生物化學(xué)基礎(chǔ)知識整理總結(jié)

第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

一、蛋白質(zhì)的元素組成

碳50?55%、氫6%?7%、氧19%?24%、氮13%?19%,硫0?4%。有的蛋白質(zhì)含有磷、碘。

少數(shù)含鐵、銅、鋅、鋅、鉆、銅等金屬元素。

蛋白質(zhì)的含氮量平均為16%,

每克樣品中含氮克數(shù)x6.25xl00=l（X）克樣品中蛋白質(zhì)含量（克％）

二、蛋白質(zhì)的基本組成單位---氨基酸（aminoacid）

1、氨基酸的結(jié)構(gòu)通式

天然蛋白質(zhì)的基本氨基酸共20種。為L-a-氨基酸（甘氨酸除外）生物界中也發(fā)現(xiàn)一些D系

氨基酸，主要存在于某些抗菌素以及個別植物的生物堿中。

2、氨基酸的分類

按其a-碳原子上側(cè)鏈R的結(jié)構(gòu)和理化特性的不同可分為：

1）非極性疏水性氨基酸：

氨基酸的R基團不帶電荷或極性極微弱的，如：甘氨酸、丙氨酸、綴氨酸、亮氨酸、異亮

氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。R基團具有疏水性。

2）極性中性氨基酸：

R基團有極性，但不解離，或僅極弱地解離，它們的R基團有親水性。如：絲氨酸、蘇氨

酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天門冬酰胺。

3）酸性氨基酸：

R基團有極性，且解離，在中性溶液中顯酸性，親水性強。如天門冬氨酸、谷氨酸。

4）堿性氨基酸：

R基團有極性，且解離，在中性溶液中顯堿性，親水性強。如組氨酸、賴氨酸、精氨酸。

3、氨基酸的理化性質(zhì)

1）兩性解離及等電點

氨基酸分子都含有堿性的a-氨基和酸性的a-竣基，因而是一種兩性電解質(zhì)。在溶液中其所

帶電荷取決于溶液的pH值，當氨基酸分子帶有相等正、負電荷，即所帶凈電荷為零時，溶

液的pH值稱為該氨基酸的等電點（pl）。

2）紫外吸收性質(zhì)

色氨酸、酪氨酸吸收峰在280nm左右，苯丙氨酸吸收峰在254nm。可利用此性質(zhì)采用紫外

分分光度法測定溶液中蛋白質(zhì)的含量，該法簡便快捷。

3）荀三酮反應(yīng)

氨基酸可與苛三酮縮合產(chǎn)生藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm?？衫么诵再|(zhì)測定氨基

酸的含量。

四、蛋白質(zhì)的分類

（-）組成：單純蛋白質(zhì)及結(jié)合蛋白質(zhì)

（-）蛋白質(zhì)分子形狀：球狀蛋白質(zhì)及纖維狀蛋白質(zhì)

（三）蛋白質(zhì)的功能：

活性蛋白質(zhì)：酶、激素蛋白質(zhì)、運輸和貯存蛋白質(zhì)等

非活性蛋白質(zhì)：膠原、角蛋白等

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)為生物高分子物質(zhì)，具有三維空間結(jié)構(gòu)，執(zhí)行復(fù)雜的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

之間的關(guān)系密切。將蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分為一級、二級、三級、四級結(jié)構(gòu)四個層次，后三者統(tǒng)

稱為高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)。

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

1、概念：

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序(sequence)。

由基因上遺傳密碼的排列順序所決定。氨基酸按遺傳密碼的順序，通過肽鍵連接起來，成為

多肽鏈，肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主鍵。

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級、三級等高級結(jié)構(gòu)。

二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展，而是折疊和盤曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。蛋

白質(zhì)的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)主要決定于空間結(jié)構(gòu)的完整，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)就是指蛋白質(zhì)

的二級、三級和四級結(jié)構(gòu)。

(-)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

1、概念：

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，不涉及

側(cè)鏈部分的構(gòu)象。維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是氫鍵。

2、肽鍵平面(或稱肽單位,peptideunit)

(1)中的C-N鍵長0.132nm,比相鄰的N-C單鍵(0.147nm)短，而較一般C=N雙鍵(0.128nm)

長，肽鍵中-C-N-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，這就

將固定在一個平面之內(nèi)

(2)肽鍵的C及N周圍三個鍵角之和均為360。，六個原子基本同處一個平面，肽鏈中能夠

旋轉(zhuǎn)的只有a碳原子所形成的單鍵，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個肽鍵平面的位置關(guān)系，肽鍵平面

成為肽鏈盤曲折疊的基本單位。

3、蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象的結(jié)構(gòu)單元

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要包括a-螺旋，供折迭，供轉(zhuǎn)角及無規(guī)卷曲

?a一一螺旋

(1)多個肽鍵平面通過a—碳原子緊密盤曲成穩(wěn)固的右手螺旋。

(2)主鏈呈螺旋上升，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，螺距0.54nm。

(3)相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中C=0和N-H之間形成許多鏈內(nèi)氫健，每一個氨基酸殘基

中的NH和前面相隔三個殘基的C=0之間形成氫鍵。

(4)肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R,分布在螺旋外側(cè)。

①極大的側(cè)鏈基團(存在空間位阻)；

②連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基；

③有Pro等亞氨基酸存在(不能形成氫鍵)。

?P--片層結(jié)構(gòu)

隹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(gòu)象。

①是肽鏈相當伸展的結(jié)構(gòu)，肽鏈平面之間折疊成鋸齒狀，相鄰肽鍵平面間呈110°角。氨基酸

殘基的R側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方。

②兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C=0與NH之間形成氫鍵。

③兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的。

④平行的。一片層結(jié)構(gòu)中，兩個殘基的間距為0.65nm；反平行的。一片層結(jié)構(gòu)，則間距為

0.7nm。

?P----轉(zhuǎn)角

蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會出現(xiàn)180。的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是。一轉(zhuǎn)角(0—turn

或p-bend)。0—轉(zhuǎn)角通常有4個氨基酸組成，靠第一個氨基酸殘基的C=O與第四個殘基

的NH之間形成氫鍵，而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

?無規(guī)卷曲

多肽主鏈中除可形成前述a—螺旋、B—片層、。一轉(zhuǎn)角等有規(guī)律的構(gòu)象外，其他部分沒有確

定規(guī)律性的肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列，稱無規(guī)卷曲(randomcoil)?

(-)模序

模序是指在多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的二級結(jié)構(gòu)肽段常常在空間折疊中靠近，彼此相互作

用，形成一個具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)。如鈣結(jié)合蛋白中的結(jié)合鈣離子模序，鋅指結(jié)構(gòu)等。

三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

1、概念：

一條多肽鏈在各種二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進一步盤曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)

構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure),即整條多肽鏈中所有原子在三維空間的排

布位置。

2、維系力：

維系三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是非共價鍵(次級鍵)，如疏水鍵、氫鍵、鹽鍵、范氏引力等，

但也有共價鍵，如二硫鍵等。

3、結(jié)構(gòu)域(domain)

結(jié)構(gòu)域也是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間的一個層次。在較大的蛋白質(zhì)分子中，蛋

白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)常可分割成一個或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，每個區(qū)域折疊得較為緊密，有獨

特的空間構(gòu)象，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。

四蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

1、概念：

是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局。(quarternarystructure)每個具有獨立三

級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱為亞基(subunit),

2、維系力：

維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力等次級鍵。

一種蛋白質(zhì)中，亞基結(jié)構(gòu)可以相同，也可不同。

第三節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與其構(gòu)象及功能的關(guān)系

(-)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團形成的次級鍵來維持，蛋白質(zhì)的

多肽鏈一旦被合成后，即可根據(jù)一級結(jié)構(gòu)的特點自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。

變性與復(fù)性的研究也說明了蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定了它的二級、三級結(jié)構(gòu)，即由一級結(jié)構(gòu)可

以自動地發(fā)展到二、三級結(jié)構(gòu)。

(-)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其基本構(gòu)象及功能也相似，不同種屬的生物體的同一功能的蛋白質(zhì)，

其一級結(jié)構(gòu)只有極少的差別，而且在系統(tǒng)發(fā)生上進化位置相距愈近的差異愈小。

二、蛋白質(zhì)空間橡象與功能活性的關(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)，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能

活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。

(―)血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)

Mb的功能主要是在肌肉中儲存。2,Hb在體內(nèi)的主要功能為運輸氧氣，是含有血紅素輔基

的蛋白質(zhì)，血紅素的鐵原子共有6個配位鍵，其中4個與血紅素的毗咯環(huán)的N結(jié)合，一個與

珠蛋白亞基F螺旋區(qū)的第8位組氨酸（F8）殘基的咪喋基的N相連接，空著的一個配位鍵可

與02可逆地結(jié)合。

血紅蛋白的蛋白質(zhì)部分稱為珠蛋白（globin）,非蛋白質(zhì)部分（輔基）稱為血紅素。Hb分子

由四個亞基構(gòu)成，結(jié)合一分子血紅素。正常成人Hb分子的四個亞基為兩條a鏈，兩條8

鏈。

a鏈由141個氨基酸殘基組成，有7個a—螺旋區(qū)，在E和F螺旋段間的20多個疏水氨基酸側(cè)

鏈構(gòu)成口袋形的疏水區(qū)，血紅素就嵌接在其中。

0鏈由146個氨基酸殘基組成，有8個a—螺旋區(qū)。

a亞基中a亞基和p亞基構(gòu)象相似。四亞基間有8對鹽鍵，它們的形成和斷裂將使整個分子

的空間構(gòu)象發(fā)生變化。

（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化和結(jié)合氧

在血紅素中，四個n比咯環(huán)形成一個平面：

1、未與氧結(jié)合時Hb的a/0和a/。呈對角排列，結(jié)構(gòu)較為緊密，稱為緊張態(tài)（tensestate,T

態(tài)）Fe++的位置高于平面0.075nm。

2、當O2進入某一個a亞基的疏水"口袋"時，與Fe++的結(jié)合會使Fe++嵌入四毗咯平面中，也

即向該平面內(nèi)移動約0.075nm,鐵的位置的這一微小移動，牽動F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段

的位移，再波及附近肽段構(gòu)象，造成兩個a亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合變松，使a/。和

a/0的長軸形成15。的夾角，結(jié)構(gòu)較為松弛，稱為松弛態(tài)（relaxedstate,R態(tài)）并促進第二亞

基的變構(gòu)并氧合，后者又促進第三亞基的氧合，進而使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第

一亞基開始氧合時速度的數(shù)百倍。

協(xié)同效應(yīng)（cooperativity）的定義是指一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響寡聚體中另一亞基

與配體的結(jié)合能力。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)，反之稱為負協(xié)同效應(yīng)。

第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的大分子化合物，其理化性質(zhì)一部分與氨基酸相似，如兩性電離、等

電點、呈色反應(yīng)、成鹽反應(yīng)等，也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、膠體性、變性等。

根據(jù)蛋白質(zhì)的理化特性，常采用鹽析、透析、電泳、層析及超速離心等方法來分離純化蛋白

質(zhì)。

一、蛋白質(zhì)的理化特性

（-）蛋白質(zhì)的兩性電離

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，其分子中除兩端的游離氨基和竣基外，側(cè)鏈中尚有一些解離基，

如谷氨酸、天門冬氨酸殘基中的丫和侯段基，賴氨酸殘基中的。氨基，精氨酸殘基的股基和

組氨酸的咪唾基當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋臼質(zhì)游離成正、負離子的趨勢相等，即成

為兼性離子，此時溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點（isoelectricpoint,簡寫pl）。

一處于等電點的蛋白質(zhì)顆粒，在電場中并不移動。蛋白質(zhì)溶液的pH大于等電點，該蛋白質(zhì)

顆粒帶負電荷，反之則帶正電荷。

一堿性氨基酸含量較多的蛋白質(zhì)，等電點就偏堿性，如組蛋白、精蛋白等。反之，凡酸性氨

基酸含量較多的蛋白質(zhì)，等電點就偏酸性，人體體液中許多蛋白質(zhì)的等電點在pH5.0左右，

所以在體液中以負離子形式存在。

（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)分子量頗大，介于一萬到百萬之間，故其分子的大小已達到膠粒1?100nm范圍之內(nèi)。

球狀蛋白質(zhì)的表面多親水基團，具有強烈地吸引水分子作用，使蛋白質(zhì)分子表面常為多層水

分子所包圍，稱水化膜，從而阻止蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集。

（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固

天然蛋白質(zhì)的嚴密結(jié)構(gòu)在某些物理或化學(xué)因素作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致

理化性質(zhì)改變和生物學(xué)活性的喪失，稱之為蛋白質(zhì)的變性作用（denaturation）。變性蛋白質(zhì)

只有空間構(gòu)象的破壞，蛋白質(zhì)變性本質(zhì)是次級鍵，二硫鍵的破壞，并不涉及一級結(jié)構(gòu)的變化。

變性蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)最明顯的區(qū)別是溶解度降低，同時蛋白質(zhì)的粘度增加,結(jié)晶性破壞，

生物學(xué)活性喪失，易被蛋白酶分解。

蛋白質(zhì)變性的原因：

物理因素：加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波等；

化學(xué)因素：強酸、強堿、乙醇、尿素、重金屬鹽、十二烷基磺酸鈉（SDS）等。

在臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用于消毒及滅菌。反之，注意防止蛋白質(zhì)變性就能有效

地保存蛋白質(zhì)制劑。

蛋白質(zhì)變性后，疏水基團外露，肽鏈融合相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中沉淀析出，

此稱蛋白質(zhì)的沉淀。引起蛋白質(zhì)沉淀的方法主要有：鹽析、有機溶劑沉淀，重金屬鹽沉淀，

生物堿試劑沉淀等。

將接近于等電點附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，可使蛋白質(zhì)可形成比較堅固的凝塊，稱蛋白質(zhì)

凝固。加熱首先是加熱使蛋白質(zhì)變性，有規(guī)則的肽鏈結(jié)構(gòu)被打開呈松散狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，分

子的不對稱性增加，疏水基團暴露，進而凝聚成凝膠狀的蛋白塊。如煮熟的雞蛋，蛋黃和蛋

清都凝固。

蛋白質(zhì)的變性、沉淀，凝固相互之間有很密切的關(guān)系。但蛋白質(zhì)變性后并不一定沉淀，

變性蛋白質(zhì)只在等電點附近才沉淀，沉淀的變性蛋白質(zhì)也不一定凝固。例如，蛋白質(zhì)被強酸、

強堿變性后由于蛋白質(zhì)顆粒帶著大量電荷，故仍溶于強酸或強堿之中。但若將強堿和強酸溶

液的pH調(diào)節(jié)到等電點，則變性蛋白質(zhì)凝集成絮狀沉淀物，若將此絮狀物加熱，則分子間相

互盤纏而變成較為堅固的凝塊。

（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收

蛋白質(zhì)中含有Tyr和Trp,因此在280nm處有特征性紫外吸收峰，且在一定濃度范圍內(nèi)，其

A280nm與蛋白濃度呈正比，可用于蛋白質(zhì)定量。

（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

1、瑋三酮反應(yīng)

a一氨基酸與水化瑋三酮（苯丙環(huán)三酮戊燒）作用時，產(chǎn)生藍色反應(yīng)，由于蛋白質(zhì)是由許多

a一氨基酸組成的，所以也呈此顏色反應(yīng)。

2、雙縮版反應(yīng)

蛋白質(zhì)在堿性溶液中與硫酸銅作用呈現(xiàn)紫紅色，稱雙縮胭反應(yīng)。凡分子中含有兩個以上一

CO-NH—鍵的化合物都呈此反應(yīng)。

二、蛋白質(zhì)的分離純化

（-）丙酮沉淀及鹽析

用丙酮沉淀時，必須在0-4C的低溫條件下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白體積。

在蛋白質(zhì)溶液中加入大量的中性鹽以破壞蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定性而使其析出，這種方法稱為鹽

析。常用的中性鹽有硫酸錢、硫酸鈉、氯化鈉等。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH至等電點后，再用

鹽析法則蛋白質(zhì)沉淀的效果更好。

（―）電泳

帶電粒子在電場中移動的現(xiàn)象稱為電泳。蛋白質(zhì)分子在溶液中可帶凈的負電荷或帶凈的正電

荷，故可在電場中發(fā)生移動。不同的蛋白質(zhì)分子所帶電荷量不同，且分子大小也不同，故在

電場中的移動速度也不同，據(jù)此可互相分離。

（三）透析與超濾

與低分子物質(zhì)比較，蛋白質(zhì)分子擴散速度慢，不易透過半透膜，粘度大，在分離提純蛋白質(zhì)

過程中，可利用透析袋將生物大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì)分開的方法稱為透析(dialysis)o利

用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)的目的稱超

濾?

(四)層析

層析(chromatography)是一種利用混合物中各組分理化性質(zhì)的差異，在相互接觸的兩相(固

定相與流動相)之間的分布不同而進行分離分析的技術(shù)方法。主要的層析技術(shù)有離子交換層

析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等。圖1-26

(五)超速離心

超速離心可用來分離純化蛋白質(zhì)，也可用來測定蛋白質(zhì)的分子量。蛋白質(zhì)分子在強大的離心

力作用下，在溶液中回發(fā)生沉降，直至其所受的浮力與離心力相等，此時沉降停止。此時，

不同的蛋白質(zhì)分子分布于不同的液層而分離。

(六)分子篩

又稱凝膠過濾，是層析的一種，利用多孔狀的凝膠顆粒根據(jù)蛋白質(zhì)的分子大小進行分離的一

種層析技術(shù)。

第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能

第一節(jié)核酸的化學(xué)組成

核酸包括DNA和RNA兩大類。

組成核酸的元素有C、H、0、N、P等，P含量恒定，約占9?10%。測定P含量來代表核

酸量。

核酸經(jīng)水解可得到核甘酸，核甘酸水解產(chǎn)生核甘和磷酸，核甘水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基。

一、核甘酸中的堿基成分

核甘酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于喋吟衍生物和喀喔衍生物。核甘酸中的

0票吟堿(purine)主要是鳥11票嶺(guanine,G)和腺嚓吟(adenine,A),喀咤堿(pyrimidine)

主要是胞喀呢(cytosine,C)、尿喘陡(uracil,U)和胸腺喀嚏(thymine,T)?DNA和RNA

都含有鳥噪吟(G)、腺喋吟(A)和胞喀咤(C)；胸腺嘴咤(T)只存在于DNA,而尿唏

咤(U)只存在于RNA。

噂吟和喀咤環(huán)中含有共輾雙鍵，對260nm左右波長的紫外光有較強的吸收。堿基的這一特性

常被用來對堿基、核甘、核甘酸和核酸進行定性和定量分析。

二、戊糖與核營

核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩種，分別存在于核糖核甘酸和

脫氧核糖核甘酸中。戊糖與啥呢或喋吟堿以糖甘鍵連接就稱為核甘，通常是戊糖的c-r與喀

味堿的N-1或喋吟堿的N-9相連接。

第二節(jié)核酸的一級結(jié)構(gòu)

核酸(DNA和RNA)的一級結(jié)構(gòu)是指其中的核甘酸的排列順序。核甘酸之間的連接方式是:

一個核甘酸的3，-0H與下一位核甘酸的夕位磷酸形成3，，5,磷酸二酯鍵，構(gòu)成不分支的線性大

分子，核酸具有方向性，末端分別稱為5,末端和3,末端。DNA的書寫應(yīng)從5，到3、

?RNA與DNA的差別主要有：

1)DNA中核甘酸的戊糖是脫氧核糖；

2)RNA中的喘咤堿基不含胸腺唏咤。

表示一個核酸分子結(jié)構(gòu)的方法有多種。堿基序列的書寫是由左向右書寫，左側(cè)是夕末端，右

側(cè)為3,末端。

寡核甘酸(oligonucleotide)是指二至十個甚至更多個核甘酸殘基以磷酸二酯鍵連接而成的

線性多核甘酸片段。目前多由儀器自動合成而用作DNA合成的引物(Primer)、基因探針

(probe)等，在現(xiàn)代分子生物學(xué)研究中具有廣泛的用途。

第三節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

一、DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(doublehelixmodel)

(-)DNA的堿基組成

Chargaff規(guī)則：

(1)幾乎所有的DNA,無論種屬來源如何，A=T,G=C,A+G=C+T；

(2)不同生物來源的DNA堿基組成不同，即A+T/G+C比值不同；

(3)同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；

(4)一種生物DNA堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)、環(huán)境變化而改變、

(二)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點

1953年，Watson和Crick以立體化學(xué)原理為準則，對Wilkins和Franklin的DNA的X-射線

衍射分析結(jié)果加以研究，提出了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模式，其主要內(nèi)容如下：

⑴反平行的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺距為3、4nm,直徑為2、Onm。每圈10對堿基，存在大溝、

小溝

⑵主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)

⑶兩鏈間A與T互補形成兩個氫鍵，G與C三個氫鍵

⑷螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力

DNA雙螺旋是核酸二級結(jié)構(gòu)的重要形式。雙螺旋結(jié)構(gòu)理論支配了近代核酸結(jié)構(gòu)功能的研究

和發(fā)展，是生命科學(xué)發(fā)展史上的杰出貢獻。

二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

(-)DNA超螺旋-原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)

環(huán)狀和超螺旋示意圖雙螺旋DNA進一步扭曲盤繞則形成其三級結(jié)構(gòu)，超螺旋是DNA三

級結(jié)構(gòu)的主要形式?，F(xiàn)已知道絕大多數(shù)原核生物都是共價封閉環(huán)(covalentlyclosedcircle,

CCC)分子，這種雙螺旋環(huán)狀分子再度螺旋化成為超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil),研

究發(fā)現(xiàn)，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓撲異構(gòu)酶產(chǎn)生的。

(二)DNA在真核細胞內(nèi)的組裝

1>染色質(zhì)(chromatin)

染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)<,由DNA和組蛋白組成。

組蛋白(histones)分為五種類型,即孫、H2A,H2B>H3和H—H2A,H2B,H3和H4各兩

分子構(gòu)成的致密八聚體，以及纏繞其長度為146bp的DNA鏈；核心顆粒間約60bp的連接

DNA和組蛋白H有構(gòu)成的連接區(qū)連接起來形成串珠樣結(jié)構(gòu)(圖2-8)。

三、DNA的功能

DNA是遺傳信息的載體，基因就是DNA分子中的某一區(qū)段。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，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活

動的基礎(chǔ)。

第四節(jié)RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

DNA是遺傳信息的載體，遺傳信息的作用通常由蛋白質(zhì)的功能來實現(xiàn)，但DNA并非蛋白

質(zhì)合成的直接模板，合成蛋白質(zhì)的模板是RNA。正常細胞遺傳信息的流向是：DNATRNA—

蛋白質(zhì)。

與DNA相比，RNA種類繁多，分子量相對較小，一般以單股鏈存在，但可以有局部二級結(jié)

構(gòu)，其堿基組成特點是含有尿喀咤(uridin,U)而不含胸腺喀咤，堿基配對發(fā)生于C和G

與U和A之間，RNA堿基組成之間無一定的比例關(guān)系，且稀有堿基較多。此外，tRNA還

具有明確的三級結(jié)構(gòu)。

一、信使RNA(mRNA)的結(jié)構(gòu)與功能

1)mRNA可形成局部雙螺旋結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)。

2)mRNA在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為HnRNA

3)5、端的7-甲基鳥昔三磷酸(m7GTP)帽子

4)3一端的多聚腺甘酸(polyA)尾

5)mRNA分子中帶有遺傳密碼

二、轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)

1)分子最小，含有稀有堿基最多(10%?20%)

2)二級結(jié)構(gòu)：局部雙螺旋的形成“三葉草”結(jié)構(gòu)。包括：氨基酸臂(3,末端CCA-OH)、DHU

環(huán)、反密碼環(huán)、丁中環(huán)等。

功能：轉(zhuǎn)運氨基酸IRNA(transferRNA)在假尿唏咤核昔中，不是通常喘咤環(huán)中1位氮原子，

而是喀咤環(huán)中的5位碳原子與戊糖的位碳原子之間形成糖昔鍵。

tRNA的共同三級結(jié)構(gòu)均呈倒L形，其中3,末端含CCA-OH的氨基酸臂位于一端，反密碼子

環(huán)位于另一端，DHU環(huán)和T中環(huán)雖在二級結(jié)構(gòu)上各處一方，但在三級結(jié)構(gòu)上卻相互鄰近。

三、核蛋白體RNA(rRNA)

?核蛋白體RNA(ribosomalRNA)：是細胞內(nèi)含量最多的RNA,約占RNA總量的80%以上,

核蛋白體(ribosome)是蛋白質(zhì)生物合成的場所。

?大腸桿菌核蛋白體：小亞基由16SrRNA和21種蛋白質(zhì)構(gòu)成，大亞基由5S、23SrRNA和31

種蛋白質(zhì)構(gòu)成。

?真核生物核蛋白體：小亞基含18SrRNA和30多種蛋白質(zhì)，大亞基含28S、5.8S、5s三種

rRNA,近50種蛋白質(zhì)。

四、其它RNA分子

?小核RNA(snRNA,smallnuclearRNA)存在于真核細胞的細胞核內(nèi)，其功能是在hnRNA

成熟轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA的過程中，參與RNA的剪接，在將mRNA從細胞核運到細胞漿的過程

中起著十分重要的作用。

?小胞漿RNA(scRNA,smallcytosolRNA)：存在于細胞漿中，是蛋白質(zhì)定位合成于粗面

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上所需的信號識別體的組成成分。

?核仁小RNA(snoRNA,smallnucleolarRNA)：催化性小RNA(smallcatalyticRNA)

?小片段干擾RNA(siRNA,smallinterferingRNA)：與外源基因表達的相mRNA結(jié)合，并

誘發(fā)其mRNA降解。

五、核酶

某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNA的剪接.這種具有催化作用的RNA

被稱為核酶。

第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用

一、核酸的一般理化性質(zhì)

核酸為多元酸，具有較強的酸性。DNA是線狀高分子，粘度很大，RNA分子較小，因此粘

度也小得多。DNA分子在機械力的作用下易發(fā)生斷裂。DNA和RNA都具有紫外吸收特性,

最大吸收峰在260nm。

二、DNA的變性、復(fù)性與分子雜交

1>DNA變性(denaturation)

在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補鏈松散而分開成為單鏈，從而導(dǎo)致DNA的理

化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。

?變性的因素：

①高溫

②強酸強堿

③有機溶劑等

?變性后的性質(zhì)改變：

①增色效應(yīng)：指DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象、

②旋光性下降

③粘度降低

④生物學(xué)功能喪失或改變

?DNA解鏈溫度：

加熱DNA溶液，使其對260nm紫外光的吸收度突然增加，達到其最大值一半時的溫度（融

解溫度，Tm）,G+C的含量越高，則Tm越高。

2、DNA復(fù)性（renaturation）

指變性DNA在適當條件下，二條互補鏈全部或部分恢復(fù)到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，它是變

性的一種逆轉(zhuǎn)過程。熱變性DNA一般經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，此過程稱之為退火

（annealing）。

3、分子雜交:（hybridization）

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，經(jīng)退火

處理即可復(fù)性，形成新的雜種雙螺旋，這一現(xiàn)象稱為核酸的分子雜交。

DNA變性、復(fù)性與分子雜交——核酸雜交可以是DNA-DNA,也可以是DNA-RNA雜交。

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。不同來源的核酸變性后，合并在一處進行復(fù)

性，這時，只要這些核酸分子的核甘酸序列含有可以形成堿基互補配對的片段，復(fù)性也會發(fā)

生于不同來源的核酸鏈之間，形成所謂的雜化雙鏈這個過程稱為雜交。

第三章酶

第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的分子組成

根據(jù)酶的組成成份，可分單純酶和結(jié)合酶兩類。

?單純酶（simpleenzyme）是基本組成單位僅為氨基酸的一類酶。它的催化活性僅僅決定于

它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

?結(jié)合酶（conjugatedenzyme）的催化活性，除蛋白質(zhì)部分（酶蛋白）外，還需要非蛋白質(zhì)

的物質(zhì)，即酶的輔助因子（cofactors）。

■全酶（結(jié)合蛋白質(zhì)）=酶蛋白（蛋白質(zhì)部分）+輔助因子（非蛋白質(zhì)部分）

酶的輔助因子：金屬離子，小分子有機化合物。與酶蛋白疏松結(jié)合并與酶的催化活性有關(guān)的

耐熱低分子有機化合物稱為輔酶。與酶蛋白牢固結(jié)合并與酶的催化活性有關(guān)的耐熱低分子有

機化合物稱為輔基。酶蛋白決定反應(yīng)的特異性，輔酶與輔基運載氫原子、電子、基團。金屬

離子穩(wěn)定構(gòu)象、構(gòu)成酶的活性中心、連接作用。

現(xiàn)知大多數(shù)維生素（特別是B族維生素）是組成許多酶的輔酶或輔基的成分，體內(nèi)酶的種

類很多，而輔酶（基）的種類卻較少，通常一種酶蛋白只能與一種輔酶結(jié)合。

二、酶的活性中心

酶的分子中存在有許多功能基團例如，-NW、-COOH、-SH、-0H等，但并不是這些基團都

與酶活性有關(guān)。一般將與酶活性有關(guān)的基團稱為酶的必需基團（essentialgroup）。有些必需

基團雖然在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，集中在一起形成具有一定

空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，該區(qū)域與底物相結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心

(activecenter),對于結(jié)合酶來說，輔酶或輔基上的一部分結(jié)構(gòu)往往是活性中心的組成成分。

構(gòu)成酶活性中心的必需基團可分為兩種，與底物結(jié)合的必需基團稱為結(jié)合基團，促進底物發(fā)

生化學(xué)變化的基團稱為催化基團。還有些必需基團雖然不參加酶的活性中心的組成，但為

維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需，這些基團是酶的活性中心以外的必需基團。

不同的酶有不同的活性中心，故對底物有嚴格的特異性。

第二節(jié)酶促反應(yīng)的特點與機制

酶是生物催化劑(biologicalcatalyst),具有兩方面的特性，既有與一般催化劑相同的催化性

質(zhì)，又具有一般催化劑所沒有的生物大分子的特征。

酶與一般催化劑的共同點包括：

①能催化熱力學(xué)上允許進行的化學(xué)反應(yīng)，而不能實現(xiàn)那些熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)；

②能縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間，而不能改變平衡點；

③一般情況下，對可逆反應(yīng)的正反兩個方向的催化作用相同。

酶和一般催化劑的作用機理都是降低反應(yīng)的活化能，因為酶是蛋白質(zhì)，所以酶促反應(yīng)又固有

其特點：

一、酶促反應(yīng)的特點

1、高度的催化效率

酶能顯著地降低活化能，故能表現(xiàn)為高度的催化效率。

酶促反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)高1。713倍，例如，反應(yīng)

2H2O2T2H2。+。2

在無催化劑時,需活化能18,000卡/克分子;膠體鈿存在時,需活化能H,700卡/克分子;

有過氧化氫酶存在時，僅需活化能2,000卡/克分子以下。

2、高度的專一性

一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以促進一定的化學(xué)變化，并生成一定的產(chǎn)物，

這種現(xiàn)象稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?/p>

(1)絕對特異性(absolutespecifictity)：有的酶只作用于一種底物產(chǎn)生一定的反應(yīng)，稱為絕

對專一性，如胭酶，只能催化尿素水解成NH3和C02,而不能催化甲基尿素水解。

(2)相對特異性(relativespecificity)：一種酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，這種不

太嚴格的專一性稱為相對專一性。如脂肪酶不僅水解脂肪，也能水解簡單的酯類。

(3)立體異構(gòu)特異性(stereopecificity)：酶對底物的立體構(gòu)型的特異要求，稱為立體異構(gòu)

專一性或特異性。如a-淀粉酶只能水解淀粉中a-l,4-糖昔鍵，不能水解纖維素中的供1,

4-糖昔健。

3、酶活性的可調(diào)節(jié)性

酶是生物體的組成成份，和體內(nèi)其他物質(zhì)一樣，不斷在體內(nèi)新陳代謝，酶的催化活性也受多

方面的調(diào)控。

4、酶活性的不穩(wěn)定性

酶是蛋白質(zhì)，酶促反應(yīng)要求一定的pH、溫度等溫和的條件，強酸、強堿、有機溶劑、重金

屬鹽、高溫、紫外線、劇烈震蕩等任何使蛋白質(zhì)變性的理化因素都可能使酶變性而失去其催

化活性。

二、酶促反應(yīng)的機制

(-)酶-底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合學(xué)說

當?shù)孜锱c酶接近時，底物分子可以誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生改變，使之成為能與底物分子

密切結(jié)合的構(gòu)象。

酶催化某一反應(yīng)時，首先在酶的活性中心與底物結(jié)合生成酶一底物復(fù)合物，此復(fù)合物再進行

分解而釋放出酶，同時生成一種或數(shù)種產(chǎn)物，此過程可用下式表示:

Kik3

E+S.二ES------------>E+P

酣底物工2中間產(chǎn)物醐產(chǎn)物

E代表酶，S代表底物，ES代表酶底物復(fù)合物(中間產(chǎn)物)

(-)酶促反應(yīng)的機制

I、臨近效應(yīng)

酶在反應(yīng)中將底物結(jié)合到它的活性中心使他們相互接近并形成有利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系，

酶與底物間的靠近具有一定的取向，這樣反應(yīng)物分子才被作用，大大增加了ES復(fù)合物進入

活化狀態(tài)的機率。

2、張力作用

底物的結(jié)合可誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，比底物大得多的酶分子的三、四級結(jié)構(gòu)的變化，也

可對底物產(chǎn)生張力作用，使底物扭曲，促進ES進入活性狀態(tài)。

3、酸堿催化作用

酶的活性中心具有某些氨基酸殘基的R基團，這些基團往往是良好的質(zhì)子供體或受體，在

水溶液中這些廣義的酸性基團或廣義的堿性基團對許多化學(xué)反應(yīng)是有力的催化劑。

4、共價催化作用

某些酶能與底物形成極不穩(wěn)定的、共價結(jié)合的ES復(fù)合物，這些復(fù)合物比無酶存在時更容易

進行化學(xué)反應(yīng)。

第三節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)

酶促反應(yīng)動力學(xué)(kineticsofenzyme-catalyzedreactions)主要研究酶催化的反應(yīng)速度以及影

響反應(yīng)速度的各種因素。包括酶的濃度、底物的濃度、pH、溫度、抑制劑和激活劑等。

一、底物濃度對反應(yīng)速度的影響

在酶的濃度不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度影響的作用呈現(xiàn)矩形雙曲線(rectangular

hyperbola)。

在底物濃度很低時，反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而急驟加快，兩者呈正比關(guān)系，表現(xiàn)為一級

反應(yīng)。隨著底物濃度的升高，反應(yīng)速度不再呈正比例加快，反應(yīng)速度增加的幅度不斷下降。

如果繼續(xù)加大底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為0級反應(yīng)。

(-)米曼氏方程式

解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的最合理學(xué)說是中間產(chǎn)物學(xué)說。酶首先與底物結(jié)合

生成酶底物復(fù)合物(中間產(chǎn)物)，此復(fù)合物再分解為產(chǎn)物和游離的酶。

Michaelis和Menten,1913年提出了反應(yīng)速度和底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即著名的米-

曼氏方程。

Vmax[S]

V=-----------

Km+[S]

Vmax指酶促反應(yīng)的最大速度，[S]為底物濃度，Km是米氏常數(shù)，V是在某一底物濃度時相

應(yīng)的反應(yīng)速度。當?shù)孜餄舛群艿蜁r，則V絲Vmax/Km[S],反應(yīng)速度與底物濃度

呈正比。當?shù)孜餄舛群芨邥r，此時VgVmax,反應(yīng)速度達最大速度，底物濃度

再增高也不影響反應(yīng)速度。

Kik3

E+S。=ES------------>E+P

的底物K2中間產(chǎn)物醐產(chǎn)物

米-曼氏方程的推導(dǎo)基與兩個假設(shè)：

①測定的確反應(yīng)速度為初速度

②[S]超過[E]

ES的生成速度:d[ES}dt=Ki([E]-[ES])[S]

ES的分解速度：-d[ES]/dt=K2[ES]+K3[ES]

當反應(yīng)處與穩(wěn)態(tài)時：ES的生成速度=ES的分解速度：即

K)([E]-[ES])[S]=K2[ES]+K3[ES]

經(jīng)整理：

-([-E-]--[-ES-]-)-[-S]___際__％_

[ES]'Ki

令:

K2+K3

--------=Km

Ki

Km為米氏常數(shù)，則[E][SHES][S]=Km[ES]

[E][S]

[ES]=

Km+[S]

由于反應(yīng)速度取決于單位時間內(nèi)P產(chǎn)物的生成量，所以V=K3[ES]

代入上式得：

.[E][S]

V=---------

Km+[S]

當?shù)孜餄舛群芨?，所有的酶都與底物生成中間產(chǎn)物（即[E]=[ES]）時，反應(yīng)達到最大速度、

即：

Vmax=K3[ES]=K3[E]

Vmax[S]

V=-----------

代入上式得：米式方程:Km+[S]

（二）Km及Vm的意義

1.當反應(yīng)速度為最大速度一半時，米氏方程可以變換如下:

VmaxVmax[S]

~2~Km+[S]

進一步整理可得到：Km=[S]

可知，Km值等于酶反應(yīng)速度為最大速度一半時的底物濃度。

2.因為Km=K2+K3/K|,當K2?K3，即ES解離成E和S的速度大大超過分離成E和P

的速度時，上可以忽略不計，此時Km值近似于ES解離常數(shù)KS,此時Km值可用來表示

酶對底物的親和力。

K2二[E]⑻

Km==KS

K1―[ES]

Km值愈大，酶與底物的親和力愈?。籏m值愈小，酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力

大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達到最大反應(yīng)速度。

3.Km值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和酶促反應(yīng)條件（如溫度、

pH、有無抑制劑等）有關(guān)，與酶的濃度無關(guān).酶的種類不同，Km值不同，同一種酶與不同

底物作用時，Km值也不同。各種酶的Km值范圍很廣，大致在10“?104M之間。

4.如果Km值已知，任何底物濃度時酶的飽和度（形成中間產(chǎn)物的酶占總酶的比例,saturation

fractionfEs）fEs便可計算出來。

[ES]=K3[ES]=V=⑸

[Et]K3|EtJVmaxKnt+[S]

5.Vm是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。

如果酶的總濃度已知，便可從Vmax計算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)、例如，lO^moi/L的碳酸酢酶溶液

在一秒鐘內(nèi)可催化生成0、6moi/L的碳酸，則每秒鐘可催化生成6*105個分子的碳酸。

Vmax0.6mol/L/s

心=^^—=------------=6x105s-1

[E]10-6mol/L

K3又稱為酶的轉(zhuǎn)換數(shù)，其定義是：當酶被底物充分飽和時，單位時間內(nèi)每個酶分子催化底

物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)、

（三）Km和Vmax的求法

底物濃度曲線是矩形雙曲線。從圖中很難精確地測出Km和Vmax。為此人們將米氏方程進

行種種變換，將曲線作圖轉(zhuǎn)變成直線作圖。

1、雙倒數(shù)作圖

將米氏方程兩邊取倒數(shù)，可轉(zhuǎn)化為下列形式:

1Km11

-----------二----------------------?--------------------+----------------

VVmax[S]Vmax

1/V對1/［S］的作圖得一直線，其斜率是Km/V,在縱軸上的截距為1/Vmax,橫軸上的截距為

-l/Km,（圖3-4）

圖3-4雙倒數(shù)作圖法

2、Hanes作圖法

將米氏方程經(jīng)移項整理后可寫成:

[S]Km1

+[S]

VmVm

以［S］/V為縱坐標對［S］橫坐標作圖，所得直線，其縱軸的截距為Km/Vm,斜率為1/Vm。（圖

3-5)

圖3-5Hanes作圖法

二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響

在一定的溫度和pH條件下，當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度時，酶的濃度與反應(yīng)速度呈正比

關(guān)系。

三、溫度對反應(yīng)速度的影響

化學(xué)反應(yīng)的速度隨溫度增高而加快。但酶是蛋白質(zhì)，可隨溫度的升高而變性。一般地說，溫

度每升高10。。，反應(yīng)速度大約增加一倍。但溫度超過一定數(shù)值后，酶受熱變性的因素占優(yōu)勢,

反應(yīng)速度反而隨溫度上升而減緩，形成倒V形或倒U形曲線。在此曲線頂點所代表的溫度,

反應(yīng)速度最大，稱為酶的最適溫度（oplimumtemperature）（,

從動物組織提取的酶，最適溫度多在35c?40℃之間，酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，

但低溫一般不破壞酶。溫度回升后，酶又恢復(fù)活性。臨床上低溫麻醉就是利用酶的這一性質(zhì)

以減慢組織細胞代謝速度，提高機體對氧和營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的耐受體，有利于進行手術(shù)治療。

四、pH對反應(yīng)速度的影響

反應(yīng)介質(zhì)的pH可影響酶分子，特別是活性中心上必需基團的解離程度和催化基團中質(zhì)子供

體或質(zhì)子受體所需的離子化狀態(tài)，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)

合。只有在特定的pH條件下，酶、底物和輔酶的解離情況，最適宜于它們互相結(jié)合，并發(fā)

生催化作用，使酶促反應(yīng)速度達最大值，這種pH值稱為酶的最適pH。

動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH約1、8,肝精

氨酸酶最適pH約為9、8。

最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液的種類和濃度以及酶的純度等因素的

影響。

五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響

凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱做酶的抑制劑。分為可逆性抑制和不可逆

性抑制兩類。

（一）不可逆性抑制作用（irreversibleinhibition）

抑制劑通常以共價鍵方式與酶的必需基團進行不可逆結(jié)合而使酶喪失活性，按其作用特點，

又有專一性及非專一性之分。

1、非專一性不可逆抑制

抑制劑與酶分子中一類或幾類基團作用，不論是必需基團與否，皆可共價結(jié)合，由于其中必

需基團也被抑制劑結(jié)合，從而導(dǎo)致酶的失活。某些重金屬（Pb++、Cu++、Hg++）及對氯汞苯

甲酸等，能與酶分子的疏基進行不可逆適合，許多以疏基作為必需基團的酶（通稱毓基酶）,

會因此而遭受抑制，屬于此種類型。（圖3-T15）用二筑基丙醇（Britishanti-Lewisite,BAL）

或二毓基丁二酸鈉等含疏基的化合物可使酶復(fù)活。（圖3-T16）

Cl/SH人

/As-CH=CHCI+E--------?EAs-CH=CHCI+2HCI

ClSH、S

路易士氣疏基酶失活的酶酸

圖3-T15路易士氣對酶的影響

/S、(JH2-SHSHCH2-S\

/I：As-CH=CHCI

EAs-CH=CHCI+CH-SH■E+CH-S/

(JH2-0H

\HCH2OH

失活的酶BAL磕基酶BAL與碑劑結(jié)合物

圖3-T16二筑基丙醇的解毒作用

2、專一性不可逆抑制

抑制劑專一地作用于酶的活性中心或其必需基團，進行共價結(jié)合，從而抑制酶的活性。有機

磷殺蟲劑能專一作用于膽堿酯酶活性中心的絲氨酸殘基，使其磷?；豢赡嬉种泼傅幕?/p>

性。（圖3-T17）當膽堿酯酶被有機磷殺蟲劑抑制后，膽堿能神經(jīng)末稍分泌的乙酰膽堿不能

及時分解，過多的乙酰膽堿會導(dǎo)致膽堿能神經(jīng)過度興奮的癥狀。解磷定等藥物可與有機磷殺

蟲劑結(jié)合，使酶和有機磷殺蟲劑分離而復(fù)活。

/\+HU-t——>/\+MA

R-0Z、xR-0Z\-E

有機磷化合物羥基酶失活的酶酸

圖3-T17有機磷殺蟲劑對酶的作用

（二）可逆性抑制（reversibleinhibition）

抑制劑與酶以非共價鍵結(jié)合，在用透析等物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復(fù)，即抑制

劑與酶的結(jié)合是可逆的。這類抑制劑大致可分為以下三類。

1、競爭性抑制（competitiveinhibition）

（1）含義和反應(yīng)式

抑制劑I在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與底物S個相似，能與底物S競爭酶E分子活性中心的結(jié)合基團，

因此，抑制作用大小取決于抑制劑與底物的濃度比，加大底物濃度，可使抑制作用減弱。例

如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。

圖丙二酸、蘋果酸及草酰乙酸和琥珀酸的結(jié)構(gòu)式

（2）反應(yīng)速度公式及作圖

￥黑⑴號）卷+高

抑制劑、底物和反應(yīng)速度之間的動力學(xué)關(guān)系及其雙倒數(shù)方程式為：

以1/V、1/6］分別為橫坐標和縱坐標作圖，繪成競爭性抑制作用的特性曲線。

磺胺藥與對氨基苯甲酸具有類似的結(jié)構(gòu)，而對氨基苯甲酸、二氫喋吟及谷氨酸是某些細菌合

成二氫葉酸的原料，后者能轉(zhuǎn)變?yōu)樗臍淙~酸，它是細菌合成核酸不可缺少的輔酶。由于磺胺

藥是二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑，進而減少菌體內(nèi)四氫葉酸的合成，使核酸合成障礙，

導(dǎo)致細菌死亡?？咕鲂?甲氧節(jié)氨嗡唾(TMP)能特異地抑制細菌的二氫葉酸還原為四

氫葉酸，故能增強磺胺藥的作用。

圖磺胺藥物與對氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)

特點：

⑴競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；

⑵抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同；

⑶抑制劑濃度越大，抑制作用越大；增加底物濃度使抑制程度減小;

(4)動力學(xué)參數(shù)：Km值增大，Vm值不變。

2、非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)

(1)含義和反應(yīng)式

I和S在結(jié)構(gòu)上一般無相似之處，I常與酶分子上結(jié)合基團以外的化學(xué)基團結(jié)合，這種結(jié)合

并不影響底物和酶的結(jié)合，增加底物濃度并不能減少I對酶的抑制程度。

(2)反應(yīng)速度公式及作圖

抑制劑、底物濃度和反應(yīng)速度之間動力學(xué)關(guān)系：

以1/V、1/[S]為橫坐標和縱坐標作圖，繪成非競爭性抑制作用的特性曲線。

中性氨基酸(如丙氨酸)則是非競爭性抑制劑。

特點：

⑴非競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；

⑵底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結(jié)合；

⑶抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；

(4)動力學(xué)參數(shù)：Km值不變，Vm值降低。

3、反競爭性抑制

僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES)結(jié)合，使中間產(chǎn)物ES的量下降。這樣，既減少從中間

產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時減少從中間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作用稱為

反競爭性抑制作用。

E+S『2ES.E+S

1

ESI

特點：

⑴反競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；

⑵抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；

⑶必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加;

(4)動力學(xué)參數(shù)：Km減小，Vm降低。(表3-3)

表3-3各種可逆性抑制作用的比較

作用錯『無抑制劑競爭性抑制行競爭性抑制反競爭性抑制

EE

與I結(jié)合的組分

動力學(xué)參數(shù)

大

變

小

增

不

跑

表現(xiàn)KmKm

不

低

闡低

變

降

最大速度Vmax

標-貝氏作圖

增

增大

變

大

不

斜率Km/Vmax

不

增

大

大

變

增

1/Vmax

縱軸截距增

不

大

變

小

減

橫軸截距-1/Km

可逆性抑制

六、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響

能使酶活性提高的物質(zhì)，都稱為激活劑(activator),可分為必須激活劑和非必須激活劑兩類。

其中大部分是離子或簡單的有機化合物。如Mg++是多種激酶和合成酶的激活劑，動物唾液

中的a-淀粉酶則受cr的激活。

第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)

一、酶活性的調(diào)節(jié)

(-)酶原與酶原的激活

有些酶在細胞內(nèi)合成時，或初分泌時，沒有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶的前身物稱為酶

原(zymogen).酶原向活性的酶轉(zhuǎn)化的過程稱為酶原的激活。酶原激活實際上是酶的活性

中心形成或暴露的過程。

例如，胰蛋白酶原進入小腸后，受腸激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位賴氨酸與第7位異亮

氨酸殘基之間的肽鍵被切斷，水解掉一個六肽，酶分子空間構(gòu)象發(fā)生改變，產(chǎn)生酶的活性中

心，于是胰蛋白酶原變成了有活性的胰蛋白酶。

酶原激活的生理意義在于避免細胞內(nèi)產(chǎn)生的蛋白酶對細胞進行自身消化，并可使酶在特定的

部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝的正常進行。

(-)變構(gòu)酶

有些酶除了活性中心外，還有一個或幾個部位，當特異性分子非共價地結(jié)合到這些部位時，

可改變酶的構(gòu)象,進而改變酶的活性，酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation),

受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱變構(gòu)酶(allostericenzyme),這些特異性分子稱為效應(yīng)劑。變構(gòu)酶分子組

成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結(jié)合的部位稱為催化部位，凡與效應(yīng)劑相結(jié)

合的部位稱為調(diào)節(jié)部位，這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。

(三)前的共價修飾調(diào)節(jié)

酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學(xué)基團發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，這一

過程稱酶的共價修飾調(diào)節(jié)。包括磷酸化和去磷酸化、乙酰化和去乙?；⒓谆腿ゼ谆?/p>

以及腺首化和去腺昔化等，其中以磷酸化和去磷酸化最為常見。酶的共價修飾是體內(nèi)快速調(diào)

節(jié)酶活性的有一種重要方式。

二、酶含量的調(diào)節(jié)

除通過別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)來改變體內(nèi)現(xiàn)有酶的活性外，機體還可以通過誘導(dǎo)與阻遏酶

的合成或改變酶的降解速度來調(diào)節(jié)體內(nèi)酶的含量。

三、同工酶

同工