生物化学课件

蛋白質的結構與功能

StructureandFunctionofProteinProtein——

來自希臘字母，意思是“頭等重要的，原始的”蛋白質——

來源於對蛋清（清蛋白）的研究

分佈廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，占人體幹重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。

1833年

Payen和Persoz分離出澱粉酶。1864年

Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，並將其製成結晶。19世紀末

Fischer證明蛋白質是由氨基酸組成的，並將氨基酸合成了多種短肽

。1938年德國化學家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一詞來描述蛋白質。

大事記：1951年

Pauling採用X（射）線晶體衍射發現了蛋白質的二級結構——α-螺旋(α-helix)。

1953年FrederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年

JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結構。20世紀90年代以後後基因組計畫。一、什麼是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。1）酶的生物催化作用二、蛋白質具有重要的生物學功能2）調控作用參與基因調控：組蛋白、非組蛋白等參與代謝調控：如激素或生長因數等3）運動與支持機體的結構蛋白：頭髮、骨骼、牙齒、肌肉等4）參與運輸貯存的作用血紅蛋白——運輸氧銅藍蛋白——運輸銅鐵蛋白——贮存铁5）免疫保護作用抗原抗體反應凝血機制6）參與細胞間資訊傳遞信號傳導中的受體、資訊分子等7）氧化供能蛋白質的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節

組成蛋白質的元素

有些蛋白質還含有少量的P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se、I等。

C50~55%H6~7%O19~24%N13~19%S0~4%主要元素組成

各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。

由於體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數×6.25×1001/16%

蛋白質元素組成的特點凱氏定氮法：一、氨基酸

——

組成蛋白質的基本單位存在自然界中的氨基酸有300餘種，但組成人體蛋白質的基本氨基酸僅有20種H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

基本氨基酸中，除脯氨酸和甘氨酸外其餘均屬於L-α-氨基酸。例外：Pro——

亞氨基酸Gly——

沒有手性非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸鹼性氨基酸（一）氨基酸的分類分類依據：R側鏈基團的結構及理化性質的不同甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬醯胺

asparagineAsnN

5.41

穀氨醯胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸——側鏈基團在中性溶液中解離後帶負電荷。3.酸性氨基酸Glu，Asp天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.224.鹼性氨基酸His，Arg，Lys——側鏈基團在中性溶液中解離後帶正電荷。組氨酸

His（H）

7.59賴氨酸Lys（K）

9.74精氨酸

Arg（R）

10.76另外：1、蛋白質中的很多氨基酸是經過加工修飾的——修飾氨基酸如：脯氨酸羥基化成羥脯氨酸

賴氨酸羥基化成羥賴氨酸2、半胱氨酸Cys常以胱氨酸的形式存在

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH（二）氨基酸的理化性質1.兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決於所處溶液的酸鹼度。+OH-+H++OH-+H+pH<pI陽離子pH=pI氨基酸的兼性離子

pH>pI陰離子等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。2.紫外吸收

色氨酸和酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。紫外分分光度法：

大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收3．顯色反應

茚三酮反應：氨基酸可與茚三酮縮合產生藍紫色化合物，最大吸收峰在570nm。該反應可作為蛋白質定性、定量分析的基礎。二、肽（一）肽(peptide)

肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。+-HOH甘氨醯甘氨酸肽鍵肽鍵(peptidebond)：是由一個氨基酸的

-羧基與另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學鍵，本質為醯胺鍵。氨基酸殘基(residue):肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基。*兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……*由十個以內氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有方向性：Ala-Tyr-Asp-GlyNCN端C端N末端C末端牛核糖核酸酶（二）幾種生物活性肽1.穀胱甘肽(glutathione,GSH)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH有抗氧化劑的作用，可還原細胞內產生的過氧化氫穀胱甘肽的生理功用：解毒作用：參與氧化還原反應：保護巰基酶的活性：抗氧化劑作用，維持紅細胞膜的穩定：

體內許多激素屬寡肽或多肽

神經肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經肽三、蛋白質的分類

*根據蛋白質組成成分單純蛋白質：如，血清清蛋白結合蛋白質=蛋白質部分+非蛋白質部分如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金屬蛋白等*根據蛋白質形狀纖維狀蛋白質：多為結構蛋白，難溶於水球狀蛋白質：多數具有生理活性，多數可溶如酶、免疫球蛋白等等分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核酸核糖體磷蛋白磷酸基團酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細胞色素c黃素蛋白黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶金屬蛋白鐵鐵蛋白鋅乙醇脫氫酶鈣鈣調蛋白錳丙酮酸羧化酶銅細胞色素氧化酶結合蛋白質及其輔基蛋白質的分子結構

TheMolecularStructureofProtein

第二節蛋白質是由許多氨基酸單位通過肽鍵連接起來的，具有特定分子結構的高分子化合物。構象是由於有機分子中單鍵的旋轉所形成的。蛋白質的構象通常由非共價鍵（次級鍵）來維繫蛋白質的分子結構包括（人為劃分）

一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)高級結構定義：蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。(包括蛋白質分子中所有的二硫鍵的位置）二、蛋白質的一級結構主要的維繫鍵：肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。

一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素三、蛋白質的二級結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，並不涉及氨基酸殘基側鏈的構象

。定義

主要的維繫鍵：

氫鍵

由於C=O雙鍵中的π電子雲與N原子上的未共用電子對發生“電子共振”，使肽鍵具有部分雙鍵的性質，不能自由旋轉。蛋白質立體結構原則肽鍵平面——由於肽鍵具有部分雙鍵的性質，使參與肽鍵構成的六個原子被束縛在同一平面上，這一平面稱為肽鍵平面或肽單元。（一）肽單元由於α-碳原子與其他原子之間均形成單鍵，因此兩相鄰的肽鍵平面可以作相對旋轉(二）蛋白質二級結構的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉角(

-turn)

無規捲曲(randomcoil)

1.α-螺旋：α-螺旋是多肽鏈的主鏈原子沿一中心軸盤繞所形成的有規律的螺旋構象

結構特徵：

⑴為一右手螺旋，側鏈伸向螺旋外側

⑵螺旋每圈包含3.6個氨基酸殘基,螺距0.54nm；

⑶螺旋以氫鍵維繫（氨基酸的N-H和相鄰第四個氨基酸的羰基氧C=O之間。氫鍵方向與螺旋軸基本平行）

2.

-折疊β-折疊是由若干肽段或肽鏈排列起來所形成的扇面狀片層構象β-折疊包括平行式和反平行式兩種類型結構特徵：⑴由若干條肽段或肽鏈平行或反平行排列組成片狀結構；⑵主鏈骨架伸展呈鋸齒狀；⑶涉及的肽段較短，一般為5～10個氨基酸殘基；⑷借相鄰主鏈之間的氫鍵維繫。3.

-轉角

是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級結構無規捲曲是用來闡述沒有確定規律性的那部分肽鏈結構。

4.無規捲曲（三）模體(motif)在許多蛋白質分子中，可發現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，被稱為模體

鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體螺旋－折疊－折疊2個His和2個Cys與Zn離子結合螺旋區與DNA結合鋅指結構（四）氨基酸殘基的側鏈對二級結構形成的影響蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成

-螺旋或β-折疊，它就會出現相應的二級結構。

四、蛋白質的三級結構疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的維繫鍵：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一）定義

肌紅蛋白(Mb)

N端C端

為單肽蛋白質，含有153個氨基酸，有8個螺旋區三級結構是蛋白質結構的基礎對於單一多肽鏈的蛋白質，三級結構是它的最高級結構，只有具有完整的三級結構，才具有全部的生物學功能（二）結構域大分子蛋白質的三級結構常可分割成一個或數個球狀或纖維狀的區域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結構域(domain)。（三）分子伴侶(chaperon)分子伴侶通過提供一個保護環境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構.*可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨後鬆開，如此重複進行可防止錯誤的聚集發生，使肽鏈正確折疊。*可與錯誤聚集的肽段結合，使之解聚後，再誘導其正確折疊。*在蛋白質分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。伴侶蛋白在蛋白質折疊中的作用五、蛋白質的四級結構亞基(subunit)

有些蛋白質分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結構，稱為蛋白質的亞基。

胰島素受體：由4個亞基組成(α2β2)，α亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個單體形成二聚體(dimer)。

亞基之間的結合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的佈局和相互作用，稱為蛋白質的四級結構。血紅蛋白的四級結構

血紅蛋白的四個亞基緊密結合，亞基之間的維繫鍵是亞基之間的8個鹽鍵蛋白質結構與功能的關係TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構與功能的關係

牛核糖核酸酶的一級結構二硫鍵

天然狀態，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態，無活性從細胞色素c的一級結構看生物進化物種進化過程中越接近的生物，細胞色素的一級結構越相似一級結構相似的多肽或蛋白質，其空間構象以及功能也相似。

（二）一級結構與功能的關係例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)由於單個氨基酸的變化引起血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發生聚集，使紅細胞變為鐮刀狀

這種由蛋白質分子發生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。重要蛋白質氨基酸序列的改變可引起疾病二、蛋白質空間結構與功能的關係

肌紅蛋白Mb血紅蛋白HbHb與Mb一樣能可逆地與O2結合，Hb與O2結合後稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構象變化與結合氧肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線*協同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合後，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現象，稱為協同效應。如果是促進作用則稱為正協同效應(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協同效應

(negativecooperativity)血紅蛋白的四個亞基緊密結合，亞基之間的維繫鍵是亞基之間的8個鹽鍵Hb未與O2結合的時候，Fe2+位於卟啉環平面外側，與F8His連接，當第一個O2與Fe2+結合後，被拉到平面中，使得牽動F8螺旋片段，導致亞基之間鹽鍵斷裂、結合變鬆弛，使易於與第二個亞基結合O2血紅素與氧結合後，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。變構效應與協同效應協同效應：一個亞基與其配體（O2）結合後，可影響寡聚體中另一亞基與配體的結合能力的現象稱為協同效應起促進作用的，為正協同效應起抑制作用的，為負協同效應別構效應：由於小分子（O2）與大分子（Hb）亞基結合，導致蛋白質分子構象改變及功能變化的現象稱為別構效應。小分子物質，稱為別構效應劑（三）蛋白質構象改變與疾病蛋白質構象疾病：若蛋白質的折疊發生錯誤，儘管其一級結構不變，但蛋白質的構象發生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發生。蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊後相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的澱粉樣纖維沉澱，產生毒性而致病，表現為蛋白質澱粉樣纖維沉澱的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆症、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病中的蛋白質構象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病第四節蛋白質的理化性質與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein（一）蛋白質的兩性電離一、理化性質蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。*蛋白質的等電點(isoelectricpoint,pI)當蛋白質溶液處於某一pH時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，淨電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點（二）蛋白質的膠體性質蛋白質屬於生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒範圍之內。*蛋白質膠體穩定的因素：顆粒表面電荷(電荷層）水化膜+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質不穩定的蛋白質顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉（三）蛋白質的變性、沉澱和凝固*蛋白質的變性(denaturation)在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。

造成變性的因素如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強鹼、重金屬離子及生物鹼試劑等。

變性的本質——

破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構。

應用舉例臨床醫學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質製劑（如疫苗等）的必要條件。

變性蛋白質的性質改變：①物理性質：光性改變，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等；②化學性質：官能團反應性增加，易被蛋白酶水解。③生物學性質：原有生物學活性喪失，抗原性改變。若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素後，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為複性(renaturation)。

天然狀態，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態，無活性*蛋白質沉澱在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質易於沉澱，有時蛋白質發生沉澱，但並不變性。*蛋白質的凝固作用(proteincoagulation)蛋白質變性後的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶於強酸和強鹼中。

（四）蛋白質的紫外吸收由於蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特徵性吸收峰。蛋白質的OD280與其濃度呈正比關係，因此可作蛋白質定量測定。（五）蛋白質的呈色反應⒈茚三酮反應(ninhydrinreaction)

蛋白質經水解後產生的氨基酸也可發生茚三酮反應。⒉雙縮脲反應(biuretreaction)蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解程度。二、蛋白質的分離和純化（一）透析及超濾法*透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質與小分子化合物分開的方法。*超濾法

應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質溶液的目的。（二）丙酮沉澱、鹽析及免疫沉澱*使用丙酮沉澱時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍於蛋白質溶液體積。蛋白質被丙酮沉澱後，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉澱。*鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質沉澱。*

免疫沉澱法：將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白，並形成抗原抗體複合物的性質，可從蛋白質混合溶液中分離獲得抗原蛋白。（三）電泳蛋白質在高於或低於其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技術,稱為電泳(elctrophoresis)。根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

幾種重要的蛋白質電泳*SDS-聚丙烯醯胺凝膠電泳，常用於蛋白質分子量的測定。*等電聚焦電泳，通過蛋白質等電點的差異而分離蛋白質的電泳方法。*雙向凝膠電泳是蛋白質組學研究的重要技術。PAGE電泳結果（四）層析層析(chromatography)分離蛋白質的原理待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固態物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋白質顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質組分在兩相中反復分配，並以不同速度流經固定相而達到分離蛋白質的目的。主要的層析技術有離子交換層析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等。蛋白質分離常用的層析方法*離子交換層析：利用各蛋白質的電荷量及性質不同進行分離。*凝膠過濾(gelfiltration)又稱分子篩層析，利用各蛋白質分子大小不同分離。（五）超速離心

ultracentrifugation*既可以用來分離純化蛋白質也可以用作測定蛋白質的分子量。*蛋白質在離心場中的行為用沉降係數(sedimentationcoefficient,S)表示,沉降係數與蛋白質的密度和形狀相關。因為沉降係數S大體上和分子量成正比關係，故可應用超速離心法測定蛋白質分子量，但對分子形狀的高度不對稱的大多數纖維狀蛋白質不適用。三、多肽鏈中氨基酸序列分析分析已純化蛋白質的氨基酸殘基組成測定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進行分析測定各肽段的氨基酸排列順序，一般採用Edman降解法一般需用數種水解法，並分析出各肽段中的氨基酸順序，然後經過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結果。通過核酸來推演蛋白質中的氨基酸序列按照三聯密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質的基因測定DNA序列排列出mRNA序列四、蛋白質空間結構測定*二級結構測定通常採用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測定溶液狀態下的蛋白質二級結構含量。

-螺旋的CD峰有222nm處的負峰、208nm處的負峰和198nm處的正峰三個成分；而

-折疊的CD譜不很固定。*三級結構測定X射線衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技術(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白質三維空間結構最準確的方法。核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳資訊。一、核酸的發現和研究工作進展

1868年FridrichMiescher從膿細胞中提取“核素”1944年

Avery等人證實DNA是遺傳物質1953年

Watson和Crick發現DNA的雙螺旋結構1968年Nirenberg發現遺傳密碼1975年Temin和Baltimore發現逆轉錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法1985年Mullis發明PCR技術1990年美國啟動人類基因組計畫(HGP)

1994年中國人類基因組計畫啟動2001年美、英等國完成人類基因組計畫基本框架二、核酸的分類及分佈

90%以上分佈於細胞核，其餘分佈於線粒體、葉綠體、質粒等。分佈於胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)去氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳資訊，決定細胞和個體的基因型(genotype)。參與細胞內DNA遺傳資訊的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳資訊的載體。第一節核酸的化學組成及其一級結構TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸的化學組成1.元素組成C、H、O、N、P（9－10%）2.分子組成——

堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——

戊糖(ribose)：核糖，去氧核糖——

磷酸(phosphate)基嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)DNA中含有的堿基是：ATCG

RNA中含有的堿基是：AUCG

紫外吸收的特性（共軛雙鍵）吸收波長：260nm

用於定量測定戊糖（構成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（構成DNA）去氧核糖(deoxyribose)核苷：AR,GR,UR,CR去氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的結構1.核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（去氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（去氧核苷）。1´1核苷：戊糖與含氮堿基脫水縮合而生成糖苷鍵β1’β1’N9N1C-N鍵假尿嘧啶（Ψ）核苷的糖苷鍵不是C-N鍵，而是C-C鍵核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP去氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)的結構與命名核苷（去氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（去氧核苷酸）。

核苷酸的結構與命名體內重要的游離核苷酸及其衍生物

含核苷酸的生物活性物質：

NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP

多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP

環化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+5´端3´端3.核苷酸的連接

核苷酸之間以3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA二、核酸的一級結構定義:核酸中核苷酸的排列順序。由於核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGAA

G

P5

PT

PG

PC

PT

POH3

書寫方法5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

核酸具有方向性，一端稱為5’-端，另一端稱為3’-端第二節DNA的空間結構與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA一、DNA的二級結構——雙螺旋結構（一）DNA雙螺旋結構的研究背景

堿基組成分析Chargaff規則：[A]=

[T][G]

[C]

堿基的理化數據分析A-T、G-C以氫鍵配對較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析（二）DNA雙螺旋結構模型要點（Watson,Crick,1953）DNA分子是反向平行的互補雙鏈結構；骨架：-去氧核糖-磷酸-

堿基：“掛”在主鏈骨架上DNA分子為右手螺旋結構螺旋直徑為2nm，形成大溝及小溝。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基維繫鍵：疏水作用力，氫鍵堿基堆積力：堿基平面之間的疏水作用力氫鍵：垂直螺旋軸居雙螺旋內側，與對側堿基形成氫鍵配對

堿基互補配對:A=T;G

CTAGC堿基互補配對是半保留複製的基礎（三）DNA雙螺旋結構的多樣性二、DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝（一）DNA的超螺旋結構超螺旋結構：——DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反意義DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對於DNA複製和RNA轉錄過程具有關鍵作用。

（二）原核生物DNA的高級結構（三）DNA在真核生物細胞核內的組裝

真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4真核生物中的核小體結構：DNA雙螺旋形成超螺旋結構，再與核內的蛋白質結合，形成核小體的結構DNA纏繞八聚體1.75圈，然後與H1連接，形成串珠狀結構意義：有規律壓縮體積，減少佔用的空間三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳資訊，並作為基因複製和轉錄的範本。它是生命遺傳的物質基礎，也是個體生命活動的資訊基礎。基因從結構上定義，是指DNA分子中的特定區段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。基因（gene）:DNA分子中具有特定生物學功能的片段基因組（genome）：一個生物體的全部DNA序列稱。基因組的大小與生物的複雜性有關，如病毒SV40的基因組大小為5.1×103bp，大腸桿菌為5.7×106bp，人為3×109bp。第三節

RNA的結構與功能StructureandFunctionofRNA

RNA通常以單鏈形式存在，但也可形成局部的雙螺旋結構。

RNA分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。RNA的種類、分佈、功能一、信使RNA(messengerRNA)5’-帽子結構編碼序列

3’-多聚A結構*mRNA結構特點1.大多數真核mRNA的5´末端均在轉錄後加上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子結構：m7GpppN-。2.大多數真核mRNA的3´末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結構，稱為多聚A尾。帽子結構5’5’mRNA核內向胞質的轉位mRNA的穩定性維繫翻譯起始的調控帽子結構和多聚A尾的功能編碼區：mRNA分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質翻譯合成時代表一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯體稱為遺傳密碼（coden）功能:為蛋白質的合成提供範本*mRNA的功能:為蛋白質的合成提供範本把DNA所攜帶的遺傳資訊，按堿基互補配對原則，抄錄並傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉錄翻譯原核細胞細胞質細胞核DNA內含子外顯子轉錄轉錄後剪接轉運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞*

tRNA的一級結構特點

tRNA是分子最小(70～90個核苷酸）

含10-20%稀有堿基，如DHU、

等

3´末端為—CCA-OH(氨基酸臂）

5´末端大多數為G

具有T

C二、轉運RNA(transferRNA)N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶

稀有堿基*tRNA的二級結構——三葉草形氨基酸臂

DHU環反密碼環額外環

TΨC環氨基酸臂額外環3’－OH端可以結合氨基酸反密碼環可以與mRNA上的密碼子配對將合適的氨基酸攜帶到合適的位置tRNA的功能：作為各種氨基酸的轉運載體在蛋白質合成中轉運氨基酸原料tRNATyr:可以和Tyr結合的tRNA

Tyr-tRNATyr

:結合了Tyr的tRNA命名原則：*tRNA的三級結構——

倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。三、核蛋白體RNA(ribosomalRNA)*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物合成的場所。rRNA是細胞中含量最多的RNA，占總量的80%。*rRNA的種類（根據沉降係數）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質31種占總重量的30%49種占總重量的35%四、其他小分子RNA及RNA組學除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)

snmRNAssnmRNAs的種類核內小RNA核仁小RNA胞質小RNA催化性小RNA小片段干涉RNAsnmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉運。RNA組學研究細胞中snmRNAs的種類、結構和功能。同一生物體內不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性。RNA組學核酸的理化性質ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節一、核酸的一般理化性質核酸具有酸性；

DNA分子粘度大；RNA分子粘度小能吸收紫外光，最大吸收峰為260nm。可用於核酸的定性和定量測定。1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當於50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應用二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、醯胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。變性後其他理化性質變化：增色效應 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失DNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應：DNA變性時其溶液OD260增高的現象。熱變性解鏈曲線：如果在連續加熱DNA的過程中以溫度對A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。Tm：變性是在一個相當窄的溫度範圍內完成，在這一範圍內，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。Tm的高低與DNA分子中G+C的含量有關，G+C的含量越高，則Tm越高。三、DNA的複性

DNA複性(renaturation)的定義在適當條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，這一現象稱為複性。減色效應DNA複性時，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經緩慢冷卻後即可複性，這一過程稱為退火(annealing)。

兩條來源不同的單鏈核酸（DNA或RNA），只要它們有大致相同的互補堿基順序，在適宜的條件（溫度及離子強度）下，經退火處理即可複性，形成新的雜種雙螺旋，這一現象稱為核酸的分子雜交。四、分子雜交與探針技術

核酸雜交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA雜交。不同來源的，具有大致相同互補堿基順序的核酸片段稱為同源順序。

探針技術利用核酸的分子雜交，可以確定或尋找不同物種中具有同源順序的DNA或RNA片段。在核酸雜交分析過程中，常將已知順序的核酸片段用放射性同位素或生物素進行標記。這種帶有一定標記的已知順序的核酸片段稱為探針。核酸分子雜交的應用研究DNA分子中某一種基因的位置定兩種核酸分子間的序列相似性檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否是基因晶片技術的基礎

第五節核酸酶

Nuclease核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依據底物不同分類DNA酶(DNase)：專一降解DNA。RNA酶(RNase)：專一降解RNA。依據切割部位不同核酸內切酶：分為限制性核酸內切酶和非特異性限制性核酸內切酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。參與DNA的合成與修復及RNA合成後的剪接等重要基因複製和基因表達過程負責清除多餘的、結構和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術中的重要工具酶生物體內的核酸酶負責細胞內外催化核酸的降解

核酸酶的功能酶的概念目前將生物催化劑分為兩類酶、核酶（去氧核酶）酶是一類由活細胞產生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質。酶學研究簡史西元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百餘年前，Pasteur認為發酵是酵母細胞生命活動的結果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現了發酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結晶。1982年，Cech首次發現RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報導了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為去氧核酶(deoxyribozyme)。第一節

酶的分子結構與功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme

酶的分類：單體酶(monomericenzyme)：由單條肽鏈構成,僅具有三級結構的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶。多酶體系（multienzymesystem)：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶複合物。多功能酶或串聯酶

(multifunctionalenzymeortandemenzyme)：一些多酶體系在進化過程中由於基因的融合(multienzymesystem)：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶複合物。多酶體系一些多酶體系在進化過程中由於基因的融合，多種不同催化功能存在於一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。由單肽鏈構成的，含有若干個酶活性的結構域多功能酶或串聯酶(multifunctionalortandemenzyme)：一、酶的分子組成蛋白質部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因數(cofactor)金屬離子小分子有機化合物全酶(holoenzyme)單純酶(simpleenzyme)結合酶(conjugatedenzyme)*各部分在催化反應中的作用酶蛋白決定反應的特異性輔助因數決定反應的種類與性質金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。

金屬啟動酶(metal-activatedenzyme)

金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚緊密。金屬離子的作用穩定酶的構象；參與催化反應，傳遞電子；在酶與底物間起橋樑作用；中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。小分子有機化合物的作用在反應中起運載體的作用，傳遞電子、質子或其他基團。小分子有機化合物在催化中的作用

輔助因數分類（按其與酶蛋白結合的緊密程度）

輔酶(coenzyme):與酶蛋白結合疏鬆，可用透析或超濾的方法除去。

輔基(prostheticgroup):與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。輔酶的作用1參與基團的轉移:氨基磷酸吡哆醛(VitB6)羧基生物素(biotin)、維生素K一碳單位四氫葉酸(folicacid)甲基維生素B12醯基輔酶A、硫辛酸輔酶的作用2質子（氫原子）轉移:FAD+

FADH2NAD+

NADH+H+NADP+

NADPH+H+酶的活性中心二、酶的活性中心必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關的化學基團。或稱活性部位(activesite)，指必需基團在一級結構上可能相距遙遠，但在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區域，能與底物特異結合並將底物轉化為產物。酶的活性中心(activecenter)活性中心內的必需基團結合基團(bindinggroup)與底物相結合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉變成產物位於活性中心以外，維持酶活性中心應有的空間構象所必需。活性中心外的必需基團酶的活性中心常位於酶蛋白分子表面，為含有較多疏水氨基酸殘基，形成疏水性“裂縫”或“口袋”，形成了利於酶促反應發生的疏水環境第二節

酶促反應的特點與機理

TheCharacteristicandMechanismofEnzyme-CatalyzedReaction

酶與一般催化劑的共同點在反應前後沒有質和量的變化；只能催化熱力學允許的化學反應；只能加速可逆反應的進程，而不改變反應的平衡點。（一）酶促反應具有高效性

一、酶促反應的特點酶的催化效率通常比非催化反應高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應溫度。酶和一般催化劑加速反應的機理都是降低反應的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能。反應總能量改變

非催化反應活化能

酶促反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能

能量

反應過程

底物

產物

酶促反應活化能的改變活化能：底物分子從初態轉變到活化態所需的能量。一種酶僅作用於一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應並生成一定的產物。酶的這種特性稱為酶的特異性或專一性。*酶的特異性(specificity)（二）酶促反應具有高度的特異性分類：絕對特異性(absolutespecificity)：只能作用於特定結構的底物，進行一種專一的反應，生成一種特定結構的產物

。相對特異性(relativespecificity)：作用於一類化合物或一種化學鍵。立體結構特異性(stereo

specificity)：作用於立體異構體中的一種。旋光異構特異性幾何異構特異性立體異構特異性旋光異構特異性：例如：

L-乳酸脫氫酶丙酮酸L-乳酸

D-乳酸脫氫酶丙酮酸D-乳酸

酵母中的酶D-型葡萄糖發酵

酵母中的酶L-型葡萄糖發酵

L-精氨酸酶L-精氨酸L-鳥氨酸+尿素D-精氨酸立體異構特異性幾何異構特異性延胡索酸酶反丁烯二酸蘋果酸延胡索酸酶順丁烯二酸（三）酶促反應的可調節性對酶生成與降解量的調節酶催化效力的調節通過改變底物濃度對酶進行調節等酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷變化的內外環境和生命活動的需要。其中包括三方面的調節。二、酶促反應的機理（一）酶-底物複合物的形成與誘導契合假說*誘導契合假說(induced-fithypothesis)酶底物複合物

E+SE+PES

酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶-底物結合的誘導契合假說。（三）與酶的高效率催化有關的機制：1.鄰近效應與定向排列

2.多元催化：酸堿催化

3.表面效應：防止底物與酶之間形成水化膜

1.趨近效應和定向效應

底物在活性中心聚集，局部微環境濃度

催化基團定向催化反應

接受質子：堿提供質子：酸酶活性中心的某些基團可作為質子的供體或受體，從而對底物進行酸堿催化如組氨酸的咪唑基,解離常數為6.0，在生理pH下酸堿形式均可存在，很活躍

酸堿催化可參與多種反應，如多肽的水解、酯類的水解、磷酸基的轉移2.多元催化（multielementcatalysis）

酶活性中心疏水性“口袋”

防止底物與酶之間形成水化膜

有利底物與酶密切接觸3.表面效應(surfaceeffect)第三節酶促反應動力學KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

概念研究各種因素對酶促反應速度的影響，並加以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、啟動劑等。※研究一種因素的影響時，其餘各因素均恒定。一、底物濃度對反應速度的影響單底物、單產物反應酶促反應速度一般在規定的反應條件下，用單位時間內底物的消耗量和產物的生成量來表示反應速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內）時的反應速度底物濃度遠遠大於酶濃度研究前提E+Sk1k2k3ESE+P

在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應速度的影響呈矩形雙曲線關係。當底物濃度較低時反應速度與底物濃度成正比；反應為一級反應。[S]VVmax隨著底物濃度的增高反應速度不再成正比例加速；反應為混合級反應。[S]VVmax當底物濃度高達一定程度反應速度不再增加,達最大速度;反應為零級反應[S]VVmax酶被底物饱和底物對酶促反應的飽和現象：（一）米－曼氏方程式中間產物

酶促反應模式——中間產物學說E+Sk1k2k3ESE+P※1913年Michaelis和Menten提出反應速度與底物濃度關係的數學方程式，即米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速度Vmax：最大反應速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──當V=Vmax/2

時,Km值的推導Km＝[S]

∴Km值等於酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2ＶVmax[S]Km+[S]＝──（二）Km與Vmax的意義

Km值①Km等於酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度。②意義：a)

Km是酶的特徵性常數之一；

Km只與酶的性質有關,

與酶的濃度無關b)

Km可近似表示酶對底物的親和力（反比）c)

同一酶對於不同底物有不同的Km值。

確定最合適底物或天然底物Km最小的底物大多數是此酶的天然底物

如：己糖激酶對葡萄糖的Km1.5mmol/L

對果糖的Km28mmol/L

所以葡萄糖為最適底物一種酶對每一種底物都各有一個特定的Km

Vmax定義：Vm是酶完全被底物飽和時的反應速度，與酶濃度成正比。意義：Vmax=K3[E]如果酶的總濃度已知，可從Vmax計算酶的轉換數(turnovernumber)，即動力學常數K3。定義—

當酶被底物充分飽和時，單位時間內每個酶分子催化底物轉變為產物的分子數。意義—

可用來比較每單位酶的催化能力。

酶的轉換數（三）Ｋm值與Ｖmax值的測定1.

雙倒數作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=兩邊同取倒數2.Hanes作圖法[S][S]/V-KmKm/Vm在林－貝氏方程基礎上，兩邊同乘[S][S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax二、酶濃度對反應速度的影響當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速度與酶濃度成正比。關係式為：V=K3[E]0V

[E]

當[S]>>[E]時，Vmax=k3[E]

酶濃度對反應速度的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應速度升高；溫度升高10oC,反應速度增加一倍由於酶的本質是蛋白質，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應速度降低。

三、溫度對反應速度的影響酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度ºC溫度對澱粉酶活性的影響

最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應速度最快時的環境溫度。溫血動物：35～40℃TaqDNA聚合酶：70～75℃

可耐受100℃高溫此酶是從水生棲熱菌ThermusAquaticus（Taq）中分離出的熱穩定性DNA聚合酶，用於PCR反應。

低溫的作用:貯存生物製品、菌種等

低溫時由於活化分子數目減少，反應速度降低，但溫度升高後，酶活性又可恢復。臨床上的低溫麻醉減少組織細胞的代謝程度，使機體耐受手術時氧和營養物質的缺乏

四、pH對反應速度的影響解離狀態：蛋白質的極性基團輔助因數的荷電狀態底物的解離狀態

而不同的解離狀態或直接影響酶與底物的結合,或影響酶的空間結構,從而改變酶的活力最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時的環境pH。多數酶：7.0左右胃蛋白酶：1.8肝精氨酸酶：9.80酶活性pHpH對某些酶活性的影響胃蛋白酶澱粉酶

膽鹼酯酶

246810

選擇合適的緩衝液保持酶的相對穩定和保持高活性五、抑制劑對反應速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質稱為酶的抑制劑。

區別於酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性

抑制作用的類型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)(一)不可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活。

*舉例有機磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物

巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)

有機磷化合物路易士氣失活的酶羥基酶失活的酶酸巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結合物（二）可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物複合物可逆性結合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制

*類型１.競爭性抑制作用反應模式定義抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物複合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

[S]>>[I]：高濃度的底物可解除抑制

特點

無抑制劑

抑制劑↑

1/V1/[S]⑴競爭性I往往是酶的底物結構類似物；⑵抑制劑與酶的結合部位與底物與酶的結合部位相同——

酶的活性中心⑶抑制作用可以被高濃度的底物減低以致消除；⑷(表觀）Km值增大，Vm值不變*舉例

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸

磺胺類藥物的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸

人體細胞的葉酸由食物獲得，不受磺胺類藥物的抑制2.非競爭性抑制*反應模式E+SESE+P+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+IEI+SEIS+II與酶的活性中心外的位點結合非競爭性抑制的特點：⑴非競爭性抑制劑的化學結構不一定與底物的分子結構類似；⑵抑制劑與酶的活性中心外的位點結合；⑶抑制劑對酶與底物的結合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；

抑制程度取決於抑制劑的濃度⑷動力學參數：Km值不變，Vm值降低。

抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑３.反競爭性抑制*反應模式E+SE+PES+IESI++ESESESIEP

抑制劑不能與游離酶結合，但可與ES複合物結合

反競爭性抑制的特點：⑴反競爭性抑制劑的化學結構不一定與底物的分子結構類似；⑵抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結合；⑶必須有底物存在，抑制劑才能對酶產生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；

抑制程度取決與抑制劑的濃度及底物的濃度⑷動力學參數：Km減小，Vm降低。抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑•各種可逆性抑制作用的比較

動力學參數表觀Km

Km增大不變減小最大速度Vmax不變降低降低林-貝氏作圖斜率Km/Vmax增大增大不變縱軸截距1/Vmax不變增大增大橫軸截距-1/Km增大不變減小與I結合的組分EE、ESES作用特徵無抑制劑競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制六、啟動劑對反應速度的影響啟動劑(activator):使酶由無活性變為有活性或使酶活性增加的物質。•

必需啟動劑(essentialactivator)•

非必需啟動劑(non-essentialactivator)七、酶活性測定和酶活性單位酶的活性是指酶催化化學反應的能力，其衡量的標準是酶促反應速度。酶促反應速度可在適宜的反應條件下，用單位時間內底物的消耗或產物的生成量來表示。酶的活性單位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規定條件下，酶促反應在單位時間（s、min或h）內生成一定量（mg、μg、μmol等）的產物或消耗一定數量的底物所需的酶量。

國際單位(IU)在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉化為產物所需