生物化学课件全套

绪论

(Introduction)

生物化学(Biochemistry)是利用化学的原理与方法研究生物体的化学分子及化学反应的基础科学，从分子水平上探讨生命现象的本质，所以又称为生命的化学。简称生化。一、叙述生物化学阶段二、动态生物化学阶段三、分子生物学时期第一节生物化学的发展简史一、叙述生物化学阶段从十八世纪中叶到十九世纪末，主要研究生物体化学组成，发现生物体是由多种化学物质组成。包括：蛋白质（16-18％、）核酸（2％）、糖类（1-2％）、脂类（10-15％）、水（55-67％）、无机盐（3-4％）。发现了核酸，证实肽键的形成，化学合成了多肽。发现酵母发酵过程中存在“可溶性催化剂”---酶。二、动态生物化学阶段大约从20世纪初到50年代，此阶段用化学分析及同位素示踪技术等基本确定了生物体内主要物质代谢途径。主要的有：1932年，英国科学家Krebs发现了尿素合成的鸟氨酸循环；1937年，Krebs又发现了物质代谢的基本途径:三羧酸循环；1940年，德国科学家提出了糖酵解代谢途径。在生物能研究中，提出了生物能产生过程中的ATP循环学说。认识了酶的化学本质是蛋白质。三、分子生物学时期

从1953年至今。主要是基因的研究。物质代谢途径的研究继续发展，并重点进入了合成代谢和代谢调节的研究。

1、DNA的双螺旋结构被发现

1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构，标志着生物化学的发展进入分子生物学阶段。提出了遗传学的中心法则，破译了RNA分子中的遗传密码。50年代后期还揭示了蛋白质生物合成途径等。

2、DNA克隆使基因操作无所不能

70年代—建立了重组DNA技术。因此才具有了转基因动植物和基因敲除动物模型。

80年代—发现了核酶。

—发明了PCR技术；使人们能在体外高效率扩增DNA。3、基因组学及其他组学的研究

90年代—开始实施人类基因组计划，（包括物理图谱、遗传图谱、基因组DNA序列测定）2001年确定了人类基因组草图，完成了人类基因组测序。随后以基因编码蛋白质的结构与功能为重点的功能基因组研究迅速崛起，随后RNA组学、蛋白质组学、代谢组学、糖组学的研究不断提出。这些研究结果进一步加深人们对生命本质的认识，极大推动医学的发展。由于阐明人类基因组功能是一项多学科的任务，因而产生一门前景广阔的新兴学科—生物信息学。四、我国科学家对生化发展的贡献早在西方生物化学诞生之前，我国人民就用“曲”作“媒”发酵造酒、造醋。“曲”即酶。在近代我国生物化学家吴宪创立了血糖的测定方法称为吴宪法。1965年我国科学家首先合成了胰岛素。1981年合成酵母丙氨酰tRNA。近年在基因工程、蛋白质工程、疾病基因的研究等方面均取得了重要成果。1、生物分子的结构与功能

生物体是由各种化学物质组成，研究生物分子的结构和功能之间的关系。除了确定其一级结构外，更重要的是研究空间结构与功能的关系。分子结构、分子识别、分子间的相互作用。尤其是蛋白质、核酸、聚糖生物大分子的研究。这一领域的研究是当今生化研究的热点之一。第二节当代生物化学研究的主要内容2、物质代谢及其调节

生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈代谢。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。中间代谢是在细胞内进行的，最为复杂，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。生物体内信息传递的机制及信号转导网络的研究也是生化研究的重要课题。3、基因信息传递及其调控基因信息传递涉及到遗传、变异、生长、分化等多种生命活动。基因—

携带遗传信息的DNA片段。基因分子生物学除进一步研究DNA的结构与功能外，更重要的是研究复制、转录、翻译等信息传递过程机制及基因表达调控的规律。DNA重组、转基因、基因剔除、新基因克隆、人类基因组及功能基因组的研究将会推动这一领域的发展。生物化学与医学的发展密切相关，相互促进。近年来已渗透到医学各个领域。可用生物化学的理论与技术解决各学科的问题。尤其是用生物化学的理论与技术诊断、治疗和预防疾病。第三节生物化学与医学学习内容：分三大篇：第一篇:生物大分子的结构与功能。第二篇:物质代谢及调节第三篇:基因信息的传递专题篇：15章细胞信号转导

21章常用分子生物学技术原理及应用。学习方法

1、抓住特点，记住要点；侧重于反应性质、条件及生理意义。

2、纲目清楚，才能多而不乱；先抓各章框架后填内容。

3、循序渐进，前后联系；

4、适当归纳对比。

“读”“思”“联”

27/蛋白质的结构与功能第一章StructureandFunctionofProtein什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质的生物学作用分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。1.是生物体重要组成成分作为生物催化剂（酶）免疫保护作用物质的转运和存储运动与支持作用参与细胞间信息传递2.氧化供能3.其他重要的生物学功能蛋白质的分子组成

TheMolecularComponentofProtein第一节组成蛋白质的元素所有蛋白质均含有C、H、O、N。

有些蛋白质含有少量的S、磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×10016%蛋白质元素组成的特点一、组成人体蛋白质的20种氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，除甘氨酸外，均属L-氨基酸。除脯氨酸外，均属α-氨基酸H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H氨基酸的旋光异构L-甘油醛

D-甘油醛氨基酸的结构特点是：

①20种aa中除脯aa为环状亚aa外，其余均符合上述通式；

②除甘aa外，其它aa的α-碳原子都是不对称碳原子，均为L-α-aa。

③既有酸性的羧基（α-COOH），也具有碱性的氨基（α-NH2），故为两性电解质。

④不同aa的R基团不同，其分子量、理化性质各不相同。非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸TyrTrp(四)侧链含负性解离基团的aa是酸性氨基酸天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22赖氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76组氨酸

histidineHisH

7.594.碱性氨基酸目录(五)侧链含正性解离基团的aa属于碱性氨基酸

结构式中文名英文名三字一字等电点符号符号（PI）几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2

半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。

等电点(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子

pI=1/2(pK1+pK2)兼性离子两侧的PK值相加除2（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收吸收强度比较：Trp>Tyr>Phe

（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的

-羧基与另一个氨基酸的

-氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。N末端：多肽链中有游离α-氨基的一端C末端：多肽链中有游离α-羧基的一端多肽链有两端：多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。N末端C末端牛核糖核酸酶蛋白质就是由氨基酸组成的多肽链，一般50个氨基酸以上。50个氨基酸以下的称为多肽。胰岛素51个氨基酸就是蛋白质。二39个氨基酸的促肾上腺皮质激素就称为多肽。实质上多肽与蛋白质的区别在于有无三级结构。（二）体内存在多种重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+GSH与GSSG间的转换

体内许多激素属寡肽或多肽

神经肽(neuropeptide)：脑啡肽，内啡肽，强啡肽。在神经传导过程中起信号转导作用的肽类2.多肽类激素及神经肽蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节蛋白质的分子结构包括:

高级结构一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构主要的化学键:肽键，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。二、多肽链的局部主链构象为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

。定义:

主要的化学键：氢键

（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上参与肽键的6个原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，C

1和C

2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元

(peptideunit)

。（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上参与肽键的6个原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，C

1和C

2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元

(peptideunit)

。肽键C-N键长0.132nmC-N单键长0.149nmC=N双键长0.127nm

肽键平面的特点

1、具有顺式和反式结构

2、肽键具有半双键性质

3、构成肽键平面的六个元素在同一平面上相邻的a碳原子呈反式构型

-螺旋(

-helix)

-折叠(

-pleatedsheet)

-转角(

-turn)无规卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构蛋白质二级结构

-螺旋

⑴为一右手螺旋；⑵螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm；⑶螺旋以氢键维系。⑷R基团影响α-螺旋的形成。

α-螺旋的结构特征为：0.54nm（三）

-折叠使多肽链形成片层结构

-折叠使多肽链形成片层结构特征为：⑴由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构；有顺反两种形式。⑵主链骨架伸展呈锯齿状；R侧链分布于片层上下。⑶借相邻主链之间的氢键维系。（四）

-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在

-转角

⑴主链骨架本身以大约180°回折;⑵回折部分通常由四个氨基酸残基构成;⑶构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。

无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。（五）模体是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。二级结构组合常见形式有3种：αα，βαβ，ββ。二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体(motif)

。模体是具有特殊功能的超二级结构。钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构α-螺旋-β转角（或环）-α-螺旋模体链-β转角-链模体链-β转角-α-螺旋-β转角-链模体模体常见的形式锌指结构2个Cys和2个His分别位于正四面体的顶角，与四面体中心的锌离子配价结合，在Cys和His之间有12个aa残基，形成手指壮结构。一个蛋白质分子可有2—9个锌指重复单位，一个锌指以指部伸入DNA的双螺旋的深沟，接触5个核苷酸亮氨酸拉链

见于真核生物DNA结合蛋白质的C端，与癌基因表达调控有关。两条肽链呈钳状与DNA结合。

亮氨酸拉链

两组平行走向的带亮氨酸的α－螺旋形成对称的二聚体，每条链上的亮氨酸有规律的每隔7个aa就出现一次（两圈，每圈3.6aa）其侧链上的R－基团的分支，刚好互相交错排列，形成拉链状结构。α螺旋Leu側链位于α螺旋的疏水面,呈拉链状排列（basicleucinezipper–bZIP)α－螺旋与β－折叠间隔排列螺旋－转角（环）－螺旋（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。肽链的氨基酸残基的R侧链影响二级结构的形成。

影响α-螺旋稳定的因素有：

⑴极大的侧链基团（存在空间位阻）；

⑵连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；

⑶有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键）三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。疏水键为主。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置

肌红蛋白(Mb)N端C端纤连蛋白分子的结构域（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域(domain)

。（三）分子伴侣参与蛋白质折叠分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。分子伴侣(chaperon)是细胞内一类可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。目前参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为三类：①热休克蛋白70（Hsp70）②伴侣蛋白③核质蛋白分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成也起一定的作用。

亚基之间的结合主要是氢键、离子键等非共价键。四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构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，称为蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。4subunits血红蛋白的四级结构蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠Primary

structureSecondary

structure蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构蛋白质的四级结构是亚基的空间排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure五、蛋白质的分类根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分根据蛋白质形状:纤维状蛋白质球状蛋白质六、蛋白质组学（一）蛋白质组学基本概念蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。（二）蛋白质组学研究技术平台

蛋白质组学是高通量，高效率的研究:双向电泳分离样品蛋白质蛋白质点的定位、切取蛋白质点的质谱分析

能解析蛋白质表达与功能的全貌。作为阐明多种疾病发生、发展机制的平台。寻找用于基因诊断、治疗的靶基因或靶蛋白。（三）蛋白质组学研究的科学意义蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能胰岛素氨基酸残基序号A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla马ThrSerIleAla（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

这种由基因的改变而引起蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。CTCCAC肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基血红素结构二、蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似肌红蛋白与血红蛋白的结构目录Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negativecooperativity)T型（紧张态）O2R型（松弛态）

(Tensestate)(Relaxedstate)

与氧亲和力小与氧亲和力大H＋、CO2、2.３－BPGO2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。变构效应(allostericeffect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。（三）蛋白质构象改变可引起疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病疯牛病中的蛋白质构象改变第四节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子ProCOOHNH3＋ProCOO－NH3＋ProCOO－NH2ProCOOHNH2二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。颗粒表面电荷水化膜蛋白质胶体稳定的因素:+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质、免疫学特点改变和生物活性的丧失。蛋白质的变性(denaturation)造成变性的因素:如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

变性的本质:——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。变性蛋白质的性质改变：

①溶解度下降、②粘度升高、③光吸收度增加等；

④生物学性质：原有生物学活性丧失、⑤抗原性改变。

应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。

若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation)。

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性在一定条件下，蛋白质疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用(proteincoagulation)四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量茚三酮反应(ninhydrinreaction)双缩脲反应(biuretreaction)第五节蛋白质的分离纯化与结构分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。透析(dialysis)超滤法利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。Dialysis:size,semipermeablemembrane二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法有机溶剂沉淀蛋白质：破坏水化膜①脱水作用；②使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低

。蛋白质沉淀后，应立即分离。如：用丙酮、乙醇等。盐析(saltprecipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等中性盐加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。三、利用荷电性质可用电泳法将蛋白质分离蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术,称为电泳(elctrophoresis)

。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量的测定。等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。几种重要的蛋白质电泳:SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。层析(chromatography)分离蛋白质的原理离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。凝胶过滤(gelfiltration)又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。蛋白质分离常用的层析方法凝胶过滤（分子筛）凝胶过滤层析系统五、利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离超速离心法(ultracentrifugation)既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。

蛋白质在离心场中的行为用沉降系数(sedimentationcoefficient,S)表示，沉降系数与蛋白质的密度和形状相关。因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。六、应用化学或反向遗传学方法可分析多肽链的氨基酸序列分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基把肽链水解成片段，分别进行分析测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。一)Sanger

反应

2.4一二硝基氟苯（DNFB）DNP-氨基酸，黄色，层析法鉴定，被Sanger用来测定多肽的NH2末端氨基酸二)羧基端氨基酸用羧肽酶降解三)Edman反应苯异硫氰酸酯，PITC

苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸），无色，可以用层析法分离鉴定。被Edman用来鉴定多肽的NH2末端氨基酸酸处理四)通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因测定DNA序列排列出mRNA序列七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定二级结构测定通常采用圆二色光谱(circulardichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。

-螺旋的CD峰有222nm处的负峰、208nm处的负峰和198nm处的正峰三个成分；而

-折叠的CD谱不很固定。三级结构测定X射线衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技术(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。同源模建：将待研究的序列与已知结构的同源蛋白质序列对齐——补偿氨基酸替补、插入和缺失——通过模建和能量优化计算，产生目标序列三维结构。序列相似性越高，预测的模型也越准确。折叠识别：通过预测二级结构、预测折叠方式和参考其它蛋白的空间结构，从而产生目标序列的三维结构。从无到有：根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，加上各种作用力力场信息，直接产生目标序列三维结构。根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构：本章重点内容酸性氨基酸——Asp、Glu碱性氨基酸——Lys、Arg、His氨基酸或蛋白质的等电点（概念）蛋白质的紫外吸收性质——Tyr、Trp蛋白质的一、二、三、四级结构（概念）肽单元、模体、结构域、分子伴侣（概念）二级结构的形式;超二级结构（概念）变构效应（概念）蛋白质的变性（概念）盐析（概念）蛋白质结构与功能的关系

复习思考题：

1、蛋白质的二级结构有哪些？

2、模体与结构域？分子伴侣？

3、两性电离与等电点？

4、蛋白质变性与变构的比较？

5、多肽和蛋白质的区别？

6、维系蛋白质一级和空间结构的力量？

7、什么是蛋白质的变构作用？

8、蛋白质结构与功能的关系？

9、氨基酸、蛋白质的理化性质？第二章

核酸的结构与功能StructureandFunctionofNucleicAcid核酸(nucleicacid)

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。核酸的分类及分布存在于细胞核和线粒体分布于细胞核、细胞质、线粒体(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸

核糖核酸携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。是DNA转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体第一节核酸的化学组成及其一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核酸组成分子组成碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基(base)是含氮的杂环化合物。碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中碱基嘌呤(purine，Pu)

腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)脱氧核苷嘌呤N-9

或嘧啶N-1与脱氧核糖C-1

通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。

嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1

通过β-N-糖苷键相连形成核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键多磷酸核苷酸环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物二、DNA是脱氧核苷酸通过3

,5

-磷酸二酯键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5

的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiesterbond)。

多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。5´-末端3´-末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架(backbone)。DNA链的方向是5

→3

三、RNA也是具有3

,5

-磷酸二酯键的线性大分子RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。5′端3′端CGA四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序AGP5

PTPGPCPTPOH3

书写方法：5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase)数目来表示。小的核酸片段(<50bp)常被称为寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基。DNA和RNA的区别核糖G、C、A、URNA脱氧核糖G、C、A、TDNA碱基核糖核酸第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNADNA的空间结构又分为二级结构(secondarystructure)和高级结构。DNA的空间结构(spatialstructure)构成DNA的所有原子在三维空间具有确定的相对位置关系。一、DNA的二级结构是双螺旋结构不同生物种属的DNA的碱基组成不同同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同。[A]=[T]，[G]=[C]Chargaff规则（一）DNA双螺旋结构的研究背景获得了高质量的DNA分子的X射线衍射照片。提出了DNA分子双螺旋结构(doublehelix)模型。两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行(anti-parallel)。两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺旋(right-handed)的结构。双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm，每个螺旋10.5个碱基对。脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。双螺旋结构的表面形成了一个大沟(majorgroove)和一个小沟(minorgroove)。（二）DNA双螺旋结构模型要点1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构3.54nm2.37nm0.354nm2.DNA双链之间形成了互补碱基对碱基配对关系称为互补碱基对(complementarybasepair)。DNA的两条链则互为互补链(complementarystrand)。碱基对平面与螺旋轴垂直。碱基互补配对:鸟嘌呤/胞嘧啶碱基互补配对:腺嘌呤/胸腺嘧啶相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力(basestackinginteraction)。碱基堆积力（纵向）和互补碱基对的氢键（横向）共同维系着DNA结构的稳定。3.维系着DNA双螺旋结构的稳定的力量。DNA二级结构（三）DNA双螺旋结构的多样性旋向螺距(nm)碱基数（每圈）螺旋直径（nm）骨架走行存在条件A型右手2.3112.5平滑体外脱水B型右手3.410.52.3平滑DNA生理条件Z型左手4.5121.8锯齿型CG序列三种DNA构型的比较二、DNA的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构(superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。

（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。DNA超螺旋结构的电镜图象（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的结构真核生物DNA以非常有序的形式存在于细胞核内。在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质(chromatin)形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体(chromosome)。DNA染色质呈现出的串珠样结构。染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。DNA染色质的电镜图像DNA：约200bp

组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体的组成核小体串珠样的结构双链DNA的折叠和组装DNA经过多次折叠，被压缩了8000～10000倍，组装在直径只有为数微米的细胞核内。真核生物的染色体DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。三、DNA是遗传信息的物质基础第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNARNA的种类、分布、功能信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白质的模板。不均一核RNA(hnRNA)含有内含子(intron)和外显子(exon)。外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列。hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白质合成中的模板hnRNA内含子(intron)mRNAmRNA成熟过程

外显子(exon)从AUG开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码(codon)。成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。5

-末端的帽子(cap)结构和3

-末端的多聚A尾(poly-Atail)结构。成熟的真核生物mRNA帽子结构:m7GpppNm（一）大部分真核细胞mRNA的5'末端都以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白(capbindingprotein，CBP)结合。真核生物的mRNA的3-末端转录后加上一段长短不一的聚腺苷酸。（二）在真核生物mRNA的3

末端有多聚腺苷酸结构mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能（三）mRNA依照自身的碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序的合成从mRNA分子5'末端起的第一个AUG开始，每3个核苷酸为一组称为密码子(codon)或三联体密码(tripletcode)。AUG被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子则称为终止密码子。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框(openreadingframe,ORF)，决定了多肽链的氨基酸序列。（四）mRNA的成熟过程是hnRNA的剪接过程卵清蛋白mRNA的成熟转运RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体,将氨基酸转呈给mRNA。由74～95核苷酸组成；占细胞总RNA的15%；具有很好的稳定性。二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体（一）tRNA中含有多种稀有碱基tRNA具有局部的茎环(stem-loop)结构或发卡(hairpin)结构。（二）tRNA具有茎环结构tRNA的二级结构——三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环TψC环附加叉tRNA的倒L三级结构tRNA的3-末端都是以CCA结尾。3-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸的载体。不同的tRNA可以结合不同的氨基酸。（三）tRNA的3-末端连接氨基酸tRNA的反密码子环上有一个由三个核苷酸构成的反密码子(anticodon)。tRNA上的反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子。（四）tRNA的反密码子识别mRNA的密码子核蛋白体RNA(ribosomalRNA，rRNA)是细胞内含量最多的RNA(>80％)。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。三、以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.8S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%大肠杆菌的核蛋白体蛋白质合成时形成的复合体RNA组学是研究细胞内snmRNA的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时空状态下snmRNAs表达谱的变化，以及与功能之间的关系。四、snmRNA参与了基因表达的调控细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。snmRNAs核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

参与hnRNA的加工剪接、核酶、基因表达调控等snmRNAs的种类snmRNAs的功能核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，这种具有催化作用的小RNA亦被称为核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalyticRNA)。siRNA是生物宿主对外源侵入的基因表达的双链RNA进行切割所产生的特定长度和特定核酸序列的小片段RNA。siRNA可以与外源基因表达的mRNA相结合，并诱发这些mRNA的降解。基于此机理，人们发明了RNA干扰(RNAinterference，RNAi)技术。小片段干扰RNA核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节核酸的酸碱及溶解度性质核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸的高分子性质粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA沉降行为:不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础。核酸在波长260nm

处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收碱基的紫外吸收光谱DNA或RNA的定量A260=1.0相当于50μg/ml双链DNA(dsDNA)40μg/ml单链DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸确定样品中核酸的纯度

纯DNA:A260/A280=1.8

纯RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的应用二、DNA变性是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。协同性的DNA解链高温或极端的pHDNA的变性部分变性DNA的电镜图像增色效应(hyperchromiceffect)：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。DNA解链时的紫外吸收变化DNA的解链曲线连续加热DNA的过程中以温度相对于A260值作图，所得的曲线称为解链曲线。解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。解链温度(meltingtemperature，Tm)G+C含量越高，解链温度就越高。Tm=69.3+0.41×(G+C)/(G+C+A+T)解链曲线的变化三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为DNA复性(renaturation)

。减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing)

。不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)的过程。这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。核酸分子杂交(hybridization)

核酸分子杂交研究DNA分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。核酸分子杂交的应用第五节

核酸酶

Nuclease依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA。依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。5’5’3’3’外切位点外切位点内切位点内切位点第三章

酶（Enzyme）酶的概念目前将生物催化剂分为两类:

酶、核酶（脱氧核酶）酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。第一节

酶的分子结构与功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme酶的不同形式:单体酶(monomericenzyme)：仅具有三级结构的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系(multienzymesystem)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶(tandemenzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)

金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)全酶分子中各部分在催化反应中的作用: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金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。

金属激活酶(metal-activatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。金属离子是最多见的辅助因子金属离子的作用：传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称所含的维生素氢原子（质子）NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素PP）之一NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素PP）之一FMN（黄素单核苷酸）维生素B2（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2（核黄素）醛基TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1（硫胺素）酰基辅酶A（CoA）泛酸硫辛酸硫辛酸烷基钴胺素辅酶类维生素B12二氧化碳生物素生物素氨基磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素B6之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位四氢叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

VitB2FMNAMPFADⅠⅡⅢ焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,TPP)硫胺素(thiamine)泛酸4-磷酸泛酰巯基乙胺CoA的结构式辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prostheticgroup)。辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。必需基团(essentialgroup)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。酶的活性中心(activecenter)活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心是一裂隙，可以容纳肽多糖的6个单糖基（A，B，C，D，E，F），并与之形成氢键和vanderwaals力。催化基团是35位Glu，52位Asp；101位Asp和108位Trp是结合基团。三、同工酶同工酶(isoenzyme)是指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。定义根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脱氢酶的同工酶举例1举例2BBBMMMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑心肌骨骼肌肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶第二节

酶的工作原理

TheMechanismofEnzymeAction在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点：（一）酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。酶的催化效率可用酶的转换数(turnovernumber)

来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子单位时间内将底物转化为产物的分子数。

一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性(absolutespecificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。相对特异性(relativespecificity)：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。（三）酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)

实现的。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能

一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变

（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态酶底物复合物E+SE+PES(过渡态)诱导契合作用使酶与底物密切结合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(induced-fit)

。酶的诱导契合动画羧肽酶的诱导契合模式底物2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。邻近效应与定向排列：酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surfaceeffect)。3.表面效应使底物分子去溶剂化（三）酶的催化机制呈多元催化作用一般酸-碱催化作用(generalacid-basecatalysis)

酶活性中心的基团作为质子的供体或受体，参与质子的转移。2.共价催化作用(covalentcatalysis)

酶活性中心的催化基团与底物形成瞬间的共价键，并迅速解离成酶和产物。3.

亲核催化作用(nucleophiliccatalysis)

酶活性中心的基团可以提供电子给带正电荷的过渡态中间物，加速产物的生成。第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。影响酶促反应的因素包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线在其他因素不变的情况