1.1.1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

考點(diǎn)：

組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的類別、分類依據(jù)及幾種特殊氨基酸的分類；

氨基酸的理化性質(zhì)、成肽反應(yīng)及體內(nèi)重要的生物活性肽；

蛋白質(zhì)的分類及分子結(jié)構(gòu)；

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（包括?級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)）與功能的關(guān)系；

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)、分離純化的基本方法及其原理；

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定（即多肽鏈中氨基酸序列分析）和空間結(jié)構(gòu)的測定。

重點(diǎn)：

氨基酸的分類及理化性質(zhì)，蛋白質(zhì)的級和空間結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，分離純化蛋白質(zhì)的

原理和方法。

難點(diǎn)：

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定，這也是眾多研究者花費(fèi)多年才解決的難題，我們只需弄清楚其要步

驟及各步的基本原理和方法即可。

基本知識與理論：

一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能（了解即可）

蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命，生物體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其蛋白質(zhì)種類和功

能越繁多，其主要的生物學(xué)功能是：

（一）催化和調(diào)節(jié)能力

某些蛋白質(zhì)是酶，催化生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝反應(yīng)。

某些蛋白質(zhì)是激素，具有一定的調(diào)節(jié)功能，如胰島素調(diào)節(jié)糖代謝、體內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)也常通過某

些蛋白質(zhì)介導(dǎo)。

（二）轉(zhuǎn)運(yùn)功能

某些蛋白具有運(yùn)載功能，如血紅蛋白是轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣和二氧化碳的工具，血清白蛋白可以運(yùn)輸自

由脂肪酸及膽紅素等。

（三）收縮或運(yùn)動(dòng)功能

某些蛋白質(zhì)賦予細(xì)胞與器官收縮的能力，可以使其改變形狀或運(yùn)動(dòng)。如骨骼肌收縮靠肌動(dòng)蛋

白和肌球蛋白。

（四）防御功能

如免疫球蛋白，可抵抗外來的有害物質(zhì)，保護(hù)機(jī)體。

（五）營養(yǎng)和儲存功能

如鐵蛋白可以儲存鐵。

（六）結(jié)構(gòu)蛋白

許多蛋白質(zhì)起支持作用，給生物結(jié)構(gòu)以強(qiáng)度及保護(hù)，如韌帶含彈性蛋白，具有雙向抗拉強(qiáng)度。

（七）其他功能

如病毒和噬菌體是核蛋白，病毒可以致病。

二、蛋白質(zhì)的分子組成

（-）元素組成

組成蛋白質(zhì)分子的主要元素有碳、氫、氧、氮、硫。有些還含有少量磷或金屬元素。各種蛋

白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%,且蛋白質(zhì)是體內(nèi)的主要含氮物，因此可以根據(jù)生物樣

品的含氮量推算出蛋白質(zhì)的大致含量。

（-）氨基酸

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，存在于自然界的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)

的氨基酸僅有20種，且均屬L-a-氨基酸（甘氨酸除外）即左旋氨基酸，因?yàn)楦拾彼釤o手性

碳原子（與四個(gè)不同的原子或基團(tuán)相連的碳原子），大多數(shù)有手性碳原子的是手性分子，手性

分子有旋光活性。根據(jù)它們的側(cè)鏈R的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可分為四類：

1.非極性疏水性氨基酸：這類氨基酸的特征是在水中的溶解度小于極性氨基酸。

2.極性中性氨基酸：

這類氨基酸的特征是比非極性氨基酸易溶于水，且峻基數(shù)等于氨基數(shù)，故為中性氨基酸，但

因?yàn)榭⒒婋x能力較大，故其實(shí)際上具有弱酸性。

3.酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸。這兩種氨基酸都含有兩個(gè)竣基，在生理?xiàng)l件下帶負(fù)電，

故為酸性氨基酸。

4.堿性氨基酸：賴氨酸、精氨酸和組氨酸。這類氨基酸在生理?xiàng)l件下帶正電，故為堿性氨基

酸。

還需要記住這20種氨基酸的英文縮寫符號，尤其是三字符號，并且這四種類別的氨基酸中

還有幾種特殊的氨基酸，也需記住它們的獨(dú)特特征。

它們是芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分子中含有芳香環(huán)

含硫氨基酸：甲硫氨酸、半胱氨酸分子中含硫元素，甲硫氨酸也叫蛋氨酸。

亞氨基酸：脯氨酸，其氨基處于環(huán)中，為亞氨基酸

支鏈氨基酸：綴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸，這三種均含有支鏈

其中有八種氨基酸人體內(nèi)不能自身合成，必須從食物中獲得，稱為必需氨基酸，它們是繳氨

酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、苯內(nèi)氨酸和色氨酸。

三、氨基酸的理化性質(zhì)

(-)兩性電離及等電點(diǎn)

氨基酸分子中含有堿性的a-氨基和酸性的a-竣基，能與酸或堿類物質(zhì)結(jié)合成鹽，故它是一

種兩性電解質(zhì)。在某一pH值的溶液中氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢與程度相等，成

為兼性離子，呈電中性，此時(shí)溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(pl)。這里有一個(gè)等電點(diǎn)的

計(jì)算問題：

1.側(cè)鏈R為非極性基團(tuán)或雖為極性但不解離的，此種氨基酸的等電點(diǎn)主要由a-氨基和a-竣

基的解離常數(shù)的負(fù)對數(shù)pK1,pK2決定，p』1[]2(pK1+pK2)

2.側(cè)鏈基團(tuán)可以解離，則由a-氨基，a-竣基及R基團(tuán)解離情況共同決定，只需寫出電離式，

取其兼性離子兩邊的pK值的平均值即可。如賴氨酸其電離式為：

由電離式可以看出，其兼性離子兩邊pK值分別是pKa-NH3+和pKE-NH3+而與a-段基無關(guān)

故其pl=1[]2(8.95+10.537)=9.74

(二)紫外吸收性質(zhì)

色氨酸、酪氨酸在280nm波長附近有最大的紫外吸收峰，由于大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這類氨基

酸，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值，是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便方法。

(三)前三酮反應(yīng)：氨基酸+瑋三酮水合物一還原前三酮+氨，還原前三酮+氨+前三酮一藍(lán)

紫色化合物

此化合物最大吸收峰在570nm波長處，由于此吸收峰值的大小與?氨基酸釋放出的氨量成正

比，因此可以作為氨基酸定量分析的方法。

四、肽

（-）肽鍵

兩分子氨基酸可由一分子所含的氨基與另一分子所帶的竣基脫去一分子水縮合成二肽，兩個(gè)

氨基酸之間產(chǎn)生的酰胺鍵稱為肽鍵，具有不典型雙鍵性質(zhì)。由10個(gè)以內(nèi)的氨基酸縮合而成

的肽稱為寡肽，更多的氨基酸相連而構(gòu)成多肽。pr是具有更大分子量的多肽鏈，但多肽和

pr在分子量上很難劃出明確界限，實(shí)際應(yīng)用中只有一個(gè)習(xí)慣上的劃分。肽鏈中的氨基酸分

子因脫水縮合而基團(tuán)不全，稱為氨基酸殘基。多肽鏈中自由氨基末端稱為N端，自由竣基

末端稱為C端，命名從N端指向C端。

（二）生物活性肽

1.谷胱甘肽

由谷氨酸和甘氨酸和半胱氨酸組成的三肽。第一個(gè)肽鍵比較特殊，由谷氨酸Y-竣基與半胱

氨酸的氨基組成。分子中半胱氨酸的貧基是該化合物的主要功能基團(tuán)。此筑基具有還原性，

要記住谷胱甘肽的生理作用：①作為體內(nèi)重要的還原劑；保護(hù)蛋白質(zhì)或酶免遭氧化，使它們

處在活性狀態(tài)②可還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的H202,避免細(xì)胞受損③其筑基具有嗜核特性，能與

外源的致癌劑或藥物等結(jié)合，從而阻斷它們與DNA、RNA或蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭損

害。

2.多肽類激素及神經(jīng)肽。體內(nèi)有許多激素屬寡肽或多肽，如催產(chǎn)素、促腎上腺皮質(zhì)激素，

促甲狀腺激素等。神經(jīng)肽是在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的肽類，如腦啡肽、佚內(nèi)啡肽

等。

五pr的分類

pr的分類分單純pr、結(jié)合pr,后者除aa外，還含有非pr部分即輔基，絕大部分輔基以共

價(jià)健與pr部分相連，根據(jù)形狀分纖維pr及球狀pr

六、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

（要注意構(gòu)成各級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵）

可分為一級、二級、三級、四級結(jié)構(gòu)四個(gè)層次，后三者統(tǒng)稱為高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象。蛋白質(zhì)

的空間構(gòu)象涵蓋了蛋白質(zhì)分子中每一個(gè)原子在三維空間的相對位置，并非所有pr都有四級

結(jié)構(gòu)，由二條或二條以上多肽鏈形成的pr才有四級結(jié)構(gòu)。

(一)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。主要化學(xué)鍵是肽鍵和二硫鍵。一級

結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。氨基酸排列順序的差別意味著從多肽鏈骨

架伸出的側(cè)鏈R基團(tuán)的性質(zhì)和順序?qū)τ诿恳环N蛋白質(zhì)是特異的一因?yàn)镽基團(tuán)大小不同，

所帶電荷數(shù)目不同，對水的親和力不相同，所以蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象也不同。

(-)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架原

子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。維系二級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是氫鍵。

二級結(jié)構(gòu)的主要形式包括：a-螺旋結(jié)構(gòu)、0—折疊、出轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。

1.肽單元。參與肽鍵的6個(gè)原子Cal、C、0、N、H、Ca2位于同一平面，且Cal、Ca2在

平面上所處的位置為反式構(gòu)型，此6個(gè)原子即構(gòu)成了肽單元，其基本結(jié)構(gòu)為

圖中的A、B鍵是單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)，也正由于這兩個(gè)單鍵的自由旋轉(zhuǎn)角度，決定了相鄰肽

單元之間的相對空間位置。其中的肽鍵有一定程度雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。

2.a-螺旋。多肽鏈主鏈圍繞中心軸有規(guī)律的螺旋式上升，每隔3.6個(gè)殘基螺旋上升一圈，

每個(gè)氨基酸殘基向上平移0.15nm,故螺距為0.54nm。螺旋的走向?yàn)橛沂致菪?。a-螺旋的

每個(gè)肽鍵的N—H和第四個(gè)肽鍵的默基氧形成氫鍵，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行，側(cè)鏈

R基團(tuán)則伸向螺旋外。

3.佚折疊。多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以C為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈R基團(tuán)交錯(cuò)

位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方?？捎蓛蓷l以上肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

平行肽段間靠鏈間肽鍵談基氧和亞氨基氫形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定，此氫鍵方向與折疊的長軸

垂直。兩條平行肽鏈走向可相同或相反，由一條肽鏈折返形成的小折疊多為反式，反式平

行較順式平行更為穩(wěn)定。

4.B-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲0巴轉(zhuǎn)角常發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180度回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上，通常由4個(gè)氨基酸

殘基組成，其第一個(gè)殘基的鑲基氧與第四個(gè)殘基的氨基氫可形成氫鍵。0-轉(zhuǎn)角第二個(gè)殘基常

為脯氨酸，因?yàn)槠銷原子位于環(huán)中，形成肽鍵N原子上已沒有H,不能再形成氫鍵，故走

向轉(zhuǎn)折0-轉(zhuǎn)角常發(fā)生在蛋白質(zhì)分子的表面，這與蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能有關(guān)。

無視卷曲用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。

5.模序。指在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)兩個(gè)或三個(gè)具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接

近，形成一個(gè)具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)，稱為模序。實(shí)際上它是一種超二級結(jié)構(gòu)。一個(gè)模序

總有其特征性的氨基酸序列，并發(fā)揮特殊的功能。常見的a-螺旋一環(huán)一a-螺旋結(jié)構(gòu)及鋅指結(jié)

構(gòu)，前者可結(jié)合Ca2+,后者可結(jié)合Zn2+,使a-螺旋能鑲嵌于DNA的大溝中。因此含此結(jié)

構(gòu)的pr可與DNA或RNA結(jié)合，這對于pr調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄和pr翻譯過程是必要的。一段

肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成a-螺旋或B-折疊，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)，aa殘基帶

相同的電荷或側(cè)鏈太大，都會(huì)妨礙二級結(jié)構(gòu)的形成，此外還有一個(gè)分子伴侶的概念，其作用

就是使肽鏈正確折疊，從而形成正確的空間構(gòu)象。

（三）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

指整條肽鍵中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布

位置。三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠疏水鍵、鹽鍵、二硫鍵、氫鍵和范德華力等次級鍵。其

中疏水鍵是最主要的穩(wěn)定力量。疏水鍵是蛋白質(zhì)分子中疏水基團(tuán)之間的結(jié)合力，酸性和堿性

氨基酸的R基團(tuán)可以帶電荷，正負(fù)電荷互相吸引形成鹽鍵，與氫原子共用電子對形成的鍵

為氫鍵。

分子量大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)其整條肽鏈中常可分割成多折疊得轉(zhuǎn)為緊密的結(jié)構(gòu)域，實(shí)際上結(jié)

構(gòu)域也是一種介于二級和三級結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)層次，每個(gè)結(jié)構(gòu)域執(zhí)行一定的功能。

（四）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是由有生物活性的兩條或多條肽鏈組成，肽鏈與肽鏈之間不通過共價(jià)鍵相

連，而由非共價(jià)鍵維系。每條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基，這種蛋白

質(zhì)分子中各個(gè)亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。

在四級結(jié)構(gòu)中，各亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，氫鍵和離子鍵也參與維持四級結(jié)構(gòu)。

含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒有生物學(xué)功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)才有生物學(xué)

功能。

七、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

要明白三點(diǎn)：

1.一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象和功能的基礎(chǔ)，空間構(gòu)象遭破壞的多肽鏈只要其肽鍵未斷，一級結(jié)構(gòu)

未被破壞，就能恢復(fù)到原來的三級結(jié)構(gòu)，功能依然存在。

2.即使是不同物種之間的多肽和蛋白質(zhì)，只要其一級結(jié)構(gòu)相似，其空間構(gòu)象及功能也越相似。

3.物種越接近，其同類蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)越相似，功能也相似。

但一級結(jié)構(gòu)中有些氨基酸的作用卻是非常重要的，若蛋白質(zhì)分子中起關(guān)鍵作用的氨基酸殘基

缺失或被替代，都會(huì)嚴(yán)重影響其空間構(gòu)象或生理功能，產(chǎn)生某種疾病，這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)

生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。

（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān)。其構(gòu)象發(fā)生改變，功能活性

也隨之改變。以肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）為例闡述蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

Mb與Hb都是含有血紅素輔基的蛋白質(zhì)。攜帶氧的是血紅素中的總2+,防2+有6個(gè)配

位鍵，其中四個(gè)與此咯環(huán)N配位結(jié)合，一個(gè)與蛋白質(zhì)的組氨酸殘基結(jié)合，另一個(gè)即可與氧

結(jié)合。而血紅素與蛋白質(zhì)的穩(wěn)定結(jié)合主要靠以下兩種作用：一是血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)

鏈與肽鏈中氨基酸側(cè)鏈相連，另一作用即是肽鏈中的組氨酸殘基與血紅素中B2+配位結(jié)合。

Mb只有一條肽鏈，故只結(jié)合一個(gè)血紅素，只攜帶1分子氧，其氧解離曲線為直角雙曲線，

而Hb是由四個(gè)亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，共可結(jié)合4分子氧，其氧解離曲線為“S'形曲線，從

曲線的形狀特征可知，Hb第一個(gè)亞基與02結(jié)合，可促進(jìn)第二、第三個(gè)亞基與02的結(jié)合，

前三個(gè)亞基與02結(jié)合，又大大促進(jìn)第四個(gè)亞基與02結(jié)合，這種一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，

能影響蛋白質(zhì)分子中另一亞基與配體結(jié)合能力的效應(yīng)，稱協(xié)同效應(yīng)，02與Hb之間是促進(jìn)

作用，稱正協(xié)同效應(yīng)。之所以會(huì)有這種效應(yīng)，是因?yàn)槲唇Y(jié)合02時(shí)，Hb結(jié)構(gòu)緊密，此時(shí)Hb

與02親和力小，隨著02的結(jié)合，其亞基之間鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)變得松弛，此種狀態(tài)Hb

與02親和力即增加。這種一個(gè)氧分子與Hb亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化的效應(yīng)稱變構(gòu)效

應(yīng)，有關(guān)此效應(yīng)會(huì)在后面酶一章中詳細(xì)解釋。肌紅蛋白只有一條肽鏈，不存在協(xié)同效應(yīng)。

由此可見，Hb與Mb在空間結(jié)構(gòu)上的不同，決定了它們在體內(nèi)發(fā)揮不同的生理功能。

八、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化

（一）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)pr既具有aa的相關(guān)性質(zhì)，又具有作為生物大分子的一些獨(dú)特的性質(zhì)。

1.蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn)，這與aa的性質(zhì)相似，其氨基、段基及側(cè)鏈的某些基團(tuán)皆可

解離。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電

荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)溶液的pH大于等電點(diǎn)時(shí);該蛋白質(zhì)

顆粒帶負(fù)電荷，反之帶正電荷。體內(nèi)各種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同，但大多數(shù)接近于pH5.0,所

以在人體體液PH7.4的環(huán)境下，大多數(shù)蛋白質(zhì)解離成陰離子，帶負(fù)電。

2.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)這是pr作為生物大分子才有的性質(zhì)可將蛋白質(zhì)溶液看作膠體溶液。pr

作為溶液穩(wěn)定存在的兩大因素：一是蛋白質(zhì)顆粒表面大多為親水基團(tuán)，可吸引水分子，使顆

粒表面形成一層水化膜，從而阻斷蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集，防止溶液中蛋白質(zhì)的沉淀析出；

二是蛋白質(zhì)顆粒表面可帶相同電荷顆粒之間相互排斥不易聚集沉淀，也可以起穩(wěn)定顆粒的作

用。若去除蛋白質(zhì)顆粒這兩個(gè)穩(wěn)定因素，蛋白質(zhì)極易從溶液中沉淀。

3.蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固這也是pr區(qū)別于aa的特有性質(zhì)。（1）變性：蛋白質(zhì)在某些理

化因素的作用下，其空間結(jié)構(gòu)受到破壞，從而改變其理化性質(zhì)，并失去其生物活性，稱為變

性。一般認(rèn)為蛋白質(zhì)變性并不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變，故若蛋白質(zhì)變性較輕，在去除變性因素

后，其仍可恢復(fù)原有的構(gòu)象和功能，稱復(fù)性。但若其空間構(gòu)象遭到嚴(yán)重破壞，則去除變性因

素也不能復(fù)性，稱不可逆變性。引起變性的因素有各種物理或化學(xué)因素。蛋白質(zhì)變性后因其

空間結(jié)構(gòu)受到破壞，其性質(zhì)也受影響，如易沉淀，粘度增加，作為酶其催化活性喪失等。雖

然變性后蛋白質(zhì)失去水化膜，其疏水側(cè)鏈暴露，但只要其溶液pH值不等于蛋白質(zhì)酶等電點(diǎn)，

蛋白質(zhì)仍可不沉淀，故變性后，蛋白質(zhì)溶解度減少卻并不一定沉淀。

醫(yī)學(xué)上消毒滅菌，就是基于蛋白質(zhì)變性的原理，而生物制品的制備和保存則必須防止蛋白質(zhì)

變性。

(2)沉淀：蛋白質(zhì)在溶液中的穩(wěn)定因素是水化膜及電荷，因而凡是能消除蛋白質(zhì)表面的水

化膜并中和電荷的試劑均可以引起蛋白質(zhì)的沉淀。常用的有中性鹽、有機(jī)溶劑、某些生物堿

試劑、大分子酸類及重金屬鹽類等。

(3)凝固：蛋白質(zhì)經(jīng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作用發(fā)生變性后，仍能溶解于強(qiáng)堿或強(qiáng)酸溶液中，若將pH

調(diào)至等電點(diǎn)，則變性蛋白質(zhì)立即結(jié)成絮狀的不溶解物，此絮狀物仍可溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中，如

再加熱則絮狀物可變成較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸與強(qiáng)堿中，這種現(xiàn)象稱為蛋白

質(zhì)的凝固作用。如雞蛋煮熟后本來流動(dòng)的蛋清變成了固體，實(shí)際上凝固是蛋白質(zhì)變性后進(jìn)一

步發(fā)展的不可逆的結(jié)果.

4.蛋白質(zhì)的紫外吸收。由于蛋白質(zhì)分子中含有有共軌雙鍵的酪氨酸、色氨酸，因此在280nm

波長處有特征性吸收峰，這與aa相似。在此波長范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)的吸收光度值與其濃度成

正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。

5.蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

①瑋三酮反應(yīng)：與氨基酸作用原理相似。

②雙縮服反應(yīng)：肽鍵+硫酸銅△稀堿溶液紫色、紅色物，氨基酸不出現(xiàn)此反應(yīng)，故可檢

測蛋白質(zhì)水解程度。

(-)蛋白質(zhì)的分離與純化

蛋白質(zhì)的分離純化過程就是巧妙利用蛋白質(zhì)分子在大小、形狀、所帶電荷種類與數(shù)量、極性

與非極性氨基酸比例、溶解度、吸附性質(zhì)以及對其他生物大分子親和力上的差異，將雜蛋白

除去的過程，即利用蛋白質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，將不同的蛋白質(zhì)采用恰當(dāng)?shù)姆椒ǚ珠_，

常用的方法如下：

1.根據(jù)蛋白質(zhì)兩性電離及等電點(diǎn)分離的方法：

①等電點(diǎn)沉淀法：因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在其等電點(diǎn)的pH值附近易沉淀析出，故利用各種蛋白質(zhì)等電

點(diǎn)的不同，即可將蛋白質(zhì)從混合溶液中分開。

②電泳：指蛋白質(zhì)在一定pH情況下帶電荷，在電場中能由電場一極向另一極移動(dòng)的現(xiàn)象。

這實(shí)際上也利用了蛋白質(zhì)分子、形狀的不同，因?yàn)橛蝿?dòng)快慢與蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)、數(shù)目、

分子、形狀有關(guān)，對帶相同性質(zhì)電荷的蛋白質(zhì)來說，帶電多、分子小及為球狀分子的蛋白質(zhì)

游動(dòng)速率大，故不同蛋白質(zhì)得以分離。根據(jù)支撐物不同，可分為薄膜電泳和凝膠電泳等。不

同支持物，分辨率不同，如正常人血清蛋白電泳僅分出五條區(qū)帶，而聚丙烯酰胺凝膠電泳可

分出30多條帶。電泳結(jié)束后，用蛋白質(zhì)顯色劑呈色，即可看到一條條已經(jīng)分離的蛋白質(zhì)條

帶。

③離子交換層析：在某一特定pH值時(shí)，混合蛋白質(zhì)溶液中各種蛋白質(zhì)所帶電荷數(shù)目及性質(zhì)

不同，事先在層析柱中裝上離子交換劑，其所帶電荷性質(zhì)與蛋白質(zhì)電荷性質(zhì)相反，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)

混合溶液流經(jīng)層析柱時(shí)，即可被吸附于柱上，隨后用與蛋白質(zhì)帶相同性質(zhì)電荷的洗脫劑洗脫,

蛋白質(zhì)可被置換下來，由于各種蛋白質(zhì)帶電量不同，離子交換劑結(jié)合的緊密度不同，帶電量

小的蛋白質(zhì)先被洗脫下來，增加洗脫液離子強(qiáng)度，帶電量多的也被洗脫下來，可將蛋白質(zhì)分

離。

2.利用蛋白質(zhì)分子量不同分離的方法

①透析：利用特殊膜制成透析袋，此膜只允許小分子化合物透過，而蛋白質(zhì)是高分子化合物

故留在袋內(nèi)，故把袋置于水中，蛋白質(zhì)溶液中的小分子雜質(zhì)可被去除，如去除鹽析后蛋白質(zhì)

中混雜的鹽類。也常利用此方法濃縮蛋白質(zhì)。即袋外放吸水劑，小分子的水即可透出，蛋白

質(zhì)溶液可被濃縮。

②分子篩：也叫凝膠過濾，是層析的一種。層析柱內(nèi)填充帶有網(wǎng)孔的凝膠顆粒。蛋白質(zhì)溶液

加于柱上，小分子蛋白進(jìn)入孔內(nèi)，大分子蛋白不能進(jìn)入孔內(nèi)而直接流出，小分子因在孔內(nèi)被

滯留而隨后流出，從而蛋白質(zhì)得以分離。

③超速離心：蛋白質(zhì)膠體溶液與氯化鈉等真溶液不同之處在于：蛋白質(zhì)在強(qiáng)大離心場中，在

溶液中會(huì)逐漸沉降，各種蛋白質(zhì)沉降所需離心力場不同，故可用超速離心法分離蛋白質(zhì)及測

定其分子量，因其結(jié)果準(zhǔn)確又不使蛋白質(zhì)變性，故是目前分離生物高分子常用的方法。

3.與蛋白質(zhì)的沉淀的性質(zhì)相關(guān)的分離方法：

①鹽析：硫酸錢、硫酸鈉等中性鹽因能破壞蛋白質(zhì)在溶液中穩(wěn)定存在的兩大因素，故能使蛋

白質(zhì)發(fā)生沉淀。不同蛋白質(zhì)分子顆粒大小不同，親水程度不同，故鹽析所需要的鹽濃度不同，

從而將蛋白質(zhì)分離，如用硫酸鏤分離清蛋白和球蛋白，在半飽和的硫酸鍍?nèi)芤褐校虻鞍准?/p>

可從混合溶液中沉淀析出除掉，而清蛋白在飽和硫酸餒中才會(huì)沉淀。鹽析的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)使蛋

白質(zhì)發(fā)生變性。

②丙酮沉淀：丙酮可溶于水，故能與蛋白質(zhì)爭水破壞其水化膜，使蛋白質(zhì)沉淀析出，在pH

值和離子強(qiáng)度適當(dāng)?shù)那闆r下更佳，但丙酮使蛋白質(zhì)變性，故應(yīng)低溫快速分離，還可用其他有

機(jī)溶劑。

③重金屬鹽沉淀：因其帶正電荷，可與蛋白質(zhì)負(fù)離子結(jié)合形成不溶性蛋白鹽沉淀，可利用此

性質(zhì)以大量清蛋白搶救重金屬鹽中毒的人。

（三）多肽鏈中氨基酸序列分析

主要步驟及原理如下：

1.純化蛋白質(zhì)：用于序列分析的蛋白質(zhì)應(yīng)是分子大小均一，電游呈現(xiàn)一條帶具有一定純度的

樣品。

2.分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成：用酸、堿等將蛋白質(zhì)肽鏈水解為游離氨基酸，再用電泳、層析

等方法分離、鑒定所有游離氨基酸的種類和含量，現(xiàn)在可用氨基酸自動(dòng)分析儀來快速測定。

3.測定肽鏈中N末端和C末端為何種氨基酸；若蛋白質(zhì)由兩條以上肽鏈組成，通過末端氨

基酸的測定還可估計(jì)蛋白質(zhì)中的肽鏈數(shù)目。

①N末端氨基酸測定：二硝基氟苯、丹磺酰氯都可與末端氨基反應(yīng)，再用鹽酸等將肽鏈水解，

將帶有二硝基氟苯或丹磺酰氯的氨基酸水解下來，即可分離鑒定出為何種氨基酸，因丹磺酰

氯具強(qiáng)烈熒光更易鑒別。

②C末端氨基酸測定：用相應(yīng)的竣肽酶將C末端氨基酸水解下來，因各種竣肽酸水解氨基酶

的專一性不同，故可對C末端氨基酸做出鑒定。

4.將鏈間、鏈內(nèi)二硫鍵打開，否則會(huì)阻礙蛋白水解溶劑的作用，常用筑基化合物還原法。

5.選擇適當(dāng)?shù)拿富蚧瘜W(xué)試劑將肽鏈部分水解成適合作序列分析的小肽段，常用的方法有：

①胰蛋白酶法：水解賴氨酸或精氨酸的?；纬傻碾逆I，故若蛋白質(zhì)分子中有4個(gè)精氨酸或

賴氨酸殘基，可得5個(gè)肽段。

②胰凝乳蛋白酶法：水解芳香族氨基酸竣基側(cè)的肽鍵

③澳化氟法：水解甲硫氨酸竣基側(cè)的肽鍵。

6.測定各肽段的氨基酸排列順序：

一般采用Slman降解法。

因PITC（異硫氟酸苯酯）只與N末端氨基酸作用，用冷稀酸將此末端殘基水解下來，鑒定為

何種氨基酸衍生物，殘留的肽段N末端可繼續(xù)與PITC反應(yīng)，依次逐個(gè)鑒定出氨基酸的排列

順序。

7.多肽鏈用兩種方法分別裂解成幾組肽段，并測定每一方法中每一肽段的氨基酸排列順序，

用肽段重疊法確定整條肽鏈的氨基酸順序，若用兩種方法找不出重疊肽段，就需用第三種、

第四種方法，直到找出重疊肽段。

8.確定二硫鍵位置：

用電泳法將拆開二硫鍵的肽段條帶與未拆開二硫鍵的條帶進(jìn)行對比即可定位二硫鍵的位置。

如此以來，一個(gè)完整蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)即可被測定。

（四）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測定

常用的方法有X射線晶體衍射法和二維核磁共振技術(shù)，還可根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測

其三維空間結(jié)構(gòu)。

1.1.2核酸的結(jié)構(gòu)與功能

考點(diǎn)：

核酸的分子組成：

DNA的一級結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)及其功能；

幾種主要RNA（mRNA、tRNA）的結(jié)構(gòu)與功能；

DNA的理化性質(zhì)及應(yīng)用。

重點(diǎn)：

DNA的二級結(jié)構(gòu)一雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；DNA的變性復(fù)性特點(diǎn)及此特點(diǎn)在分子生物學(xué)中的

應(yīng)用是。

基本知識與理論：

一、核酸的化學(xué)組成

核酸是以核昔酸為基本組成單位的生物大分子。包括兩類：一類為脫氧核糖核酸（DNA）,

另一類為核糖核酸（RNA）。DNA存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，攜帶遺傳信息：RNA存在于細(xì)

胞質(zhì)和細(xì)胞核中，參與細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的表達(dá)。核酸的基本組成單質(zhì)是核苜酸，而核苜酸又

是由堿基、戊糖、磷酸組成。

（一）堿基

構(gòu)成核甘酸的堿基主要有五種，分屬嗯吟和喀嚏兩類。嗯吟類化合物包括腺噪吟A和鳥噪

吟G兩種。哪咤類化合物有三種，胞?密咤C和胸腺喘咤T尿啥咤U。喋吟和嘴咤環(huán)中均含

有共蛹雙鍵，因此對波長260nm左右的紫外光有較強(qiáng)吸收，這一性質(zhì)可用于對核酸、核甘

酸、及堿基進(jìn)行定性定量分析。

（二）戊糖與核甘、核甘酸

戊糖是核甘酸的另一個(gè)主要成分，RNA和DNA主要區(qū)別有兩點(diǎn)：一是構(gòu)成DNA的堿基為A、

T、G、C,而RNA的堿基為A、U、C、G,二是構(gòu)成DNA的核甘酸的戊糖是|3-D-2-脫氧

核糖，而構(gòu)成DNA的核甘酸的戊糖為0-CM亥糖。即RNA糖環(huán)上2號碳原子處連的是-OH,

而DNA此處連的是-H。表示堿基和糖環(huán)上各原子次序時(shí)，在堿基雜環(huán)上標(biāo)以順序1,2,3...；

在糖環(huán)上標(biāo)以I',2',3'...以作區(qū)別。堿基與戊糖通過糖背鍵連接成核音。連接位置是G1'。

核昔與磷酸通過磷酸酯犍連接成核甘酸連接位置是G5，。此處可連接一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)磷酸

基團(tuán)，稱為核甘一磷酸、核甘二磷酸、核甘三磷酸。體內(nèi)還有一種核甘酸，即與G5'

與同一磷酸基團(tuán)相連，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。

二、DNA的結(jié)構(gòu)與功能

DNA與蛋白質(zhì)一樣，也有其一級、二級、三級結(jié)構(gòu)。

（）DNA的一級法構(gòu)

指DNA分子中核甘酸的排列順序。由于核甘酸的差異主要表現(xiàn)在堿基上，因此也叫做堿基

序列。

四種核甘酸按一定排列順序，通過磷酸二酯鍵連成主要核甘酸鏈，連接都是由前一核甘酸

3Z-OH與下核甘酸5'-磷酸基形成3'-5,磷酸二酯鍵,故核甘酸鏈的兩個(gè)末端分別是5'-游離

磷酸基和3，-游離羥基，書寫應(yīng)從5,到3\

（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)

即雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，要與蛋白質(zhì)的5螺旋相區(qū)別。

1.Chargaff規(guī)則

DNA分子中腺喋吟與胸腺喀咤的含量相等，鳥噪吟與胞嗑噬的含量相等；因此DNA中喋吟

與喀咤的總數(shù)相等：即A+由C+T

2.雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

1953年Watson和Crick正式提出了關(guān)于DNA二級結(jié)構(gòu)的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，主要內(nèi)容

有：

（1）DNA分子由兩條反向平行的多聚核甘酸鏈圍繞同一中心軸盤曲而成，兩條鏈均為右手

螺旋，鏈呈反平行走向，一條走向是5，一3，，另一條是3'-5'。

（2）DNA鏈的骨架由交替出現(xiàn)的親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，位于雙螺旋的外側(cè)，堿

基配對位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。

（3）兩條多聚核甘酸鏈以堿基之間形成氫鍵配對而相連，即A與T配對，形成兩個(gè)氫鍵，

G與C配對，形成三個(gè)氫鍵。堿基相互配對又叫堿基互補(bǔ)。RNA中若也有配對區(qū)，A是與U

以兩個(gè)氫鍵配對互補(bǔ)。

（4）堿基對平面與螺旋軸幾乎垂直，相鄰堿基對沿軸轉(zhuǎn)36。，上升0.34nm。每個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)含

10對堿基，螺旋的螺距為3.4nm,直徑是2.0nm。DNA兩股鏈之間的螺旋形成凹槽：一條

淺的，叫小溝；?條深的，叫大溝。大溝是蛋白質(zhì)識別DNA的堿基序列發(fā)生相互作用的基

礎(chǔ)，使蛋白質(zhì)和DNA可結(jié)合而發(fā)生作用。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要與pr的相區(qū)別：DNA是兩條核甘酸鏈通過堿基之間氫鍵相連而成，而蛋

白質(zhì)的a-螺旋是一條肽鏈自身盤曲而成，其氫鍵是其內(nèi)部第?位肽鍵的N-H與第四個(gè)肽鍵

的默基氧形成的。

（5）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要由互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵和堿基堆積力來維持。堿基堆積

力是堿基對之間在垂直方向上的相互作用，可以使DNA分子層層堆積，分子內(nèi)部形成疏水

核心，這時(shí)DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是很有利的，堿基堆積力對維持DNA的二級結(jié)構(gòu)起主要作用。

3.DNA結(jié)構(gòu)的多樣性

DNA右手雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA分子在水性環(huán)境和生理?xiàng)l件下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但并不是不變的，

當(dāng)改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度或相對濕度時(shí)，DNA結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，除了Waston-Crick模型（B

-DNA）外，還存在Z-DNA和A-DNA

（三）DNA三級結(jié)構(gòu)

真核生物DNA分子很大，DNA鏈很長，但卻要存在于小小的細(xì)胞核內(nèi)，因此DNA必須在

二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上緊密折疊，這就形成了三級結(jié)構(gòu)。

1.超螺旋一原核生物DNA的三級結(jié)構(gòu)

絕大部分原核生物DNA是共價(jià)閉合的環(huán)狀雙螺旋分子，此環(huán)形分子可再次螺旋形成超螺旋，

真核生物線粒體、葉綠體DNA也為環(huán)形分子，能形成超螺旋，非環(huán)形DNA分子在一定條件

下局部也可形成超螺旋。

2.真核細(xì)胞基因組DNA

真核細(xì)胞核內(nèi)染色體即是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要表現(xiàn)形式。組蛋白H2A、H2B、H3、H4各

兩分子組成組蛋白八聚體。DNA雙螺旋纏繞其上構(gòu)成核心顆粒，顆粒之間再以DNA利組蛋

白H1連成核小體，核小體再經(jīng)多步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，存在于細(xì)胞核中。

（四）DNA的功能

DNA的基本功能就是作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，是生命遺傳繁殖的

物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。

三、RNA的結(jié)構(gòu)與功能

RNA通常以單鏈形式存在，這與DNA雙鏈形成螺旋不同，但也可以有局部的二級結(jié)構(gòu)或三

級結(jié)構(gòu)。RNA分子比DNA分子小，它的功能多樣，種類較多，主要有信使RNA、核蛋白體

RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、小核RNA及核不均一RNA等。各類RNA在遺傳信息表達(dá)為氨基酸序列

過程中發(fā)揮不同的作用。

(―)信使RNA(mRNA)

在細(xì)胞核內(nèi)以DNA單鏈為模板轉(zhuǎn)錄生成hnRNA,hnRNA經(jīng)過剪切變?yōu)槌墒斓膍RNA出核后

在胞質(zhì)內(nèi)為蛋白質(zhì)合成提供模板。成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.具有5,端帽子結(jié)構(gòu)

即在5,端加上一個(gè)7-甲基鳥昔；且原來第一個(gè)核甘酸C2,也是甲基化，這種mq）ppGm即

為帽子結(jié)構(gòu)，其形成過程如下：

2.3'端多聚腺甘酸尾

在mRNA3,端有?段多聚腺甘酸節(jié)段，是在轉(zhuǎn)錄后切抻?段多余的RNA后逐個(gè)添加上去的，

這個(gè)多聚尾可能與mRNA從核內(nèi)向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)。

3.生物體內(nèi)mRNA種類多，含量少，代謝活躍，在各種RNA分子中，mRNA半衰期最短，

這是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成速度的調(diào)控點(diǎn)之一。

（二）核蛋白體RNA（rRNA）的結(jié)構(gòu)與功能

rRNA是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA,與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體一蛋白質(zhì)的合成部位，參

與蛋白質(zhì)的合成。核蛋白體由大亞基和小亞基組成。

1.原核生物：小亞基由16&RNA和20多種蛋白質(zhì)組成。

大亞基由5S、23SrRNA與30余種蛋白質(zhì)組成。

2.真核生物：小亞基由18SrRNA與30余種蛋白質(zhì)組成。

大亞基由5S、5.8S、28SrRNA和近50種蛋白質(zhì)構(gòu)成。

（三）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）的結(jié)構(gòu)與功能

l.tRNA的一級結(jié)構(gòu)

tRNA是細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，含有大量稀有堿基：如甲基化的喋吟、雙氫尿喘咤、

次黃噪吟和假尿喀咤核昔。假尿喀嚏核甘與一般的喀嚏核昔區(qū)別在于以雜環(huán)上C-5而非N-1

與糖環(huán)G1'連成糖昔鍵。tRNA的作用是攜帶相應(yīng)的氨基酸將其轉(zhuǎn)運(yùn)到核蛋白體上以供蛋白

質(zhì)合成。

2.tRNA的二級結(jié)構(gòu)

呈三葉草樣二級結(jié)構(gòu)：一些能局部互補(bǔ)配對的區(qū)域形成局部對鏈，不能配對的部分膨出成環(huán)

狀。此結(jié)構(gòu)從5'末端起第一個(gè)環(huán)為二氫尿喀噓環(huán)（T（p）,第二個(gè)環(huán)為反密碼子環(huán)，因其環(huán)中

部的三個(gè)堿基可與mRNA中三聯(lián)體密碼子形成堿基互補(bǔ)配對，在蛋白質(zhì)合成過程中解讀密

碼子，把正確的氨基酸引入合成位點(diǎn)。第三個(gè)環(huán)為假尿嗑唾環(huán)（DHU）,所有tRNA3,末端為

CCA-OH結(jié)構(gòu)，與氨基酸在此縮合成氨基酰-tRNA,起到轉(zhuǎn)運(yùn)氨基的作用。

3.tRNA的三級結(jié)構(gòu)

tRNA的三級結(jié)構(gòu)呈倒L形，T與DHU在二級結(jié)構(gòu)上各處一方，但在三級結(jié)構(gòu)上卻相距很

近，維系tRNA三級結(jié)構(gòu)主要是依賴核甘酸之間形成的各種氫鍵。

(四)其他類型的RNA

如小核RNA(snRNA)參與hnRNA的力口工。還有一類RNA分子本身具有自我催化功能，可

完成rRNA的剪接。這種具有催化作用的RNA被稱為核酶。要與核酸酶區(qū)別，后者是指可

水解核酸的酶，故按照底物不同可分為DNA酶和RNA酶。

四、核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用

(-)核酸的一般理化性質(zhì)

①核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性。②DNA是線性高分子，粘度極大，在機(jī)械力作用下易

斷裂，因此提取DNA過程中應(yīng)注意不能過度用力，比如劇烈震蕩吹打等。③由于核酸所含

的喋吟和啼咤分子中都有共朝雙鍵，使核酸分子在紫外260nm波長處有最大吸收峰，這個(gè)

性質(zhì)可用于核酸的定量測定。這要與pr在280mm波長處有最大的吸收峰相區(qū)別，又因?yàn)?/p>

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)核酸提取過程中，蛋白質(zhì)是最常見的雜質(zhì)，故常用UD260/UD280來檢測提

取的核酸純度如何。

(二)DNA的變性、復(fù)性和雜交

1.變性，這是DNA最重要的一個(gè)性質(zhì)。

①DNA雙鏈之間以氫鍵連接，氫鍵是一種次級鍵，能量較低，易受破壞，在某些理化因素

作用下，DNA分子互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈，即為

DNA變性。DNA變性只涉及二級結(jié)構(gòu)改變，不伴隨?級共價(jià)鍵的斷裂。②監(jiān)測DNA是否變

性的一個(gè)最常用的指標(biāo)是DNA在紫外區(qū)260nm波長處的吸收光值變化。因?yàn)镈NA變性時(shí)，

DNA雙鏈發(fā)生解離，共軌雙鍵更充分暴露，故DNA變性，DNA在260nm處的吸收光度值

增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，這種關(guān)系叫做DNA的增色效應(yīng)。③DNA的變性從

開始到解鏈完全，是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度內(nèi)完成的，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值增加達(dá)到

最大增加值的50%時(shí)的溫度叫做DNA的解鏈溫度(Tm)o--種DNA分子的Tm值的大小

與其所含堿基中的G+C的比例相關(guān)也與DNA分子大小及變性條件有關(guān),G+C的比例越高，

DNA分子越長，溶液離子強(qiáng)度越高，Tm值越大。④加熱、低鹽及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿均可使DNA

變性。

2.復(fù)性

變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這種現(xiàn)象稱為復(fù)性。

熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一?過程也叫退火，一般認(rèn)為，比Tm值低25℃的

溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。

3.DNA復(fù)性的實(shí)際應(yīng)用一雜交：通過變性DNA的復(fù)性性質(zhì)，我們可知道，DNA單鏈之間、

RNA單鏈之間、一條DNA和一條RNA鏈之間只要存在序列互補(bǔ)配對區(qū)域，不管是整條鏈互

補(bǔ)，還是部分序列互補(bǔ)，即可重新形成整條雙鏈或部分雙鏈，這即為核酸分子雜交，這在分

子生物學(xué)研究中有極大的應(yīng)用，比如：可用于在基因組中對特異基因的定位及檢測，PCR

技術(shù)擴(kuò)增目的基因等，很多分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用的都是核酸分子雜交的原理，如

SouthernBlot,NorthernBlot,包括PCR技術(shù)等。

五、核酸前

指水解核酸的酶，根據(jù)底物不同分DNA酶、RNA酶，根據(jù)作用位點(diǎn)不同分核酶外切酶和核

酸內(nèi)切酶，其中限制性核酸內(nèi)切酶在分子生物學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用尤為重要。1.1.3酶

考點(diǎn)：

酶的定義、分子結(jié)構(gòu)與功能；

酶促反應(yīng)的特點(diǎn)與機(jī)制：

酶的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，即研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響；

醒活性的測定：

酶活性及含量的調(diào)節(jié)；

同工酶變構(gòu)酶的定義；

輔酶與維生素。

重點(diǎn)：

酶的活性中心的組成，因?yàn)檫@是理解酶作用機(jī)制的基礎(chǔ)；酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，尤其是米氏方程、

Km含義，雙倒數(shù)曲線及各類抑制劑對Km、Vmax的影響；對同工酶、變構(gòu)酶的理解。

基本理論與知識：

一、酶的概念

酶通常的定義是指由活細(xì)胞合成的對其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)，是機(jī)體內(nèi)催化各

種代謝反應(yīng)最主要的催化劑，但現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)存在核酶，其本質(zhì)為RNA而非蛋白質(zhì)，主要參

與RNA的剪接。

根據(jù)酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分單體酶、寡聚酶、多酶體系和多功能酶。

二、酶的分子組成

根據(jù)分子組成，酶分為單純酶和結(jié)合酶

單純酶：僅由氨基酸組成。

結(jié)合酶：包括兩部分

蛋白質(zhì)部分，稱酶蛋白，決定反應(yīng)的特異性。

非蛋白質(zhì)部分，多為小分子有機(jī)化合物或金屬離子，決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)。

輔助因子又分兩種：

輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密，不能通過透析超濾方法除去，反應(yīng)中不離開酶蛋白。

輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析、超濾方法去除，反應(yīng)中可離開酶蛋白，將攜帶的質(zhì)子

或

基團(tuán)轉(zhuǎn)移出去。

金屬離子多為酶的輔基，可分為金屬酶、金屬激活酶，小分子有機(jī)化合物有的屬于輔酶，有

的屬于輔基。結(jié)合酶兩部分結(jié)合在一起形成的復(fù)合物稱全酶，只有全酶才有催化作用。

三、酶的活性中心

酶分子中與酶的活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)叫做酶的必需基團(tuán)。這些必需基團(tuán)在一級結(jié)構(gòu)上可

能相距很遠(yuǎn)，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異地結(jié)

合并將底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，這一區(qū)域叫做酶的活性中心，對結(jié)合酶來說，輔基或輔能參與酶活

性中心的組成。

酶是一類催化劑，具有一般催化劑的特點(diǎn)，但酶是蛋白質(zhì)，又具有其自身的特點(diǎn)：

1.酶促反應(yīng)具有極高的效率，酶能比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能，使底物只需較

少的能量便能進(jìn)人活化狀態(tài)。

2.酶促反應(yīng)具有高度特異性，一種酶只作用于一種或一類化合物或一定的化學(xué)鍵，進(jìn)行一種

類型的反應(yīng)，得到一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱為酶的特異性。分絕對特異性，相對特異性

和立體異構(gòu)特異性。

3.酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性：酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生

命活動(dòng)的需要。

五、酶促反應(yīng)的機(jī)制

（-）酶-底物復(fù)合物的形成和誘導(dǎo)契合假說：酶分子構(gòu)象與作用物結(jié)構(gòu)并不一定完全吻合,

當(dāng)兩者接近時(shí)其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互緊密結(jié)合，即可更利于反應(yīng)

的進(jìn)行。底物在酶的誘導(dǎo)下發(fā)生變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易于受酶的攻擊，底物這種不穩(wěn)定

狀態(tài)叫做過渡態(tài)。

（-）鄰近效應(yīng)與定向排列

能在反應(yīng)中將諸底物結(jié)合到酶的活性中心，使它們相互接近并形成有利于反應(yīng)的正確定向關(guān)

系。實(shí)際上是將分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)的反應(yīng)，大大提高反應(yīng)效率。

（三）多元催化

多元催化指酶同時(shí)具有酸和堿的特性。因?yàn)槊阜肿又泻胁煌δ芑鶊F(tuán)，它們pK值不同，

解離度不同，故可起酸的催化作用，也可起堿的催化作用，這種多功能基團(tuán)的協(xié)同作用可極

大地提高酶的催化作用。

（四）表面效應(yīng)

酶的活性中心內(nèi)多為疏水環(huán)境，底物與酶反應(yīng)常在酶分子的內(nèi)部疏水環(huán)境中進(jìn)行，疏水環(huán)境

排斥了介于底物與酶分子之間的水膜，也消除了水分子對酶和底物功能基團(tuán)的干擾，有利于

底物與酶分子間的直接接觸。

總之，一種酶的催化反應(yīng)常常是多種催化機(jī)制的綜合作用，這是酶促反應(yīng)提高效率的原因。

六、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的是酶促反應(yīng)速度及其影響因素，這些因素包括酶濃度、底物濃度、

pH、溫度、抑制劑、激活物等。

注意酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中的反應(yīng)速度一般指反應(yīng)剛開始的速度，即初速度。

（一）底物濃度對反應(yīng)速度的影響

1.在其他因素不變情況下，底物濃度的變化對反應(yīng)速度（統(tǒng)一用初速度來比較）的影響的作圖

呈矩形雙曲線。在底物濃度較低時(shí)，V隨（S）的增加而急劇匕升，兩者呈正比關(guān)系，因?yàn)?/p>

此時(shí)尚有大量游離酶分子可被利用。隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度不再呈正比加速，因?yàn)?/p>

此時(shí)酶己大部分與底物結(jié)合，所含游離酶不多，故隨底物濃度的增加，可再利用的酶量有限,

故反應(yīng)速度增加的幅度下降。若繼續(xù)增加底物濃度，反應(yīng)速度不再上升，此時(shí)酶的活性中心

已被底物飽和。

為解釋酣促反應(yīng)（S）與V的關(guān)系，提出了著名的米氏方程式，即：V=Vmax（S）[]Km+（S）

當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí).，Km>（S）,分母（S）可不計(jì)，此時(shí)V=Vmax（S）[]Km,Vmax、Km

對同一底物、同一酶、相同反應(yīng)環(huán)境來說是一常數(shù)，故反應(yīng)速度與底物濃度成正比。

當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)，Km<（S）,Km可不計(jì)，V=Vmax,反應(yīng)速度達(dá)最大速度，再增加（S）,

也不影響反應(yīng)速度。

故從米氏方程中，即可看出底物濃度對反應(yīng)速度的影響。

2.Km的含義：

①Km是酶的特征常數(shù)，它只與酶的結(jié)構(gòu)、酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。

對于同一底物，不同兩酶有不同的Km值，對于同?酶，不同底物也有不同的Km值。

②由米氏方程，當(dāng)V=1口2Vmax時(shí)，可得Km=⑸，由此可見，Km值表示酶促反應(yīng)速度

為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。

③1/Km可近似表示酶對底物親和力的大小，1/Km越大表示二者親和力越大，表示不需要

很高的底物濃度，便可得到最大反應(yīng)速度，要注意的是只有在中間產(chǎn)物解離成反應(yīng)物的速度

大大超過其分解成產(chǎn)物速度時(shí)才適用。

3.要求Km、Vmax,根據(jù)底物濃度對速度的矩形曲線求有很大難度，故將米氏方程要采取適

當(dāng)變換，作出直線圖，方可更容易準(zhǔn)確地求出Km、Vmax值，雙倒數(shù)作圖法是最常用的方

法。將米氏方程取倒數(shù)：1OV=Km[]Vmax-10（S）+1K2Vmax

（二）酶濃度對反應(yīng)速度的影響。

在酶促反應(yīng)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，使酶被底物飽和時(shí)，反應(yīng)速度與酶的濃

度變化成正比。很顯然若底物濃度很小，酶的濃度本來就很大，再增加酶濃度，對促進(jìn)反應(yīng)

沒什么意義。所以我們研究酶濃度對反應(yīng)速度的影響，一般不考慮這種情況。

（三）溫度對反應(yīng)速度的影響

酶是蛋白質(zhì)，溫度對酶促反應(yīng)速度具有雙重影響，溫度升高一方面可加快反應(yīng)速度，同時(shí)也

增加酶的變性。故當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，酶開始變性，反應(yīng)速度也開始下降低。溫度一

般會(huì)使酶活性破壞，故生化實(shí)驗(yàn)中，要保持酶活性，常采用低溫貯存，一些菌種也須低溫保

存。酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度稱為酶促反應(yīng)的最適溫度。

（四）pH對反應(yīng)速度的影響

酶活性受其反應(yīng)環(huán)境的pH影響因?yàn)槊富钚灾行哪承┗鶊F(tuán)必須在某一解離狀態(tài)，酶才會(huì)發(fā)揮

最大催化活性，此外，底物也一樣，在某一解離狀態(tài)，才會(huì)與酶有最大親和力，故需一定

pH值，且不同的酶對pH有不同要求。酶活性最大時(shí)的pH為酶的最適pH值。

（五）抑制劑對反應(yīng)速度的影響

能減弱或停止酶作用的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。要注意的是必須不引起酶蛋白變性才可，某種

物質(zhì)使酶發(fā)生變性失活不屬于抑制劑范疇。若抑制劑與酶結(jié)合牢固不能用簡單的透析或超濾

法去除，此類抑制劑為不可逆抑制劑；若用簡單的透析和超濾法去除抑制劑，酶又重新表現(xiàn)

原有活性的抑制劑稱為可逆性抑制。

1.不可逆抑制作用

此類抑制劑通常以共價(jià)健與酶的活性中心上的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活，根據(jù)抑制劑與酶

結(jié)合的專一性，可分為專一性抑制劑和非專一性抑制劑。

2.可逆抑制作用

此類抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶一底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶活性降低或消失?？赡?/p>

性抑制作用的類型可分為以下三種：

（1）競爭性抑制作用：競爭性抑制是在酶作用體系中有與酶的底物結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)存在，

能與底物競爭與酶活性中心的結(jié)合，使有活性的酶數(shù)量減少。如磺胺類藥物通過競爭性抑制

二氫葉酸還原酶，干擾核酸合成，從而影響細(xì)菌生長繁殖，發(fā)揮其抑菌作用。只要［S］足

夠高，Vmax仍可達(dá)到，但此時(shí)需較高的［S］。故競爭性抑制使Km增加，Vmax不變。

（2）非競爭性抑制作用：非競爭性抑制不影響底物與酶的結(jié)合，兩者在酶分子上結(jié)合的位

點(diǎn)不同，故能與底物的親和力不受影響，Km值不變，同樣道理再增加［S］,也消除不了抑

制劑與酶的結(jié)合，相當(dāng)于減少了酶分子，故Vmax降低。

（3）反競爭性抑制作用：此類抑制劑僅與底物和酶形成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使中間產(chǎn)物的量

下降，反競爭性抑制使中間產(chǎn)物不易轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，因而酶與底物的親和力增加，Km減小，

Vmax減小。

要熟記三類抑制劑對酶反應(yīng)Km、Vmax影響，可通過雙倒數(shù)曲線來更直觀的表現(xiàn)出來。

（六）激活劑的影響

使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑可分為必需激活劑

和非必需激活劑。必需激活劑對酶促反應(yīng)是不可缺少的，否則酶將無活性。非必活激活劑不

存在時(shí)，酣仍有一定的催化活性，酶促反應(yīng)仍可以進(jìn)行。

（七）酶活性測定

要測定生物組織中酶蛋白含量會(huì)很難，故通常我們通過測定酶活性來確定酶量，而酶活性用

酶反應(yīng)速度來表示。測定時(shí)要求影響醒促反應(yīng)速度的各種因素保持恒定，如①底物量要夠多，

使酶可被飽和②根據(jù)反應(yīng)時(shí)間使酶處于反應(yīng)最適溫度條件下③根據(jù)緩沖液性質(zhì)使酶處于最

適pH條件下④在反應(yīng)體系中含有適當(dāng)?shù)妮o助因子，激活劑，去除抑制劑。⑤若無連續(xù)監(jiān)測

裝置，要能及時(shí)使反應(yīng)終止⑥反應(yīng)體系做處理，防止其他酶類干擾待測酶的活性。上述各種

條件都是為了使酶發(fā)揮最大催化活性，以充分反應(yīng)待測酶活力。

七、酶的調(diào)節(jié)

主要通過改變酶活性和含量來實(shí)現(xiàn)

（-）酶活性的調(diào)節(jié)

1.酶原與酶原的激活

酶原是指無活性的酶的前體。酶原激活后轉(zhuǎn)化為酶，即具有催化活性。酶原的激活實(shí)際上一是

酶的活性中心形成或暴露的過程，常通過水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽而實(shí)現(xiàn)。醐原的激活有重要

的生理意義：保證酶在其特定的部位與環(huán)境發(fā)揮其催化作用。此外，酶原還可視為酶的貯存

方式，但需要使酶原轉(zhuǎn)化為有活性的酶，發(fā)揮對機(jī)體的保護(hù)作用。

2.變構(gòu)酶

體內(nèi)一些代謝物可以與某些酶分子活性中心以外的某一部位可逆地結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)并改

變其催化活性，這種調(diào)節(jié)方式叫變構(gòu)調(diào)節(jié)。受變構(gòu)調(diào)節(jié)的醐叫變構(gòu)酶。根據(jù)對反應(yīng)速度的影

響分為變構(gòu)激活劑、變構(gòu)抑制劑。變構(gòu)酶常由多亞基構(gòu)成，包括催化亞基和調(diào)節(jié)亞基。有多

個(gè)亞基的酶存在協(xié)同效應(yīng)，

若底物即為效應(yīng)劑，則效應(yīng)劑對酶的影響與。2對血紅蛋白攜氧力的影響相似。變構(gòu)酶的（S）

對反應(yīng)速度的影響曲線為S形曲線，不符合米氏方程。

3.酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)

酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可馬某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，改變酶的活性，這一過程

稱為酶的共價(jià)修飾或化學(xué)修飾。如磷酸化與去磷酸化，乙酰化與去乙?；?、甲基化與去甲基

化等。酶的共價(jià)修飾是體內(nèi)快速調(diào)節(jié)的一種重要方式。

（-）酶含量的調(diào)節(jié)

1.酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏：指在酶蛋白合成過程中，在轉(zhuǎn)錄水平上，促進(jìn)或減少酶的生物

合成。

與前面變構(gòu)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)不同，酶的誘導(dǎo)與阻遏作用是對代謝緩慢而長效的調(diào)節(jié)。

2.酶降解的調(diào)控

酶是蛋白質(zhì),也在不斷的自我更新，可以通過改變酶分子的降解速度來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。

（三）同工酶

指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。同

工酶一般指在基因水平上，由不同基因編碼的多肽鏈或同一基因，不同mRNA翻譯的多肽

鏈組成的pr。翻譯后經(jīng)修飾生成的多種不同形式的pr分子不屬于同工酶。同工酶催化相同

的化學(xué)反應(yīng)，但對同底物表現(xiàn)不同的Km值。乳酸脫氫酶有五種同工酶，肌酸激酶有三種同

工酶，它們在不同組織器官中的含量與分布不同，由于此使不同的組織細(xì)胞有不同的代謝特

點(diǎn)，也可根據(jù)此對疾病做出早期診斷。

八、酶的分類

根據(jù)酶促反應(yīng)的性質(zhì)，能可分為六大類：①氧化還原酶類。②轉(zhuǎn)移酶類。③水解酶類。④裂

解酶類。⑤異構(gòu)酶類。⑥合成酶類。

九、血清酶的變化與疾病診斷

臨床上常通過測定血清中某些酶的活性來協(xié)助診斷某些疾病，如急性心肌炎時(shí)血清轉(zhuǎn)氨酶活

性升高，前列腺癌患者有大量酸性磷酸酶釋放入血。許多藥物可通過抑制生物體內(nèi)的某些酶

來達(dá)到治療的目的，如前述的磺胺藥。

十、維生素與輔醐

全酶由酶蛋白和輔酶或輔基組成，輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用透析、超濾的方法進(jìn)行分

離。酶輔基則常以共價(jià)健與酶蛋白結(jié)合，也可以是非共價(jià)鍵牢固結(jié)合，均不易與酶蛋白分離。

維生素是體內(nèi)重要的輔酶組成表3-1部分，常見的維生素見表3-1。2.1.1糖代謝

考點(diǎn)：

糖酵解的過程、意義及調(diào)節(jié)；

糖有氧氧化的過程、意義及調(diào)節(jié)，能量生成的計(jì)算；

磷酸戊糖途徑的過程、意義；

糖原合成、分解的過程及調(diào)節(jié)；

糖異生的過程、意義、調(diào)節(jié)。乳酸循環(huán)；

血糖的來源、去路及血糖水平的調(diào)節(jié)。

重點(diǎn)：

糖代謝各條途徑中的限速步驟和關(guān)鍵酶及與能量生成相關(guān)的步驟；區(qū)分各途徑在機(jī)體的主要

發(fā)生組織器官和具體的亞細(xì)胞定位；記住其中關(guān)鍵酶的主要調(diào)節(jié)因素和糖氧化過程能量生成

的計(jì)算。

基本理論與知識：

一、概述

（一）糖的生理功能

糖的主要生理功能是提供能量，還可提供碳源，參與組成機(jī)體組織，組成具有特殊生理功能

的糖蛋白。

（二）糖的消化吸收

食物中糖主要在小腸消化，吸收是一個(gè)依賴于特定載體轉(zhuǎn)運(yùn)的，主動(dòng)耗能的過程，同時(shí)伴有

Na+的轉(zhuǎn)運(yùn)。

二、糖的無氧分解

（一）糖酵解的過程和調(diào)節(jié)

指在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸的過程，全部反應(yīng)都在胞漿中進(jìn)行，其基本過程如下：

由上面整個(gè)過程，可以得出如下結(jié)論：

1.反應(yīng)過程中有三步不可逆反應(yīng)：A、C、I過程，其他均為可逆反應(yīng)，故催化這三步反應(yīng)的

酶為整個(gè)過程的限速酶，是葡萄糖無氧酵解的三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榭赡娣磻?yīng)的酶活性改變，并

不能決定反應(yīng)方向，其反應(yīng)方向由底物,產(chǎn)物濃度控制。2.1mol葡萄糖無氧酵解，可生成

4moiATP,但在第A、C步驟中消耗2moiAFP,故凈生成2moi7K糖酵解生成AFP的過程

全靠底物水平磷酸化生成，要與后面的氧化磷酸化相區(qū)別，前者將底物的高能磷酸基直接轉(zhuǎn)

移給ADP生成ATP,而后者ATP的生成伴有電子傳遞給氧生成H20的過程。

3.最后-步內(nèi)酮酸生成乳酸需要的NADH+H+來自于第E步，這是在缺氧條件下，若是在有

氧條件下，丙酮酸不變成乳酸，而是進(jìn)入線粒體進(jìn)行有氧氧化,這時(shí)第E步生成的NADH+H+

也要進(jìn)入線粒體進(jìn)行氧化磷酸化生成ATP,若經(jīng)a-磷酸甘油穿梭，生成2moiAFP,若經(jīng)蘋

果酸天冬氨酸穿梭，1molNADH+H+生成3moiAFP,這也就是1mol葡萄糖有氧氧化可生成

38或36moiAFP的原因。

4.第一步中己糖激酶存在于肝細(xì)胞中的也稱為葡萄糖激酶，其Km值遠(yuǎn)大于其他兒種己糖激

酶同工酶，且受激素調(diào)控，這些特性使其在糖代謝中起著重要的生理作用。

5.要記得催化三步不可逆反應(yīng)的關(guān)鍵酶：己糖激酶，6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶，兩步

能量生成的過程是第F、I步，催化這兩步的酶是磷酸甘油酸激酶，丙酮酸激酶，機(jī)體對糖

酵解的調(diào)節(jié)主要是對三個(gè)關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)，主要調(diào)節(jié)特點(diǎn)如下：

需要說明的是：①1,6-雙磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1反應(yīng)產(chǎn)物，這種產(chǎn)物正反饋?zhàn)饔幂^

少見，一般來說，產(chǎn)物皆起抑制作用，而在此是為便利于糖的分解。

②2,6-雙磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最強(qiáng)的變構(gòu)激活劑，可與AMP?起解除AFP檸檬

酸的變構(gòu)抑制作用。

③2,6-雙磷酸果糖也是通過激酶催化6-磷酸果糖生成，胰高血糖素可通過共價(jià)修飾使此激

酶活性降低，減少2,6-二磷酸果糖的含量，從而抑制糖酵解，升高血糖。

④葡萄糖激酶不受6-磷酸葡萄糖的影響，因?yàn)椴淮嬖谄渥儤?gòu)部位，但胰島素可通過轉(zhuǎn)錄途

徑促進(jìn)此酶的合成。

總之，糖酵解是葡萄糖分解供能的一條重要途徑，當(dāng)消耗能量多，細(xì)胞內(nèi)ATP/AMP的比例

下降，6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶均被激活，加速糖的分解以供能。

（二）糖酵解的生理意義

其最重要的生理意義在于迅速提供能量，這對于肌肉收縮更為重要，肌肉內(nèi)ATP只要收縮

兒秒即可耗盡，此時(shí)即使不缺氧，葡萄糖有氧氧化反應(yīng)時(shí)間長，來不及滿足需要，而通過糖

酵解則可迅速獲得能量。此外成熟紅細(xì)胞全靠糖酵解供能，神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞等不缺氧依賴

其提供部分能量。

三、糖的有氧氧化

葡萄糖在有氧條件下，徹底氧化成H2。和82的過程即有氧氧化。是葡萄糖分解代謝的主

要途徑。

（一）過程

分為三個(gè)階段：第一階段，葡萄糖循糖酵解途徑分解成丙酮酸，在胞漿中進(jìn)行。第二階段，

丙酮酸進(jìn)入線粒體，氧化脫竣成乙酰COA,第二階段，乙酰COA進(jìn)行三竣酸循環(huán)及氧化磷

酸化，反應(yīng)也在線粒體中進(jìn)行。

1.第一階段：如糖酵解生成丙酮酸的過程。

2.第二階段：

此過程為不可逆反應(yīng)，1mol丙酮酸生成1molNADH+H+,酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶、二氫

硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶、二氫硫辛酰胺脫氫酶，相應(yīng)的輔酶分別是TPP、硫辛酸、FAD及NAD+。

3.第三階段：氧化磷酸化以后再講，三陵酸循環(huán)主要過程如下：

從反應(yīng)過程，有如下結(jié)論：

①有三步不可逆反應(yīng)：1,3,4步，催化這三步的酶分別是檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶，

a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體，是三皎酸循環(huán)的限速酶，也是反應(yīng)的調(diào)節(jié)點(diǎn)。

②有一步底物水平磷酸化，第5步，生成GTP,這也是三陵酸循環(huán)中唯一一個(gè)直接生成高

能磷酸鍵的反應(yīng)。

（3）1mol乙酰CoA三竣酸循環(huán)可生成3molNADH+H+和1molFADH2而NADH+H+和FADH

2需將電子傳遞給氧時(shí)才生成ATP,故循環(huán)本身意義主要并不是釋放能量，而在于通過4

次脫氫，為氧化磷酸化生成AFP提供還原當(dāng)量。

④因?yàn)椴蒗Ｒ宜崾茄h(huán)利用，故草酰乙酸連同其他循環(huán)中的中間產(chǎn)物只起催化劑作用，本身

并無量的變化，雖然其間通過原子置換，生成的82并不來自于乙酰CoA,但三陵酸循環(huán)

一周，實(shí)際上氧化了1分子乙酰C