專題八生物化學(xué),解貽連,一蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能,（一）蛋白質(zhì)的概述,蛋白質(zhì)（protein）是最基本的生命物質(zhì)之一。1、元素組成：平均含N量約16%（特征代表）2、基本結(jié)構(gòu)單位：氨基酸3、大?。旱鞍踪|(zhì)是大分子化合物4、空間結(jié)構(gòu)：一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)5、重要性：數(shù)量多、種類多、功能多6、蛋白質(zhì)的合成：AA順序的遺傳編碼,1.結(jié)構(gòu)通式-氨基酸,各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基的不同。20種基本氨基酸按R的極性可分為非極性氨基酸、極性性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸,（二）氨基酸,（1）、天然蛋白質(zhì)僅有20種AA、均為-AA（2）、旋光性：、（除甘氨酸沒(méi)有旋光性）（3）、構(gòu)型：D、L（除甘氨酸，天然蛋白質(zhì)的AA均為L(zhǎng)AA）。（4）、構(gòu)象,人類8種必需AA：（人體體內(nèi)不能自身合成，必須從食物中獲得）賴、色、甲硫、苯丙、蘇、纈、亮、異亮,2.氨基酸的性質(zhì),3.氨基酸的分類,法一：按R基化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為四大類：1、脂肪AA（15種）2、芳得族AA（2種）：苯丙氨酸、酪氨酸3、雜環(huán)族AA（2種）：組氨酸、色氨酸4、雜環(huán)亞AA（1種）：脯氨酸,法二：按R基極性分兩類：極性AA：11種非極性AA：9種法三：1、中性AA（有極性與非極性15種）2、酸性AA（2種）：天冬氨酸、谷氨酸3、堿性AA（3種）：組、賴、精,4.理化性質(zhì),（1）、物理性質(zhì)：無(wú)色晶體、有味（甜、鮮、苦）或無(wú)味，不同強(qiáng)度溶于水、稀酸、稀堿，但不溶于任何有機(jī)溶劑，酒精可使AA發(fā)生沉淀。（2）、光學(xué)性質(zhì)：具旋光性，有紫外吸收現(xiàn)象，波長(zhǎng)為280nm，但僅有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有此性質(zhì)。除甘氨酸外，氨基酸均含有一個(gè)手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。,（3）、兩性解離：等電點(diǎn)PIAA分子所帶的凈電荷為零（即分子內(nèi)正電負(fù)電）時(shí)溶液的PH值。PH1710凈電荷+10-1正離子兩性離子負(fù)離子等電點(diǎn)PI,（三）肽與肽鍵,一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。,由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。,1.肽鍵（peptidebond）：,肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。,0.127nm鍵長(zhǎng)=0.132nm0.148nm,2.肽鏈中AA的排列順序和命名,在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序。通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N端的氨基酸殘基開(kāi)始，以C端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,3.肽的顏色反應(yīng),多肽可與多種化合物作用，產(chǎn)生不同的顏色反應(yīng)。這些顯色反應(yīng)，可用于多肽的定性或定量鑒定。如黃色反應(yīng)，是由硝酸與氨基酸的苯基（酪氨酸和苯丙氨酸）反應(yīng)生成二硝基苯衍生物而顯黃色。多肽的雙縮脲反應(yīng)是多肽特有的顏色反應(yīng);雙縮脲是兩分子的尿素經(jīng)加熱失去一分子NH3而得到的產(chǎn)物。雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產(chǎn)生蘭色的銅-雙縮脲絡(luò)合物，稱為雙縮脲反應(yīng)。含有兩個(gè)以上肽鍵的多肽，具有與雙縮脲相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍(lán)紫色絡(luò)合物。這是多肽定量測(cè)定的重要反應(yīng)。,（四）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),1.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(Primarystructure)包括組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目.多肽鏈的氨基酸數(shù)目、種類和順序。以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。,2.蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級(jí)(Secondary)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。,（1）、-螺旋,（1）螺旋走向，穩(wěn)定以氫鍵連接，氫鍵與軸平行。（2）側(cè)基R伸向螺旋外側(cè)。（3）棒狀結(jié)構(gòu)，高度壓縮，緊密排列。（4）規(guī)律排列（5）由1條充分伸展的肽鏈的肽鍵平面折疊成的右手螺旋。（6）每隔3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm。（7）1個(gè)螺圈內(nèi)有13個(gè)原子。,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(TertiaryStructure)是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團(tuán)相互作用在空間進(jìn)一步盤(pán)繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。,3.蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(QuaternaryStructure)是指由多條各自具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)形式；各個(gè)亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的相互作用關(guān)系。這種蛋白質(zhì)分子中，最小的單位通常稱為亞基或亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，無(wú)生理活性；維持亞基之間的化學(xué)鍵主要是疏水力。由多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常常稱為寡聚蛋白；,4.蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu),（五）蛋白質(zhì)的性質(zhì),1.蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。在電場(chǎng)中，如果蛋白質(zhì)分子所帶正電荷多于負(fù)電荷，凈電荷為正，則向負(fù)電極移動(dòng)，反之，凈電荷為負(fù)，向正極移動(dòng)，這種泳動(dòng)現(xiàn)象稱電泳。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)PH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象，利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)，可以將蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化。,2.這是蛋白質(zhì)特有的性質(zhì)-膠體。由于蛋白質(zhì)的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典型性質(zhì)，如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運(yùn)動(dòng)等。由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過(guò)半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去,3.蛋白質(zhì)的沉淀作用蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來(lái)。蛋白質(zhì)的沉淀分為可逆沉淀和不可逆沉淀。,4.蛋白質(zhì)的變性作用天然蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響，分子構(gòu)象發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能隨之發(fā)生變化，但一級(jí)結(jié)構(gòu)未遭破壞，這種現(xiàn)象稱為變性作用。變性后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白。導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的因素：熱、紫外光、激烈的攪拌以及強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等。類型：不可逆變性、可逆變性（可復(fù)性）,（六）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能,（1）作為酶，蛋白質(zhì)具有催化功能。（2）作為結(jié)構(gòu)成分，它規(guī)定和維持細(xì)胞的構(gòu)造。（3）作為代謝的調(diào)節(jié)者（激素或阻遏物），它能協(xié)調(diào)和指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)過(guò)程。（4）作為運(yùn)輸工具，它能在細(xì)胞內(nèi)或者透過(guò)細(xì)胞膜傳遞小分子或離子。（5）作為抗體，它起著保護(hù)有機(jī)體，防御外物入侵的作用。,二核酸的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能,核酸是生物體內(nèi)極其重要的生物大分子，是生命的最基本的物質(zhì)之一。最早是瑞士的化學(xué)家米歇爾于1870年從膿細(xì)胞的核中分離出來(lái)的，由于它們是酸性的，并且最先是從核中分離的，故稱為核酸。核酸的發(fā)現(xiàn)比蛋白質(zhì)晚得多。核酸分為脫氧核糖核酸（簡(jiǎn)稱DNA）和核糖核酸（簡(jiǎn)稱RNA）兩大類，基本結(jié)構(gòu)單位都是核苷酸,（一）核甘酸,核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是5-磷酸-脫氧核糖核苷和5-磷酸-核糖核苷。,1.核甘,糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵,2.組成核甘的戊糖,組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為-D-核糖。,腺嘌呤Adenine,鳥(niǎo)嘌呤guanine,尿嘧啶uracil,胞嘧啶cytosine,胸腺嘧啶thymine,3.組成核甘的堿基,（二）核酸的分子結(jié)構(gòu),1.DNA的分子結(jié)構(gòu),（1）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)概念：DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。不同的DNA分子（或片段）其一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，即脫氧核苷酸排列順序不同，也就是堿基排列順序不同。意義：遺傳信息基本結(jié)構(gòu)單位：脫氧核糖核苷酸連接鍵：3，5磷酸二酯鍵書(shū)寫(xiě)及閱讀方向：從5端到3端,（2）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)概念：DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),DNA分子由兩條DNA單鏈組成。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條DNA單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。,.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),a.DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡(jiǎn)稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤(pán)繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?3，而另一條鏈的方向?yàn)?5。,b.嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90角C.螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為3.4nm，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為34nm。d.兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對(duì)所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥(niǎo)嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。,(3)核酸的紫外吸收,在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨(dú)特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組份定性和定量測(cè)定的依據(jù),(4)核酸的變性與復(fù)性,A.核酸的變性核酸的變性是指核酸雙螺旋區(qū)的多聚核苷酸鏈間的氫鍵斷裂，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)程。變性核酸將失去其部分或全部的生物活性。核酸的變性并不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，所以它的一級(jí)結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。能夠引起核酸變性的因素很多。溫度升高、酸堿度改變、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的變性。RNA本身只有局部的雙螺旋區(qū)，所以變性行為所引起的性質(zhì)變化沒(méi)有DNA那樣明顯。,利用紫外吸收的變化，可以檢測(cè)核酸變性的情況。而RNA變性后，約增加1.1%。這種現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。,變性DNA在適當(dāng)?shù)臈l件下，兩條彼此分開(kāi)的單鏈可以重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為復(fù)性。DNA復(fù)性后，一系列性質(zhì)將得到恢復(fù)，但是生物活性一般只能得到部分的恢復(fù)。DNA復(fù)性的程度、速率與復(fù)性過(guò)程的條件有關(guān)。將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時(shí)，DNA不可能復(fù)性。但是將變性的DNA緩慢冷卻時(shí)，可以復(fù)性。分子量越大復(fù)性越難。濃度越大，復(fù)性越容易。此外，DNA的復(fù)性也與它本身的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。,三酶的特點(diǎn)及功能,酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，又叫生物催化劑Biocatalysts。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)(Enzyme)。,（一）酶的作用特點(diǎn),（1）酶和一般催化劑的共性用量少而催化率高。它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生變化。酶能夠穩(wěn)定底物形成的過(guò)渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。,（2）酶作為生物催化劑的特性,A、高效性,B、專一性,C、反應(yīng)條件溫和,D、酶易失活,E、酶活力可調(diào)節(jié)控制,F、某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。,（二）酶的化學(xué)本質(zhì),通過(guò)對(duì)酶的性質(zhì)、組成和結(jié)構(gòu)等等方面的研究證實(shí)，酶是蛋白質(zhì)（也有RNA）。這些酶除了蛋白質(zhì)組分外，還含有對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白的小分子物質(zhì)，前者稱酶蛋白，后者稱輔因子。此完整的酶分子稱為全酶（全酶酶蛋白十輔因子）。有的酶的輔因子是金屬離子，有的是小分子有機(jī)化合物。通常將這些小分子有機(jī)化合物稱為輔酶或輔基。,（三）酶的活性中心和必需基團(tuán),酶的活性中心（activecenter）：是指酶分子中與底物直接結(jié)合并使之轉(zhuǎn)變出產(chǎn)物的小區(qū)，也稱活性部位(activesite)。酶的活性中心有兩個(gè)功能部位：結(jié)合部位和催化部位。,1結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此部位決定酶的專一性。2催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。,酶的活性中心具有以下特點(diǎn)：（1）活性中心是酶分子表面的一個(gè)凹穴，有一定的大小和特殊的構(gòu)象，但它們不是剛性的，在與底物接觸時(shí)表現(xiàn)一定的柔性。（2）構(gòu)成活性中心的大多數(shù)氨基酸殘基為疏水性，使此小區(qū)形成一個(gè)非極性的微環(huán)境，有利于與底物結(jié)合。（3）有活性中心，底物以弱鍵與酶結(jié)合。,酶的活性中心的必需基團(tuán)可分為兩種：一種是與作用物結(jié)合的必需基團(tuán)，稱為結(jié)合基團(tuán)，它決定酶的專一性；另一種是促進(jìn)作用物發(fā)生化學(xué)變化的基團(tuán)，稱為催化基團(tuán)，它決定酶的催化能力。,（四）酶的催化機(jī)理,（1）酶反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)學(xué)說(shuō)1931年Michaelis和Menten假設(shè)酶（E）與底物（S）先形成中間復(fù)合物（ES），再轉(zhuǎn)變成反應(yīng)產(chǎn)物（P），釋放出游離酶：ESESPE過(guò)渡態(tài)學(xué)說(shuō)：E+S=ES=ES*EPE+P式中：ES為米氏復(fù)合物；ES*為過(guò)渡態(tài)中間物；EP為酶產(chǎn)物中間物。,鄰近效應(yīng)：在酶促反應(yīng)中，由于酶和底物分子之間的親和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最終結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應(yīng)。定向效應(yīng)：當(dāng)專一性底物向酶活性中心靠近時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關(guān)基團(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)正確定向排列，同時(shí)使反應(yīng)基團(tuán)之間的分子軌道以正確方向嚴(yán)格定位，使酶促反應(yīng)易于進(jìn)行。以上兩種效應(yīng)使酶具有高效率和專一性特點(diǎn)。,（2）鄰近和定向效應(yīng),（3）誘導(dǎo)楔合學(xué)說(shuō),該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀，從而有利于底物折結(jié)合。,（四）影響酶反應(yīng)速度的因素,（1）酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響,E,酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響,（2）底物濃度與酶促反應(yīng)的關(guān)系,在低底物濃度時(shí),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。,（3）溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響,一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。在最適溫度條件下,反應(yīng)速度最大。,（4）PH值對(duì)酶反應(yīng)速度的影響,在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH,（5）激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響,凡能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑（activator）（1）無(wú)機(jī)離子：金屬離子(K+Na+Mg2+Zn2+Fe2+Ca2+、陰離子(Cl-Br-)、氫離子（2）中等大小的有機(jī)分子：某些還原劑、乙二胺四乙酸（EDTA）(3)某些酶類：酶原激活過(guò)程中的酶類原理：a.酶活性中心的必需基團(tuán)b.酶-底絡(luò)合物形成的橋梁c.作為某些酶的輔助因子d.保護(hù)-SH酶不被氧化,1、抑制作用與抑制劑凡使酶的活性降低或喪失，但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用（inhibition）。能夠引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑(inhibitor)。（抑制劑不同于變性劑）2、抑制作用的類型（1）不可逆抑制作用（irreversibleinhibition)（2）可逆抑制作用(reversibleinhibition),（1）不可逆抑制作用（irreversibleinhibition)抑制劑與酶蛋白中的必需基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性。專一性不可逆抑制作用：這類抑制劑只作用于與酶活性部位有關(guān)的氨基酸殘基或一類酶。非專一性不可逆抑制作用：這類抑制劑作用于酶分子上不同的基團(tuán)或作用于幾類不同的酶。如：?；瘎┧狒突酋Ｂ鹊瓤墒姑傅鞍椎?OH、SH、NH2等發(fā)生?；?。,（2）可逆抑制作用(reversibleinhibition)抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過(guò)透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類：a.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用b.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用C.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用,四糖和糖代謝,（一）糖的概況,（二）糖的分類,單糖：甘油醛、二羥丙酮、戊糖、己糖、庚糖,二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維二糖,多糖：,同多糖：淀粉、纖維素、糖原、幾丁質(zhì),糖胺聚糖（透明質(zhì)酸、硫酸角質(zhì)素）、蛋白聚糖,雜多糖：,細(xì)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）,（三）糖代謝,1.糖酵解（EMP途徑）,定義：糖酵解是酶將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨ATP生成的過(guò)程。是一切有機(jī)體中普遍存在的葡萄糖降解途徑。1940年被闡明。(研究歷史)Embden,Meyerhof,Parnas等人貢獻(xiàn)最多，故糖酵解過(guò)程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途徑，簡(jiǎn)稱EMP途徑。在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,葡萄糖,6-磷酸-葡萄糖,6-磷酸-果糖,1，6-二磷酸-果糖,磷酸二羥丙酮,3-磷酸-甘油醛,第一階段,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第二階段,己糖激酶,磷酸葡萄糖異構(gòu)酶,磷酸果糖激酶,醛縮酶,磷酸丙糖異構(gòu)酶,磷酸甘油醛脫氫酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸變位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,（2）糖酵解的調(diào)控,細(xì)胞對(duì)酵解速度的調(diào)控是為了滿足細(xì)胞對(duì)能量及碳骨架的需求。在代謝途徑中，催化不可逆反應(yīng)的酶所處的部位是控制代謝反應(yīng)的有力部位。糖酵解中有三步反應(yīng)不可逆，分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此這三種酶對(duì)酵解速度起調(diào)節(jié)作用。糖酵解的調(diào)控,（3）糖酵解的意義,A、糖酵解是存在一切生物體內(nèi)糖分解代謝的普遍途徑。B、通過(guò)糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，為生命活動(dòng)提供部分能量，尤其對(duì)厭氧生物是獲得能量的主要方式。C、糖酵解途徑的許多中間產(chǎn)物可作為合成其他物質(zhì)的原料（提供碳骨架），如磷酸二羥丙酮甘油。D、是糖有氧分解的準(zhǔn)備階段。E、由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑漠惿緩交緸橹孢^(guò)程。,（4）丙酮酸的去路,A.酵母在無(wú)氧條件下將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和CO2,H+,C2O,丙酮酸脫羧酶TPP,NADH+H+,NAD+,乙醇脫氫酶,丙酮酸,乙醛,乙醇,由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖嫉倪^(guò)程稱為酒精發(fā)酵:葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2C2O+2ATP+2H2O,OHHCO-COHCOHCOCH3CH3CH3,OOCO-+NADH+H+CO-+NAD+COHOCHCH3CH3,丙酮酸,L-乳酸,乳酸脫氫酶,葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O,B.動(dòng)物在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)或由于呼吸、循環(huán)系統(tǒng)障礙而發(fā)生供氧不足時(shí)。生長(zhǎng)在厭氧或相對(duì)厭氧條件下的許多細(xì)菌。,C.在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入線粒體生成乙酰CoA，參加TCA循環(huán)（檸檬酸循環(huán)），被徹底氧化成CO2和H2O。D.轉(zhuǎn)化為脂肪酸或酮體。當(dāng)細(xì)胞ATP水平較高時(shí)，檸檬酸循環(huán)的速率下降，乙酰CoA開(kāi)始積累，可用作脂肪的合成或酮體的合成。,2.三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）,概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和H2O并產(chǎn)生能量的過(guò)程，稱為檸檬酸循環(huán)，亦稱為三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle),簡(jiǎn)稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國(guó)）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。,三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行,（1）由丙酮酸形成乙酰CoA,丙酮酸進(jìn)入線粒體轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA,這是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的紐帶：丙酮酸+CoA+NAD+乙酰CoA+C2O+NADH+H+反應(yīng)不可逆，分5步進(jìn)行，由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是一個(gè)十分大的多酶復(fù)合體，包括丙酮酸脫氫酶E1、二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2、二氫硫辛酸脫氫酶E3三種不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，F(xiàn)AD,NAD+,CoA及Mg2+六種輔助因子組裝而成。,由丙酮酸到乙酰CoA是一個(gè)重要步驟，處于代謝途徑的分支點(diǎn)，所以此體系受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制：1、產(chǎn)物抑制：乙酰CoA抑制乙酰轉(zhuǎn)移酶E2組分，NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3組分。抑制效應(yīng)被CoA和NAD+逆轉(zhuǎn)。2、核苷酸反饋調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1受GTP抑制，被AMP活化。3、砷化物與E2中的輔基硫辛酰胺形成無(wú)催化能力的砷化物。4、可逆磷酸化作用的調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1的磷酸化狀態(tài)無(wú)活性，反之有活性。5、Ca2+激活,丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控,（2）TCA循環(huán)的過(guò)程,三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式為：乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+2H+循環(huán)有以下特點(diǎn)：1、乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個(gè)C原子進(jìn)入循環(huán)。在以后的兩步脫羧反應(yīng)中，有兩個(gè)C原子以CO2的形式離開(kāi)循環(huán)，相當(dāng)于乙酰CoA的2個(gè)C原子形成CO2。2、在循環(huán)中有4對(duì)H原子通過(guò)4步氧化反應(yīng)脫下，其中3對(duì)用以還原NAD+生成3個(gè)NADH+H+,1對(duì)用以還原FAD,生成1個(gè)FADH2。,3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸時(shí)，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個(gè)GTP,1GTP1ATP。4、循環(huán)中消耗兩分子水。5、3NADH9ATP，1FADH22ATP，再加上1個(gè)GTP。6、單向進(jìn)行。7、整個(gè)循環(huán)不需要氧，但離開(kāi)氧無(wú)法進(jìn)行。1分子乙酰CoA通過(guò)TCA循環(huán)被氧化，可生成12分子ATP。,（3）三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量,（4）三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng),三羧酸循環(huán)不僅是產(chǎn)生ATP的途徑，它的中間產(chǎn)物也是生物合成的前體，-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸琥珀酰CoA卟啉環(huán)上述過(guò)程均可導(dǎo)致草酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須不斷補(bǔ)充才能維持其正常進(jìn)行，這種補(bǔ)充稱為回補(bǔ)反應(yīng)(anapleroticreaction)。,B、PEP羧化（在植物、酵母、細(xì)菌）,A、丙酮酸羧化(動(dòng)物體內(nèi)的主要回補(bǔ)反應(yīng)),五生物氧化,（1）生物氧化概述,一切生命活動(dòng)都需要能量，維持生命活動(dòng)的能量主要有兩個(gè)來(lái)源：光能（太陽(yáng)能）：光合自養(yǎng)生物通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。化學(xué)能：異養(yǎng)生物或非光合組織通過(guò)生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)（主要是各種光合作用產(chǎn)物）氧化分解，使存儲(chǔ)的穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學(xué)能，ATP直接用于需要能量的各種生命活動(dòng)。,1.概念有機(jī)物質(zhì)（糖、脂肪和蛋白質(zhì)）在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行氧化分解而生成CO2和H2O并釋放出能量的過(guò)程稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。,（1）細(xì)胞如何在酶的催化下將有機(jī)化合物中的C變成CO2CO2如何形成？脫羧反應(yīng)（2）在酶的作用下細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2OH2O如何形成？電子傳遞鏈（3）當(dāng)有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP能量如何產(chǎn)生？底物水平磷酸化氧化磷酸化,2、生物氧化的特點(diǎn),生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：細(xì)胞內(nèi)溫和條件高溫或高壓、干燥條件（常溫、常壓、中性pH、水溶液）一系列酶促反應(yīng)無(wú)機(jī)催化劑逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用轉(zhuǎn)換為光和熱，散失,生物氧化體外燃燒,（二）電子傳遞鏈,1.概念需氧細(xì)胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過(guò)各自的分解途徑所形成的還原性輔酶，包括NADH和FADH2通過(guò)電子傳遞途徑被重新氧化。在生物氧化過(guò)程中，還原型輔酶上的氫原子以質(zhì)子的形式脫下，其電子沿一系列按一定順序排列的電子傳遞體轉(zhuǎn)移，最后轉(zhuǎn)移給分子氧并生成水，這個(gè)電子傳遞體系稱為電子傳遞鏈。由于消耗氧，故也叫呼吸鏈。電子傳遞鏈在原核生物存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線粒體內(nèi)膜上。,2.呼吸鏈的組成,呼吸鏈由一系列的氫傳遞體和電子傳遞體組成。包括：NADH-Q還原酶、琥珀酸-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶、細(xì)胞色素氧化酶。,NADH,NADH-Q還原酶,Q,細(xì)胞色素還原酶,細(xì)胞色素C,細(xì)胞色素氧化酶,O2,琥珀酸-Q還原酶,FADH2,3.呼吸鏈的電子傳遞順序,呼吸鏈的各組分在線粒體內(nèi)膜上是按一定順序排列的，在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條呼吸鏈：,FMNFe-S,CytbFe-Scytc1,cytaa3,Fe-SFADH2,NADH+H+,CoQ,cytc,O2,琥珀酸,ADP+Pi,ADP+Pi,ADP+Pi,ATP,ATP,ATP,呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示NADHNADH-Q還原酶被魚(yú)藤酮、安密妥、殺蝶素A抑制CoQcytb被抗霉素A抑制cytc1cytccytaa3被氰化物、一氧化碳、硫化氫、疊氮化合物抑制O2,（三）氧化磷酸化,1、概念,生物體內(nèi)高能磷酸化合物ATP的生成主要由三種方式：氧化磷酸化底物水平磷酸化光合磷酸化,（1）氧化磷酸化,是與電子傳遞過(guò)程偶聯(lián)的磷酸化過(guò)程。即伴隨電子從底物到O2的傳遞，ADP被磷酸化生成ATP的酶促過(guò)程，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。這是需氧生物合成ATP的主要途徑。真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。原核生物則在質(zhì)膜上進(jìn)行。,底物水平磷酸化指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物（PEP）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。,特點(diǎn)：ATP的形成直接與中間代謝物進(jìn)行的反應(yīng)相偶聯(lián)；在有O2或無(wú)O2條件下均可發(fā)生底物水平的磷酸化。,（2）底物水平磷酸化,（四）氧化磷酸化作用的機(jī)理,1、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō),（1）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1953年）（掌握要點(diǎn)）認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過(guò)一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形