药学专业生物化学概述课件.ppt

1、 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸

2、(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子

3、，呈电中性。此时溶液的中性。此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收四、蛋白质是由许多氨基酸残基组

4、成四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链的多肽链肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧基与羧基与另一个氨基酸的另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础的基础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构二级结构蛋白质的二级结构是指蛋白质的二级结构是指多肽链骨架多肽链

5、骨架中原子的中原子的局局部空间部空间排列，排列，不涉及侧链不涉及侧链的构象，也就是该肽段的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有主链骨架原子的相对空间位置，主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规则卷曲转角和无规则卷曲。维持二级结构的。维持二级结构的力量为力量为氢键氢键。三、三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构形成蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中

6、所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置残基的相对空间位置（三）分子伴侣（三）分子伴侣参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。使肽

7、链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。后，再诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构具有四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条

8、或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系n协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(posi

9、tive cooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negative cooperativity)n变构效应变构效应(allosteric effect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。一、一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质具有两性电离的性质蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时，蛋白质解离成正、负离

10、子的趋势相等，即成为兼性离子，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质空间结构

11、破坏而引起变性三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在某些物理和化学因素作用下，其特定的在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。物活性的丧失。n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)n变性的本质变性的本质:破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。的一级结构。n造成变性的因素造成变性的因素:如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等强

12、碱、重金属离子及生物碱试剂等。n 应用举例应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。（如疫苗等）的必要条件。防止变性：低温保存生物制品防止变性：低温保存生物制品 取代变性：乳品解毒取代变性：乳品解毒(用于急救重金属中毒用于急救重金属中毒)若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturatio

13、n)。四、蛋白质四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收波长处有特征性吸收峰。蛋白质的峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。此可作蛋白质定量测定。n核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在于细胞核和线粒体存在于细胞核和线粒体 分布于细胞核、细胞质、线粒体分布于细胞核、细胞质、线粒体(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖

14、核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，携带遗传信息，并通过复制传递并通过复制传递给下一代。给下一代。是是DNADNA转录的产物，转录的产物，参与遗传信参与遗传信息的息的复制与复制与表达。某些病毒表达。某些病毒RNARNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体n脱氧核苷脱氧核苷嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1与脱氧核糖与脱氧核糖C-1 通过通过-N-糖糖苷键苷键相连形成相连形成脱氧核苷脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯磷酸二酯键连接形成的大分子键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸一个脱氧核苷酸3 3 的的羟基羟基与

15、另一个核苷酸与另一个核苷酸5 5 的的 -磷 酸磷 酸 基 团 缩 合 形 成基 团 缩 合 形 成 磷 酸 二 酯 键磷 酸 二 酯 键(phosphodiester bond)。多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有具有方向性方向性的线性分子，称为的线性分子，称为多聚脱氧核苷多聚脱氧核苷酸酸(polydeoxynucleotide)，即即DNA链链。交替的磷酸基团和戊交替的磷酸基团和戊糖构成了糖构成了DNA的骨架的骨架 (backbone)。DNA链的方向是链的方向是5 5 3 3 三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键的线性大分子的线

16、性大分子 RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子，并且具有方向性成的线性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。nDNA和和RNA的区别的区别核糖核糖 G、C、A、URNA脱氧核糖脱氧核糖 G、C、A、TDNA碱基碱基核糖核糖核酸核酸两条多聚核苷酸链在空间的走向呈两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行反向平行(anti-parallel)。两条链围绕着同一个螺旋轴形成两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺右手螺旋旋(right-handed)的结构。双螺旋结构的直径为的结构。双螺旋

17、结构的直径为2.37nm，螺距为，螺距为3.54nm。脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的结构的外侧外侧，疏水的碱基位于，疏水的碱基位于内侧内侧。双螺旋结构的表面形成了一个双螺旋结构的表面形成了一个大沟大沟(major groove)和一个和一个小沟小沟(minor groove)。（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点1.1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构是反向平行、右手螺旋的双链结构亲水性的骨架位于亲水性的骨架位于双链的外侧。双链的外侧。疏水性的碱基位于疏水性的碱基位于双链的内侧。双链的内侧。n骨架与碱基骨架与

18、碱基 相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力碱基堆积力(base stacking interaction)。碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着DNA结构的稳定。结构的稳定。3.疏水作用力和氢键共同维系着疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋双螺旋结构的稳定。结构的稳定。二、二、DNA的高级结构是超螺旋结构的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive sup

19、ercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。双螺旋方同相同。负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。双螺旋方向相反。DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。息基础。基因从结构上定义，是指基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。功能。三、三、D

20、NA是遗传信息的物质基础是遗传信息的物质基础 RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。程的调控。RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。部二级结构或三级结构。RNA比比DNA小的多。小的多。RNA的种类、大小和结构远比的种类、大小和结构远比DNA表现出多表现出多样性。样性。RNARNA的结构与功能的结构与功能nRNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线

21、粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAt

22、RNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA 信使信使RNA(messenger RNA,mRNA)是合成蛋白是合成蛋白质的模板。质的模板。不均一核不均一核RNA(hnRNA)含有内含子含有内含子(intron)和外和外显子显子(exon)。外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编

23、外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列。码序列。hnRNA经过剪切后成为经过剪切后成为成熟的成熟的mRNA。一、一、mRNA是蛋白质合成中的模板是蛋白质合成中的模板 从从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码基酸，称为三联体密码(codon)。成熟的成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。由氨基酸编码区和非编码区构成。5-末端的帽子末端的帽子(cap)结构和结构和3-末端的多聚末端的多聚A尾尾(poly-A tail)结构。结构。53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAAn成熟的真核生物成熟的真核生

24、物mRNAONNNNNH2OOCH3OHHHCH2HOPO-OOHNNNOH2NNOOHHHHCH2HOHOPOO-CH3PO-O5235n帽子结构帽子结构:m7GpppNm（一）大部分真核细胞（一）大部分真核细胞mRNA的的5末端都以末端都以7-甲甲基鸟嘌呤基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构三磷酸核苷为起始结构 mRNA的帽结构可以与的帽结构可以与帽结合蛋白帽结合蛋白(cap binding protein，CBP)结合。结合。真核生物的真核生物的mRNA 的的3-末端转录后加上末端转录后加上一段长短不一的聚腺苷酸。一段长短不一的聚腺苷酸。（二）在真核生物（二）在真核生物mRNA的的3 3 末端

25、有多聚腺末端有多聚腺苷酸结构苷酸结构mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 n帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能（三）（三）mRNA依照自身的碱基顺序指导蛋白依照自身的碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序的合成质氨基酸顺序的合成 从从mRNA分子分子5 5末端起的第一个末端起的第一个AUGAUG开始，开始，每每3 3个核苷酸为一组称为个核苷酸为一组称为密码子密码子(codon)或或三联体密码三联体密码(triplet code)。AUG被称为起始密码子；决定肽链终止的被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子则称为终止密码子。密码子

26、则称为终止密码子。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为序列称为开放阅读框开放阅读框(open reading frame,ORF)，决定了多肽链的氨基酸序列，决定了多肽链的氨基酸序列。转运转运RNA(transfer RNA,tRNA)在蛋白质合成在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体过程中作为各种氨基酸的载体,将氨基酸转呈将氨基酸转呈给给mRNA。由由7495核苷酸组成；核苷酸组成；占细胞总占细胞总RNA的的15%；具有很好的稳定性。具有很好的稳定性。二、二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体是蛋白质合成中的氨基酸载体tRNA具有局部的茎具有局

27、部的茎环环(stem-loop)结构或结构或发卡发卡(hairpin)结构。结构。（二）（二）tRNA具有茎环结构具有茎环结构tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环TC环环附加叉附加叉tRNA的的3-末末端都是以端都是以CCA结尾。结尾。3-末末端的端的A与氨基酸共价与氨基酸共价连结，连结，tRNA成为了氨基成为了氨基酸的载体。酸的载体。不同的不同的tRNA可以结合不可以结合不同的氨基酸。同的氨基酸。（三）（三）tRNA的的3 3-末末端连接氨基酸端连接氨基酸tRNA的反密码子环的反密码子环上有一个由三个核上有一个由三个核苷酸构成的苷酸构成的反密

28、码反密码子子(anticodon)。tRNA上的反密码子上的反密码子依照碱基互补的原依照碱基互补的原则识别则识别mRNA上的上的密码子。密码子。（四）（四）tRNA的反密码子识别的反密码子识别mRNA的密码子的密码子核蛋白体核蛋白体RNA(ribosomal RNA，rRNA)是细是细胞内含量最多的胞内含量最多的RNA(80)。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。，为蛋白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所n核酶核酶某些小某些小RNA分子具有催化特

29、定分子具有催化特定RNA降解降解的活性，这种具有催化作用的小的活性，这种具有催化作用的小RNARNA亦被称亦被称为为核酶核酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA(catalytic RNA)。n原核生物基因表达的特异性原核生物基因表达的特异性五、核酸在真核细胞和原核细胞中五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性表现了不同的时空特性n真核生物基因表达的特异性真核生物基因表达的特异性核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是处有强烈的吸收，是由由碱基的共轭双键碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。核酸的定性和定量分析。一、核酸

30、分子具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收二、二、DNADNA变性是双链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链开成两条单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。增色效应增色效应(hyperchromic effect)：DNA变性变性时其溶液时其溶液OD260增高增高的现象。的现象。nDNA解链时的紫外吸收变化解链时的紫外吸收变化nDNA的解链曲线的解链曲线连续加热连续加热DNA的的过程中以温度相对于过程中以温度相对于A260值作图，所得的值作图，所得的

31、曲线称为曲线称为解链曲线解链曲线。解链过程中，紫外解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应变化值的一半时所对应的温度。的温度。解链温度解链温度(melting temperature，Tm)三、变性的核酸可以复性或形成三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链杂交双链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为象称为DNA复性复性(renaturation)。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热

32、变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为过程称为退火退火(annealing)。不同种类的不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之间形之间形成，也可以在成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分

33、子杂交。分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。n核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶(ribonuclease,RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。核酸酶核酸酶n酶的概

34、念酶的概念目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶、核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）n酶的不同形式酶的不同形式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构仅具有三级结构的酶。的酶。寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不同由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶(tandem e

35、nzyme)：一些多酶体系在进化过程中一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。多肽链中，这类酶称为多功能酶。酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n结合酶结合酶(conjugated enzyme)n全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的

36、作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性 辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质 金属金属离子的作用：离子的作用：n参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；n在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；n稳定酶的构象；稳定酶的构象；n中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。传递电子、质子或一些基团

37、。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。二、酶的活性中心是酶分子中执行二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位其催化功能的部位酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，基侧链的化学基团中，一

38、些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。n必需基团必需基团(essential group)指必需基团在空间结构上彼此靠近，组指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。结合并将底物转化为产物。n酶的活性中心酶的活性中心(active center)底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 三、同工酶三、同工酶同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化

39、性质乃至免疫学性质不同的一组酶。白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断

40、不同器官的疾病提供了理论依据。用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。的平衡点。n酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：酶的作用机制酶的作用机制（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点 酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一倍，比一般催化剂高般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反

41、应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化活化能能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。反应的活化能。酶的催化效率可用酶的酶的催化效率可用酶的转换数转换数(turnover number)来表来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。二、酶通过促进底物形成过渡态二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率而提高反应速

42、率（一）（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的用都是通过降低反应的活化能活化能(activation energy)实现的。实现的。活化能活化能：底物分子从初态转变到活化：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。态所需的能量。1913年年Michaelis和和Menten提出反应速率与底物提出反应速率与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称称米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：

43、不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 1.E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，复合物的反应是快速平衡反应，而而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速的反应为慢反应，反应速率取决于慢反应即率取决于慢反应即 V=k3ES。(1)2.S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的总浓度，因此在反应的初始阶段，的初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=St。米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假

44、设：n米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：ES的生成速率的生成速率=ES的分解速率的分解速率k2+k3=Km（米氏常数）（米氏常数）k1令：令：则则(2)(2)变为变为:(EtES)S=Km ES(2)=(EtES)Sk2+k3ES k1整理得：整理得：k1(EtES)S=k2 ES+k3 ES 当反应处于稳态时：当反应处于稳态时：当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即Et=ES，反应达最大速率反应达最大速率Vmax=k3ES=k3Et (5)ES=EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米

45、氏方程式：Vmax S Km+S V=将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得k3EtS Km+S(4)V=（二）（二）Km与与Vm是有意义的酶促反应动力学参数是有意义的酶促反应动力学参数nKm值的推导值的推导nKm与与Vmax的意义的意义n Km值的推导值的推导Km=S Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSn Km与与Vmax的意义的意义 定义：定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。半时的底物浓度。意义：意义：Km是

46、酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强、离子强度）有关，与酶的浓度无关。度）有关，与酶的浓度无关。Km可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。Km值值 Vmax意义：意义：Vmax=k3 E 定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的转换数酶的转换数(turnover number)，

47、即动力学常，即动力学常数数k3。1.双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称，又称为为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法（林贝氏方程）（林贝氏方程）（三）（三）m值与值与max值可以通过作图法求取值可以通过作图法求取-1/Km五、抑制剂可逆地或不可逆地降低五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率酶促反应速率n酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)n酶的抑制区别于酶的变性：酶的抑制区别于酶的变性：抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性凡能使酶的催化活性下降而不引

48、起酶蛋白变凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。性的物质称为酶的抑制剂。1.1.竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心的活性中心 有些抑制剂与底物的结构相似，能与底有些抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成。合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制这种抑制作用称为竞争性抑制作用。作用。n定义定义n特点特点抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂与酶的相对抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；亲和力及底物浓度；I与与S结构类似，竞结构类似，竞争酶的活性中心；争酶的

49、活性中心；动 力 学 特 点：动 力 学 特 点：Vmax不变，表观不变，表观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂1/V 1/S VSmaxVIK(1)SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmax有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶之间无竞争关系。但酶-底物底物-抑制剂复合物抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称不能进一步释放出产物。这种抑制作用

50、称作非竞争性抑制作用。作非竞争性抑制作用。2.2.非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力物的亲和力 n定义定义n特点特点抑制剂与酶活性中抑制剂与酶活性中心外的必需基团结心外的必需基团结合，底物与抑制剂合，底物与抑制剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；抑制程度取决于抑抑制程度取决于抑制剂的浓度；制剂的浓度；动 力 学 特 点：动 力 学 特 点：Vmax降低，表观降低，表观Km不变。不变。抑制剂抑制剂1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(E