5.1蛋白质和酶概述

1.2 酶的特性酶作用的分子基础一、酶的化学组成按照酶的化学组成可将酶分为单纯酶和结合酶两大类。

单纯酶分子中只有氨基酸残基组成的肽链，结合酶分子中那么除了多肽链组成的蛋白质，还有非蛋白成分，如金属离子、铁卟啉或含B族维生素的小分子有机物。

结合酶的蛋白质部分称为酶蛋白(apoenzyme)，非蛋白质部分统称为辅助因子(cofactor)，两者一起组成全酶(holoenzyme)；只有全酶才有催化活性，如果两者分开那么酶活力消失。

非蛋白质部分如铁卟啉或含B族维生素的化合物假设与酶蛋白以共价键相连的称为辅基(prosthetic group)，用透析或超滤等方法不能使它们与酶蛋白分开；反之两者以非共价键相连的称为辅酶(coenzyme)，可用上述方法把两者分开。

表4-1为以金属离子作结合酶辅助因子的一些例子。

表4-2列出含B族维生素的几种辅酶(基)及其参与的反应。

结合酶中的金属离子有多方面功能，它们可能是酶活性中心的组成成分；有的可能在稳定酶分子的构象上起作用；有的可能作为桥梁使酶与底物相连接。

辅酶与辅基在催化反应中作为氢(H+和e)或某些化学基团的载体，起传递氢或化学基团的作用。

体内酶的种类很多，但酶的辅助因子种类并不多，从表4—1中已见到几种酶均用某种相同的金属离子作为辅助因子的例子，同样的情况亦见于辅酶与辅基，如3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶均以NAD+作为辅酶。

酶催化反应的特异性决定于酶蛋白部分，而辅酶与辅基的作用是参与具体的反应过程中氢(H+和e)及一些特殊化学基团的运载。

二、酶的活性中心酶属生物大分子，分子质量至少在1万以上，大的可达百万。

酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整。

假设酶分子变性或亚基解聚均可导致酶活性丧失。

一个值得注意的问题是酶所催化的反应物即底物〔substrate〕，却大多为小分物质它们的分子质量比酶要小几个数量级。

酶的活性中心〔active center〕只是酶分子中的很小部分，酶蛋白的大部分氨基酸残基并不与底物接触。

蛋白质和酶1.a-螺旋：①右手螺旋（稳定）；②平行主轴稳定：氢键；③每个a-螺旋有3.4~3.6个平均3.5个平面；④亲水在内，疏水在外，保证蛋白质的水溶性。

2.蛋白质的一级结构：蛋白质分子中从N→C端（蛋白质合成顺序）的氨基酸排列顺序。

表现形式：肽链。

维系键是肽键。

镰刀形红细胞贫血症是蛋白质一级结构的分子病变，点突变，β-肽链第六位上谷氨酸被缬氨酸所替代。

3.蛋白质的二级结构：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构。

变现形式是a-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲。

维系键是氢键。

参与肽键形成的6个原子在同一平面上。

（a-螺旋→β-折叠：疯牛病）4.蛋白质的三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。

表现形式是结构域、分子伴侣。

维系键是次级键（包括疏水键、盐键、氢键、范德瓦耳斯力）。

天然蛋白质分子均有三级结构，具有三级结构才具有生物学活性。

5.蛋白质的四级结构：蛋白质分子中各亚基间的空间排布。

表现形式是亚基，维系键是氢键、离子键。

6.蛋白质变性后——溶液粘度增加、溶解度降低、结晶能力消失、生物活性丧失、易被蛋白酶水解。

DNA变性后——溶液粘度降低、DNA 在260nm处的吸光度增加（增色效应）。

7.全酶=酶蛋白（决定反应的特异性）+辅助因子（决定反应的种类与性质）。

8.酶催化作用高度特异性包括：绝对特异性、相对特异性、立体结构特异性。

9.同工酶：是催化功能相同，但是分子组成及理化性质不同的一组酶，是在同一种属中由不同基因位点或等位基因编码的多肽链单体、纯聚体或杂多体。

10.变构酶的特点：①其速度方程不符合米氏方程（推导中的假定是反应速度与酶-底物复合物浓度成正比），曲线成S形（米氏方程成矩形双曲线）；②多是关键酶，催化的反应常是不可逆反应；③常有多亚基组成，但并非都有催化亚基和调节亚基，多个亚基之间有协同作用。

④变构酶有催化和调节两个中性；⑤变构调节剂不一定参与反应；⑥变构调节是快速调节，可引起酶的构象的变化。

蛋白质和酶的关系蛋白质和酶的关系蛋白质是生命体的基础组成部分，也是功能最多的分子之一，能够在生物体内完成多种生物活动。

与此同时，酶是一种可以促进化学反应的蛋白质，其在生物体内扮演着至关重要的角色。

在这篇文档中，我们将探讨蛋白质和酶之间的关系及其在生物体内的功能。

蛋白质的定义和作用蛋白质是由氨基酸残基的聚合物构成的大分子，可以分为多种类型，包括结构蛋白质、酶、激素、转运蛋白质、免疫球蛋白等。

它们在生物体内发挥不同的生物活动，如构成骨骼、肌肉和组织结构等。

此外，蛋白质还具有多种功能，如催化化学反应、传递信息、调节代谢过程、存储和分配分子等。

蛋白质还参与到生物体的免疫系统中，包括制造抗体、完成免疫应答等。

酶的定义和作用酶是一种可以促进代谢反应的蛋白质，在反应中作为催化剂，促进反应的进行。

酶可以催化各种类型的反应，如水解反应、转移反应、氧化还原反应等。

在生物体内，酶可以参与到各种代谢反应中，如葡萄糖代谢、脂肪代谢、蛋白质合成等。

与非酶调节的非酶蛋白质相比，酶可以更快、更有效地催化化学反应，并且可以在特定的条件下运作，如在特定温度、PH值和离子强度下，使反应更容易发生。

酶可以具有一定的特异性，只催化特定的反应，从而避免对周围环境和生物分子的影响。

蛋白质和酶的联系酶是一种蛋白质，因此酶和蛋白质是密切相关的。

酶的活性直接取决于酶所包含的蛋白质的结构。

酶的蛋白质结构决定了其在特定条件下的特异性催化活性。

蛋白质结构如何影响酶活性？酶的催化活性取决于它们的结构，这个结构包括它们的主链，α-螺旋和β-片层以及蛋白质内及蛋白质间的特定结构间的非共价键的三维构象。

酶的大体结构的正交性决定了它的活性。

酶的结构和功能受到诸如温度、pH和盐浓度等外部条件的影响。

当这些条件变化时，酶的构造及其活性都受到影响。

在理解酶的活性和结构之间的关系时，需要考虑蛋白质分子的几个层次结构。

最基本的层次是氨基酸残基的线性序列，称为蛋白质的一级结构。

蛋白质与酶工程重点1. 蛋白质工程：以蛋白质结构与功能的关系研究为基础，利用基因工程技术或化学修饰技术对现有蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。

2. 酶工程：利用酶、细胞器或细胞的特异催化功能，通过适当的反应器工业化生产人类所需产品或达到某种特殊目的的一门技术科学。

3. 酶工程研究的主要内容：1）化学酶工程2）生物酶工程3）固定化酶与细胞4）酶反应器与传感器5）酶的非水相催化4. 蛋白质的融合：将编码一种蛋白质的部分基因重组到另一种蛋白质基因上，或将不同蛋白质基因的片段组合在一起，经基因克隆和表达产生新的融合蛋白。

5. 蛋白质的融合的作用：1）用于表达产物的分离纯化；2）提高表达产物的溶解度；3）提高蛋白质稳定性。

6. 蛋白质晶体学：利用X 射线衍射技术，进行生物大分子结构研究的工程，是结构生物学的一个重要组成部分。

8. 定点突变：通过分子克隆手段定点的改变特定基因的局部核苷酸序列，通常被用来研究蛋白质的功能结构以及用于目的蛋白的改造。

10. 酶工程的研究范围：1）各类自然酶的开发和生产；2）酶的分离纯化和鉴定技术；3）固定化技术；4）利用其他的生物技术领域交叉渗透；5）多酶反应器的研制和应用。

11. 酶的稳定性和稳定化：（一）引起酶失活的原因：1）酶的活性中心一些特定氨基酸残基被化学修饰，使酶活性丧失（微观）；2）外部环境的影响，酶活性中心出现空间障碍，使其不能与底物结合；3）酶的高级结构发生变化（螺旋、折叠发生变化）；4）多肽链的断裂（很强烈）；（二）酶的稳定化：1）低温保存（酶的本身不易变性，不易使其他酶把目的蛋白降解）；2）添加盐类（高浓度（NH4）2SO4 ）；3）添加底物辅酶等配体；4）添加强变性剂（保护一级结构，使用时可复活）；5）结晶化。

12. 微生物作为酶源的优越性：1）容易获得酶需要的酶类；2）容易获得高产菌株；3）生产周期短；4）生产成本低；5）生产易管理；6）提高微生物产酶的途径比较多。

1、易错PCR:通过调整反应条件来使PCR扩增过程中复制错配率增加，在目的基因中随机引入突变，继而获得蛋白质分子的随机突变体* 提高镁离子浓度或加入锰离子* 降低体系中一种的dNTP浓度（至少5-10%）* 运用低保真度DNA聚合酶* 增加DNA聚合酶的浓度属于无性进化：单一基因进行遗传突变，费力、耗时，多用于小片段（800bp以下）2、酶的概念：酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物（substrate）具有高效催化作用的生大分子，包括蛋白质和核酸3、辅酶:与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去(NAD+)。

辅基:与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去(FAD、FMN)酶的活性中心：或称活性部位，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，能与底物特异结合并将底物转化为产物。

4、抗体酶或催化抗体：是具有催化功能的抗体。

本质：免疫球蛋白，即具有催化作用的免疫球蛋白5、酶促反应特点：①酶促反应具有极高的效率②酶促反应具有高度的特异性：绝对特异性、相对特异性、立体结构特异性③酶促反应的可调节性：对酶量的调节，对酶活性的调节6、诱导契合假说：酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。

这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说。

7、底物浓度对反应速度的影响：①当底物浓度较低时：反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。

②随着底物浓度的增加：反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。

③当底物浓度高达一定程度：反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应8、Km与Vmax的意义9、不可逆性抑制作用：抑制剂通常以共价键与酶活性中心或活性中心以外的必需基团相结合，使酶失活。

可逆性抑制作用：抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。

类型：竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。

三种抑制剂的特点10、酶的调节：❖酶活性的调节（快速调节）①酶原与酶原的激活②变构（別构）酶③酶的共价修饰调节❖酶含量的调节（缓慢调节）①酶蛋白合成的诱导和阻遏②酶降解的调控11、酶原激活的意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体代正常进行。

第二十章蛋白质和核酸教学要求1.掌握α－氨基酸的结构、性质和制法。

2.了解多肽的结构、命名和合成。

3.了解蛋白质是构成生命体的重要物质,了解蛋白质的结构并掌握它的性质。

4.初步了解核酸的结构。

蛋白质(protein)和核酸(nucleic acid)都是天然高分子化合物，是生命物质的基础。

我们知道，生命活动的基本特征就是蛋白质的不断自我更新。

蛋白质是一切活细胞的组织物质，也是酶、抗体和许多激素中的主要物质。

所有蛋白质都是α-由氨基酸构成的，因此，α-由氨基酸是建筑蛋白质的砖石。

要讨论蛋白质的结构和性质，首先要研究α-由氨基酸的化学。

第一节氨基酸一、氨基酸的结构、命名和分类氨基酸(amino acid)是形成蛋白质的基石，在动植物体内也有游离的氨基酸。

现在已分离出来的氨基酸将近百种，主要的蛋白质，大约是由20种氨基酸组成的。

它们和蛋白质的关系正如字母和字的关系类似，由20种氨基酸可以形成无数的蛋白质。

从结构上讲，都在羧基的α位上连有一个氨基。

其通式可表示如下, 天然产的各种不同的α-由氨基酸只是R结构不同而已。

1．分类：按烃基类型可分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。

按分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。

2．命名：多按其来源或性质而命名。

国际上有通用的符号。

二、氨基酸的构型20种氨基酸中的烷基R，除一种R=H外，其它均是不同的有机基团，因此氨基酸的α碳原子（除R=H外）都是手性碳原子。

氨基酸构型表示方法，与糖一样，习惯用D或L表示，天然的氨基酸中多数都是L型的（也有D型的，但很少）。

氨基在费歇尔投影式直线的左边，与L-甘油醛中的羟基的向位类似。

用D/ L体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。

三、氨基酸的性质1．氨基酸的酸-碱性氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基是酸性的。

虽然它们的酸碱电离常数比起-COOH 和–NH2来都低得多，但是氨基酸既能与酸反应，也能与碱反应，是一个两性化合物。

生物化学名词解释必背分享-生物大分子1（蛋白质、酶）1、氨基酸：是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连接在α-碳上。

氨基酸是肽和蛋白质的基本组成分子。

2、必需氨基酸：指人(或其它脊椎动物）自己不能合成，需要从饮食中获得的氨基酸，例如赖氨酸、苏氨酸等氨基酸。

3、非必需氨基酸：指人(或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成的，不需要由饮食供给的氨基酸，例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。

4、蛋白质的一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的数量、排列顺序，以及共价连接。

是蛋白质作用特异性、空间结构差异性和生物学功能多样性的基础。

5、蛋白质二级结构：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。

6、蛋白质的三级结构：具有二级结构的多肽链，由于其序列上相隔较远的氨基酸残基侧链的相互作用，而进行的范围更广泛的盘曲和折叠。

这种在一条肽链上所有原子或基团在三维空间的整体排布称为蛋白质的三级结构。

7、蛋白质结构域：在蛋白质三级结构内的独立折叠单元。

结构域通常都是几个超二级结构单元的组合。

8、蛋白质的四级结构：蛋白质的各个亚基通过非共价键相互作用(包括疏水相互作用、氢键和盐键等)排列组装而成的立体结构。

大分子蛋白质常由多条多肽链所组成，每条多肽链各具独立的三级结构。

9、肽：氨基酸通过肽键相连的化合物称为肽。

10、肽单位/肽单元：肽键的四个原子（C、O、N、H）与相邻的两个α碳原子共处于一个平面，这六个原子组成的基团称为肽单位。

11、肽键平面：肽键中的C—N键具有部分双键的特征，不能自由旋转，结果使肽键处在一个刚性的平面上，此平面被称为肽键平面(酰胺平面)。

12、寡肽：多肽的一种分类，分子量段一般在1000道尔顿以下，也称作小肽，寡肽、低聚肽或称为小分子活性肽，一般由4--10个氨基酸组成，超过的就称为多肽，。