生物化学课件

生物化學第一章：糖類的結構與性質

本章主要內容

一、糖類概況二、糖的光性三、單糖（結構、性質、代表性單糖及衍生物）四、寡糖五、複合糖（糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白）六、糖鏈結構分析糖類寡糖多糖同多糖雜多糖複合糖單糖什麼是糖類？基本概念

異構

旋光異構不對稱碳原子對映體

構型構象異頭物糖苷還原糖判定異構：化合物具有相同的分子式，但原子連接次序或原子空間排布不同。構型：具有相同的分子式和結構式，但原子在空間的排布不同，稱之構型。旋光異構：由於存在手性碳（不對稱碳原子）而具有光性不對稱碳原子：與四個不同的原子或基團相連並因此失去對稱性的四面體碳。用C*表示。

對映體——一個不對稱碳原子的取代基在空間裏的兩種取向是物體與鏡像的關係，並且兩者不能重疊。這兩種旋光異構體稱為對映體。兩個對映體具有程度相同但方向相反的光性（D+與L-;D-與L+）和不同的生物活性，其他物理和化學性質完全相同。含n個C*的化合物，其旋光異構體的數目是2n,

組成2n/2對對映體。

任一旋光化合物都只有一個對映體，它的其他旋光異構體在理、化性質都與之不同，不是對映體的旋光異構體稱非對映體。僅一個手性碳構型不同的非對映體稱差向異構體（有幾種情況）。異頭物——單糖由直鏈結構變成環狀結構後，羰基碳成為新的手性碳（異頭碳），導致C1差向異構化，產生兩個非對映體，稱之。α、β異頭物判斷：有2種方式。見P9-10。異構結構異構（結構式）立體異構旋光異構（不對稱碳原子）幾何異構（順反異構，雙鍵或環）糖的構型D、L構型（最遠手性碳與甘油醛比較）RS構型（手性碳取代基優先性旋轉）糖的立體結構表示Fischer投影式（線形）Haworth式（環式）吡喃型呋喃型透視式注意：糖的構型（D、L）與旋光方向（+、-）並無直接聯繫。單糖性質異構化氧化（重點：高碘酸氧化）還原成酯、成醚（醯基化、甲基化反應）形成糖苷（重點）高碘酸氧化：糖中鄰二羥基間的C-C鍵被斷裂，形成二醛基，

繼而有一個醛基被氧化成甲酸。測定聚合度、分支點數目和糖苷鍵位置；糖苷（鍵）：環狀單糖的半縮醛或半縮酮羥基與另一化合物發生縮合形成糖苷；糖苷鍵有O-苷、

N-苷、S-苷等；糖苷是縮醛，無醛的性質。

重要的糖單糖：甘油醛、二羥丙酮、D-核糖、Glc、Gal、Fru、GlcUA、GlcA、Fuc、GlcNAc、MurNAc、N-NeuNAc、Sia寡糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維二糖多糖：同多糖：澱粉、纖維素、糖原、幾丁質糖胺聚糖（透明質酸、硫酸角質素）、蛋白聚糖雜多糖：細菌多糖（肽聚糖、脂多糖、磷壁酸）糖蛋白：糖肽鍵（N、O型）；糖鏈（寡糖鏈，具重要功能）α-澱粉酶、β-澱粉酶!糖鏈結構分析（重點）：以糖蛋白為例分離純化糖蛋白從糖蛋白釋放糖鏈糖鏈的分離純化化學法酶法N-糖苷酶FO-糖苷酶HPAEC-PAD凝集素親和層析GPC糖鏈的純度鑒定與相對分子量測定單糖組成的測定完整糖鏈的測序糖鏈結構測定的常用方法高碘酸氧化甲基化分析：甲醚基糖醇乙醯化寡糖順序降解化學法測定直鏈多糖的聚合度和支鏈多糖的分支數目確定糖苷鍵的位置酶法外切糖苷酶：從糖鏈非還原端內切糖苷酶：從糖鏈內部

本章需掌握的知識點1、單糖構型的判定；α、β異頭物的判定；2、糖的甲基化、醯基化、高碘酸氧化、硼氫化鈉還原；3、糖苷鍵形成；4、重要糖的結構；5、糖鏈分析方法；

本章習題：

本章主要內容

一、什麼是脂質？

二、脂肪酸三、三醯甘油四、脂質過氧化

五、磷脂

六、糖脂七、萜和類固醇

八、脂蛋白

九、脂質的提取、分離第二章：脂類的結構與性質具體問題

1、什麼是蠟？2、生物膜中脂雙層的結構3、脂肪酸簡寫符號及代表性的脂肪酸4、人體必需脂肪酸與多不飽和脂肪酸家族5、前列腺素與阿司匹林6、磷脂酸、甘油磷脂與鞘磷脂的結構與極性；鞘糖脂的結構7、卵磷脂、腦磷脂、心磷脂；神經醯胺與腦苷脂、神經節苷脂8、磷脂酶的分類及作用部位9、膽固醇的結構及其衍生物10、血漿脂蛋白的結構、分類與功能上一頁脂質的分類化學組成單純脂質複合脂質衍生脂質取代烴固醇類萜其他皂化性質可皂化脂質不可皂化脂質極性極性脂質非極性脂質生物功能儲存脂質結構脂質活性脂質上一頁

脂質：是一類微溶於水而易溶於非極性溶劑的有機分子，大多數是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。

兩親化合物：具有極性頭部（親水）和非極性尾部（親脂）的分子稱之。

必需脂肪酸：亞油酸和亞麻酸對人體功能必不可少，但必須由膳食提供，稱之。

碘值：指100g油脂鹵化時所能吸收碘的克數。

重要概念上一頁

脂質過氧化：一般是指多不飽和脂肪酸或多不飽和脂質的發生自動氧化產生過氧化物的現象，它是典型的活性氧參與的自由基鏈式反應；活性氧：指氧或含氧的高反應活性分子，如超氧陰離子自由基、羥基自由基、過氧化氫、單線態氧等的統稱；上一頁

脂肪酸概況

脂肪酸的種類及簡寫符號：分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸；偶數碳與奇數碳脂肪酸（奇數碳脂肪酸含量極少！）；簡寫符號用碳數：雙鍵數△雙鍵位號(含順反式)表示，如18：2△9c,12c。多不飽和脂肪酸家族：分為ω-3和ω-6系列（指離羧基最遠的雙鍵到甲基末端3個碳和6個碳）。如亞油酸和γ-亞麻酸為ω-6系列，而α-亞麻酸為ω-3系列。人體內二者不能互轉！且二者對血脂的影響不同。見89頁表格。三醯甘油的化學性質水解與皂化（皂化值）氫化和鹵化（碘值）乙醯化（含羥基，乙醯化值）酸敗與自動氧化（酸值）皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg數；

碘值：100g油脂鹵化時所吸收的碘的克數；乙醯值：中和1g乙醯化物所釋放的乙酸所需要的KOHmg數；酸值：中和1g油脂中的游離脂肪酸所需的KOHmg數重要的脂質磷脂甘油磷脂鞘磷脂卵磷脂腦磷脂脂肪酸必需脂肪酸（亞油酸、亞麻酸）DHAEPA（ω-3系列）花生四烯酸（衍生物為類二十碳烷：如前列腺素等）心磷脂鞘糖脂鞘脂類神經醯胺鞘胺醇神經節苷脂腦苷脂磷脂酸飽和脂肪酸：月桂酸、軟、硬脂酸、花生四烯酸萜和類固醇

萜：由兩個或多個異戊二烯單位組成；如類胡蘿蔔素為四萜；單萜、倍半萜等。類固醇：即甾類，環戊烷多氫菲衍生而來；膽固醇衍生物激素：5類膽汁酸維生素D

脂蛋白：由脂質和蛋白質以非共價鍵結合而成的複合物，血漿可分為乳糜微粒、VLDL、IDL、LDL、HDL五類；血漿脂蛋白的結構與各自的功能！其他膽固醇的結構與極性！上一頁第3章：氨基酸（重點）氨基酸分類

氨基酸的酸鹼性質氨基酸的化學反應

氨基酸混合物的分離知識點氨基酸：是蛋白質的構件分子，具有酸鹼性質、手性、聚合能力、特定的側鏈結構及多樣的化學反應；兼性離子：指氨基酸分子含有一個正電荷和一個負電荷的形式。在氨基酸晶體中或中性水溶液中以兼性離子形式存在；等電點：指氨基酸處於淨電荷為零的兼性離子狀態時的pH。等電點與離子濃度無關，只決定於等電兼性離子兩側的pKa值；氨基酸類別非蛋白質氨基酸蛋白質氨基酸（20種）酸性氨基酸天冬氨酸谷氨酸鹼性氨基酸賴氨酸組氨酸精氨酸中性氨基酸極性氨基酸非極性氨基酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸酪氨酸天冬醯氨穀氨醯胺甘氨酸丙氨酸亮氨酸異亮氨酸苯丙氨酸甲硫氨酸色氨酸脯氨酸頡氨酸氨基酸的酸鹼性質

根據酸堿質子理論，HAA-

＋H+氨基酸是兩性電解質，既是質子供體，又是質子受體。當氨基酸完全質子化時，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以發生解離，用Ka表示它們的解離常數；在氨基酸溶液中，pH值計算公式如下：

pH=pKa＋lg（質子受體/質子供體）當pH大於等電點時，氨基酸帶淨負電荷；當pH小於等電點時，氨基酸帶淨正電荷！在一定的pH範圍內，氨基酸溶液的pH離等電點愈遠，氨基酸所攜帶的淨電荷愈大。氨基酸的化學反應α-氨基參加的反應與亞硝酸反應（生成羥基氨基酸和氮氣）與醯化試劑反應（氨基被醯基化而被保護）烴基化反應DNFB反應（生成DNP-氨基酸）PITC反應（生成PTH-氨基酸）形成西佛堿反應（與醛類化合物）脫氨基反應α-羧基參加的反應成鹽成酯成醯氯（與二氯亞碸等）脫羧基反應疊氮反應（氨基酸酯與肼、亞硝酸）α-氨基與α-羧基共同參加反應與茚三酮反應（氨與還原茚三酮發生作用生成紫色物質）成肽反應側鏈R基參加的反應酪氨酸酚羥基組氨酸咪唑精氨酸胍基色氨酸吲哚基半胱氨酸巰基氨基酸的光性與光譜性質氨基酸的光性：

氨基酸的構型（指α-碳）也以甘油醛為參考物，從蛋白質的酸水解或酶水解液中得到的都是L型，但D型氨基酸在自然界也存在；蛋白質用堿水解或有機合成氨基酸時，得到的都是無光性的DL-消旋物氨基酸的光譜性質：

參與蛋白質組成的20多種氨基酸在可見光區沒有光吸收，在紅外區和遠紫外區都有光吸收，但在近紫外區只有芳香族氨基酸有光吸收；氨基酸混合物的分析分離分離方法柱層析紙層析（相對遷移率，非極性性質）薄層層析離子交換層析（電荷和非極性）氣相層析高效液相層析氨基酸洗脫順序的判定：氨基酸與樹脂的親合力主要決定於它們之間的靜電吸引，其次是氨基酸側鏈與樹脂聚苯乙烯之間的疏水相互作用；親和力愈大愈難洗脫！第四章：蛋白質（重點）蛋白質概況；蛋白質的共價結構；蛋白質的三維結構；蛋白質的結構與功能的關係；蛋白質的分離、純化與鑒定；Ⅰ蛋白質概況

蛋白質的化學組成：碳（50%）、氫（7%）、氧（23%）、氮（16%）、硫（0-3%）、其他元素微量；蛋白質的平均含氮量為16%，此為凱氏定氮法測定蛋白質含量的基礎。

蛋白質是一類最重要的生物大分子，英文稱protein，意為“最原初的，第一重要的”。分類Ⅰ單純蛋白質（如清蛋白、球蛋白、組蛋白、穀蛋白、硬蛋白等）綴合蛋白質（如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、金屬蛋白、黃素蛋白等）分類Ⅱ：按生物學功能可將蛋白質分為酶、調節蛋白、結構蛋白、轉運蛋白等等；分類Ⅲ分類Ⅳ纖維狀蛋白質（一般不溶於水。典型的有：膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白、絲蛋白、肌球蛋白等）球狀蛋白質（可溶性好。典型的有：胞質酶類等）膜蛋白（與細胞的膜系統結合而存在）單體蛋白質（寡）多聚蛋白質蛋白質結構的層次

構象：指具有相同結構式和相同構型的分子在空間裏可能的多種形態；構象形態間的改變不涉及共價鍵的破裂！每一種天然蛋白質都有自己特有的空間結構或三維結構，稱之為蛋白質的構象；一個給定的蛋白質可以有多種構象，但只有一種或少數幾種在能量上是有利的。蛋白質的結構一級結構（即共價結構，指多肽鏈的氨基酸序列）二級結構（指多肽鏈借助氫鍵形成α螺旋和β折疊片）三級結構（指多肽鏈借助各種非共價鍵彎曲、折疊成具有特定走向的緊密球狀結構）四級結構（指多聚蛋白質的各亞基之間在空間上的相互締合關係）蛋白質的一級結構即多肽鏈的氨基酸序列決定蛋白質的高級結構！蛋白質的功能：催化、調節、轉運、儲存、運動、結構組分、支架作用、免疫、異常功能；Ⅱ蛋白質的共價結構（一級結構）氨基酸殘基肽（鍵）蛋白質一級結構的測定氨基酸序列與生物功能肽的人工合成知識點氨基酸殘基：肽鏈中的氨基酸由於參加肽鍵的形成因而不在是原來完整的分子，稱為氨基酸殘基；兩個氨基酸形成一個肽鍵時失去一分子水，因此失去的水分子數比氨基酸殘基數少一個。每個氨基酸殘基的平均分子量為110。肽：由兩個或多個氨基酸殘基通過肽鍵相連而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一條肽鏈通常在一端含有一個游離的末端氨基，稱為N-末端，而另一端含有一個游離的末端羧基稱為C-末端；肽鍵具有部分雙鍵的性質肽鍵比一般碳-氮單鍵短與肽鍵相連的氫原子和氧原子呈反式構型肽鍵不可自由旋轉肽的理化性質：

①肽鍵的醯氨氫不解離，肽的酸鹼性質主要決定於肽鍵中的游離末端α-NH2、α-COOH及側鏈R基上的可解離基團；②肽中末端α-羧基的pKa值比游離氨基酸的大，末端α-氨基的pKa值比游離氨基酸的小；③游離的α-氨基、α-羧基和R基可發生與氨基酸中相應的類似反應，如茚三酮反應等；④蛋白質部分水解後所得的肽若不發生消旋，則具有光性，短肽的旋光度約等於組成氨基酸的旋光度之和，較長的肽的旋光度則不是簡單加和；活性肽：具特殊的生物學功能的肽段，如腦啡肽、穀胱甘肽、肌肽等；肽蛋白質一級結構的測定測定多肽鏈的數目蛋白質測序的步驟拆分多肽鏈斷開多肽鏈內的二硫鍵測定每一肽鏈的氨基酸組成鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端裂解多肽鏈為較小的肽段測定各肽段的氨基酸序列利用重疊肽重建完整多肽鏈的一級結構確定二硫鍵的位置蛋白質測序的重要方法N-末端測定二硝基氟苯（DNFB）法：肽游離末端NH2與DNFB反應生成DNP-肽，最後水解生成黃色DNP-氨基酸丹磺醯氯（DNS）法：用DNS取代DNFB，生成DNS-氨基酸苯異硫氰酸（PITC）法：生成PTH-氨基酸，從肽上斷裂下來氨肽酶法：外切酶，但效果不好C-末端測定肼解法：測定C-末端的最重要的化學方法，肽與肼反應，除C-末端氨基酸游離外，其他氨基酸轉變為氨基酸醯肼化物還原法：C-末端氨基酸用硼氫化鋰還原成相應的α-氨基醇羧肽酶法：最有效、最常用羧肽酶A羧肽酶B羧肽酶C羧肽酶Y二硫鍵的斷裂過甲酸氧化法：將二硫鍵氧化成磺酸基巰基化合物還原法：將二硫鍵還原成巰基，然後用烷基化試劑如碘乙酸保護巰基，防止其重新被氧化氨基酸組成的測定：酸水解：是主要方法，多用HCl，同時輔以堿水解；所得氨基酸不消旋，但Trp全部被破壞，Ser，Thr，Tyr部分破壞，Asn和Gln的醯氨基被水解，生成Asp和Glu；多肽鏈的裂解酶裂解：胰蛋白酶：專一性強，斷裂Lys或Arg的羧基參與形成的肽鍵糜蛋白酶：斷裂Phe，Trp，Tyr，Leu等疏水氨基酸的羧基端肽鍵嗜熱菌蛋白酶：專一性差，斷裂Val，Leu，Phe，Tyr，Trp等氨基參與形成的肽鍵胃蛋白酶：在酸性條件穩定，肽鍵兩側均為疏水氨基酸。在確定二硫鍵位置時，常用到此酶。其他酶：略化學裂解：溴化氰（CNBr）：只斷裂Met的羧基形成的肽鍵羥氨（NH2OH）：在pH9時，專一性斷裂Asn-Gly之間的肽鍵，其他條件下不專一肽段的氨基酸測序Edman化學降解法：用Edman試劑PITC與游離氨基作用生成PTH-氨基酸，並可用各種層析技術分離；用此法降解，一次可連續測出60-70個氨基酸殘基的序列；工作量大，操作麻煩；現改用蛋白質測序儀。酶解法：利用氨肽酶和羧肽酶，局限性大，有困難質譜法：質譜儀由核苷酸序列推定法：mRNAcDNA，推出cDNA的核苷酸序列，然後推測出蛋白質的氨基酸序列肽段在肽鏈中次序的確定：需借助重疊肽。

重疊肽：由於不同的斷裂方法即斷裂的專一性不同，產生的切口彼此錯位，使兩套肽段正好跨過切口而重疊的肽段；獲得重疊肽需要兩種或兩種以上的不同方法斷裂同一多肽樣品，得到兩套或多套肽段。二硫鍵位置的確定：一般採用胃蛋白酶水解原來的含二硫鍵的蛋白質。一是胃蛋白酶專一低，切點多，得到含有二硫鍵的肽段較小，易分離鑒定；二是在酸性條件下，有利於防止二硫鍵發生交換反應。蛋白質的氨基酸序列與生物功能；肽合成同源蛋白質：在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質稱同源蛋白質。同源蛋白質具有共同的進化起源。同源蛋白質具有明顯的氨基酸序列相似性，稱之為序列同源。根據同源蛋白質的氨基酸序列資料可建立系統樹（進化樹）。兩個物種的同源蛋白質，其序列中氨基酸的差異數目與這些物種間的進化發生差異是成比例的。蛋白質啟動：在生物體內有些蛋白質是以前體形式合成，不具有活性，只有按一定方式裂解除去部分肽鏈後才具有生物活性，稱之為蛋白質啟動。如酶原啟動。肽的人工合成：氨基酸共聚合（由一種或兩種氨基酸反應）控制合成（由不同氨基酸按一定順序）：接肽反應需接肽試劑，為避免接肽試劑與某些活潑基團反應，故在接肽前須首先將這些基團加以封閉或保護，如氨基保護或羧基保護等。在正常條件下，羧基和氨基之間不會自發形成肽鍵，即氨基或羧基需活化，通常是羧基活化。固相肽合成：是控制合成技術的巨大進步，利用固相肽合成儀已成功合成多種肽和蛋白質。其實質是肽的羧基端第一個氨基酸共價掛接在樹脂上，然後加入氨基受保護的第二個氨基酸併發生縮合反應，形成肽鍵，依次類推。最後是肽與樹脂斷裂並去掉氨基端的保護基團。Ⅲ蛋白質的三維結構研究蛋白質構象的方法：至今研究蛋白質三維結構的成就主要是應用間接的X-射線衍射法；研究溶液中蛋白質構象的光譜學方法（瞭解）。穩定蛋白質三維結構的作用力非共價鍵（次級鍵）氫鍵範德華力疏水作用：突出地位離子鍵（鹽鍵、靜電引力）共價鍵：二硫鍵，重要作用蛋白質的二級結構無規捲曲

β轉角β折疊片α螺旋：最常見、最典型、最豐富的二級結構元件α螺旋：是重複性結構，每圈螺旋站3.6個氨基酸殘基，沿螺旋軸上升0.54nm，即螺距值；由氫鍵封閉的環為13元環；一般為右手螺旋；分子內或鏈內氫鍵使之穩定，減少R基間的相互作用或β-碳原子無分支結構均利於其穩定，而Pro存在可中斷之。非重複性結構β折疊片：為重複性結構；β折疊片的肽鏈處於曲折的伸展狀態；借助鏈間或肽段間的氫鍵而穩定；分為平行和反平行β折疊片，平行的比反平行的更規則。纖維狀蛋白質：動物體的基本支架和外保護成分，分子具規則的線性結構。纖維狀蛋白質不溶性（硬蛋白）可溶性蛋白角蛋白膠原蛋白：結締組織中（骨、皮膚等）大量存在彈性蛋白：存在於結締組織α角蛋白：主要存在於毛髮中β角蛋白：天然存在於絲中其他肌球蛋白血纖蛋白原其他說明：

α角蛋白經充分伸展後可轉變成β角蛋白，即β折疊片結構。球狀蛋白質：

其種類遠比纖維狀蛋白質多，蛋白質結構的複雜性和功能的多樣性主要體現在球狀蛋白質；球狀蛋白質的整個肽鏈沒有均一的二級結構，但具有多種二級結構元件如α螺旋、β折疊片、無規捲曲等，由此構建的三級結構—結構域，並將球狀蛋白質分成4大類；其三維結構具有明顯的折疊層次，且疏水測鏈球狀分子內部，親水側鏈暴露在分子表面；在多數的胞內酶、血漿蛋白及蛋白類激素都屬於球狀蛋白質。超二級結構：由若干相鄰的二級結構元件組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多，有規則的二級結構串，並在多種蛋白質中充當三級結構的構件，稱為超二級結構。已知有3種基本形式：αα、βαβ、ββ。結構域：在多肽鏈上由二級結構元件或超二級結構形成的相對獨立的緊密球狀實體，是三級結構的局部折疊區。較小的球狀蛋白質或亞基是單結構域，而較大的球狀蛋白質或亞基是多結構域。結構域可分4類：全α結構、α，β結構、全β結構和富含金屬或二硫鍵結構域。蛋白質變性與蛋白質折疊蛋白質變性：天然蛋白質分子在受到理化因素的作用時導致溶解度降低、不對稱性增高、生物活性喪失及理化特性改變，此過程稱之為蛋白質變性。蛋白質變性的實質是分子中次級鍵被破壞，引起天然構象解體。變性不涉及共價鍵破壞，即蛋白質一級結構仍保持完好。當變性因素除去後，變性蛋白質又可重新回復到天然構象，此為蛋白質的複性。是否蛋白質變性與複性可逆，仍有疑問。蛋白質折疊：蛋白質折疊不是隨機的而是通過累積選擇找到自由能最低的構象；折疊需要折疊酶和分子伴侶參加。分子伴侶：是一類與蛋白質折疊有關的蛋白質家族（來源相同、結構相似、功能相關），它們通過抑制新生肽鏈不正常的聚集並排除與其他蛋白質不合理的結合而協助多肽鏈的正確折疊。亞基締合與四級結構：在同多聚體蛋白質中，原體就是亞基，而在雜多聚體蛋白質中，原體是由不同的亞基組成；亞基締合的驅動力主要是疏水相互作用，亞基締合的專一性由相互作用的表面上的機性基團之間的氫鍵和離子鍵決定。Ⅳ蛋白質的結構與功能的關係

肌紅蛋白和血紅蛋白是兩個研究得最透徹的蛋白質，它們是蛋白質結構與功能的範例。肌紅蛋白是哺乳動物肌肉中儲氧的蛋白質，它和血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性，它們的構象和功能也十分相似。肌紅蛋白珠蛋白：含153個氨基酸殘基，為1條肽鏈輔基血紅素：原卟啉Ⅸ與Fe的絡合物稱血紅素。

卟啉化合物有很強的著色力，使生物組織呈現特定的顏色。卟啉環中心的鐵原子有6個配位鍵，其中4個與四吡咯環的N原子相連，另2個沿垂直於卟啉環面的軸分佈在環面的上下，這兩個鍵合部位分別稱為第5和第6配位。鐵原子可以是亞鐵（Fe2+）或高鐵(Fe3+)，相應的血紅素稱為亞鐵血紅素和高鐵血紅素，相應的肌紅蛋白稱為亞鐵肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白。類似的命名也用於血紅蛋白。其中只有亞鐵態的蛋白質才能結合O2。在肌紅蛋白分子中，血紅素共價地結合於肌紅蛋白分子的疏水空穴中。其中血紅素鐵在第5配位鍵與珠蛋白第93位His殘基的咪唑N配位結合；第6配位鍵處於開放狀態，是O2的結合部位。當第6位被O2分子所佔據時，即為氧合肌紅蛋白；血紅素中Fe2+能進行可逆氧合作用。血紅素的鐵原子如果處在水環境則容易被氧化成Fe3+，失去氧合能力，此時H2O分子代替O2成為Fe3+的第6個配體。CO能與O2競爭第6配位鍵，且結合能力遠大於O2。血紅蛋白（Hb）的主要功能是在血液中結合並轉運氧氣，它存在於紅細胞中。Hb的結構：脊椎動物的Hb由4個多肽鏈亞基組成，其中2個是一種亞基，2個是另一種亞基。如成人的血紅蛋白主要是HbA，亞基組成為α2β2，次要組分是HbA2，亞基組成為α2δ2；每個血紅蛋白分子都有4個血紅素，每個血紅素分別位於每個多肽鏈中的裂隙處，並暴露在分子的表面。氧合過程中的構象變化：氧合作用顯著改變Hb的四級結構，且氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的構象。氧合曲線和別構效應：氧合曲線呈S形曲線（氧飽和度與氧分壓之間），即血紅蛋白的氧合具有正協同性同促效應，一個O2的結合增加同一Hb分子中其餘空的氧合部位對O2的親合力；Hb對O2親和力的影響因素：H+、CO2促進O2從血紅蛋白中釋放，O2也促進H+、CO2在肺泡毛細血管中釋放；BPG（2，3-二磷酸甘油酸）降低Hb對O2的親和力，其只與去氧血紅蛋白結合。血紅蛋白分子病：導致一個蛋白質中氨基酸改變的基因突變能產生分子病，這是一種遺傳病。瞭解最清楚的分子病是鐮刀狀細胞貧血病，該病人的不正常的血紅蛋白稱HbS，它只是在兩條β鏈的N端第6位上Glu被Val置換。這一改變使血紅蛋白表面產生一個疏水社區，導致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，並引起紅細胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。地中海貧血是由於缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因造成的。免疫球蛋白：人類具有5類免疫球蛋白，每一類別的生物學功能不同。最豐富的是IgG類，它由4條多肽鏈組成，2條重鏈，2條輕鏈。通過二硫鍵連接成Y形結構的分子。靠近Y的兩臂頂端的結構域是可變區，形成兩個抗原結合部位。其他抗體有IgA：主要存在於人體分泌物中如唾液、淚、乳中；IgM：只存在於血液中，抵制入侵血液的細菌；IgG：血液中最豐富的抗體，也是唯一能通過胎盤而進入人體的抗體；IgE：在過敏反應中起重要作用的抗體。蛋白質的分離純化

蛋白質的分離和純化主要是利用蛋白質之間各種特性的差異，包括蛋白質分子的酸鹼性質、分子的大小和形狀、溶解度、吸附性質和對配體分子的特異親合力。

蛋白質的酸鹼性質：蛋白質是兩性電解質。在蛋白質分子中，可解離基團主要來自側鏈上的功能團，此外還有少數的末端α-羧基和α-氨基。可以把蛋白質分子看作是一個多價離子，所帶電荷的性質和數量是由蛋白質分子中的可解離基團的種類和數目以及溶液的pH所決定的。對某一種蛋白質來說，在某一pH時，它所帶的正電荷與負電荷恰好相等，即淨電荷為零，這一pH稱蛋白質的等電點。蛋白質的等電點在中性鹽存在下可發生明顯的變化，這是由於蛋白質分子中的可解離基團可與中性鹽中的陽離子或陰離子相結合。在沒有其他鹽類干擾時，蛋白質的質子供體基團解離出來的質子數與質子受體基團結合的質子數相等時的pH稱為蛋白質的等離子點。

蛋白質分子的形狀：測定蛋白質分子的形狀或構象，最精確的方法是X射線晶體結構分析，但這種方法只能測定晶體狀態的蛋白質空間結構。對於溶液中的蛋白質分子的形狀，只能借助間接的方法來描述蛋白質分子構象的輪廓。測定蛋白質分子相對品質的方法根據化學組成測定最低相對分子品質：測定某一微量元素或某一氨基酸的含量如鐵原子或色氨酸，並假設蛋白質分子中只有一個鐵原子或一個色氨酸，即最低相對分子品質=鐵的原子量/鐵的百分含量滲透壓法：在半透膜存在時，蛋白質溶液將產生滲透壓（平衡時的靜水壓力）。理想溶液的滲透壓與溶質的濃度呈線性相關，其關係可用範托夫公式表示：π=cRT/Mr，在高分子溶液中，π/c=RT/Mr+Kc，滲透壓法簡單、準確、且不受蛋白質分子的形狀和水化程度影響，但受pH的影響，不能區別溶液中蛋白質分子是否均一。沉降法：離心力作用沉降速率法：單位離心場的沉降速度是個定值，稱沉降係數s。見P296頁沉降平衡法：沉降產生濃度梯度凝膠過濾法：標準蛋白質（已知Mr和斯托克半徑）和待測蛋白質必須具有相同的分子形狀（接近球體），分子形狀為線型或與凝膠發生吸附的蛋白質不可用此法測定。SDS聚丙烯醯胺凝膠電泳法：加入SDS和少量巰基乙醇，則電泳遷移率主要取決於其相對分子品質，而與電荷和分子形狀無關。

蛋白質的膠體性質：蛋白質溶液屬於膠體系統，其具備形成膠體系的條件：分散相（蛋白質分子顆粒）的質點大小在1~100nm，能在分散介質中作布朗運動；分散相的質點帶同種電荷，不易凝聚成大顆粒而沉澱；分散相的質點能與溶劑形成溶劑化層如水化層而不易凝聚。蛋白質在溶液中的穩定性是有條件的，相對的。如果條件改變，則蛋白質就會從溶液中沉澱出來，如改變質點大小、電荷或水化層等。沉澱蛋白質的方法如下：鹽析法：加入大量的中性鹽，脫去水化層而沉澱有機溶劑沉澱法：加入極性的有機溶劑如甲醇等，脫去水化層並增加質點間的相互作用而沉澱重金屬鹽沉澱法：當pH大於等電點時，蛋白質顆粒帶淨負電荷，易與重金屬離子結合成不溶性鹽而沉澱生物鹼或酸類沉澱法：當pH小於等電點時，蛋白質顆粒帶淨正電荷，易與生物鹼或酸根負離子結合成不溶性鹽而沉澱加熱變性沉澱法：蛋白質因加熱變性而凝固蛋白質沉澱法

蛋白質純化的總目標是增加製品的純度，即設法除去變性的和不需要的蛋白質以增加單位蛋白質重量中所需蛋白質的含量或生物活性。分離純化蛋白質的程式為：前處理（細胞或組織處理）、粗分級分離（除去雜蛋白）和細分級分離。蛋白質的分離純化方法分子大小透析和超過濾：透析指利用蛋白質分子不能通過半透膜而與小分子分離；超濾是利用壓力或離心力使小分子溶質通過半透膜而蛋白質被截留在膜上而分離。密度梯度離心：蛋白質顆粒在具有密度梯度的介質中離心時，品質和密度大的顆粒比品質和密度小的顆粒沉降得快，且每種蛋白質顆粒沉降到與其自身密度相等的介質密度梯度時，即停止不前，最後各種蛋白質在離心管中被分離成不同的區帶。見P302頁。凝膠過濾：即分子排阻層析。凝膠顆粒內部為多孔的網狀結構。大分子最先流出層析柱。溶解度等電點沉澱和pH控制鹽溶和鹽析：中性鹽在低濃度時可增加蛋白質的溶解度，即鹽溶。原因是蛋白質分子吸附鹽類離子後，帶電層使蛋白質分子彼此排斥，而與水分子相互作用加強；當離子強度增大到足夠高時，此時與蛋白質疏水基團接觸的自由水被移去以溶劑化鹽離子，導致蛋白質疏水基團暴露，使蛋白質因疏水作用凝聚沉澱。有機溶劑分級分離法：一是降低介質的介電常數，二是與蛋白質爭奪水化水。溫度沉澱：溫度對溶解度有影響，低溫穩定，高溫不穩定。在0~40℃，大部分的球狀蛋白質溶解度隨溫度升高而增加。蛋白質分離純化方法電荷電泳（淨電荷、分子大小、形狀）區帶電泳聚丙烯醯氨凝膠電泳（PAGE）毛細管電泳離子交換層析等電聚焦：外加電場時，蛋白質混合物在具有pH梯度的介質中移向並聚焦（停留）在等於其等電點的pH處，形成區帶。層析聚焦：層析柱中建立連續的pH梯度，蛋白質樣品由柱上端隨緩衝液的展開而聚焦在各自的等電點pH處，形成區段。吸附：吸附層析，吸附劑（矽石、氧化鋁、活性碳）和疏水吸附劑，與待分離分子和雜質分子的吸附與解吸能力不同。特異親和力：親和層析其他：如高效液相層析（HPLC）,快速蛋白液相層析（FPLC）

蛋白質純度的鑒定方法：採用物理化學方法如電泳、離心沉降、HPLC和溶解度分析等。純的蛋白質電泳時，其電泳圖譜只呈現一個條帶或峰，離心時以單一的沉降速度移動；純的蛋白質在一定的溶劑系統中具有恒定的溶解度，即溶解度曲線只有一個折點，在折點以前直線斜率為1，在折點以後斜率為零；此外，N-末端分析也用於純度鑒定（單體蛋白質而言）。必須指出，採用任何單獨的一種方法鑒定純度只能作為蛋白質均一性的必要條件而非充分條件，即蛋白質往往在一種鑒定中表現為均一性，而在另一種鑒定中又表現為不均一性。蛋白質含量測定與純度鑒定：

測定蛋白質含量的常用方法有：凱氏定氮法、雙縮脲法、Folin-酚試劑法（Lowry法，標準測定方法）、紫外吸收法、染料（考馬斯亮藍）結合法、膠體金法（帶負電的疏水膠體，洋紅色，遇蛋白質變藍色，靈敏度最高）第五章：酶（重點）

酶概論；酶促反應動力學；酶的作用機制和酶的調節；酶概論知識點酶的本質全酶輔酶輔基單體酶寡聚酶多酶複合體酶的分類酶的專一性酶活力酶單位比活力轉換數核酶抗體酶固定化酶酶——具有生物催化功能的蛋白質或核酸。酶作為生物催化劑具有高效性、高度專一性、活性調控和易失活等特點。多酶複合體——由幾種酶靠非共價鍵彼此嵌合而成，也稱酶系。酶的分類——國際酶學委員會根據催化反應類型，將酶分為6大類，即氧化還原酶類、轉移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構酶類和連接酶類。分別用1~6來表示，在根據底物中被作用的基團或鍵分為亞類，每一亞類在細分為亞亞類等，亞類和亞亞類均按順序編成1，2，3，4等。每一個酶的分類編號由4個數字組成，數字間用“.”隔開，編號前冠以EC(EnzymeCommision)。酶活力——即酶活性，指酶催化某一化學反應的能力，酶活力的大小可以用在一定條件下所催化的某一化學反應的反應速率來表示，二者呈線性相關。所以測定酶活力就是測定酶促反應速率，酶促反應速率可用單位時間內底物的減少量或產物的增加量來表示。酶單位（U）——在一定條件下，一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需的酶量。酶的含量用每克酶製劑或酶毫升酶製劑含有多少酶單位表示（U/g或U/ml）。

國際單位（IU）：在最適反應條件下（溫度25℃）下，每分鐘內催化1微摩爾底物轉化為產物所需的酶量為一個酶活力單位，即1IU=1umol/min。

Katal單位（Kat）：在最適條件下，每秒鐘催化1摩爾底物轉化為產物所需的酶量定為1Kat單位。酶的比活力——每mg蛋白質所含的酶的活力單位數表示，其代表酶的純度，也可用來比較每單位品質蛋白質的催化能力。轉化數——在一定條件下每秒鐘每個酶分子轉換底物的分子數，或每秒鐘每微摩爾酶分子轉化底物的微摩爾數。抗體酶——一種具有催化能力的免疫球蛋白（抗體），即抗體具有酶的屬性，也稱催化性抗體。核酶（ribozyme）——某些具有催化功能的RNA，即為核酶。核酶的發現，開闢了生物化學研究的新領域，提出了生命起源的新概念：即RNA可能早於蛋白質和DNA，是生命起源中首先出現的生物大分子。酶的專一性——即酶對底物的高度選擇性，酶一般只能催化一種或一類反應，作用於一種或一類底物。酶的專一性可分為結構專一性和立體異構專一性，用“誘導契合說”解釋酶的專一性已被廣泛認同。酶的分離純化——是酶學研究的基礎，大多數酶的本質是蛋白質，故可用分離純化蛋白質的方法純化酶。但要選擇合適的材料，操作條件要溫和，且在製備過程中，每一步都要測定酶的總活力和比活力，以瞭解酶的回收率和提純倍數。酶工程——是將酶學原理與化學工程技術及基因重組技術有機結合而形成的新型應用技術，是生物工程的重要組成部分，並必將成為一個很大的生物技術產業。酶促反應動力學反應分子數與反應級數米氏方程米氏常數（Km）雙倒數作圖法酶的抑制類型溫度、pH、啟動劑對酶反應的影響反應分子數——在反應中真正相互作用的分子數目。僅有1個反應的分子參加的反應稱為單分子反應，有2個反應物分子參加的反應稱為雙分子反應，依此類推。即：AP屬於單分子反應，動力學方程（速率方程）為：υ＝-dc/dt＝kc；

A+Bp+Q屬於雙分子反應，動力學方程為：

υ＝-dc/dt＝kc1c2；

反應級數——指整個化學反應的速率服從哪種分子的反應速率方程式，則這個反應即為幾級反應。若總反應的速率與濃度關係能以單分子反應的速率方程式表示，即為一級反應，若能以雙分子反應的速率方程式表示，則為二級反應，依此類推，把反應速率與反應物濃度無關的反應稱為零級反應。知識點各級反應的特徵一級反應：c＝c0e-kt

半衰期t1/2≈0.693/k二級反應：υ＝-dc/dt＝kc1c2

半衰期t1/2＝1/ka(a為底物的初濃度)零級反應：υ＝-dc/dt＝k

半衰期t1/2＝a/2k(a為底物的初濃度)酶促反應動力學：底物濃度與酶促反應速率的關係呈雙曲線，即當底物濃度較低時，反應速率與底物濃度呈正比關係，表現為一級反應；當底物濃度逐漸增加時，反應速率不再按正比關係升高，反應表現為混合級反應；當底物濃度達到足夠高時，反應速率與底物濃度幾乎無關，反應達到最大反應速率，表現為零級反應。

米氏方程——1913年Michaelis和Menten在前人工作基礎上，根據酶反應的中間複合物學說，即：

E＋SESE＋P假定E＋SES

迅速建立平衡，底物濃度遠大於酶濃度下，ES分解成產物的逆反應忽略不計，推導出一個數學方程式來表示底物與酶反應速率之間的定量關係，稱為米氏方程，運算式如下：

υ＝Vmax·［S］/(Km＋［S］)

式中Km為米氏常數，其物理意義是當酶反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度，單位是mol/L，與底物濃度的單位一樣。米氏常數Km的意義如下：①Km是酶的一個特徵常數，其大小只與酶的性質有關，而與酶的濃度無關；②Km值隨測定的底物、反應溫度、pH及離子強度而改變，即Km作為常數只是針對一定的底物、溫度、pH和離子強度而言；③Km值可以判斷酶的專一性和天然底物：有的酶可作用於幾種底物，因此就有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物或天然底物。Km值隨不同底物而異的現象可以幫助判斷酶的專一性；④若已知某個酶的Km值，可以計算出在某一底物濃度時的反應速率相當Vmax的比例；⑤Km值可以幫助推斷某一代謝反應的方向和途徑：同一種底物往往可以被幾種酶作用，催化不同的反應走不同的途徑，究竟走哪一條途徑決定於Km值最小的酶，只有Km值小的酶反應比較佔優勢。 利用作圖法測定Km和Vmax值：

Km值可用公式計算求得，Km＝（k2

＋k3）

/k1；當k3遠小於k2

時，Km≈k2/k1＝Ks，在此時，Km相當於ES複合物的解離常數Ks！，

Vmax=k3

·

Et

(Et為總酶濃度)；

Km和Vmax可根據實驗數據通過作圖法直接求得：即將米氏方程進行變換，使其成為直線方程，然後用圖解法求出Km與Vmax值。例如，Lineweaver-Burk雙倒數作圖法：1/υ＝Km/Vmax·

1/［S］＋1/Vmax，橫軸截距為-1/Km，縱軸截距為1/Vmax；酶的抑制：酶主要是蛋白質，使酶蛋白變性而導致酶活力喪失的作用稱為失活作用；若由於酶的必需基團化學性質的改變，但酶並未變性，而引起酶活力的降低或喪失稱為抑制作用。引起抑制作用的物質稱為抑制劑。抑制類型如下：抑制類型不可逆抑制：抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結合，不能用物理方法除去抑制劑。可逆抑制：以非共價鍵結合競爭性抑制：競爭酶的結合部位非競爭性抑制：同時和酶的不同部位結合反競爭性抑制：酶與底物結合後，才可與抑制劑結合

競爭性抑制，Vmax不變，Km增加；可逆抑制動力學

非競爭性抑制，Vmax減小，Km不變；反競爭性抑制，Vmax減小，Km減小；重要的抑制劑不可逆抑制劑非專一性：有機磷化合物：與酶活性部位Ser-OH共價結合，強烈抑制膽鹼酯酶活性；敵敵畏、敵百蟲有機汞、有機砷化合物：與酶分子中Cys-SH作用，抑制含巰基的酶重金屬：使酶蛋白變性失活，用螯合劑可解除氰化物、硫化物、CO：與酶分子中金屬離子形成絡合物烷化劑：與酶的巰基、氨基、羧基、咪唑基等結合專一性：作用某一種酶Ks型：具底物類似結構，可與相應酶結合，並帶有一個活潑的化學基團，可對酶分子的必需基團進行修飾，從而抑制酶的活性。亦稱親和標記試劑。Kcat型：具有底物類似結構，本身也是酶的底物，且存在潛伏的反應基團：當發生催化反應時，潛伏基團暴露或活化，作用酶活性部位的必需基團或輔基，使酶不可逆失活。亦稱自殺性底物。

可逆抑制劑：最重要和最常見的是競爭性抑制劑。這類抑制劑與天然代謝物在結構上十分相似，能選擇性抑制病菌或癌細胞在代謝過程中的某些酶，故稱之為抗代謝物。如磺胺藥，對氨基苯磺醯胺，它是對氨基苯甲酸的結構類似物，而對氨基苯甲酸是葉酸結構的一部分，細菌不能直接利用外源的葉酸，只能在二氫葉酸合成酶的作用下，利用對氨基苯甲酸為原料合成二氫葉酸，繼而合成四氫葉酸————嘌呤核苷酸合成中重要的輔酶！因此，可利用競爭性抑制的原理設計藥物。此外，過渡態底物類似物也可作為競爭性抑制劑：所謂過渡態底物是指底物和酶結合而形成的中間複合物被活化後的過渡形式。過渡態底物對酶的親和力遠大於底物，因此可將抑制劑的化學結構設計成類似於過渡態底物，從而一起酶的強烈抑制。目前報導的過渡態底物類似物都是競爭性抑制劑，其抑制效率比基態底物類似物高的多。

溫度、pH、啟動劑對酶活性的影響：存在酶反應的最適溫度、最適pH；凡能提高酶活性的物質都稱為啟動劑，它對酶的作用具有一定的選擇性，即一種啟動劑對某種酶起啟動作用，而對另一種酶可能起抑制作用。酶的作用機制和酶的調節酶的活性部位影響酶催化效率的因素酶活性的調控調節酶別構酶共價調節酶酶原啟動可逆共價修飾同工酶知識點酶活性部位——酶的催化能力只局限在酶分子的一定區域，只有少數特異的氨基酸殘基參與了底物結合與催化作用，這些特異的氨基酸殘基比較集中的區域，即與酶活性直接相關的區域稱為酶的活性部位或活性中心。活性部位結合部位：決定酶的專一性催化部位：決定酶的催化能力酶活性部位的共同特點：①酶活性部位在酶分子的總體積中只占相當小的部分，通常只占整個酶分子體積的1%~2%；②酶的活性部位是一個三維實體（空間概念）：不是點、線、面的概念；③酶的活性部位並不是和底物的形狀正好互補，而是在結合過程中二者發生一定的構象變化後才互補的：此動態的辨認過程稱為誘導契合；④酶的活性部位是位於酶分子表面的一個裂縫內，底物分子或底物分子的一部分結合到裂縫內併發生催化作用；⑤底物通過次級鍵結合到酶上：酶與底物形成ES複合物主要靠氫鍵、鹽鍵、範德華力和疏水相互作用；⑥酶活性部位具有柔性或可運動性：活性部位更易被破壞；酶活性部位的研究方法：酶分子側鏈基團的化學修飾法（巰基、氨基、羧基、羥基、咪唑基、胍基等）；X射線晶體結構分析法；定點誘變法（改變編碼蛋白質基因中的DNA順序來研究酶活性部位必需氨基酸的變化）等。補充：酶的催化作用是由氨基酸側鏈上功能基團和輔因數為媒介的，主要的有His、Ser、Cys、Lys、Glu、Asp的側鏈常直接參加催化過程；輔因數對於酶的催化具有協同作用；對於多底物的酶促催化反應，存在著1個以上的底物結合部位，在活性部位存在1個以上的催化基團，能進行協同催化；與底物相比較，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，故活性部位通常包圍著底物。影響酶催化效率的因素底物和酶的鄰近效應與定向效應：鄰近效應指酶與底物結合成中間複合物後，使底物與底物之間，酶的催化基團與底物之間的有效濃度大大提高；定向效應指底物的反應基團之間和酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確取位產生的效應。底物形變和誘導契合：酶使底物分子中敏感鍵基團的電子雲密度增高或降低，產生電子張力，使底物分子形變而接近其過渡態，降低了反應活化能；酸堿催化：酶通過暫態的向底物提供質子或從底物接受質子以穩定過渡態底物而加速反應的催化機制。在生理條件下，pH中性，OH-H+很低，不能起到酸堿催化作用，此時主要依靠廣義的酸堿催化來作用，即酶蛋白分子中某些基團既是質子供體又是質子受體，如氨基、羧基、巰基、酚羥基、咪唑基等。共價催化：酶蛋白中的親核基團容易攻擊底物的親電中心，形成酶-底物共價結合的中間物，從而降低反應活化能，加速反應。酶蛋白中最常見的3種親核基團是：絲氨酸羥基、半胱氨酸巰基、組氨酸咪唑基；底物中典型的親電中心：磷醯基、醯基和糖基。金屬離子催化：幾乎1/3的酶催化活性需要金屬離子，金屬離子通過3種主要途徑參與催化過程：結合底物為反應定向；可逆地改變金屬離子的氧化態調節氧化還原反應；靜電穩定或遮罩負電荷。多元協同催化：酶活性部位受微環境影響：非極性、低介電環境利於酶促反應。酶活性的調控酶活性的調控激素產物回饋抑制抑制劑、啟動劑別構調節：可逆、非共價：別構酶共價修飾不可逆共價修飾：酶原啟動可逆共價修飾：磷酸化與去磷酸化甲基化與去甲基化其他同工酶別構調節——酶分子的非催化部位（別構部位）與某些化合物可逆地、非共價結合後使酶的構象發生改變，進而改變酶活性（增加或降低），稱之為酶的別構調節。具有這種調節作用的酶稱為別構酶（變構酶）。使酶分子發生別構作用的物質稱為效應物或別構劑，它包括正效應物（別構啟動劑）和負效應物（別構抑制劑）。別構調節普遍存在於生物界，許多多謝途徑的關鍵酶就是利用別構調節來控制代謝途徑之間的平衡。別構調節現象不僅存在於別構酶，還存在於其他的別構蛋白質如血紅蛋白；此外，操縱子中的調節蛋白也是別構蛋白質。關於別構酶：①別構酶的酶促反應大多不符合Michaelis-Menten動力學，即不符合米氏方程，其酶促反應曲線為S型（正協同）或雙曲；②效應物（別構劑）與調節亞基（調節部位）結合後導致酶構象的改變，引起酶催化部位的活性增加或降低；③具活性中心和別構中心，且二中心處在酶蛋白的不同亞基或同一亞基的不同部位，即調節部位不同於催化部位；④許多別構酶常處於代謝途徑的起始部位或受控部位，代謝途徑的終產物常作為別構酶的負效應物抑制這些酶；⑤所有的別構酶均為寡聚酶；⑥存在同促效應和異促效應：底物分子本身對別構酶的調節作用稱同促效應；非底物分子對別構酶的調節作用稱異促效應；補充：為了區分符合米氏方程的酶和正協同效應的別構酶及負協同效應的別構酶，Koshland建議用協同指數（cooperativityindex，CI）來鑒別不同的協同作用以及協同的程度。CI是指酶分子中的結合位點被底物飽和90%和飽和10%時底物濃度的比值。故協同指數又稱飽和比值(Rs)。CI=Rs=811/n

，n為協同係數（Hill係數），存在下列不同的Rs值：典型的米氏方程酶：Rs=81；正協同效應的別構酶：Rs＜81，且Rs愈小，正協同效應愈顯著；負協同效應的別構酶：Rs＞81,且Rs愈大，負協同效應愈顯著；此外，也常用Hill係數來判斷酶屬於哪一種類型：米氏方程酶n=1；正協同別構酶n＞1；負協同別構酶n＜1；調節酶——凡能通過構象變化或亞基解聚或亞基修飾等方式來改變酶活性而對代謝起調節作用的酶稱為調節酶。調節酶別構酶：可逆地非共價結合，使構象改變，調節亞基發生變構或進一步脫離催化亞基（解聚）共價調節酶：通過其他酶對其多肽鏈某些基團進行可逆共價修飾，使處於活性與非活性的互變狀態，從而調節酶活性；共價修飾主要是磷酸化、腺苷醯化、甲基化等。如在蛋白激酶作用下發生磷酸化，主要的蛋白激酶有蛋白激酶A，磷酸化酶激酶，蛋白酪氨酸激酶等；共價調節酶是寡聚酶，且在每個亞基上都含有共價修飾的位點。酶原啟動——是不可逆共價修飾，指酶前體（酶原）經過蛋白水解酶作用後釋放出肽段，構象發生變化，形成酶的活性部位，變成有活性的酶。同工酶——指催化相同的化學反應，但其蛋白質的分子結構、理化性質和免疫功能等方面不同的一組酶，稱為同工酶。關於同工酶的幾點說明：①同工酶的產生可能是基因分化的產物，而基因分化又可能是生物進化過程中為適應不同的代謝方式而引起的，故為適應不同的代謝方式，同工酶在不同組織或不同細胞中分布不同，底物特異性不同和動力學特性不同，這決定了同工酶在體內的功能是不同的，同工酶只做相同的工作，不一定有相同的功能；②同工酶是由不同基因編碼的單體亞基通過不同的比例聚合成不同的多聚體，使得同工酶在催化同一反應時以不同的多聚體形式存在；③同工酶是研究代謝調節、分子遺傳、生物進化、個體發育、細胞分化和細胞癌變的有力工具，在酶學、醫學和生物學研究中具有重要地位。第6章：維生素、抗生素、激素與生物膜維生素抗生素激素生物膜維生素維生素水溶性維生素脂溶性維生素維生素缺乏症各種維生素構成的輔酶（輔基）及其在酶反應中的功能知識點維生素（Vitamin）——維生素是維持生物體正常生長發育和代謝所必需的一類微量有機物質，不能由機體合成或合成量不足，必須靠食物供給。維生素在生物體內的作用不同於糖類、脂類和蛋白質，它不是作為碳源、氮源或能源物質，不是用來供能或構成生物體的組成部分，但卻是代謝過程中所必需的，即絕大多數的維生素是作為酶的輔酶或輔基的組成部分，在代謝中起到重要作用。維生素缺乏症——由於各種維生素的生理功能不同，因而缺乏不同的維生素將產生不同的疾病，即由於維生素缺乏而引起的疾病稱為維生素缺乏症。如缺乏維生素A導致夜盲症，缺乏維生素B1導致腳氣病，維生素C缺乏導致壞血病等等。維生素的分類——維生素都是小分子有機化合物，它們在化學結構上無共同性，有脂肪族、芳香族、脂環族、雜環和甾類化合物。通常根據維生素的溶解性質分為脂溶性和水溶性兩大類。分類如下：維生素脂溶性維生素維生素A（視黃醇）：包括A1和A2；維生素A和β-胡蘿蔔素的結構有聯繫，1個β-胡蘿蔔素分子可轉化為2分子維生素A。視網膜中的視紫紅質可分解成視蛋白和視黃醛，因而與視覺有關。維生素D：包括D2和D3，維生素D原與膽固醇的結構有聯繫；維生素D原經紫外線照射後轉化為D2或D3。維生素E（生育酚）：與生育有關，抗氧化劑作用，缺乏導致營養性肌肉萎縮。維生素K：與凝血有關。水溶性維生素維生素C（抗壞血酸）：人體等不能合成。維生素B族維生素B1（硫胺素）維生素B2（核黃素）維生素PP（尼克酸和尼克醯胺）：或稱煙酸和煙醯胺泛酸維生素B6（吡哆醛、醇、胺）葉酸生物素維生素B12(鈷胺素)硫辛酸各種維生素構成的輔酶（輔基）及其主要功能脂溶性維生素：維生素A(視黃醇)

11-順視黃醛視迴圈維生素D

1、25-二羥膽鈣甾醇調節鈣、磷代謝維生素E(生育酚)

——抗氧化維生素K——羧基化、氧化還原反應

水溶性維生素：維生素B1(硫胺素)

硫胺素焦磷酸（TPP)轉醛基和α-酮酸脫羧維生素B2(核黃素)

黃素單核苷酸（FMN）氧化還原反應黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）氧化還原反應維生素PP(煙酸和煙醯胺)NAD和NADP氫原子（電子）轉移泛酸輔酶A(CoA)轉醛基維生素B6(吡哆醛、胺、醇)

磷酸吡哆醛、胺氨基酸轉氨基、脫羧生物素生物胞素傳遞CO2葉酸四氫葉酸傳遞一碳單位維生素B12(鈷胺素)

甲基鈷胺素等甲基化、氫原子重排硫辛酸硫辛酸賴氨酸轉醛基、氧化還原反應維生素C(抗壞血酸)——羥基化反應

類別

輔酶、輔基或其活性形式主要功能抗生素抗生素——抗生素是生物在其生命活動過程中產生的一種次生代謝產物或其人工衍生物，它們在很低濃度時就能抑制或影響它種生物的生命活動。抗生素是一類最重要的化學治療劑（還有抗代謝物、中草藥的有效成分），第一個抗生素——青黴素在上世紀40年代問世，至今已尋找到9千多種新的抗生素和合成過7萬多種半合成抗生素，但其中只有50~60種是臨床上常用的抗生素。抗生素產生者包括微生物、昆蟲、寄生蟲、癌細胞等多種生物。抗生素種類很多，其化學結構、作用機制和抗菌譜各異，在醫療、農業、畜牧業等方面應用十分廣泛。抗生素的化學結構——化學結構多樣，如氨基酸衍生物、寡肽類、多肽類、多肽-大環內脂類、含嘌呤或嘧啶類、糖苷類、糖苷-大環內脂類、乙酸或丙酸衍生物、多烯或多炔類抗生素等。抗菌譜——抗生素的作用對象有一定的範圍，稱之為抗菌譜。分為廣譜抗生素（如氯黴素、金黴素、土黴素、四環素等）和窄譜抗生素（如青黴素、多粘菌素等）。抗生素的抗菌性能具有選擇性作用、選擇性毒力和引起細菌的耐藥性。抗生素的作用機制——抑菌或殺菌的機理：抑制細胞壁的形成、影響細胞膜的功能、干擾蛋白質的合成、阻礙核酸的合成。微生物的抗（耐）藥性——隨著抗生素的廣泛應用，某些病原微生物出現日益嚴重的抗藥現象，給疾病的治療帶來一定的困難。抗藥性的原因：產生使抗生素失效的酶、改變被抗生素作用的部位、改變細胞膜的透性等。激素激素——是生物體內產生的，通過體液或細胞外液運送到作用部位，產生特殊激動效應，即調節控制各種物質代謝的生理功能，並有利於多細胞的有機體統一成整體的一類微量的有機化合物，如腎上腺素、胰島素、甲狀腺素等。激素的分類含氮激素：包括氨基酸衍生物類激素、多肽和蛋白質類激素。固醇類激素：性激素、腎上腺皮質激素等。

從激素的作用機制來看，絕大部分的激素都是專一性的結合到靶細胞的受體上，形成激素—受體複合物，這種複合物再啟動細胞膜或細胞內的某種物質（如G蛋白、酪氨酸激酶等），然後產生特定資訊，這種資訊將促進或抑制特定的代謝過程。目前研究表明，激素的作用機制主要有4種：如下頁圖所示。激素的分泌受到嚴格調控，它們通過：上級內分泌腺對下級內分泌腺的調控，下級激素對上級激素的負回饋作用，酶的分佈調節和多元調控方式在機體內有節制的分泌，對外界刺激作出反應，使內環境保持平衡，以保證機體總是處於正常狀態。體內激素在作用後通過排泄、代謝等失活，周轉十分迅速。目前發現，激素的作用與cAMP、基因表達、癌基因及神經傳遞等密切相關，故對激素的研究進入一個新階段。激素的作用機制（作用途徑）膜受體通過腺苷酸環化酶作用途徑：通過啟動G蛋白而啟動腺苷酸環化酶產生cAMP。膜受體通過鈣及肌醇三磷酸作用途徑：通過啟動G蛋白的一系列作用，使磷脂醯肌醇4、5-二磷酸分解產生肌醇三磷酸，打開Ca2+通道，釋放的Ca2+與鈣調蛋白結合，啟動鈣調蛋白。受體的酪氨酸激酶途徑：受體本身含酪氨酸激酶，使受體本身的酪氨酸殘基磷酸化，並進一步促進酪氨酸激酶的活性。固醇類激素受體調節基因轉錄速度：激素作用於細胞核中的受體蛋白，形成對轉錄起增強作用的轉錄增強物，是特定基因轉錄增強。目前，在植物及昆蟲中也發現了一些激素，利用這些激素，可以研製一些植物生長調節劑和殺蟲劑。生物膜生物膜——細胞的外周膜（質膜）和內膜系統統稱為生物膜。生物膜結構是細胞結構的一種基本形式。生物膜具有多種功能，如物質運送、能量轉換、細胞識別、資訊傳遞、神經傳導、代謝調控以及藥物作用、腫瘤發生等等都與生物膜有關。生物膜的結構——主要由蛋白質（包括酶）、脂質（主要是磷脂）和糖類組成。生物膜的主要組分（蛋白質、脂質、糖類）在膜兩側的分佈都是不對稱的，這對於膜功能的表現是必要的。生物膜在一般條件下都呈脂雙層結構，但在某些生理條件下（如細胞的胞吞與胞吐、細胞融合、蛋白質跨膜運輸等）有可能出現非脂雙層結構，這稱為膜脂的多態性。生物膜的流動性是生物膜結構的主要特徵，它包括膜脂和膜蛋白的運動。磷脂的運動方式多樣，膜蛋白的運動可分分為側向擴散和旋轉擴散。關於生物膜分子結構模型有多種，其中“流體鑲嵌”模型得到廣泛認可。生物膜中分子間作用力主要有靜電力、疏水作用、範德華力。膜蛋白膜周邊蛋白質：能溶於水，較易分離膜內在蛋白質：不溶於水，需用劇烈方法分離膜蛋白約占細胞蛋白的1/4。其中70%~80%為膜內在蛋白（如受體、離子通道、離子泵、膜酶、運送載體等）。第七章：代謝概況、生物能學、物質運輸代謝概況生物能學物質運輸代謝概況新陳代謝（代謝）——是生物體內一切化學變化的總稱，是生命活動的重要特徵之一。代謝是由多酶體系協同作用的化學反應網路。代謝的基本要略是形成ATP、還原力和構造單元。代謝可分為分解代謝和合成代謝，也可分為物質代謝和能量代謝。兩用代謝途徑——分解代謝和合成代謝可以共同利用的代謝環節稱為兩用代謝途徑。如檸檬酸迴圈是典型的兩用代謝途徑，即氨基酸分解代謝的產物如草醯乙酸、α-酮戊二酸又是檸檬酸迴圈中的中間物，這些中間物又可用來合成氨基酸。代謝中間物——在代謝過程中連續轉變著的酶促產物稱為代謝中間物。代謝過程中的個別步驟、個別環節稱為中間代謝。各種物質在體內經過代謝最終都轉變為終產物。自由能——能夠用以做功的能量稱為自由能。生物體的一切生命活動都需要能量，如果沒有能量來源，生命即停止。太陽能是所有生物最根本的能量來源。機體利用自由能做功是在常溫常壓下進行的。機體內捕獲和儲存自由能的分子是ATP。機體在分解代謝中產生自由能的過程大致可分為3個階段：第一階段，由營養物的大分子如澱粉、蛋白質、脂肪等分解成較小的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等；第二階段，小分子進一步轉變為少數幾種共同物質如乙醯輔酶A等；第三階段，由檸檬酸迴圈（產生NADH和FADH2）和氧化磷酸化產生大量的ATP，這是產能的主要階段。ATP（腺苷三