生化

第一章蛋白质的结构与功能一、氨基酸：1．结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。

构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-α-氨基酸。

2．分类：根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类：①非极性中性氨基酸(8种)；②极性中性氨基酸(7种)；③酸性氨基酸(Glu和Asp)；④碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。

二、肽键与肽链：肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经脱水而形成的共价键(-CO-NH-)。

氨基酸分子在参与形成肽键之后，由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。

每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N端)与自由羧基端(C端)，肽链的方向是N端→C端。

三、肽键平面(肽单位)：肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个α碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构，称为肽键平面。

四、蛋白质的分子结构：蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。

一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。

1．一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键。

蛋白质的一级结构决定其空间结构。

2．二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。

主要有以下几种类型：⑴α-螺旋：其结构特征为：①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm；③相邻螺旋圈之间形成许多氢键；④侧链基团位于螺旋的外侧。

影响α-螺旋形成的因素主要是：①存在侧链基团较大的氨基酸残基；②连续存在带相同电荷的氨基酸残基；③存在脯氨酸残基。

⑵β-折叠：其结构特征为：①若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；②所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键；③侧链基团分别交替位于片层的上、下方。

⑶β-转角：多肽链180°回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借1、4残基之间形成氢键维系。

⑷无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的部分。

3．三级结构：指多肽链所有原子的空间排布。

其维系键主要是非共价键（次级键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。

4．四级结构：指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等，其维系键为非共价键。

亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。

五、蛋白质的理化性质：1．两性解离与等电点：蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离的羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。

蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶液的pH值称为蛋白质的等电点。

2．蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的性质。

蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。

3．蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外光有吸收，以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为280nm。

4．蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素的作用下，其特定的空间结构被破坏而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。

引起蛋白质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属盐、强酸强碱等。

绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。

5.蛋白质的沉淀作用：由于受到某些因素的影响, 蛋白质从溶液中析出的作用称为蛋白质的沉淀作用。

可逆的沉淀作用（盐溶、盐析）；不可逆的沉淀作用（重金属盐类、有机溶剂、生物碱试剂等都可使蛋白质发生沉淀，且不能用透析等方法除去沉淀剂而使蛋白质重新溶解于原来的溶剂中，这种沉淀作用称为不可逆的沉淀作用。

）六、蛋白质的分离与纯化：1．盐析与有机溶剂沉淀：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。

常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。

盐析时，溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。

凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。

2．电泳：蛋白质分子在高于或低于其pI的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。

电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大小和形状等因素。

3．透析：利用透析袋膜的超滤性质，可将大分子物质与小分子物质分离开。

4．层析：利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相）之间的分布不同而进行分离。

主要有离子交换层析（不同蛋白质由于等电点不同，在同一pH介质中所带的电荷种类数量不同，因而与离子交换剂的亲和力不同。

），凝胶层析（利用具有网状结构的葡聚糖凝胶的分子筛作用，根据被分离物质的分子大小不同来进行分离。

），吸附层析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。

5．超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。

超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S 成正比。

七、氨基酸顺序分析：（无要求）蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有以下几个步骤：1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品；2. 取一定量的样品进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成；3. 分析蛋白质的N-端和C-端氨基酸；4. 采用特异性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化学试剂（如溴化氰）将蛋白质处理为若干条肽段；5. 分离纯化单一肽段；测定各条肽段的氨基酸顺序。

一般采用Edman降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定；7. 至少用两种不同的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序；8. 将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。

第三章酶一、酶的概念：酶（enzyme）：酶是活细胞产生的，能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。

酶按照其分子结构可分为单体酶、寡聚酶和多酶体系（多酶复合体和多功能酶）三大类。

1.单体酶：简单酶类，分子中只含有氨基酸，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、核酸酶、脲酶等水解酶。

2.多酶体系：在某一代谢过程中，由几个酶组成的反应链体系称为多酶体系。

通常它们所催化的一系列反应中第一个酶的产物是第二个酶的底物，以此类推。

酶分子可根据其化学组成的不同，可分为单纯酶和结合酶（全酶）两类。

1.单纯酶：2.结合酶：结合酶类也称为全酶或复合酶，由酶蛋白和非蛋白质两部分组成。

如氧化还原类酶和转移酶类中的大部分。

二、酶的分子组成：结合酶则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成●酶蛋白—专一性●辅助因子—参与和底物分子作用，催化底物反应，起转移电子、原子和功能基团的作用。

辅酶：与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物。

可用透析或超滤的方法除去。

辅基：与酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物。

不可用透析或超滤的方法除去。

三、辅酶、辅基的生理功用：辅酶与辅基的生理功用主要是：⑴运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。

⑵运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。

四、金属离子的作用(1)稳定酶的构象；(2)参与催化反应，传递电子；(3)在酶与底物间起桥梁作用；(4)中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。

五、酶的活性中心：酶活性中心(active center)：也称活性部位，是指酶分子上直接参与与底物结合，并与催化活性直接相关的部位。

①其中的氨基酸残基只占酶分子中很小一部分。

②通常位于酶分子表面的凹穴（裂隙）中。

③是一个三维实体结构。

④具有柔性。

⑤底物通过次级健较弱的力结合到酶上。

活性中心内必需基团：参与构成酶的活性中心的化学基团。

（有些是与底物相结合的结合基团；有些是催化底物反应转变成产物的催化基团）活性中心外必需基团：在酶的活性中心以外，也存在一些必需化学基团，主要与维系酶的空间构象有关。

六、酶促反应的特点：1．具有极高的催化效率：酶能与底物形成ES中间复合物，从而改变化学反应的进程，使反应所需活化能阈大大降低，活化分子的数目大大增加，从而加速反应进行。

2．具有高度的底物特异性：一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性。

⑴绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性，如琥珀酸脱氢酶。

⑵相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性，如脂肪酶。

⑶立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性，如L-精氨酸酶。

3．酶的催化活性是可以调节的：如代谢物可调节酶的催化活性，对酶分子的共价修饰可改变酶的催化活性，也可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性。

七、酶促反应的机制（？？？）：1．中间复合物学说与诱导契合学说：酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物，即为中间复合物学说。

当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心的构象以生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象，这就是诱导契合学说。

2．与酶的高效率催化有关的因素：①趋近效应与定向作用；②张力作用；③酸碱催化作用；④共价催化作用；⑤酶活性中心的低介电区（表面效应）。

八、酶促反应动力学：酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。

在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度，即底物转化量<5%时的反应速度。

1．底物浓度对反应速度的影响：⑴底物对酶促反应的饱和现象：由实验观察到，在酶浓度不变时，不同的底物浓度与反应速度的关系为一矩形双曲线，即当底物浓度较低时，反应速度的增加与底物浓度的增加成正比（一级反应）；此后，随底物浓度的增加，反应速度的增加量逐渐减少（混合级反应）；最后，当底物浓度增加到一定量时，反应速度达到一最大值，不再随底物浓度的增加而增加（零级反应）。

⑵米氏方程及米氏常数：根据上述实验结果，Michaelis & Menten 于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即米氏方程：ν= Vmax[S]/(Km+[S])。

其中，Vmax为最大反应速度，Km为米氏常数，S为底物浓度结果讨论：①当ν=Vmax/2时，Km=[S]。

因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。

②当k2>>k3时，k3可忽略，Km可看作是ES的解离常数，可近似地表示酶对底物的亲和力，Km愈小，酶对底物的亲和力愈大。

③Km可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km时，ν=（Vmax/Km）[S]，反应为一级反应，即反应速度与底物浓度成正比；当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应，即反应速度与底物浓度无关；当0.01Km<[S]<100Km时，反应处于零级反应和一级反应之间，为混合级反应。