人体功能02章：生物大分子物质的结构与功能

1、第二章第二章生物大分子物质的结构与功能生物大分子物质的结构与功能国家卫生和计划生育委员会国家卫生和计划生育委员会“十二五十二五”规划教材规划教材湖北省高职高专护理类专业规划教材湖北省高职高专护理类专业规划教材制作：黄敏制作：黄敏蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能1核酸的结构与功能核酸的结构与功能2酶酶3目目 录录第二章第二章 生物大分子物质的结构与功能生物大分子物质的结构与功能学习目标：学习目标：1.1.掌握蛋白质与核酸分子的元素组成，基本组成单掌握蛋白质与核酸分子的元素组成，基本组成单位，各级结构的概念及维持力；蛋白质变性作用；位，各级结构的概念及维持力；蛋白质变性作用；DNADNA双螺旋

2、结构要点；酶、酶的活性中心，酶原与酶双螺旋结构要点；酶、酶的活性中心，酶原与酶原激活、同工酶的概念，酶催化作用特点。原激活、同工酶的概念，酶催化作用特点。2.2.熟悉蛋白质理化性质，生理功能；熟悉蛋白质理化性质，生理功能；RNARNA结构特点，结构特点，核酸的变性与复性；酶活性的调节方式，影响酶促核酸的变性与复性；酶活性的调节方式，影响酶促反应速度的因素，酶竞争性抑制作用的基本原理。反应速度的因素，酶竞争性抑制作用的基本原理。3.3.了解蛋白质的一级结构、空间结构与功能的关系，了解蛋白质的一级结构、空间结构与功能的关系，蛋白质的分类；核酸的理化性质及其应用，酶在临蛋白质的分类；核酸的理化性质及

3、其应用，酶在临床上的应用。床上的应用。蛋白质的功能蛋白质的功能蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质第一节第一节 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过通过肽键肽键(peptide bond)连接而成的高分子含氮化合物连接而成的高分子含氮化合物l生物学功能生物学功能:1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物

4、质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递二、蛋白质的化学组成二、蛋白质的化学组成l元素组成的特点元素组成的特点: :l 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1616 l体内的含氮物质以蛋白质为主体内的含氮物质以蛋白质为主l测生物样品中氮量可推算出蛋白质的大致含量：测生物样品中氮量可推算出蛋白质的大致含量：样品中蛋白质的含量样品中蛋白质的含量 ( g ) = 样品含氮量（样品含氮量（g） 6.25主要有主要有C、H、O、N和和S部分含有少量部分含有少量磷磷或或铁、铜、锌、锰、钴、钼铁、铜、锌、锰、钴、钼个别含有

5、个别含有碘碘 组成人体蛋白质的氨基酸仅有组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种种均属均属 L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）（甘氨酸除外）L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸l氨基酸的分类氨基酸的分类一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构l基本结构：基本结构：三、蛋白质的分子结构三、蛋白质的分子结构l高级结构：高级结构：l肽键肽键是由一个氨是由一个氨基酸的基酸的 -羧基与羧基与另一个氨基酸的另一个氨基酸的 -氨基脱水缩合氨基脱水缩合而形成的化学键而形成的化学

6、键（一）肽键与肽（一）肽键与肽NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽肽氨基酸残基氨基酸残基N N 末端末端C C末端末端谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)l定义：定义：指多肽链中氨基酸的排列顺序指多肽链中氨基酸的排列顺序l主要的化学键：主要的化学键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键，有些蛋白质还包括二硫键（二）蛋白质的一级结构（二）蛋白质的一级结构l一级结构是其空间结一级结构是其空间结构和生物学活性的

7、基础构和生物学活性的基础牛胰岛素一级结构牛胰岛素一级结构（三）蛋白质的空间结构（三）蛋白质的空间结构指蛋白质多肽主链原子的局部空间结构，指蛋白质多肽主链原子的局部空间结构，不涉及氨基酸残基侧链的构象不涉及氨基酸残基侧链的构象l定义：定义： l主要的化学键：主要的化学键： 氢键氢键 1. 1. 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构l肽单元肽单元l也称肽键平面，指参与肽键也称肽键平面，指参与肽键的的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2形成的平面形成的平面lC 1和和C 2在平面上所处的位在平面上所处的位置为反式置为反式(trans)构型构型（三）蛋白质的空间结构（三）蛋白质的空间结构1. 1.

8、 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构l 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式l - -螺旋螺旋 ( -helix ) l - -折叠折叠 ( -pleated sheet )l - -转角转角 ( -turn )l 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) （三）蛋白质的空间结构（三）蛋白质的空间结构1. 1. 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（1 1） - -螺旋螺旋l 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式（2 2） - -折叠折叠l 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式（3） -转角和无规卷曲转角和无规卷曲l - -转角转角l无规卷曲是没有确定规律

9、性的部分无规卷曲是没有确定规律性的部分 l 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式疏水键疏水键、离子键、氢键和、离子键、氢键和 Van der WaalsVan der Waals力等力等 l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l定义：定义： l主要的化学键主要的化学键主要是氢键和离子键主要是氢键和离子键蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位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，称为的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白

10、质的四级结构l在蛋白质四级结构中，每一条具有独立的三在蛋白质四级结构中，每一条具有独立的三级结构多肽链称为蛋白质的级结构多肽链称为蛋白质的亚基亚基3. 3. 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构l定义：定义： l主要的化学键：主要的化学键：l血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 （一）一级结构与功能的关系（一）一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) l由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为由蛋白质分

11、子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”四、蛋白质结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，非折叠状态，无活性无活性例：牛胰核糖核酸酶例：牛胰核糖核酸酶（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 五、蛋白质的理化性质五、蛋白质的理化性质P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3

12、+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋 白白 质质 的的 阳阳 离离 子子 蛋蛋 白白 质质 的的 兼兼 性性 离离 子子蛋蛋 白白 质质 的的 阴阴 离离 子子H HP Pr rN NH H2 2C CO OO O- -P Pr rN NH H3 3+ +C CO OO OH HP Pr rN NH H3 3+ +C CO OO O- -O OH H- -H H+ +( (p pH H p p

13、I I) )( (p pH H p pI I) )( (p pH H p pI I) )O OH H- -H H+ +蛋蛋 白白 质质 的的 阳阳 离离 子子蛋蛋 白白 质质 的的 兼兼 性性 离离 子子蛋蛋 白白 质质 的的 阴阴 离离 子子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p

14、I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋 白白 质质 的的 阳阳 离离 子子 蛋蛋 白白 质质 的的 兼兼 性性 离离 子子 蛋蛋 白白 质质 的的 阴阴 离离 子子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋 白白 质质 的的

15、 阳阳 离离 子子蛋蛋 白白 质质 的的 兼兼 性性 离离 子子蛋蛋 白白 质质 的的 阴阴 离离 子子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋白白质质的的阳阳离离子子蛋蛋白白质质的的兼兼性性离离子子蛋蛋白白质质的的阴阴离离子子兼性离

16、子兼性离子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋 白白 质质 的的 阳阳 离离 子子 蛋蛋 白白 质质 的的 兼兼 性性 离离 子子 蛋蛋 白白 质质 的的 阴阴 离离 子子P P r rN N H H2 2C C O O O O-

17、 -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋白白质质的的阳阳离离子子蛋蛋白白质质的的兼兼性性离离子子蛋蛋白白质质的的阴阴离离子子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+

18、 +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋白白质质的的阳阳离离子子蛋蛋白白质质的的兼兼性性离离子子蛋蛋白白质质的的阴阴离离子子P Pr rN NH H2 2C CO OO O- -P Pr rN NH H3 3+ +C CO OO OH HP Pr rN NH H3 3+ +C CO OO O- -O OH H- -H H+ +( (p pH Hp pI I) )( (p pH Hp pI I) )(

19、 (p pH Hp pI I) )O OH H- -H H+ +蛋蛋白白质质的的阳阳离离子子蛋蛋白白质质的的兼兼性性离离子子蛋蛋白白质质的的阴阴离离子子P P r rN N H H2 2C C O O O O- -P P r rN N H H3 3+ +C C O O O O H HP P r rN N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )( ( p p H H p p I I ) )O O H H- -H H+ +蛋蛋白白质质的的阳阳离离子子蛋蛋白白质质的的兼

20、兼性性离离子子蛋蛋白白质质的的阴阴离离子子净电荷为零净电荷为零l使蛋白质解离成使蛋白质解离成兼性离子兼性离子时溶液的时溶液的pH称为蛋白质的称为蛋白质的等电点等电点l蛋白质可电泳蛋白质可电泳（二）蛋白质的胶体性质（二）蛋白质的胶体性质 l蛋白质分子量在蛋白质分子量在1 1万万100100万之间万之间l分子直径达分子直径达1 1100nm100nm，为胶粒范围之内，为胶粒范围之内 l蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素l表面电荷表面电荷l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

21、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l蛋白质是亲水胶体蛋白质是亲水胶体 表面电荷表面电荷蛋白质自溶液中沉淀蛋白质自溶液中沉淀（三）蛋白质的变性（三）蛋白质的变性l概念：蛋白质的变性概念：蛋白质的变性(denaturation) (denaturation) 是指在某些理化因是指在某些理化因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失的现象质改变和生物活性的丧失的现象l 变性的本质变性的本质l破坏蛋白质的非共价键和二

22、硫键，不改变一级结构破坏蛋白质的非共价键和二硫键，不改变一级结构l 引起变性的因素引起变性的因素l物理因素：加热、紫外线照射、电离辐射等物理因素：加热、紫外线照射、电离辐射等l化学因素：强酸、强碱、乙醇等有机溶剂、重金属离化学因素：强酸、强碱、乙醇等有机溶剂、重金属离子及生物碱试剂等子及生物碱试剂等 （三）蛋白质的变性（三）蛋白质的变性l变性后的改变变性后的改变l应用举例应用举例l临床医学上，变性因素常被用于消毒及灭菌临床医学上，变性因素常被用于消毒及灭菌l防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件苗等）的必要条件 l溶解度下降溶解度下

23、降l粘度增加粘度增加l易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解l生物学功能丧失生物学功能丧失 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性l若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质可恢复或部分恢复原有构象和功能，称为白质可恢复或部分恢复原有构象和功能，称为复复性性(renaturation)(renaturation)l蛋白质沉淀：蛋白质沉淀：是指在一定条件下，蛋白质从溶液中是指在一定条件下，蛋白质从溶液中析出的现象析出的现象l常用方法：盐析、有机溶剂沉淀、

24、重金属盐沉淀、常用方法：盐析、有机溶剂沉淀、重金属盐沉淀、生物碱制剂等生物碱制剂等l蛋白质凝固：蛋白质凝固：l变性的蛋白质易于沉淀；沉淀的蛋白质易发生变性，变性的蛋白质易于沉淀；沉淀的蛋白质易发生变性，但并不一定变性但并不一定变性 ；凝固的蛋白质一定是变性和沉淀的；凝固的蛋白质一定是变性和沉淀的（四）蛋白质的紫外吸收（四）蛋白质的紫外吸收l蛋白质在蛋白质在280nm波长处有特征性吸收峰波长处有特征性吸收峰l根据此性质可定量检查蛋白质根据此性质可定量检查蛋白质（五）蛋白质的呈色反应（五）蛋白质的呈色反应茚三酮反应茚三酮反应l 蛋白质的蛋白质的-氨基与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨基与茚三酮反应生成

25、蓝紫色化合物 双缩脲反应双缩脲反应l 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫红色，此反应称为呈现紫红色，此反应称为双缩脲反应双缩脲反应l氨基酸无此反应氨基酸无此反应核酸的分子组成核酸的分子结构核酸的理化性质第二节第二节 核酸的结构与功能核酸的结构与功能核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息l 90 %90 % 以上分布于细胞核，其余分以上分布于细胞核，其余分布于核外布于核外如线粒体，叶绿体等如线粒体，叶绿体等l分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液l携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的

26、基因型（genotypegenotype）l参与细胞内遗传信息的表达参与细胞内遗传信息的表达l某些病毒某些病毒RNARNA也可作为遗传信息也可作为遗传信息的载体的载体 (DNA) ( RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸分分类类l元素组成：元素组成： C、H、O、N、P（910%）l分子组成：分子组成： 碱基（碱基（base）：嘌呤碱，嘧啶碱）：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖（戊糖（ribose）：核糖，脱氧核糖）：核糖，脱氧核糖 磷酸（磷酸（phosphate）NNNHNNH2嘌呤（嘌呤（purine）NNNHN123456789Adenine腺嘌呤腺嘌呤GuanineNN HN HNN

27、 H2O鸟嘌呤鸟嘌呤NNH132456嘧啶嘧啶（pyrimidine）NNHNH2OCytosineNHNHOOUracilNHNHOOCH3Thymine 尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶戊戊 糖糖（构成（构成RNARNA）（构成（构成DNADNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖l核苷核苷 ：腺苷、鸟苷：腺苷、鸟苷 尿苷、胞苷尿苷、胞苷l脱氧核苷脱氧核苷 ：脱氧腺苷、脱氧鸟苷：脱氧腺苷、脱氧鸟苷 脱氧胸苷、脱氧胞苷脱氧胸苷、脱氧胞苷l核苷核苷l概念：由碱基和核糖或脱氧核糖概念：由碱基和核糖或脱氧核糖通过通过糖苷键糖苷键连接而成

28、连接而成OHOCH2OHOHNNNH2O1 1l种类：种类：POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2Ol核苷酸：核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMPl脱氧核苷酸：脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP l 核苷酸核苷酸l概念：概念：核苷核苷 (脱氧核苷脱氧核苷) 和磷酸以和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸连接形成核苷酸(脱氧核苷酸脱氧核苷酸) l种类：种类：含核苷酸的生物活性物质： 等都含有 l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：l 环化核苷酸：环化核苷酸：NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2P

29、OOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOH1.1.核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式l核苷酸之间以核苷酸之间以33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成多核连接形成多核苷酸链，即核酸苷酸链，即核酸OHNOCH2ONNH2OP OOHOH35NOOHNNNNH2CH2OPOOOHNOCH2ONNH2OP OOHOH355NOONNNNH2CH2OPOOOHNOCH2ONNH2OP OOHOHNNHNNNH2OOHOCH2OP OOH355353AGC5端端3端端NOO HNNNN H2C H2OPOOOHNOCH2ON

30、N H2OPOOHO H3 5 5 NOOHNNNNH2CH2OPOOOHNOCH2ONNH2OPOOHOH3 5 5 （一）核酸的一级结构（一）核酸的一级结构定义：定义：核酸分子中核苷酸（脱氧核核酸分子中核苷酸（脱氧核苷酸）的排列顺序，也称为苷酸）的排列顺序，也称为碱基序列碱基序列NOONNNNH2CH2OPOOOHNOCH2ONNH2OP OOHOHNNHNNNH2OOHOCH2OP OOH355353AGC55端端3端端表示方法： A C T G C T （二）（二）DNA的空间结构的空间结构1.DNA1.DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构lDNA双螺旋结构要点：双螺旋结构要

31、点：（Watson、Crick， 1953）lDNADNA分子由两条分子由两条反向平行反向平行的脱氧多核苷酸的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴盘旋构成的链围绕同一中心轴盘旋构成的右手螺旋右手螺旋l磷酸戊糖位于外侧，碱基位于内側且垂磷酸戊糖位于外侧，碱基位于内側且垂直螺旋轴与对側碱基形成直螺旋轴与对側碱基形成氢键配对氢键配对（互补配对规则：（互补配对规则：A = T G A = T G C C）l相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm0.34nm，螺旋一圈螺螺旋一圈螺距距3.4nm3.4nm，一圈，一圈1010对碱基。对碱基。l氢键氢键维持双链维持双链横向稳定性横向稳定性， 碱基堆积力碱基堆积

32、力维持双链维持双链纵向稳定性纵向稳定性2.0 nm小小沟沟大大沟沟l原核生物：原核生物：呈环状或麻花状超螺旋结构呈环状或麻花状超螺旋结构染色体染色质纤维核小体组蛋白DNAl核小体的组成：核小体的组成：lDNA：约约200bpl组蛋白组蛋白：H1 H2A，H2B，H3，H4l真核生物真核生物DNADNA超螺旋结构超螺旋结构l以以核小体为核小体为单单位盘曲折叠位盘曲折叠l通常以单链形式存在，但可形成链内通常以单链形式存在，但可形成链内局部双链区局部双链区lRNARNA分子种类多，大小、结构各不相同分子种类多，大小、结构各不相同l不同不同RNARNA具有不同的结构具有不同的结构 1.mRNA1.mR

33、NA结构特点结构特点m m7 7GpppGpppAAAAAA5 5 3 3 帽子结构帽子结构多聚多聚A尾尾m7GpppNm-l帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能lmRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位lmRNA的稳定性维系的稳定性维系l翻译起始的调控翻译起始的调控 2.tRNA2.tRNA结构特点结构特点l一级结构中含较多一级结构中含较多稀有碱基稀有碱基，3 3 末端均为末端均为 CCA-OH CCA-OHl二级结构二级结构三叶草形三叶草形l氨基酸臂氨基酸臂l反密码环反密码环lDHUDHU环环lTCTC环环l额外环额外环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环l三级结构三级结构 倒倒L形形l

34、许多许多rRNA呈花状，具有多个茎环呈花状，具有多个茎环3. rRNA3. rRNA结构特点结构特点大肠杆菌大肠杆菌5S rRNA5S rRNA结构结构酸性较强酸性较强微溶于水，不溶于乙醇、乙醚，氯仿等有机溶剂微溶于水，不溶于乙醇、乙醚，氯仿等有机溶剂多为线性大分子，溶液中粘度很高多为线性大分子，溶液中粘度很高 （一）一般性质（一）一般性质（二）核酸的紫外吸收性质（二）核酸的紫外吸收性质l核酸分子中碱基都含有共轭双键，具有紫外吸收性质核酸分子中碱基都含有共轭双键，具有紫外吸收性质l最大吸收峰在最大吸收峰在260nm附近附近l利用这一性质可对核酸进行定性、定量分析，还可以利用这一性质可对核酸进行

35、定性、定量分析，还可以用来检测核酸的变性与复性用来检测核酸的变性与复性 （三）核酸的变性、复性和杂交（三）核酸的变性、复性和杂交1.DNA1.DNA的变性的变性l概念：由于理化因素的作用，概念：由于理化因素的作用，DNADNA分子互补碱基对之分子互补碱基对之间的氢键断裂，双链解离为单链的过程间的氢键断裂，双链解离为单链的过程 l变性的因素：如加热、有机溶剂、酸、碱、尿素等变性的因素：如加热、有机溶剂、酸、碱、尿素等 lDNADNA变性的本质变性的本质是双链间氢键的断裂是双链间氢键的断裂lDNADNA热变性是热变性是在一个相当窄的温在一个相当窄的温度范围内完成度范围内完成l增色效应：增色效应：D

36、NA变性时其变性时其溶液溶液OD260增高的现象增高的现象lTmTm：是指是指DNADNA双链解开双链解开50%50%时时的环境温度，又称熔点温度的环境温度，又称熔点温度lTmTm大小与大小与G+CG+C含量成正比。含量成正比。（三）核酸的变性、复性和杂交（三）核酸的变性、复性和杂交2.2.复性复性： 是指变性是指变性DNA在适当条件下，两条互补链恢复天在适当条件下，两条互补链恢复天然的双螺旋构象然的双螺旋构象（三）核酸的变性、复性和杂交（三）核酸的变性、复性和杂交3.3.杂交：杂交：在在DNA复性过程中，如果把不同复性过程中，如果把不同DNA单链分子放单链分子放在同一溶液中，或把在同一溶液中

37、，或把DNA与与RNA放在一起，只要放在一起，只要在在DNA或或RNA的单链分子之间有一定的碱基配对的单链分子之间有一定的碱基配对关系，就可以形成局部或全部双链，这种现象称为关系，就可以形成局部或全部双链，这种现象称为 核酸分子杂交核酸分子杂交 (hybridization) DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子（三）核酸的变性、复性和杂交（三）核酸的变性、复性和杂交酶的作用特点酶的分子组成酶的结构与功能影响酶促反应速度的因素酶与医学的关系第三节第三节 酶酶l酶酶（enzyme，E）是由活细胞合成的具有高效催化作）是由活细胞合成的具有高效催化作用的蛋白质，也称生物催化剂用的蛋白质，也称生物催

38、化剂l具有高效、特异催化作用的核酸，称为具有高效、特异催化作用的核酸，称为核酶核酶SEP酶促反应酶促反应底物底物产物产物（一）高度的催化效率（一）高度的催化效率 l活化分子与活化分子与活化能：活化能：反应速度与活化分子数目呈正比反应速度与活化分子数目呈正比l催化剂作用机制是催化剂作用机制是降低反应的活化能降低反应的活化能l酶比一般催化剂酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能更有效地降低反应的活化能 一、酶的作用特点一、酶的作用特点反应总能量改变 酶促反应酶促反应活化能活化能 非催化反应活化能 一般催化剂催化一般催化剂催化反应的活化能反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物平均能量

39、产物平均能量产物平均能量 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 l活化能是指底物活化能是指底物分子从初态转变到分子从初态转变到活化态所需的能量活化态所需的能量l酶大幅度降低反应所需活化能的机制可用酶大幅度降低反应所需活化能的机制可用中中间产物间产物及及诱导诱导契合契合学说学说解释解释l酶促反应中有中间产物形成酶促反应中有中间产物形成E + S ES E + Pl诱导契合学说：诱导契合学说：E E与与S S接近时，接近时，能相互诱导、相互变形和相互适能相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合应，进而相互结合 绝对特异性绝对特异性：一种酶只能催化一种一种酶只能催化一种特定结构特定结构的的底物

40、发生化学反应，生成特定的产物底物发生化学反应，生成特定的产物相对特异性：相对特异性：一种酶能一种酶能作用于一类化合物或作用于一类化合物或一种化学键一种化学键（二）高度的特异性（二）高度的特异性l类型类型（三）酶的可调节性（三）酶的可调节性l包括酶活性和酶量包括酶活性和酶量l代谢物或激素等可对酶进行别构调节、共价修饰、酶代谢物或激素等可对酶进行别构调节、共价修饰、酶的激活、合成与降解等的激活、合成与降解等l目的：适应机体需要目的：适应机体需要（四）酶活性的不稳定性（四）酶活性的不稳定性l酶的化学本质是蛋白质酶的化学本质是蛋白质l各种使蛋白质变性因素将引起酶变性失活各种使蛋白质变性因素将引起酶变性

41、失活l酶促反应一般在酶促反应一般在pH 58、 20-40 C水溶液中进行水溶液中进行单纯酶 (simple enzyme)：仅由酶蛋白组成结合酶 (conjugated enzyme) :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l全酶全酶(holoenzyme)辅酶：辅酶：与酶蛋与酶蛋白结合白结合疏松疏松辅基：辅基：与酶蛋与酶蛋白结合白结合紧密紧密l金属离子的作用：金属离子的作用：l维持酶分子的特定空间结构维持酶分子的特定空间结构l参与电子的传递参与电子的传递l作为酶和底物之间的桥梁

42、作为酶和底物之间的桥梁l中和阴离子，降低静电斥力等中和阴离子，降低静电斥力等l小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用l通常是维生素通常是维生素B族族l起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团l结合酶中辅助因子的作用：lB B族维生素与辅助因子的关系族维生素与辅助因子的关系维生素维生素辅助因子形式辅助因子形式主要功能主要功能缺乏症缺乏症维生素维生素B B1 1焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPPTPP）脱羧脱羧脚气病脚气病维生素维生素B B2 2黄素腺嘌呤单核苷酸（黄素腺嘌呤单核苷酸（FMNFMN）递氢递氢口角炎、舌炎、唇炎口角炎、舌炎、唇炎黄素腺嘌呤

43、二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）维生素维生素PPPP尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADNAD+ +）递氢递氢癞皮病癞皮病尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（磷酸（NADPNADP+ +）维生素维生素B B6 6磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺转移氨基转移氨基高同型半胱氨酸血症高同型半胱氨酸血症泛酸泛酸辅酶辅酶A(CoA-SH)A(CoA-SH)转移酰基转移酰基未发现缺乏症未发现缺乏症生物素生物素生物素生物素羧化羧化未发现缺乏症未发现缺乏症叶酸叶酸四氢叶酸（四氢叶酸（FHFH4 4）转移一碳单位转移一碳单位巨幼红细胞贫血巨幼红细胞贫血维生素

44、维生素B B1212甲基钴胺素甲基钴胺素转移甲基转移甲基巨幼红细胞贫血巨幼红细胞贫血（一）酶的活性中心（一）酶的活性中心l概念：概念：由由必需基团必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有在空间结构上彼此靠近，组成具有特特定空间结构的区域定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产，能与底物特异结合并将底物转化为产物的部位物的部位l必需基团必需基团(essential group)l指指与酶活性密切相关的基团与酶活性密切相关的基团l催化基团催化基团l结合基团结合基团l活性中心外必需基团活性中心外必需基团必需基团必需基团底底 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

45、化基团催化基团 活性中心活性中心 （二）酶原与酶原的激活（二）酶原与酶原的激活l酶原酶原 (zymogen)l无活性的酶的前体称为酶原无活性的酶的前体称为酶原l酶原的激活酶原的激活l是指在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程是指在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程l实质实质是酶的活性中心形成或暴露的过程是酶的活性中心形成或暴露的过程 l 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义l避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定部位和环境中发挥作用，保证代谢正常进行在特定部位和环境中发挥作用，保证代谢正常进行l酶原可以视为酶的储存形式酶原可以视为酶的储存形

46、式赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝LDH在不同组织器官中含量与分布不同心肌LDH1为主，肝脏、骨骼肌LDH5为主l定义：定义：催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶l如：乳酸脱氢酶的同工酶如：乳酸脱氢酶的同工酶l同工酶生理及临床意义同工酶生理及临床意义心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5l在代谢调节上起着重在代谢调节上

47、起着重要的作用要的作用l是发育过程中阶段特是发育过程中阶段特有的代谢特征有的代谢特征l同工酶可以作为遗传同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研标志，用于遗传分析研究究l同工酶谱的改变有助同工酶谱的改变有助于疾病的诊断和预后判于疾病的诊断和预后判定定关键酶关键酶一般位于代谢途径的起始或分支处，催一般位于代谢途径的起始或分支处，催化单向不可逆反应化单向不可逆反应多酶体系中，多酶体系中，活性最低者称为活性最低者称为限速酶限速酶（四）酶活性的调节（四）酶活性的调节l调节方式：调节方式：变构调节和化学修饰调节变构调节和化学修饰调节变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)1. 变构

48、调节变构调节 (allosteric regulation)l 变构酶变构酶 (allosteric enzyme)l 变构部位变构部位 (allosteric site)l定义：定义：一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的某的某部分可逆地结合，使部分可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变酶的催化，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称活性，此种调节方式称变构调节变构调节。（四）酶活性的调节（四）酶活性的调节定义：定义：指酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团指酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性的过程，也称发生可逆的共

49、价结合，从而改变酶的活性的过程，也称为为酶的共价修饰酶的共价修饰l 常见类型常见类型l磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）l乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化l甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化（四）酶活性的调节（四）酶活性的调节l特点：特点：l无活性（或低活性）无活性（或低活性） 有活性（或高活性）有活性（或高活性）l快速、高效快速、高效 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白l 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 V=SV=S或或P/t (VP/t (V代表酶促反应

50、速度，主要是代表酶促反应速度，主要是酶促反应的初速度酶促反应的初速度) )V V受底物浓度、酶浓度、温度、受底物浓度、酶浓度、温度、pHpH、激活剂和、激活剂和抑制剂等因素影响抑制剂等因素影响研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定四、影响酶促反应速度的因素四、影响酶促反应速度的因素 l在其他因素不变，特别是酶浓度不变的情况下，底物在其他因素不变，特别是酶浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系l可用中间产物解释可用中间产物解释（一）底物浓度的影响（一）底物浓度的影响当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速

51、度与底物浓度成正比反应速度与底物浓度成正比随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例增加反应速度不再成正比例增加当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大反应速度反应速度不再增加，达最大反应速度VmaxVmax由由Michaelis和和Menten 于于1913年提年提出反应速度与出反应速度与底物底物关系的数学方程式，关系的数学方程式，简称米氏方程简称米氏方程lS：底物浓度底物浓度lV：不同不同S时的反应速度时的反应速度lVmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity) lm：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)

52、 VmaxS Km + S 米曼氏方程式米曼氏方程式底物浓度的影响底物浓度的影响 Km值值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度底物浓度 意义：意义：a) Km是酶的特征性常数之一是酶的特征性常数之一b) 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c) 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 底物浓度的影响底物浓度的影响当当SE，酶可被底物饱和的酶可被底物饱和的情况下，反应速度情况下，反应速度与酶浓度成正比与酶浓度成正比0 V E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 双重影响双重影响温度升高，反应

53、速度升高温度升高，反应速度升高温度达到一定之后，再升高温度达到一定之后，再升高可使反应速度降低可使反应速度降低l最适温度最适温度 (optimum temperature)：l指酶促反应速度最快时的环境指酶促反应速度最快时的环境温度温度l此温度不是酶的特征性常数，此温度不是酶的特征性常数，随作用时间的缩短，该温度可升高随作用时间的缩短，该温度可升高l低温的临床应用低温的临床应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 l酶的最适酶的最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810（四）（四）pH的影响的影响l环境环境pHpH主要通过影响主要通过影响E E和和S S的解离程度发挥作用的解离程度发挥作用l多数酶的最适多数酶的最适pHpH接近中性接近中性激活剂激活剂(activator)(activator)指使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加指使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质的物质必需激活剂必需激活剂 (essential act