第03章大分子和酶

1、1、生命的元素组成： 26种/11种(6种)/15种； 确定必需微量元素的方法(缺失/添加病症/消失，进一步研究代谢的机理)； Ca，Zn，Se，Cr；2、生物小分子与大分子之间的关系： 为数不多的小分子构成三类生物大分子/复合生物大分子。上次课小结3、生物小分子的种类和功能：1）水：生物体重量60%以上(地球上生命/哺乳动物/生物体细胞)，内聚力和表面张力(溶解性，极性，较高的比热/蒸发热) ，；2）无机盐：存在形式/作用(渗透压/缓冲/酶调节和激活因子/有机物原料)；3）碳原子：生命存在的真正基础原因?4）氨基酸：结构特点和功能(蛋白质，代谢调节如激素，神经递质，20/8/其他)；5）单糖

2、：结构特点/生物功能(多糖/燃料/寡糖细胞信号传递)；6）核苷酸：结构特点(碱基，核糖，磷酸）和功能（参与组建核酸/细胞信号传递和能量代谢）；7）脂类：磷脂/甘油三脂/固醇/共性？和结构特点？功能（膜结构/燃料储存/激素和维生素/复合大分子）。生命的元素组成，小分子和生物大分子的关系， 生物小分子简介、生物大分子的形成五、生物大分子的高级结构一、酶是生物催化剂二、生命世界的能量源泉是太阳能三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量 四、生物体内有一个复杂的代谢网络 由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质。 其中最主要的是：生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形状。q 蛋白质的一

3、级结构是指肽链中氨基 酸的排列顺序。q 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨 基酸形成的一定的结构形状。 如：螺旋和折叠1、蛋白质的高级结构一级结构二级结构三级结构四级结构螺旋折叠q 蛋白质的三级结构是指整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤维蛋白和球状蛋白。 q 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间的位置和结构。四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。血红蛋白的三级结构和四级结构2、 维持生物大分子高级结构的重要因素非共价键CO HO CN HCO H3 N 氢氢 键键盐盐 键键非共价键的键强度很小，所以A、需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳定；B、高级结构不很稳定。生物大分子变性就是因

4、为高级结构破坏，大分子性质改变，生物活性丧失。但是， 一级结构尚未破坏。 注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用。RNase 的变性和复性蛋白质变性使高级结构破坏变性后的蛋白质分子还能复性（一定条件下）3、 核酸的高级结构（1） DNA双螺旋A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链；B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直C、两条链对应碱基呈配对关系： AT GCD、螺旋直径 2nm，螺距 3.4nm， 每一螺距中包含 10 bp；DNA 双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构，DNA 的三级结构的形成需要蛋白质帮助。RNARNA （2）RNA为单链盘绕

5、，局部形成碱基配对。 例如：转运RNA（tRNA）的三叶草结构多糖链淀 粉糖 元纤维素多分支的糖原呈网状结构-糖苷键使整个分子呈螺旋状-糖苷键使整个分子呈长纤维状动物淀粉4 、多糖链的高级结构 不同高级结构带来不同的生物学性能能源贮存结构支架一、酶是生物催化剂二、生命世界的能量源泉是太阳能三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量 四、生物体内有一个复杂的代谢网络 生命活动的原动力在于生物体内一刻不停的新陈代谢。 通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮存的能量，转化为可供生命活动利用的能量，不断制造出各种大、小分子以供生命活动所需要。 体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂-酶的催化下进行的。 这一章先

6、介绍酶的性质，下次着重介绍生命活动所需的能量，从何而来。至于新陈代谢中产生的大、小生物分子，种类甚多，本课仅介绍蛋白质大分子是如何合成的。一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂1、酶的催化特点催化剂可以加快化学反应的速度，酶是生物催化剂，它的反应特点是： 用简单的实验证明酶的催化效率：2 H2 H2 2OO2 2 2 2 H H2 2O + OO + O2 2铁屑铁屑 肝糜肝糜 肝糜肝糜（煮）（煮） 目前发现的大部分酶中： 有的酶仅仅由蛋白质组成，如：核糖核酸酶； 有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些金属离子或小分子参与；这些金属离子或小分子是酶活性所必须的，称为辅酶/辅基或辅助因子。 由蛋白

7、质组成羧基肽酶以二价锌离子（Zn2+）为辅助因子过氧化氢酶以铁卟啉环为辅助因子 （黄色圆球是Zn2+）核酶（酶性RNA和DNA）： 20世纪80年代后发现某些RNA 和DNA分子也具催化能力，更正了酶的化学本质是蛋白质的概念。 2、酶的化学本质 和具有催化活性的或酶性RNA（ribosyme） L19RNA（395个核苷酸组成的RNA分子） 原生生物四膜虫26S rRNA前体经自身拼接所释放出的内含子的缩短形式，（最初发现）。 能将五聚胞苷转化成或长或短的聚合物，且具专一性。 “C6”至“C10”（L19:聚合酶） “C5” L19 “C3”或“C4” (L19：核酸水解酶）聚合酶活性核酸酶活

8、性酶性DNA（deoxyribosyme） E47：是最小的DNA催化剂，(仅由47个核苷酸组成单链DNA) 在酶性RNA发现十九年后（1995 Nature）报道酶性DNA的研究结果。发现： 小分子DNAE47的作用，可将两个DNA底物连接起来（具磷酸酯酶活性） （Cuenoud B等人设计的体外选择技术，分离出E47）1)氧化还原酶类（催化氧化还原反应）2)转移酶类（催化功能基团的转移反应）3)水解酶类（催化水解反应）4)或裂解酶（催化底物移去一个基团而 形成双键的反应或逆反应）5)异构酶类（催化同分异构体的相互转变）6)或合成酶（催化一切由两种物质 合成为一种物质的反应）3、酶的类型（按

9、国际系统命名法原则，依酶促反 应性质分为六类）：4、酶催化作用的机理是催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快其反应速度。 即使对可以进行的反应来说，反应物分子应越过一个活化能才能发生反应。酶作为催化剂的作用是。 酶的催化机理是降低活化能酶是如何降低活化能的呢 ? 首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有底物结合中心/活性中心。 然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底物分子，使底物分子活化起来。 酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一性的体现。底物分子结合在酶的底物结合中心 a)使底物靠拢b)使底物分子产生应力c)使底物分子电荷变化5、酶的活性可以调控q 在代谢途径中调节酶活性 几个酶或十几个酶前后

10、配合，完成一系列代谢反应，形成一条代谢途径。 在一条代谢途径中，常常是前一个酶促反应的产物，便是下一个酶促反应的底物。第一个酶有活性第一个酶无活性终产物终产物（调节物）结合在调节中心q共价调节 有时候，酶蛋白分子可以和一个基团形成共价结合，结合的结果，是酶蛋白分子结构发生改变，进而使酶活性发生改变。 例如，酶与磷酸根的结合（酶的磷酸化/脱磷酸化调节的代谢反应）。这种调节酶活性的情况称为酶的共价（修饰）调节。 促进糖原分解的激素激活磷酸化酶b分解糖元的过程： 肾上腺素 或 胰高血糖素 （第一信使） 腺苷酸环化酶 (1) ATP cAMP + PPi （cAMP作为第二信使） 蛋白激酶 蛋白激酶

11、(2) （无活力） （有活力） ATP 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P + ADP (3) （无活力） （有活力） ATP 磷酸化酶b 磷酸化酶a +ADP (4) （无活力） （有活力） 糖原 1-磷酸葡萄糖 或6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 连锁的酶促反应过程：前一反应产物是后一反应催化剂。每进行一次修饰反应，信号放大一次。经过四次放大，如10倍/次，放大104倍. 6. 影响酶活性的因素 辅助因子（暴露酶的活性部位） 无机离子和有机物（辅酶等） 酶的抑制剂（与酶以共价/弱键形式结合） 包括不可逆抑制剂和可逆抑制剂； 有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。 竞争性抑制剂在结构上与底物相似底物竞争性抑制剂对氨基苯甲酸（细菌生长因子）对氨基苯磺酸（磺胺药