为辅助因子（cofactor）。酶蛋白和辅助因子结合成全酶（holoenzyme）时才具有催化活性，两者单独存在时没有活性。根据组成成分的不同，酶可分为单纯酶和结合酶两类。现知大多数维生素是组成许多酶的辅酶或辅基的成分（详见第十五章）。体内酶的种类很多，而辅酶（基）的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，成为一种特异的酶，但一种辅酶往往能与不同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。一、酶的分子组成酶的分子中存在有许多功能基团，如—NH2、—COOH、—SH、—OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域能与特定的底物结合并将底物转化为产物，称为酶的活性中心（activecenter）。对于结合酶来说，辅酶或辅基上的一部分结构往往是活性中心的组成成分。二、酶的活性中心二、酶的活性中心123一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团。构成酶活性中心的必需基团可分为两种，与底物结合的必需基团称为结合基团，促进底物发生化学变化的基团称为催化基团。不同的酶有不同的活性中心，对底物有严格的特异性。酶的特异性不但取决于酶活性中心功能基团的性质，而且还取决于底物和活性中心的空间构象。酶分子很大，但实际参与催化反应的往往是酶分子的一部分。三、酶的特性与作用机制酶的特性酶是高效的生物催化剂，比一般催化剂的效率高107～1013倍。1.高效性酶的专一性（specificity）是指酶对催化的反应和底物有严格的选择性。酶常常只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。酶催化作用的特异性取决于酶蛋白分子上的特殊结构——酶活性中心。

根据酶对底物选择的严格程度不同，酶的专一性大致可分为绝对专一性、相对专一性和立体异构专一性三种类型。2.专一性三、酶的特性与作用机制酶的可调控性主要体现在酶活性上，生物体内代谢活动的协调进行是通过调节和控制酶活性来实现的（详见酶活性的调节）。3.可调控性绝大部分酶的实质是蛋白质，在受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其他化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时，酶蛋白的空间结构容易发生改变，进而影响酶的催化能力。所以，酶促反应常常需要在较为温和、稳定的条件下进行。4.不稳定性三、酶的特性与作用机制酶的作用机制在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能（activationenergy）。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。目前普遍认为：酶有效降低活化能的机制，可以用“中间产物学说”说明。三、酶的特性与作用机制酶的结构不是固定不变的，有些酶分子（包括辅酶在内）的构型与底物原来并非吻合，当底物分子与酶分子相碰时，可诱导酶分子的构象变得能与底物配合，然后底物才能与酶的活性中心结合，进而引起底物分子发生相应化学变化。这种由底物分子诱导产生的酶分子构象改变，称为“诱导契合”作用。1．“诱导契合”作用三、酶的特性与作用机制任何化学反应中，参加反应的分子都必须按一定方向靠近才能发生反应。趋近效应和定向排列都是底物与酶活性中心特异性结合时产生的效应。酶催化反应时，与底物特异性结合，使得底物分子间的距离大大缩短的效应称为趋近效应。由于趋近效应的产生，酶活性中心附近的底物浓度远远高于溶液中底物的浓度，底物浓度的升高大大加快了反应的速度。定向效应是指酶的催化基团与底物的反应基团之间正确匹配产生的效应。在酶的催化反应中，底物结合在酶的活性中心，使酶的催化基团与底物的反应基团严格地排列，从而加快了反应的速度。2．趋近效应与定向排列三、酶的特性与作用机制酶是两性电解质，可进行两性解离——提供质子和接受质子。在催化过程中，酶活性中心的催化基团通过提供质子来促进催化反应进程的过程，称为酸催化作用；通过接受质子来促进催化反应进程的过程，称为碱催化作用。同一种酶常常具有酸、碱双重催化作用，极大地提高了酶的催化效能。3．酸-碱催化作用三、酶的特性与作用机制酶的活性中心多由氨基酸残基的疏水基团组成，构成相对稳定的疏水环境。底物与酶在酶活性中心内部的疏水环境中结合，可防止底物与酶之间形成水化膜，有利于两者之间的接触反应。4．表面效应四、酶活性的调节酶原与酶原激活有些酶在刚合成或初分泌时没有生物活性，这些没有活性的酶的前身称为酶原（zymogen），使酶原经过修饰转变为活性酶的过程，称为酶原激活。酶原激活在生物体内广泛存在，是一种重要的酶活性调控方式，具有重要的生理意义。一方面，它能保证合成蛋白酶的细胞本身不受酶的消化破坏，另一方面使酶原在特定的生理条件和规定的部位受到激活并发挥其生理作用。四、酶活性的调节变构调节与化学修饰某些物质能与酶分子上的非催化部位特异地结合，引起酶蛋白分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象称为酶的变构调节或别位调节（allostericregulation）。变构调节在生物界普遍存在，是人体内快速调节酶活性的一种重要方式。酶分子肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性的改变，称为酶的化学修饰（chemicalmodification）。酶的化学修饰如变构调节一样，也是机体物质代谢中快速调节的一种重要方式。五、酶与医学酶的医学意义体内几乎所有代谢反应均需酶的参与，而且对物质代谢的控制也多通过对酶活性的调节来实现。现在已经清楚，人类的不少疾病是由于某种酶的变异、减少或缺失所致，因此酶的缺失或变异可引起代谢紊乱而致病。对某些酶的活性的测定，常有助于疾病的诊断，因此酶学与疾病病因、诊断、治疗诸方面都很密切。不少代谢性疾病是先天性某种酶的缺乏，如白化病因缺乏酪氨酸羟化酶，糖原贮积病、脂质贮积病苯丙酮酸尿症等也是酶缺陷所致。有机磷（如敌敌畏）等农药可抑制胆碱酯酶的活性，故有毒性。疾病时常有血清酶的改变，可用此作为诊断的依据。常用于诊断的血清酶有20多种。如肝脏疾病时可测定血清谷丙转氨酶。许多酶可应用于治疗，各类水解酶，如淀粉酶、胃蛋白酶可口服以帮助消化。尿激酶、链激酶可以激活纤溶酶原，用以溶解血栓、疏通血管、治疗各类栓塞，如心肌梗死和脑栓塞。五、酶与医学同工酶及其临床应用虽然有些酶的蛋白质一级结构存在差异，但其活性中心的三维结构相同或相似，可以催化相同的化学反应。这种可以催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫学性质各不相同的酶称为同工酶（isoenzyme）。它们存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织，甚至在同一组织、同一细胞的不同细胞器中。几乎一半以上的酶都有同工酶存在。现已发现有数种同工酶，如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶等。其中乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase，LDH）是最早发现的同工酶。不同类型的LDH同工酶在不同组织中的比例不同，心肌中以LDH1及LDH2较为丰富，骨骼肌及肝中含LDH4及LDH5较多，这种分布与各器官的生理功能相关。LDH同工酶相对含量的改变在一定程度上更敏感地反映了某些脏器的功能状况。第二节酶促反应的动力学酶浓度对酶促反应的影响底物浓度对酶促反应的影响温度对酶促反应的影响pH对酶促反应的影响激活剂对酶促反应的影响抑制剂对酶促反应的影响一、酶浓度对酶促反应的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系。即当底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。但事实上，当酶浓度很高时，并不保持这种关系，曲线逐渐趋向平缓。根据分析，这可能是高浓度的底物夹带有许多的抑制剂所致。酶浓度对酶促反应速度的影响二、底物浓度对酶促反应的影响在酶浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线。在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧上升，两者呈正比关系，反应呈一级反应。随着底物浓度进一步升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，反应速度将不再增加，表现出零级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物饱和。所有酶都有饱和现象，但达到饱和时所需底物浓度各不相同。底物浓度对酶促反应速度的影响米曼氏方程式二、底物浓度对酶促反应的影响式中，Vmax

指该酶促反应的最大速度，［S］指底物浓度，Km

是米氏常数，V是在某一底物浓度时相应的反应速度。当底物浓度很低时，［S］<<Km，则米曼氏方程式此时，反应速度与底物浓度呈正比。当底物浓度很高时，［S］>>Km，此时V≌Vmax，反应速度达到最大，底物浓度再增高对反应速度不产生影响。米氏方程只适用于较为简单的酶促反应，对于比较复杂的酶促反应，如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等，还不能全面地概括和说明。米氏常数（Km）的意义二、底物浓度对酶促反应的影响Km值是酶学研究中一个重要的常数，它等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度，即V＝1/2Vmax时，米氏方程可转变为：Km＝［S］。Km值是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境有关，与酶的浓度无关。

Km值大，表示酶与底物的亲和力小，在酶促反应中需要很高的底物浓度才能达到最大速度；

Km值小，表示酶与底物的亲和力大，在酶促反应中不需要很高的底物浓度就能达到最大速度。因此，

Km可用来判断酶作用的最适底物，即为酶促反应中有最小Km值的底物。三、温度对酶促反应的影响从动物组织提取的酶，其最适温度多在35～40℃之间，温度升高到60℃以上时，大多数酶开始变性，升高到80℃以上时，大多数酶发生不可逆变性而失活。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不破坏酶的活性，温度回升后，酶又恢复活性，临床上低温麻醉就是利用酶的这一性质以减慢组织细胞代谢速度，从而提高机体对氧和营养物质缺乏的耐受性，有利于进行手术治疗。温度对酶促反应速度的影响四、pH对酶促反应的影响pH可通过影响酶和底物的解离及酶活性中心的构象影响酶与底物的结合，进而影响酶促反应的速度。通常，我们把酶促反应速度最大的pH环境称为酶的最适pH（optimumpH）。动物体内多数酶的最适pH接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH约为1.8，肝精氨酸酶最适pH约为9.8。最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类和浓度及酶的纯度等因素的影响。溶液的pH值高于和低于最适pH时都会使酶的活性降低，远离最适pH值时甚至导致酶的变性失活。pH对某几种酶酶活性的影响五、激活剂对酶促反应的影响

激活剂（activator）是指能使酶活性提高的一类物质，它们大多都是无机离子或小分子有机化合物。大多数金属离子激活剂对酶促反应不可缺少，称为必需激活剂；有些激活剂不存在时，酶的催化效率降低，但仍有一定活性，这类激活剂称为非必需激活剂。常见的激活剂有Mg2＋、K＋、Mn2＋、半胱氨酸等。六、抑制剂对酶促反应的影响某些抑制剂通常以共价键方式与酶的必需基团结合，从而使酶的活性下降。这类抑制剂不能通过透析、超滤的方式去除，对酶分子产生的抑制作用称为不可逆抑制（irreversibleinhibition）。按抑制剂作用的特点又有非专一性与专一性之分。不可逆性抑制六、抑制剂对酶促反应的影响某些抑制剂能与酶分子中一类或几类基团共价结合，对酶产生不可逆抑制作用，称为非专一性不可逆抑制。例如，某些重金属及对氯汞苯甲酸等能与酶分子的巯基进行不可逆结合，许多以巯基作为必需基团的酶（通称巯基酶）会因此而遭受抑制。用二巯基丙醇或二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。非专一性不可逆抑制某些抑制剂专一地对酶的活性中心或其必需基团进行共价结合，对酶产生不可逆抑制作用，称为专一性不可逆抑制。专一性不可逆抑制六、抑制剂对酶促反应的影响有些抑制剂与酶以非共价键的形式结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的，这种抑制作用称为可逆性抑制（reversibleinhibition）。这类抑制剂大致可分为以下三类。可逆性抑制六、抑制剂对酶促反应的影响参与竞争性抑制作用（competitiveinhibition）的抑制剂（I）和底物（S）对游离酶（E）的结合有竞争作用。抑制作用的大小取决于抑制剂与底物的浓度比，加大底物浓度，可使抑制作用减弱。此外，竞争性抑制作用在临床上应用广泛，许多抗代谢药和抗癌药都是竞争性抑制剂。竞争性抑制

参与非竞争性抑制作用（non-competitiveinhibition）的抑制剂（I）和底物（S）与酶（E）的结合互不相关。I和S在结构上一般无相似之处，I常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少I对酶的抑制程度。非竞争性抑制作用可使Vm

降低，但由于S与EI复合物的亲和力与S与E的亲和力相同，故Km

不变。非竞争性抑制六、抑制剂对酶促反应的影响

参与反竞争性抑制作用的抑制剂（I）不直接与酶（E）结合，只与ES复合物结合，形成的ESI不能生成产物。但是，I与ES的结合能促进E与S的结合，即增加了E与S的亲和力，故Km降低。反竞争性抑制ThankYou!第四章DNA的生物合成掌握DNA复制的特点、复制的体系及复制的过程。掌握逆转录的意义；熟悉逆转录的过程；了解端粒酶及端粒酶在医学中的应用。掌握DNA损伤的类型及DNA损伤的修复；了解DNA损伤的原因。第一节DNA的复制DNA复制的特点DNA复制的体系DNA复制的过程

最终，科学家证明DNA复制的方式为半保留复制。（一）半保留复制关于DNA复制模型的猜想一、DNA复制的特点DNA聚合酶：是细胞复制DNA的重要作用酶，以DNA为复制模板，由5′端开始复制到3'端。（二）半不连续复制DNA的半不连续复制一、DNA复制的特点DNA复制的模板是亲代DNA分子，亲代DNA解螺旋后的两条链均可作为模板指导DNA合成。二、DNA复制的体系（一）DNA复制的模板、原料、能量和引物1．模板DNA复制的原料是四种脱氧三磷酸核糖核苷（dNTP），即dATP、dGTP、dCTP和dTTP。在模板存在的前提下，dNTP在酶的作用下聚合形成多聚核苷酸链。2．原料

DNA复制主要依靠ATP供能，另外，参与DNA复制的原料本身也能为反应提供能量。二、DNA复制的体系3．能量由于DNA聚合酶的5′→3′聚合酶活性不能催化两个游离的dNTP直接进行反应，所以在DNA复制开始时，需要一小段RNA作为引物为第一个游离dNTP提供3′-OH末端。4．引物二、DNA复制的体系（二）DNA复制所需的酶和蛋白因子DNA复制时，首先需要解旋、解链成相对固定的单链状态，才具有指导新链合成的模板作用。把DNA解旋、解链成相对固定的单链状态需要一些酶与蛋白因子的参与来完成，包括DNA拓扑异构酶、解旋酶和单链DNA结合蛋白（SSB）。1．DNA拓扑异构酶、解旋酶和单链DNA结合蛋白（SSB）二、DNA复制的体系引物酶是一种特殊的依赖DNA的RNA聚合酶，它以解开的DNA链为模板，以4种NTP为原料，按5′→3′方向合成短片段的RNA，作为引物引发DNA的复制。2．引物酶二、DNA复制的体系DNA聚合酶是DNA复制的主要酶，又称为依赖DNA的DNA聚合酶。DNA聚合酶最早在大肠杆菌中发现，以后陆续在其他生物中找到。它们的共同性质是：3．DNA聚合酶以dNTP为原料催化DNA合成；需要模板和引物的存在；不能起始合成新的催化dNTP加到延伸中的DNA链的3′-OH末端；催化DNA合成的方向是5′→3′。二、DNA复制的体系原核生物的DNA聚合酶有DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。DNA聚合酶Ⅲ是复制延长中真正起催化作用的，除具有5′→3′聚合活性，还有3′→5′核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用。DNA聚合酶Ⅰ具有5′→3′聚合活性、3′→5′和5′→3′核酸外切酶活性，5′→3′核酸外切酶活性可用于切除引物及突变片段，起切除、修复作用。DNA聚合酶Ⅱ在无DNA聚合酶Ⅰ和DNA聚合酶Ⅲ时起作用，也具有5′→3′和3′→5核酸外切酶活性。二、DNA复制的体系

真核生物的DNA聚合酶分为α、β、γ、δ、ε。DNA聚合酶α具有引物酶活性，能催化合成RNA引物。DNA聚合酶δ类似于原核生物DNA聚合酶Ⅲ，在DNA复制延伸阶段中起主要作用，此外，还有解螺旋酶的活性。DNA聚合酶ε类似于原核生物的DNA聚合酶Ⅰ，在DNA复制中主要起校读、修复和填补引物缺口的作用。DNA聚合酶β类似于原核生物D