中国农业大学食品学院生物化学本科讲义

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中国农业大学食品学院生物化学讲义笔记资料讲解

中国农业大学食品学院生物化学讲义笔记资料讲解第二节肽一、肽和肽键的结构含有两个氨基酸的称二肽，三个氨基酸的称三肽以此类推。

参加多肽形成的已不是完整的氨基酸分子称氨基酸残基。

肽的命名是根据参与氨基酸残基来确定的从N端开始称某氨酰某氨酰氨基酸二、肽键的特点肽键具有部分双键的性质。

结构a处于同一平面锥形结构而且单键可以自由转动；结构b双键不能转动处于同一平面；结构c键长介于以上二结构之间肽键具有双键的性质决定了六个原子位于同一平面即肽平面，肽平面内，两个碳原子一般处于反式结构，脯氨酸特殊可以是顺式或者反式这种肽键存在，比较灵活这一点在三维构象中有独特的作用。

三、肽的物理和化学性质⒈物理性质短肽是离子晶格，水中是偶极离子存在有一定的旋光性，短肽是各氨基酸的总和。

⒉酸碱性决定于游离末端氨基、羧基及侧链可解离的基团,长肽或蛋白质中，可解离的基团主要是侧链。

⒊化学性质特征反应是双缩脲反应，氨基酸没有此反应：含有两个或两个以上肽键的化合物加上硫酸铜的碱性溶液形成紫色复合物，复合物的浓度与蛋白质浓度成正比，借助分光光度计可以进行蛋白质定量测定。

四、天然存在的活性肽短链且具有生物功能的多肽不算蛋白质，通常称为活性肽！1、激素类：催产素、加压素、舒缓激肽、干扰素、胸腺肽、脑啡肽、睡眠肽等。

2、抗生素：短杆菌肽、粘菌素、放线菌素3、剧毒物质鹅膏蕈碱、蝎毒素224、谷胱甘肽：谷氨酰半胱酰甘氨酰，红细胞中作为巯基缓冲剂维持血红蛋白和其他红细胞蛋白质的半胱氨酸残基处于还原态复习方法如果细心对比一下历年的专业课考题，我们就会发现考研专业课考试的重复性很强，虽然题量和题型可能会有一些的改动，但是每年考试的命题重点基本上不会有太大的变化。

所以要想在专业课的竞争中获得胜利，建议广大考生第一步就是要搜集专业课历年考试资料和最新信息，标准就是要“准”和“全”。

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中国农业大学--生物化学提要

中国农业大学--生物化学提要生物化学的的概念：生物化学（biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。

二、生物化学的发展：1．叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。

2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。

就在这一时期，人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。

3．分子生物学阶段：这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。

三、生物化学研究的主要方面：1．生物体的物质组成：高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质。

2．物质代谢：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。

其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。

3．细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。

4．生物分子的结构与功能：通过对生物大分子结构的理解，揭示结构与功能之间的关系。

5．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。

四、生物化学的应用1.农业2.医药3.营养4.临床化学5.药理学6.毒理学第一章糖第一节概述一、定义糖类（carbohydrate）是一类多元醇的醛衍生物或酮衍生物，或者称为多羟醛或多羟酮的聚合物。

实际上糖类包括多羟醛、多羟酮、它们的缩聚物及其衍生物。

二、糖的分类糖类物质是一大类物质的总称。

根据其能否水解和水解后的产物，将糖类分为单糖（monosaccharides）、寡糖（oligosaccharides）、多糖（polysaccharide）。

食品化学PPT讲义,适用中国农业大学出版社阚建全版本---05蛋白质5

5.2.1一般性质
5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.2.1.4 5.2.1.5 结构酸碱性质疏水性光学性质旋光性
5.2.2 化学反应
5.2.2.1 与茚三酮反应 5.2.2.2 与邻苯二甲醛反应 5.2.2.3 与荧光胺反应
5.2.1.1 结构
天然氨基酸主要是通式：
a-氨基酸
对合成甜味素的原料天冬氨酸和苯丙氨酸的需求近十几年来增长了十几倍用于强化剂主要是指必需氨基酸或其盐类如l赖氨酸盐酸盐dl蛋氨酸dl苏氨酸dl色氨酸等它们可用于米小麦粉玉米等谷类及面包面条酱油奶粉软饮料糖果等食品谷氨酸的钠盐即谷氨酸钠具有很强的增加食品鲜味的作用俗称味精是世界范围应用最广的鲜味剂也是产销量最大的一种氨基酸产品作为鲜味剂广泛用于家庭饮食业及各种食品加工中如罐头火腿香肠糖果调味料腌渍品方便食品快餐食品等
CH3 CH3 肽键 OH
CO 2H

在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln
天然存在的重要多肽
在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。

生物活性肽
例如三肽胃泌素、四肽胃泌素在促进胃酸分泌等方面的作用; 谷胱甘肽（GSH）是一些酶的辅助因子，在机体内参与氧化还原反应，是生物防御体系的重要组成部分，例如可以清除过氧化物（ROOH）或者是过氧化氢，当然，还有其它的一些重要作用。

农业大学生物化学 (3)

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2、辅酶:硫胺素焦磷酸（TPP）
3、主要功能：以辅酶TPP形式参加糖的分解代谢，特别是α-酮酸的脱羧和α-羟酮的形成与裂解。
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二、维生素B2
1、结构：又称核黄素（riboflavin）。（ VB2
为黄色针状晶体，水溶液呈黄绿色荧光）
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1、结构：
含一个咕啉环和一个Co3+；是唯一的分子中含有金属元素的维生素；一般所称的维生素B12是指氰钴胺素（cyanocobalamin）。
2、辅酶
5`-脱氧腺苷钴胺素（主要形式）甲基钴胺素（少量）
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9四Biblioteka 维生素K1、结构：2-甲基-1，4-萘醌衍生物
2、主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，调节凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的合成，又称凝血维生素。
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第三节、水溶性维生素
一、维生素B1
1、结构：由含氨基的嘧啶环和含硫的噻唑环组
成，又称硫胺素（thiamine）。又称抗脚气病维生素
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2、辅酶
①吡哆醛磷酸（ pyridoxal –5-phosphate，PLP）； ②吡哆胺磷酸（ pyridoxamine –5-phosphate， PMP）
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3、功能
以辅酶形式参加多种氨基酸代谢反应。主要为氨基酸转氨酶的辅酶，作为氨基的载体，将一个氨基酸的氨基转移给另一个酮酸。
2、辅酶（ FMN、 FAD）
核黄素+ATP→FMN（黄素单核苷酸）+ADP FMN +ATP→FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）+ppi

中国农业大学_806生物化学_《生物化学》教学大纲

第十章
生物能学与生物氧化
第一节自由能第二节高能磷酸化合物第三节线粒体电子传递链第四节氧化磷酸化作用第五节光合磷酸化作用（自学，植物生理会详细介绍） [主要内容]：介绍自由能、氧化还原电势的概念和在生物化学中的应用；线粒体电子传递链组成，氧化磷酸化。 [教学要求]：要求掌握 ATP 的分子结构和作用，线粒体电子传递链组分的顺序；了解氧化磷酸化偶联机理。 [教学重点]：电子传递链与氧化磷酸化 [教学难点]：自由能，ATP 合成机理。
第二章
糖类
第一节单糖第二节寡糖第三节多糖第四节结合糖 [主要内容]：重要单糖、双糖、多糖的化学结构和性质。 [教学要求]：掌握葡萄糖的构型、构象、理化性质和常见双糖的结构式；了解多糖的种类和功能。 [教学重点]: 糖的结构、化学连键。 [教学难点]：L-,D-构型，-，-异头/构体，烯醇式结构的活性，不均一多糖。
第十一章糖代谢
第一节糖原分解与合成第二节糖酵解第三节柠檬酸循环第四节戊糖磷酸途径第五节葡萄糖异生作用及血糖第六节多糖和双糖代谢 [主要内容] 介绍糖在生物体内的合成、分解及转化，以及其生理意义。 [教学要求] 要求学生掌握糖在体内的来龙去脉，即合成、分解及转化。 [教学重点] 糖酵解，柠檬酸循环。 [教学难点] 糖代谢途径的联系及其意义。
第六章
酶
第一节酶的本质第二节酶的分类与命名第三节酶活力测定第四节酶促反应的动力学第五节酶的作用机理第六节核酶与同工酶第七节酶的调节第八节酶工程简介 [主要内容]：酶活性中心、酶促反应的动力学和高效、专一的作用机制。 [教学要求]：要求掌握酶活性的表示与酶活力的计算，以及酶动力学的规律；掌握各种类型抑制剂的作用特点；了解酶的作用特点和作用机制。 [教学重点]：酶活力、酶动力学与酶作用机理；米氏常数的理解和应用；酶活性调节。 [教学难点]：过渡态，酶催化机理。源自第九章脂类与生物膜

中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1

• Hoppe-Seyler (1825-1895) Biochemie（1877）
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•二十世纪初德、美、英、法生物化学发展
•生物化学领域三大发现：
•
酶、维生素、激素
• 生物化学作为一个独立学科出现！
学习改变命运,知识创造未来
•无机物 •（甲烷、氨、水、氢气） • •有机物 •（氨基酸、氢氧酸、甲醛、氢氰化物）
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•（二）甲烷、氨、水、氢气可能是生命进化的原始物质
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•1987，得到上百种有机物，包括 10多种氨基酸、核酸、蛋白质。
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•最新生物学研究成果激动人心 •新概念 •新知识 •新技术
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•Noji 1997, Nature 386:299 (旋转马达)
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
学习改变命运,知识创造未来
中国农业大学生物学院生物化学第01章绪论1
•生物化学 I （50学时）教学内容 •第一章生物化学导论 •第二章糖类 •第三章蛋白质I：蛋白质的组成 •第四章蛋白质II：蛋白质的结构与功能 •第五章蛋白质III：蛋白质的性质、分离与鉴定
学习改变命运,知识创造未来
我国生物学研究相对滞后
（1992-2001年SCI论文占2.15%，生物论文占0.89%）

中国农业大学食品学院生物化学本科笔记讲义讲解

㈢核酸的生物功能 ⒈ DNA 是主要的遗传物质 ⑴ 细菌转化实验 ⑵ 噬菌体侵染实验结论：基因是DNA 的一个片段；对一些病毒来讲基因是RNA 的一个片段。 ⒉ RNA 功能的多样性 ⑴ 作为某些生物的遗传物质 ⑵ 控制蛋白质合成：rRNA 占细胞总RNA 的80%，它是装配者并起催化作用；t RNA 占细胞总RNA 的15%，它是转换器，携带氨基酸并起解译作用；mRNA 占细胞总RNA 的3~5%，携带DNA 的遗传信息，蛋白质合成的模板作用。 ⑶ 作用于RNA 转录后加工与修饰 ⑷ 基因表达与细胞功能的调节 ⑸ 生物催化与其他细胞持家功能 ⑹ 遗传信息的加工与进化二核酸的结构㈠核苷酸 ⒈碱基 ⑴嘌呤碱：线嘌呤A，鸟嘌呤G ⑵嘧啶碱：胞嘧啶C，胸腺嘧啶T，尿嘧啶U ⑶ 稀有碱基：稀有碱基大部分都是甲基化碱基，tRNA 稀有碱基约占10%，代谢过程中的碱基 ⒉ 核糖与脱氧核糖 ⒊ 核苷：戊糖与碱基缩合而成戊糖嘧啶碱；核酸分子中的糖苷键均为β-糖苷键；核苷的顺式结构和反式结构五种核苷 ⒋ 核苷酸戊糖羟基的磷酸化成核苷酸，核糖核苷糖环上有3 个自由羟基，脱氧核糖核苷糖环上有2 个自由羟基五种核苷酸，环化腺苷酸是细胞功能分子和信号分子。核苷酸包括核苷酸二磷酸、核苷酸三磷酸㈡核酸的共价结构 ⒈ 核酸中核苷酸的连接方式 DNA 通过3 - 5 磷酸二酯键连接核苷酸 RNA 通过3 - 5 磷酸二酯键连接核苷酸 ⒉ 书写方式 ⑴ 线条式：竖线碳链、碱基、磷酸 ⑵ 文字式 5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA 5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA
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信息学派：Delbruck M., Luria S. 等，Schrodinger E.认为生命的本质是信息传递的问题：信息如何被编码？如何保持其稳定性？偶然的变异是如何产生的？生化遗传学派：用生物化学的方法阐明基因是如何行使功能而控制特定性状的。 ⑵ DNA 双螺旋结构研究基础：核酸化学结构知识；Chargaff E.发现的DNA 碱基组成规律；Wilkins M.等得到DNA X-衍射图及数据。蛋白质α-螺旋结构的启示。 1953Watson 和Crick 提出DNA 双螺旋结构模型说明了基因的结构、信息和功能三者的关系，使三个学派得到统一，并推动了分子生物学的发展。 ⒊ 分子生物学研究迅猛发展

中国农业大学_806生物化学_《生物学》2008强化班讲义

第一章
生物化学导论
生物化学是生命的化学。研究生命体的化学组成与化学变化。用化学术语解释生命的本质。生命体共有特征新陈代谢自我繁殖生物化学组成的同一性相对稳定的内环境严整的结构对环境的感应性和适应性生命--是物质运动的高级形式，它建立在物理、化学规律之上，但又不能完全归结为物理、化学规律。生命是以蛋白质和核酸为主的高度有序的多分子体系，是能进行新陈代谢和自我繁殖的开放系统。生物化学领域三大发现：酶、维生素、激素美国生物学家 Watson , 英国物理学家 Crick： 1953 DNA 双螺旋（1962 获诺贝尔奖）英国化学家 Sanger : 牛胰岛素结构（1958）英国物理学家 Kendrew: 解析肌红蛋白结构（1962）法国生物学家 Jocob, Monod：遗传信息流（1965）美国生物化学家 Nirenberg：破解遗传密码（1969）美国生物化学家 Holly：解析 tRNA 结构（1969）英国化学家 Sanger : DNA 测序（1983） 21 世纪生命科学的特点生命科学是 21 世纪自然科学的前沿学科生命科学与多学科发生交叉综合、系统我国科学家在生物化学领域中的贡献 1965 生化所与有机化学所人工合成有功能的蛋白质－牛胰岛素 1973 X－射线分析出猪胰岛素空间结构 1983 酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成(tRNAAla) 2002 水稻基因组测序生命物质的特征 (characteristics) 1. 生命物质大多由轻元素 (lightest elements)组成 2. 生物分子是碳的化合物 3. 许多生物大分子为多聚体 (polymers) 4. 生物分子之间的相互作用具有立体特异性（stereospecificity）三、水（一）水的重.......................................................................................... 错误！未定义书签。第一章生物化学导论........................................................................................................... 2 第二章蛋白质 I：蛋白质的组成 ........................................................................................ 3 第三章蛋白质 II：蛋白质的结构与功能 .......................................................................... 9 第四章蛋白质 III：蛋白质的性质、分离与鉴定 ............................................................ 14 第五章酶（Enzyme）......................................................................................................... 19 第七章糖类(carbohydrates)........................................................................................... 29 第八章核酸（nucleic acid） ....................................................................................... 34 第九章脂类与生物膜（lipids and biological membrane） ....................................... 41 第十章生物能学与生物氧化............................................................................................. 49 第十一章糖代谢..................................................................................................................... 55 第十二章脂类代谢............................................................................................................. 57 第十三章蛋白质代谢............................................................................................................. 58 第十四章核苷酸的代谢......................................................................................................... 60 第十五章代谢整合............................................................................................................... 61 第十六章 DNA 的生物合成.................................................................................................. 62 第十七章 RNA 的生物合成..................................................................................................... 64 第十八章蛋白质的生物合成............................................................................................. 65 第十九章基因工程简介......................................................................................................... 69 生物化学习题......................................................................................................................... 69 北京市出行指南..................................................................................... 错误！未定义书签。

中国农业大学食品学院生物化学课后习题及课后答案解析

中国农业大学食品学院生物化学课后习题及课后答案解析第七章脂肪酸的合成一.脂肪酸的来源:食物来源;脂类分解生成脂肪酸;脂肪酸合成二.脂肪酸的合成㈠.软脂酸的生物合成脂肪酸的合成不是降解的逆过程脂肪酸合成主要场所:细胞溶胶,肝脏组织,脂肪组织和乳腺组织为主;植物种子和果实等器官合成的原料:脂肪酸氧化,丙酮酸氧化脱羧等生成的乙酰CoA(线粒体),不能透过线粒体内膜进入细胞溶胶,三羧酸转运体系⒈三羧酸转运系统⒉丙二酸单酰CoA的形成原核生物:92生物素羧基载体蛋白(BCCP),生物素的载体,生物素与该蛋白的赖氨酸残基的ε-氨基共价相连,形成生物胞素生物素羧化酶,催化形成羧基生物素转羧酶,催化将羧化生物素的活性羧基转移给乙酰-CoA真核生物哺乳类和鱼类:二聚体,生物素羧化酶,转羧酶和生物素羧基载体在同一条多肽链上.3.脂肪酸合酶与合成过程催化脂肪酸的合成,至少具有六种酶活性和一个酰基载体蛋白;因有机体的种类不同存在不同的结构和装配差异.酰基载体蛋白(ACP):辅基为磷酸泛酰巯基乙胺,末端巯基与反应中间物酯化,将中间物从一个反应中心转移到另一个反应中心乙酰CoA-ACP转乙酰(脂酰基)酶将乙酰基转移到β-酮脂酰-ACP合成酶Cys残基上.脂肪酸合成的启动丙二酸酰基CoA-ACP转移酶催化将丙二酸酰基转移到ACP的巯基,形成酯键.脂肪酸合成的装载β-酮脂酰ACP合成酶催化乙酰基(脂酰基)与丙二酸酰基缩合.β-酮脂酰ACP还原酶还原β-酮基为β-羟基.还原β-羟脂酰ACP脱水酶催化β-脂酰ACP脱水,产生双键.脱水烯脂酰ACP还原酶催化双键还原.二次还原植物和大肠杆菌七种多肽链.其中六种酶和一种载体蛋白ACP,构成多酶复合体酵母菌ACP和六种酶活性结构组成,位于两个多功能的多肽链上.ACP与β-酮脂酰合成酶,β-酮脂酰还原酶位于一条多肽链上;其余四种酶位于另一条多肽链上.动物:脂肪酸合酶由两个相同的亚基组成,每个亚基包括ACP及七种酶(软脂酰-ACP硫脂酶)活性位点,组成三个结构域:1,2,3:底物进入酶系和进行缩合反应;4,5,6,ACP:进行还原;7:游离脂肪酸的释放软脂酰合成中能量消耗:ATP=7,NADPH=14㈡.脂肪酸碳链的延长脂肪酸的合成只能到16C软脂酸,继续延长碳链由两个酶系经两条途径在不同细胞部位完成线粒体脂肪酸延长酶系:脂肪酸降解的逆反应,最后一步使用了还原剂NADPH内质网脂肪酸延长酶系:软脂酰-CoA以丙二酸单酰-CoA为二碳单位的供体,可合成硬脂酸㈢.碳链的去饱和脂肪酰-CoA去饱和酶,哺乳动物体内缺少在C9位以上引进双键的酶,软脂酸→棕榈酸;硬脂酸→油酸㈣.脂肪酸降解和合成的调节自身调控(别构调控,竞争);激素调控(共价修饰);基因表达调控(酶量)脂肪酸降解的调节丙二酰-CoA:别构调节肉碱酰基转移酶I,浓度高抑制酶活性,抑制脂肪酸的分解代谢;促进脂肪酸的合成代93谢激素:胰高血糖素和肾上腺素,磷酸化激活三酯酰甘油脂肪酶活性,促进分解,游离脂肪酸浓度升高;胰岛素引起去磷酸化,降低游离脂肪酸的浓度心脏脂肪酸氧化的调节:乙酰CoA抑制硫解酶的活性;NADH影响3-羟脂酰-CoA脱氢酶活性,降低氧化脂肪酸合成的调节:柠檬酸,乙酰CoA;软脂酰-CoA;胰岛素;胰高血糖素,肾上腺素;酶量调控三.甘油三脂的合成合成前体:脂酰CoA和3-P-甘油及磷酸二羟丙酮动物肝脏,脂肪组织;植物造油体甘油三脂的合成过程四.磷脂类的生物合成磷脂生物合成的前体:磷脂酸,胆碱,乙醇胺,丝氨酸,肌醇和CTP参与高等动植物多以CDP-醇基参与CTP+磷酸胆碱(乙醇胺)→CDP-胆碱(乙醇胺)+PPi但磷脂酰肌醇和线粒体中某些磷脂合成以CDP-二脂酰甘油某些细菌以CDP-二脂酰甘油参与CTP+磷脂酸→CDP-二脂酰甘油+PPiCTP主要起到活化载体的作用磷脂的合成部位:内质网的细胞溶胶面,再输送到膜系统的其他部位大肠杆菌磷酸甘油合成:三种高等动植物甘油磷脂的合成:磷脂酰胆碱,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨酸;磷脂酰肌醇;二磷脂酰甘油;磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺复习方法如果细心对比一下历年的专业课考题，我们就会发现考研专业课考试的重复性很强，虽然题量和题型可能会有一些的改动，但是每年考试的命题重点基本上不会有太大的变化。

中国农业大学食品学院生物化学知识点讲解

中国农业大学食品学院生物化学知识点讲解第十一章RNA的生物合成和加工RNA合成需要模板两种模板：DNA和RNA，前者为转录或DNA指导下的RNA合成；后者为复制或RNA指导下的RNA合成讲解内容：DNA指导下的RNA合成RNA指导下的RNA复制一.DNA指导下RNA合成㈠.概述合成前体或原料:四种核糖核苷三磷酸合成模板:DNA链中一条,模板链,负链,无义链,非编码链;另一条链称为非模板链,正链,有义链,编码链合成单位:转录单位,包括起始,延伸和终止合成方向:5→3,无需引物合成催化酶:DNA指导下的RNA聚合酶101㈡.DNA指导下的RNA聚合酶1.聚合酶通性以适当的DNA为模板,全保留方式；底物为四种核苷三磷酸；合成方向5→3；无需引物Mg2＋促进聚合反应⒉大肠杆菌DNA指导下的RNA聚合酶全酶由α2ββσ五种亚基组成46－48万α2ββ核心酶：已开始合成RNA链延长，不具有起始合成σ使RNA聚合酶稳定地结合到DNA的启动子上，转录的起始密切相关全酶制剂中含ω亚基,功能未知⒊真核生物DNA指导下的RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶通常有8-14个亚基,并含有Zn2+离子.利用抑制剂α-鹅膏蕈碱可将其分为三大类酵母RNA聚合酶II进行凝胶电泳时至少有10条明显的条带,最大的三个亚基相当于大肠杆菌β,β和α亚基,无σ因子的类似物,转录的起始需要转录因子.㈢.启动子和转录因子启动子:RNA聚合酶识别,结合和开始转录的一段DNA序列转录因子:RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子(蛋白质)称为转录因子,其作用或是识别DNA的特殊序列,或是识别其他因子,或是识别RNA聚合酶原核生物启动子的一般结构σ因子能直接和启动子的-35序列以及-10序列相互作用,二者之间的间距大小直接影响σ因子的作用力,不同启动子σ因子可能不同真核生物启动子真核生物启动子通常由一些短的保守序列所组成,被各种适当的转录因子识别,多种转录因子和RNA聚合酶在起点上形成前起始复合物促进转录.真核生物启动子三类,分别与三种RNA聚合酶的转录相关.RNA聚合酶I和RNA聚合酶III的启动子结构种类有限,而RNA聚合酶II启动子结构多种多样.类别I启动子控制rRNA前体基因的转录,转录产物经切割和加工后生成各种成熟rRNA两个富含GC的区域:核心启动子,-45至+20,上游控制元件-180至-107两种转录因子:UBF1,结合在GC区;SL1类似于大肠杆菌聚合酶σ因子,能使RNA聚合酶I结合在转录起点上并开始转录类别II启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制该类别启动子的转录涉及到四类控制元件:基本启动子,起始子,上游元件和应答元件;这些元件的不同组合,加上其他序列的变化,构成了数量庞大的各种启动子基本启动子序列为中心在-25至-30左右的7bp保守区,RNA聚合酶的定位有关起始子DNA双链在此解开并决定转录的起点位置作用于基本启动子的因子称通用因子,起始转录必须的RNA聚合酶II与通用因子在启动子上的装配过程有些启动子无TATA框,通过某些识别起始子的通用因子介导其他因子结合并装配成起始复合物TATA框和起始子均无的启动子通过结合于上游元件的因子介导并装配成起始复合物.102类别III启动子RNA聚合酶III转录相关,小分子RNA的转录5S和tRNA以及胞质小RNA(scRNA)基因启动子位于起点下游,在基因内部核内小RNA(snRNA)基因启动子在转录起点上游㈣.终止子和终止因子终止子:提供转录停止信号的DNA序列终止因子:协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子(蛋白质),Nus因子通读:终止子的作用被特异的因子所阻止,使聚合酶得以越过终止子继续转录抗终止因子:引起抗终止子作用的蛋白质称大肠杆菌两类终止子:转录中终止信号位于已转录的序列中,原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构,其产生的RNA可形成由茎环构成的发夹结构,使聚合酶减慢移动或暂停RNA的合成.不依赖ρ因子的终止子,简单终止子:依赖ρ的终止子,RNA-DNA解螺旋酶活力Nus因子,转录辅助因子,NusA,提高终止频率,可能机理为促使RNA聚合酶在终止位置的停顿.NusA可与RNA聚合酶的核心酶结合,形成α2ββNusA复合物,NusA识别终止序列,转录停顿真核生物转录终止信号和终止过程了解甚少,且三种聚合酶的终止序列和终止机制存在较大差异和多样性㈤.转录过程1.原核生物转录过程模板识别,转录起始,转录延伸和转录终止转录模板识别转录起始RNA聚合酶从转录+1开始按照碱基配对结合核苷三磷酸,第一个核苷酸多为G或A,随后核苷酸结合,35磷酸二酯键形成,依次合成2-9个核苷酸链,σ因子离开核心酶,转录起始阶段结束,进入延伸阶段转录延伸和终止聚合酶沿DNA分子向前移动,解链区前移,新生RNA链逐渐生长,并与模板链形成RNA-DAN杂交体,随着解链区前移,转录后的DNA恢复双螺旋结构,RNA链被置换.解链产生的扭曲张力由拓扑异构酶I消除RNA酶在NusA作用下识别终止子,停止转录,聚合酶和RNA链离开模板,转录终止.2.真核生物转录过程转录过程与细菌相似,但其RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上,需要在启动子上由转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录装配,起始,延长和终止四个阶段㈥.RNA生物合成的抑制剂⒈嘌呤和嘧啶碱基类似物抑制核苷酸生物合成或合成相应的核苷酸渗入到核酸分子,形成异常RNA.5-氟尿嘧啶,6-巯基嘌呤,2,6-二氨基嘌呤等⒉DNA模板功能抑制剂与DNA模板结合,使DNA失去模板功能,抑制其复制和转录.烷化剂,放线菌素和嵌入染料⒊RNA聚合酶的抑制剂抑制真核生物RNA聚合酶,α-鹅膏蕈碱103细菌RNA聚合酶,利福霉素,利链菌素二.RNA的转录后加工RNA转录后加工:细胞内,由RNA聚合酶合成的原初转录物往往需要经过一系列的变化,包括链的裂解,5端与3端的切除和特殊结构的形成,核苷的修饰和糖苷键的改变,以及拼接和编辑等过程转变为成熟的RNA分子,或RNA成熟rRNA,tRNA和mRNA的加工原核生物和真核生物的差异㈠.原核生物RNA的加工rRNA的编码基因与某些tRNA的基因一起转录;tRNA基因也成簇存在,并与某些蛋白质的基因一起转录,经断链成为rRNA和tRNA前体,然后加工成熟⒈rRNA前体加工7个rRNA的转录单位,16S,23S,5SrRNA及一个或几个tRNA基因组成⒉tRNA前体的加工核酸内切酶在tRNA两端切断核酸外切酶从3端逐个切去附加的顺序,进行修剪如自身无CCA OH,则在tRNA3端加CCA OH核苷酸的修饰异构化㈡.真核生物RNA加工真核生物rRNA和tRNA前体的加工过程与原核生物有些相似⒈真核生物rRNA前体加工真核生物rRNA基因成簇排列在一起,由16-18S,5.8S和26-28SrRNA组成一个转录单位,由RNA聚合酶I转录产生一个长的rRNA前体,哺乳动物45S,酵母37S;5SrRNA由聚合酶III转录2.tRNA前体的加工与原核生物类似,转录的前体分子在tRNA的5端和3端的附加序列由核酸内切酶和外切酶加以切除,有些含有居间序列经酶促反应切掉;3端加CCA OH序列;碱基和核酸的修饰3.mRNA前体的加工mRNA的原初转录物为相对分子量极大的前体,在核内形成分子大小不一的中间物,成为核内不均一RNA(hnRNA),半寿期差异大,25%经加工转变为mRNA5形成特殊的帽子(M7G5ppp5NmpNp)3端切断并加上多聚腺苷酸(polyA)尾巴通过拼接除去由内含子转录来的序列链内核苷酸甲基化三.RNA指导下的RNA合成RNA是遗传物质，通过复制合成出与其自身相同的分子，RNA复制.噬菌体QβRNA复制单链RNA,该RNA可以翻译产生相应的酶,具有mRNA功能,称为正链,其互补链为负链复制酶:模板特异性强,只能识别自身的RNA四个亚基:α,δ,γ和β,前三个来自宿主细胞,β亚基为噬菌体编码噬菌体Qβ的RNA进入大肠宿主细胞后,先翻译合成复制酶,然后再以RNA为模板合成负链104正链合成除复制酶外,还需要来自宿主细胞的蛋白质因子HF1和HFII;由负链形成无须这两个因子病毒RNA的复制方式病毒含正链RNA,Qβ噬菌体病毒含负链和复制酶:复制产生正链,合成蛋白和RNA病毒复制,重新组装成新病毒颗粒病毒含双链RNA和复制酶:先合成正链RNA,翻译合成相关蛋白,随后合成负链形成双链RNA分子.致癌RNA病毒:需要逆转录过程四.RNA指导下的DNA合成逆转录:以RNA为模板,按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA,这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反称逆转录前病毒假说:1964年,Temin认为致癌RNA病毒的复制需要经过一个DNA中间体(前病毒),此中间体可部分或全部整合到宿主细胞DNA中,并随着细胞增殖传递至子代细胞1970年,Temin和Baltimore分别找到逆转录酶1975年获得诺贝尔生理和医学奖逆转录酶性质:合成底物为四种脱氧核糖核苷三磷酸模板和引物适当浓度的Mg2+DNA延长方向5→3RNA指导下的DNA聚合酶活力DNA指导下的DNA聚合酶活力核糖核酸酶活力，专门水解RNA-DNA杂种分子的RNA复习方法如果细心对比一下历年的专业课考题，我们就会发现考研专业课考试的重复性很强，虽然题量和题型可能会有一些的改动，但是每年考试的命题重点基本上不会有太大的变化。

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中国农业大学食品学院生物化学本科讲义第十章酶的作用机制和酶的调节一、酶的活性部位㈠酶的活性部位的特点1、概念：三维结构上比较接近的少数特异的氨基酸残基参与底物的结合与催化作用，这一与酶活力直接相关的区域称酶的活性部位。

结合部位：专一性；催化部位：催化能力，对需要辅酶的酶分子，辅酶或其一部分就是活性中心的组成部分组成，酶活性部位的氨基酸数目对不同酶而言存在差异，占整个酶氨基酸残基小部分亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。

酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。

2、特点55⑴活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分（1%～2%）⑵酶的活性部位是一个三维实体⑶酶的活性部位并不是和底物的形状互补的⑷酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂隙内⑸底物通过次级键结合到酶上⑹酶活性部位具有柔性㈡研究酶活性部位的方法1、酶分子侧链基团的化学修饰⑴非特异性共价修饰：活力丧失程度与修饰剂浓度有正比关系；底物或可逆的抑制剂可保护共价修饰剂的修饰作用。

⑵特异性共价修饰：分离标记肽段，可判断活性部位的氨基酸残基，如二异丙基氟磷酸（DFP）专一性与胰凝乳蛋白酶活性部位丝氨酸残基的羟基结合。

⑶亲和标记法修饰剂的特点：①结构与底物类似，能专一性引入到酶活性部位；②具活泼化学基团，能与活性部位某一氨基酸共价结合。

作用机制：利用酶对底物的特殊亲和力将酶加以修饰标记，称亲和标记，相应的试剂称活性部位指示剂胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶：TPE是酶的底物，TPCK是酶的亲和试剂，当酶与TPCK温浴后，酶活性丧失，这种结合具有空间结构的需求，同时也阻止其他试剂如DFP结合。

对酶活性中心的组氨酸咪唑环进行修饰。

2、动力学参数测定法：通过动力学方法求得相关参数，作出相应判断。

3、X-射线晶体衍射法：如溶菌酶和胰蛋白酶活性中心的测定4、定点诱变法：改变编码蛋白质的DNA基因，研究酶活性部位的必需氨基酸。

如胰蛋白酶定点突变Asp102诱变为Asn102，Kcat降低5000倍。

二、酶催化反应的独特性质⒈酶反应分为两大类，电子转移；电子、质子或其他基团转移⒉催化过程中以活性部位氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介⒊酶催化反应的最适pH和温度范围窄⒋酶分子结构和活性部位特点利于催化反应：①酶分子特定的三维结构维持酶活性部位的构象；活性部位多位于酶分子的狭缝处，利于底物结合和酶构象的改变；②活性中心存在结合部位，使底物以固有的方式结合在活性部位，多底物反应存在多个底物结合位点，保证反应有序进行；③活性部位存在一个以上的催化基团，所以能进行协同催化；④底物结合后，活性部位能诱导底物键能的变化，利于过渡态复合物的形成三、影响催化效率的有关因素探讨酶作用高效率的原因及酶促反应的重要中间步骤㈠底物和酶的邻近效应与定向效应普通化学反应—随机碰撞（受浓度、碰撞角度影响）相当于——社会上的自由恋爱酶的活性中心—相当于“婚姻介绍所”邻近效应提高了酶的活性（“婚介”）中心底物的浓度（—非婚男女集中）56定向效应缩短了底物与催化基团间（“男女”）的距离酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，使有效浓度得以提高，从而使反应速度增加（成功率）108倍。

邻近效应实例㈡底物的形变和诱导契合酶构象变化同时底物分子也发生变形构象的变化，使得酶与底物间产生相互作用，电子云重新排布，电子张力更易于发生反应，形成一个互相吸引的酶与底物复合物。

如乙烯环磷酸酯的水解；溶菌酶与底物的结合羧肽酶催化中的电子云形变㈢酸碱催化酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断裂的机制称酸碱催化。

每一分子上氨基酸侧链基团可以为反应提供质子或接受质子从而加速反应的速度。

碱催化图解：酸催化图解：影响酸碱催化的反应速率的因素有两个：1、酸或碱的强度2、质子传递速率在中性条件下，His咪唑基有一半以酸性形式存在，另一半以碱性形式存在；既可以作质子供体又可以作质子受体。

而且给出质子接受质子的速度快。

㈣共价催化酶活性中心亲电基团或亲核基团参与底物敏感键断裂的机制称共价催化，亲电基团——Mg2+、Mn2+（有空轨道）；亲核基团——OH、SH、咪唑基、某些辅酶（有孤对电子）亲电基团催化原理亲核基团催化原理底物与酶形成一个反应活性很高的共价中间物。

酰基转移酶，提高反应速度的原因：酶蛋白分子上亲核基团攻击含有酰基的分子形成酰基衍生物降低活化能；酰基从亲核基团再转移到最终的酰基受体。

㈤金属离子催化1、需要金属的酶分类2、催化机制⑴通过结合底物为反应定向⑵通过可逆改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应⑶通过静电稳定或屏蔽负电荷。

㈥多元催化和协同效应几个基元反应配合在一起共同起作用。

如胰蛋白酶、核糖酸酶等。

㈦活性部位的微环境的影响非极性环境，底物分子敏感键和酶催化基团间有很大的作用力，有助于加速酶反应。

水是极性分子减弱极性基团间的作用力水同离子间相互作用形成水化层。

四、催化反应机制的实例57㈠溶菌酶1、结构相对分子量14.6×103，129个氨基酸组成的单链蛋白质，四对二硫键；空间结构上酶分子呈椭圆形，α螺旋占25%，某些区域存在伸展的β折叠片；分子表面有较深的裂缝，大小可容纳六个单糖分子，分子内部几乎全部为疏水性的活性中心具有Glu35和Asp52，位于裂缝的两侧不同的微环境中，Glu处于非机性区，以质子化形式存在，Asp 处于pH5.0极性区，以离子状态存在。

⒉酶的催化活性底物：N-乙酰氨基葡糖N-乙酰氨基葡糖乳酸的共聚物或几丁质催化机理：底物长度要求六个糖残基以上，与酶活性部位相适应酶活性中心的Glu和Asp参与水解作用，将第四和第五残基间的糖苷键水解，水分子羟基结合C1，机理为：①底物进入活性中心，酶活性中心空间效应和Asp的作用下，诱导并使第四（D）残基由椅式变为半椅式，形成过渡态构象②Glu35的羧基提供一个H+，进行酸催化，使得四五残基间1-4糖苷键簖裂D残基C1与氧原子分开，并形成正碳离子过渡态③D残基正碳离子过渡态与溶剂中OH-结合。

㈡胰核糖核酸酶A⒈作用专一性水解嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，生成嘧啶核苷酸或以3-嘧啶核苷酸结尾的寡聚核苷酸。

⒉结构Moore和Stein测定该酶一级结构，124氨基酸残基组成，含4对二硫键Richards和Wyckoff对其三维结构进行分析。

分子表面有一裂缝，His12、His119、Lys41为其酶活性基团，RNA分子进入后，能与活性中心结合部位基团间结合，嘌呤核苷酸结合后，His12和核糖C-2¡¯OH之间距离增加了0.15nm，无催化活性。

⒊催化机理特定核酸分子进入活性部位后，通过与结合部位结合和酶构象变化，使酶催化部位与底物部位靠近。

①His12作为碱，与核糖C-2¡¯OH的质子结合，促使C-2¡¯O2-与磷酸环化，His119作为酸，提供质子，使3-5磷酸二酯键簖裂，生成C-5¡¯OH②His12作为酸，His119作为碱（先与H2O结合），使磷酸环水解簖开③Lys41正电荷对磷酸环化和开环过程中过渡态五磷酸的瞬时形成有关。

㈢丝氨酸蛋白酶酶家族，包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂等⒈消化作用的丝氨酸蛋白酶胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶⑴结构上非常相似，包括一级结构和三维结构。

⑵催化部位：完全一样，丝氨酸附近的氨基酸顺序相似，具有共同的催化三联体结构。

在具有消化作用的丝氨酸蛋白酶类，其活性中心Ser、His和Asp相临，相互间通过氢键作用，催化蛋白质水解，称催化三联体58在无底物时，His57未质子化，当Ser195羟基氧原子对底物进行亲核攻击时，His57接受羟基质子，Asp102的COO-能稳定过渡态中His57的正电荷形式，此外Asp102定向His57并保证从Ser195接受一个质子。

咪唑基成为SerAsp间桥梁⑶结合部位专一性差别的原因A、胰凝乳蛋白酶：非极性口袋提供芳香族大的非极性的脂肪酸B、胰蛋白酶：底部有天冬氨酸，非极性口袋可以深入带电荷的赖氨酸和精氨酸有静电C、弹性蛋白酶：较浅的口袋有两个可较大的缬氨酸苏氨酸挡住，只能让丙氨酸等小分子进入⒉丝氨酸蛋白酶的的催化机制⑴第一阶段--水解反应的酰化阶段Ser-OH攻击酰胺键，敏感键断裂，胺氮获得咪唑基氢，羧化部分连到丝氨酸羟基上⑵第二阶段--水解反应的脱酰基阶段胺释放：酰化胰凝乳蛋白酶His吸收H2O攻击Ser的羧化部分酯键断裂：释放底物酶恢复自由状态⒊丝氨酸蛋白酶的趋异进化和趋同进化⑴通过基因突变，从同一个祖先取得不同的专一性，称为趋异进化，如丝氨酸蛋白酶的不同的专一性。

⑵趋同进化，如丝氨酸蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶一级结构很不相同，其在进化过程中是独立发生的，其三维结构相差较大，但活性中心相似，具有相同的催化三联体结构，称丝氨酸蛋白酶异源的“趋同进化”。

⑶蛋白水解酶催化类型：丝氨酸蛋白酶、锌蛋白酶、巯基蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶㈣天冬氨酸蛋白酶⒈性质蛋白水解酶，如：胃蛋白酶、凝乳酶、组织蛋白酶D、HIV-1蛋白酶等，酸性条件下呈现活性，活性部位有两个Asp，催化疏水氨基酸间肽键的断裂。

⒉结构323-340个氨基酸残基，含两个相同结构域，折叠形成一个较深的裂缝，即酶的活性中心。

⒊催化机理酸碱催化机制，两个Asp的羧基，一个为酸基团，一个为碱基团。

晶体结构分析表明：活性部位结构高度对称，两个天冬氨酸表现为“催化二联体”，即质子在自由酶或酶-底物复合物中可以被交替共价结合到任何一个天冬氨酸侧链羧基上，进行酸碱催化反应。

五、酶活性的调节控制酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用，称为酶的调控部位。

酶活性调控方式：调节酶浓度；通过激素调节酶活性；反馈抑制调节酶活性；抑制剂和激活剂对酶活性的调节；别构调节；可逆共价调节；酶原激活；同工酶调节㈠别构调控别构调节：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性的状态。

别构酶：具有别构调节效应的酶效应物或别构剂：使酶发生别构效应的物质，包括正效应物和负效应物同促效应：底物对别构酶的调节作用异促效应：非底物对别构酶的调节作用59别构酶往往是代谢途径的调节酶1、天冬氨酸转氨甲酰酶(ATCase)⑴嘧啶途径的终产物CTP反馈抑制ATCase底物天冬氨酸与氨甲酰磷酸对ATCase促进作用非底物CTP对ATCase抑制作用，ATP对该酶促进作用⑵结构①大亚基叫催化亚基，有催化活性不与ATP和CTP结合②小亚基叫调节亚基，无催化活性，能与ATP和CTP结合③调节亚基二聚体位于赤道上；催化亚基三聚体位于赤道面上或下，中间有很大的空洞④从顶部观察，看到其中一半，C3R3，⑤6个活性部位中的每一个都位于催化链之间的界面附近⒉别构酶的性质⑴别构酶一般是寡聚酶，通过次级键由多亚基构成；调节部位与活性部位通过构象变化产生协同效应。