生物競(jìng)賽生物化學(xué)

1、第七章 生物化學(xué)一、競(jìng)賽中涉及的問題在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)大綱中，已簡(jiǎn)單介紹過蛋白質(zhì)、核酸、ATP的結(jié)構(gòu)和功能、酶和酶特性以及蛋白質(zhì)的生物合成等知識(shí)，根據(jù)國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽綱要和全國(guó)中學(xué)生生物學(xué)競(jìng)賽大綱（試行）的要求，有關(guān)生物化學(xué)的內(nèi)容在競(jìng)賽中經(jīng)常要用到的一些知識(shí)，還必須在原有高中生物基礎(chǔ)上加以充實(shí)和提高。（一）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體的基本物質(zhì)，占細(xì)胞干重的一半，生物膜中蛋白質(zhì)的含量占6070，蛋白質(zhì)在原生質(zhì)的有機(jī)成分中占80。所有蛋白質(zhì)的元素組成都很近似，都含有C、H、O、N四種元素，其中平均含氮量約占16，這是蛋白質(zhì)在元素組成上的一個(gè)特點(diǎn)。蛋白質(zhì)是一類極為復(fù)雜的含氮

2、高分子化合物，其基本組成單位是氨基酸。1蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，其中19種結(jié)構(gòu)可用通式表示。另一種為脯氨酸，它也有類似結(jié)構(gòu)，但側(cè)鏈與氮原子相接形成亞氨基酸。除甘氨酸外，蛋白質(zhì)中的氨基酸都具有不對(duì)稱碳原子，都有L型與D一型之分，為區(qū)別兩種構(gòu)型，通過與甘油醛的構(gòu)型相比較，人為地規(guī)定一種為L(zhǎng)型，另種為D一型。當(dāng)書寫時(shí)NH2寫在左邊為L(zhǎng)型，NH2在右為D一型。已知天然蛋白質(zhì)中的氨基酸都屬L型。20種基本氨基酸中，有許多是能在生物體內(nèi)從其他化合物合成的。但其中有8種氨基酸是不能在人體內(nèi)合成的，叫必需氨酸。它們是：蘇氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）、甲硫酸

3、（Met）、苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Try）、賴氨酸（Lys）和纈氨酸（Val）。20種氨基酸的分類，主要是根據(jù)R基來區(qū)分的。早些年根據(jù)R基的結(jié)構(gòu)把氨基酸分為脂肪族、芳香族和雜環(huán)族三類，其中脂肪族又分為中性（一氨基一羧基）、酸性（一氨基二羧基）和堿性（二氨基一羧基）氨基酸。近年來都按R基的極性來區(qū)分氨酸的種類。對(duì)于含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基的氨基酸來說，在中性溶液中或固體狀態(tài)下，是以中性分子的形式還是以兩性離子的式存在呢？許多實(shí)驗(yàn)證明主要是以兩性離子的形式存在。 中性分子形式 兩性離子形式氨基酸由于含有氨基和羧基，因此在化學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為是的一種兼有弱堿和弱酸的兩性化合物。氨基酸在溶液中的帶電狀

4、態(tài)，會(huì)隨著溶液的pH值而變化，如果氨基酸的凈電荷等于零，在外加電場(chǎng)中不發(fā)生向正極或負(fù)極移動(dòng)的現(xiàn)象，在這種狀態(tài)下溶液的pH值稱為其等電點(diǎn)，常用pI表示。由于各種氨基酸都有特定的等電點(diǎn)，因此當(dāng)溶液的pH值低于某氨基酸的等電點(diǎn)時(shí)，則該氨基酸帶凈正電荷，在電場(chǎng)中向陰極移動(dòng)。若溶液的pH值高于某氨基酸的等電點(diǎn)時(shí)，則該氨基酸帶凈負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向陽極移動(dòng)。氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算方法：對(duì)于單氨基單羧基的氨基酸，其等電點(diǎn)是pK1和Pk2的算術(shù)平均值，即從pI1/2（pK1pK2）公式中求得；對(duì)于含有3個(gè)可解離基團(tuán)的氨基酸來說，只要依次寫出它從酸性經(jīng)過中性至堿性溶溶解高過程中的各種離子形式，然后取兩性離子兩側(cè)的pK

5、值的算術(shù)平均值，即可得其pI值。例如Asp解離時(shí)，有3個(gè)pK值，在不同pH條件下可以有4種離子形式，如下圖所示。在等電點(diǎn)時(shí)，兩性離子形式主要是Asp，因此Asp的pI1/2（pK1pK2）1/2（2.093.86）2.98。同樣方法可以求得其他含有3個(gè)pK值的氨基酸的等電點(diǎn)。各種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，而在紫外光區(qū)僅色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收能力。其中色氨酸的最大吸收波長(zhǎng)為279nm，酪氨酸的最大吸收波長(zhǎng)為278nm，苯丙氨酸的為259nm。利用紫外光法可以測(cè)定這些氨基酸的含量。蛋白質(zhì)在280nm的紫外光吸收絕大部分是由色氨酸和酪氨酸所引起的。因此測(cè)定蛋白質(zhì)含量時(shí)，用紫外分光光度法測(cè)

6、定蛋白質(zhì)在280nm的光吸收值是一種既簡(jiǎn)便而又快速的方法。2蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)的氨基酸，是借助肽鍵連接在一起的。肽鍵是由一個(gè)氨基酸分子中的氨基與相鄰的另一個(gè)氨基酸分子中羧基，通過失水縮合而成，這樣連起來的氨基酸聚合物叫做肽。肽鏈上的各個(gè)氨基酸，由于在相互連接的過程中丟失了氨上的H和羧基上的OH，被稱之為氨基酸殘基。在多肽鏈一端氨基酸含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離氨基（一NH2），稱為肽鏈的氨末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端的氨基酸含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離羧基（COOH），稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。一般表示多肽鏈時(shí)，總是把N末端寫在左邊，C末端寫右邊。合成肽鏈時(shí)，合成方向是

7、從N末端開始，逐漸向C末延伸。各種蛋白質(zhì)分子都有特定的空間結(jié)構(gòu)，即構(gòu)象。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：又稱初級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指組成蛋質(zhì)分子的多肽鏈中氨基酸的數(shù)目、種類和排列順序，多肽鏈的數(shù)目，同時(shí)也包括鏈內(nèi)或鍵間二硫鍵的數(shù)目和位置等。蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由共價(jià)鍵形成的，肽鍵和二硫鍵都屬于共價(jià)鍵。肽鍵是蛋白質(zhì)分子中氨基酸連接的基本方式，形成共價(jià)主鏈。二硫鍵（SS）是由兩個(gè)半胱氨酸（殘基）脫氫連接而成的，是連接肽鏈內(nèi)或肽鏈間的主要化學(xué)鍵。二硫鍵在蛋白質(zhì)分子中起著穩(wěn)定肽鏈空間結(jié)構(gòu)的作用，往往與生物活力有關(guān)。二硫鍵被破壞后，蛋白質(zhì)或多肽的生物活力就會(huì)喪失。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，二硫鍵的數(shù)目多，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就越

8、強(qiáng)。在生物體內(nèi)起保護(hù)作用的皮、角、毛發(fā)的蛋白質(zhì)中，二硫鍵最多。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈本身折疊和盤繞方式，是指蛋白質(zhì)分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。這種周期性的結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或各肽鏈間的氫鍵來維持。常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)有螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角等。例如動(dòng)物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個(gè)縱軸纏繞成螺旋狀，稱為螺旋。相鄰的螺旋以氫鍵相連，以保持構(gòu)象的穩(wěn)定。指甲、毛發(fā)以及有蹄類的蹄、角、羊毛等的成分都是呈螺旋的纖維蛋白，又稱角蛋白。折疊片是并列的比螺旋更為伸展的肽鏈，互相以氫鑄連接起來而成為片層狀，如蠶絲、蛛絲中的角蛋白。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲

9、折疊，構(gòu)成一個(gè)很不規(guī)則的具有特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用，即次級(jí)鍵或稱非共價(jià)鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。鹽鍵又稱離子健，是蛋白質(zhì)分子中正、負(fù)電荷的側(cè)鏈基團(tuán)互相接近，通過靜電吸引而形成的，如羧基和氨基、胍基、咪唑基等基團(tuán)之間的作用力。疏水鍵是多肽鏈上的某些氨基酸的疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈（非極性側(cè)鏈）由于避開水而造成相互接近、粘附聚集在一起。它在維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)方面占有突出地位。范德華引力是分子之間的吸引力。此外二硫鍵也對(duì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象起穩(wěn)定作用。具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的球蛋白是一類比纖維蛋白的構(gòu)象更復(fù)雜的蛋白質(zhì)。肽鏈也有螺旋、折疊片等構(gòu)象單元，這些構(gòu)象單元

10、之間由肽鏈中不規(guī)則卷曲的肽段相連接，使整個(gè)肽鑄折疊成近乎球狀的不規(guī)則形狀。酶、多種蛋白質(zhì)激素、各種抗體以及細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)都是球蛋白。和纖維蛋白不同，球蛋白的表面富有親水基團(tuán)，因此都能溶于水。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)：是由兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽聚合而成特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。構(gòu)成功能單位的各條肽鏈，稱為亞基，一般地說，亞基單獨(dú)存在時(shí)沒有生物活力，只有聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有完整的生物活性。例如，磷酸化酶是由2個(gè)亞基構(gòu)成的，谷氨酸脫氫酶是由6個(gè)相同的亞基構(gòu)成的，血紅蛋白是由4個(gè)不同的亞基（2個(gè)肽鏈，2個(gè)鏈）構(gòu)成的，每個(gè)鏈都是一個(gè)具三級(jí)結(jié)構(gòu)的球蛋白。亞基聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)，是通過分子表面的一些次

11、級(jí)鍵，主要是鹽鍵和氫鍵結(jié)合而聯(lián)系在一起的。有些蛋白質(zhì)分子只有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，并無四級(jí)結(jié)構(gòu)，如肌紅蛋白、細(xì)胞色素C、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白質(zhì)，則一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，如血紅蛋白、過氧化氫酶、谷氨酸脫氫酶等。3蛋白質(zhì)的性質(zhì)及生物學(xué)功能蛋白質(zhì)是由許多氨基酸分子組成的，分子量很大。所以它有的性質(zhì)與氨基酸相同，有的性質(zhì)又與氨基酸不同，如膠體性質(zhì)、變構(gòu)作用和變性作用等。（1）膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子量很大，容易在水中形成膠體粒，具有膠體性質(zhì)。在水溶液中，蛋白質(zhì)形成親水膠體，就是在膠體顆粒之外包含有一層水膜。水膜可以把各個(gè)顆粒相互隔開，所以顆粒不會(huì)凝聚成塊而下沉。（2）變構(gòu)作用：含2個(gè)以上亞

12、基的蛋白質(zhì)分子，如果其中一個(gè)亞基與小分子物質(zhì)結(jié)合，那就不但該亞基的空間結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化，其他亞基的構(gòu)象也將發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象乃至活性均將發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為變構(gòu)或別構(gòu)作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最終產(chǎn)物結(jié)合，引起變構(gòu)效應(yīng)，使酶的活力降低，從而起到反饋抑制的效果。（3）變性作用：蛋白質(zhì)在重金屬鹽（汞鹽、銀鹽、銅鹽等）、酸、堿、乙醛、尿素等的存在下，或是加熱至70100，或在X射線、紫外線的作用下，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變和破壞，從而失去生物學(xué)活性，這種現(xiàn)象稱為變性。變性過程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷

13、曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o序。種類繁多的蛋白質(zhì)具有多種多樣的生物學(xué)功能，歸納起來主要具有下列5個(gè)方面：（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)過程。（4）作為運(yùn)輸工具，它能在細(xì)胞內(nèi)或者透過細(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。蛋白質(zhì)是一切生命現(xiàn)象不可缺少的，即使像病毒、類病毒那樣以核酸為主體的生物，也必須在它們寄生的活細(xì)胞的蛋白質(zhì)的作用下，才能表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。（二）核酸的結(jié)構(gòu)與生物學(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

14、士的化學(xué)家米歇爾于1870年從膿細(xì)胞的核中分離出來的，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，它們的基本結(jié)構(gòu)單位都是核苷酸（包含脫氧核苷酸）。1核酸的基本單位核苷酸每一個(gè)核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脫氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮堿基組成。堿基分為兩類：一類是嘌呤，為雙環(huán)分子；另一類是嘧啶，為單環(huán)分子。嘌呤一般均有A、G2種，嘧啶一般有C、T、U3種。這5種堿基的結(jié)構(gòu)式如下圖所示。由上述結(jié)構(gòu)式可知：腺嘌呤是嘌呤的6位碳原子上的H被氨基取代。鳥嘌呤是嘌呤的2位碳原子上的H被氨基取代，6位

15、碳原子上的H被酮基取代。3種嘧啶都是在嘧啶2位碳原子上由酮基取代H，在4位碳原子上由氨基或酮基取代H而成，對(duì)于T，嘧啶的5位碳原子上由甲基取代了H。凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)現(xiàn)象。結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，為這種異構(gòu)體的容量混合物。在生物體內(nèi)則以酮式占優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于核酸分子中氫鍵結(jié)構(gòu)的形成非常重要。例如尿嘧啶的互變異構(gòu)反應(yīng)式如下圖。 酮式（2，4二氧嘧啶） 烯酸式（2，4二羥嘧啶）在一些核酸中還存在少量其他修飾堿基。由于含量很少，故又稱微量堿基或稀有堿基。核酸中修飾堿基多是4種主要堿基的衍生物。tRNA中的修飾堿基種類較多，如次黃嘌呤、二氫尿嘧啶、5甲基尿嘧啶、4硫尿嘧啶等，

16、tRNA中修飾堿基含量不一，某些tRNA中的修飾堿基可達(dá)堿基總量的10或更多。核苷是核糖或脫氧核糖與嘌呤或嘧啶生成的糖苷。戊糖的第1碳原子（C1）通常與嘌呤的第9氮原子或嘧啶的第1氮原子相連。在tRNA中存在少量5核糖尿嘧啶，這是一種碳苷，其C1是與尿嘧啶的第5位碳原子相連，因?yàn)檫@種戊糖與堿基的連接方式特殊（為CC連接），故稱為假尿苷如下圖。腺苷（A） 脫氧胸苷（dT） 假尿苷（）核苷酸是由核苷中糖的某一羥基與磷酸脫水縮合而成的磷酸酯。核苷酸的核糖有3個(gè)自由的羥基，可與磷酸酯化分別生成2、3和5核苷酸。脫氧核苷酸的脫氧核糖只有2個(gè)自由羥基，只能生成3和5脫氧核苷酸。生物體內(nèi)游離存在的核苷酸都是

17、5核苷酸。以RNA的腺苷酸為例：當(dāng)磷酸與核糖5位碳原子上羥基縮合時(shí)為5腺苷酸，用5AMP表示；當(dāng)磷酸基連接在核糖3位或2位碳原子上時(shí)，分別為3AMP和2AMP。5腺苷酸和3脫氧胞苷酸的結(jié)構(gòu)式如下圖所示。核苷酸結(jié)構(gòu)也可以用下面簡(jiǎn)式（如下圖）表示。B表示嘌呤或嘧啶堿基，直線表示戊糖，P表示磷酸基。 2核苷酸 3核苷酸 5核苷酸3或5核苷酸簡(jiǎn)式也可分別用Np和pN表示（N代表核苷）。即當(dāng)P在N右側(cè)時(shí)為3核苷核，P在N左側(cè)的為5核苷酸，如3核苷酸和5核苷酸可分別用Ap和pA表示。在生物體內(nèi)，核苷酸除了作為核酸的基本組成單位外，還有一些核苷酸類物質(zhì)自由存在于細(xì)胞內(nèi)，具有各種重要的生理功能。（1）含高能磷

18、酸基的ATP類化合物：5腺苷酸進(jìn)一步磷酸化，可以形成腺苷二磷酸和腺苷三磷酸，分別為ADP和ATP表示。ADP是在AMP接上一分子磷酸而成，ATP是由AMP接上一分子焦磷酸（PPi）而成，它們的結(jié)構(gòu)式如下圖所示。腺苷二磷酸（ADP） 腺苷三磷酸（ATP）這類化合物中磷酸之間是以酸酐形式結(jié)合成鍵，磷酸酐鍵具有很高的水解自由能，習(xí)慣上稱為高能鍵，通常用“”表示。ATP分子中有2個(gè)磷酸酐鍵，ADP中只含1個(gè)磷酸酐鍵。在生活細(xì)胞中，ATP和ADP通常以Mg2或Mn2鹽的復(fù)合物形式存在。特別是ATP分子上的焦磷酸基對(duì)二價(jià)陽離子有高親和力；加上細(xì)胞內(nèi)常常有相當(dāng)高濃度的Mg2，使ATP對(duì)Mg2的親和力遠(yuǎn)大于A

19、DP。在體內(nèi)，凡是有ATP參與的酶反應(yīng)中，大多數(shù)的ATP是以Mg2ATP復(fù)合物的活性形式起作用的。當(dāng)ATP被水解時(shí)，有兩種結(jié)果：一是水解形成ADP和無機(jī)磷酸；另一種是水解生成AMP和焦磷酸。ATP是大多數(shù)生物細(xì)胞中能量的直接供體，ATPADP循環(huán)是生物體系中能量交換的基本方式。在生物細(xì)胞內(nèi)除了ATP和ADP外，還有其他的5核苷二磷酸和三磷酸，如GDP、CDP、UDP和GTP、CTP、UTP；5脫氧核苷二磷酸和三磷酸，如dADP、dGDP、 dTDP、dCDP和dATP、dCTP、dGTP、dTTP，它們都是通過ATP的磷酸基轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化來的，因此ATP是各種高能磷酸基的主要來源。除ATP外，由其他

20、有機(jī)堿構(gòu)成的核苷酸也有重要的生物學(xué)功能，如鳥苷三磷酸（GTP）是蛋白質(zhì)合成過程中所需要的，鳥苷三磷酸（UTP）參與糖原的合成，胞苷三磷酸（CTP）是脂肪和磷脂的合成所必需的。還有4種脫氧核糖核苷的三磷酸酯。即dATP、dCTP、dGTP、dTTP則是DNA合成所必需的原材料。（2）環(huán)狀核苷酸；核苷酸可在環(huán)化酶的催化下生成環(huán)式的一磷酸核苷。其中以3，5環(huán)狀腺苷酸（以cAMP）研究最多，它是由腺苷酸上磷酸與核糖3，5碳原子酯化而形成的，它的結(jié)構(gòu)式如下圖所示。正常細(xì)胞中cAMP的濃度很低。在細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶和Mg2存在下，可催化細(xì)胞中ATP分子脫去一個(gè)焦磷酸而環(huán)化成cAMP，使cAMP的濃度升

21、高，但cAMP又可被細(xì)胞內(nèi)特異性的磷酸二酯酶水解成5AMP，故cAMP的濃度受這兩種酶活力的控制，使其維持一定的濃度。該過程可簡(jiǎn)單表示如下：ATPcAMP焦磷酸5AMP現(xiàn)認(rèn)為cAMP是生物體內(nèi)的基本調(diào)節(jié)物質(zhì)。它傳遞細(xì)胞外的信號(hào)，起著某些激素的“第二信使”作用。不少激素的作用是通過cAMP進(jìn)行的，當(dāng)激素與膜上受體結(jié)合后，活化了腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞內(nèi)的cAMP含量增加。再通過cAMP去激活特異性的蛋白激酶，由激酶再進(jìn)一步起作用。近年來發(fā)現(xiàn)3、5環(huán)鳥苷酸（cGMP）也有調(diào)節(jié)作用，但其作用與cAMP正好相拮抗。它們共同調(diào)節(jié)著細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)育等過程。此外，在大腸桿菌中cAMP也參與DNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用。

22、2核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)（或一級(jí)結(jié)構(gòu)）核酸分子是由核苷酸單體通過3，5磷酸二酯鍵聚合而成的多核苷酸長(zhǎng)鏈。核苷酸單體之間是通過脫水縮合而成為聚合物的，這點(diǎn)與蛋白質(zhì)的肽鏈形成很相似。在脫水縮合過程中，一個(gè)核苷酸中的磷酸給出一個(gè)氫原子；另一個(gè)相鄰核苷酸中的戊糖給出一個(gè)羥基，產(chǎn)生一分子水，每個(gè)單體便以磷酸二酯鍵的形式連接起來。由許多個(gè)核苷酸縮合而形成多核苷酸鏈。如果用脾磷酸二酯酶來水解多核苷酸鏈，得到的是3核苷酸，而用蛇毒磷酸二酯酶來水解得到的卻是5核苷酸。這證明多核苷酸鏈?zhǔn)怯蟹较虻?，一端?未端，一端叫5末端。所謂3末端是指多核苷酸鏈的戊糖上具有3磷酸基（或羥基）的末端，而具有5磷酸基（或羥基）的末端則稱為

23、5末端。多核苷酸鏈兩端的核苷酸為末端核苷酸，末端磷酸基與核苷相連的鍵稱為磷酸單酯鍵。書寫多核苷酸鏈時(shí)，通常將5端寫在左邊，3端寫在右邊。但在書寫一條互補(bǔ)的雙鏈DNA時(shí)，由于二條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，因此每條鏈的末端必須注明5或3。通常寡核苷酸鏈可用右面的簡(jiǎn)式表示（如右圖所示）。述簡(jiǎn)式還可簡(jiǎn)化為pApCpGpUOH，若進(jìn)一步簡(jiǎn)化，還可將核苷酸鏈中的p省略，或在核苷酸之前加小點(diǎn)，則變?yōu)閜ACGUOH或pA·C·G·UOH。3核酸的性質(zhì)（1）一般性質(zhì)核酸和核苷酸既有磷酸基，又有堿性基團(tuán)，為兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強(qiáng)，通常表現(xiàn)為酸性。核酸可被酸、堿或酶水解成為各種組分，其水解程

24、度因水解條件而異。RNA在室溫條件下被稀堿水解成核苷酸而DNA對(duì)堿較穩(wěn)定，常利用該性質(zhì)測(cè)定RNA的堿基組成或除去溶液中的RNA雜質(zhì)。DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。（2）核酸的紫外吸收性質(zhì)核酸中的嘌呤堿和嘧啶堿均具有共軛雙鍵，使堿基、核苷、核苷酸和核酸在240290nm的紫外波段有一個(gè)強(qiáng)烈的吸收峰，最大吸收值在260nm附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白質(zhì)在這一光區(qū)僅有很弱的吸收，蛋白質(zhì)的最大吸收值在280nm處，利用這一特性可以鑒別核酸純度及其制劑中的蛋白質(zhì)雜質(zhì)。（3）核酸的變性和復(fù)性核酸的變性：是指核酸雙螺旋區(qū)的

25、氫鍵斷裂，堿基有規(guī)律的堆積被破壞，雙螺旋松散，發(fā)生從螺旋到單鍵線團(tuán)的轉(zhuǎn)變，并分離成兩條纏繞的無定形的多核苷酸單鍵的過程。變性主要是由二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變引起的，因不涉及共價(jià)鍵的斷裂，故一級(jí)結(jié)構(gòu)并不發(fā)生破壞。多核苷酸骨架上共價(jià)鍵（3，5磷酸二酯?。┑臄嗔逊Q為核酸的降解，降解引起核酸分子量降低。引起核酸變性的因素很多，如加熱引起熱變性，pH值過低（如pH4的酸變性和pH值過高（pH11.5）的堿變性，純水條件下引起的變性以及各種變性試劑，如甲醇、乙醇、尿素等都能使核酸變性。此外，DNA的變性還與其分子本身的穩(wěn)定性有關(guān)，由于CC中有三對(duì)氫健而AT對(duì)只有兩對(duì)氫鍵，故CG百分含量高的DNA分子就較穩(wěn)定，當(dāng)DN

26、A分子中AT百分含量高時(shí)就容易變性。環(huán)狀 DNA分子比線形DNA要穩(wěn)定，因此線狀DNA較環(huán)狀DNA容易變性。核酸變性后，一系列物理和化學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，如260nm區(qū)紫外吸收值升高，粘度下降，浮力密度升高，同時(shí)改變二級(jí)結(jié)構(gòu)，有的可以失去部分或全部生物活性。DNA的加熱變性一般在較窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，很像固體結(jié)晶物質(zhì)在其熔點(diǎn)突然熔化的情況，因此通常把熱變性溫度稱為“熔點(diǎn)”或解鍵溫度，用Tm表示。對(duì)DNA而言，通常把DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時(shí)的溫度（或變性量達(dá)最大值的一半時(shí)的溫度）稱為該DNA的熔點(diǎn)或解鏈溫度。在此溫度可由紫外吸收（或其他特性）最大變化的半數(shù)值得到。DNA的Tm值一般在708

27、5。RNA變性時(shí)發(fā)生與DNA變性時(shí)類似的變化，但其變化程度不及DNA大，因?yàn)镽NA分子中只有部分螺旋區(qū)。核酸的復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)條件下，又可使兩條彼此分開的鏈重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程稱為復(fù)性。DNA復(fù)性后，許多物理、化學(xué)性質(zhì)又得到恢復(fù)，生物活性也可以得到部分恢復(fù)。DNA的片段越大，復(fù)性越慢；DNA的濃度越高，復(fù)性越快。DNA或RNA變性或降解時(shí)，其紫外吸收值增加，這種現(xiàn)象叫做增色效應(yīng)，與增色效應(yīng)相反的現(xiàn)象稱為減色效應(yīng)，變性核酸復(fù)性時(shí)則發(fā)生減色效應(yīng)。它們是由堆積堿基的電子間相互作用的變化引起的。（三）酶的特點(diǎn)及功能酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。酶被稱為生物

28、催化劑。生物體內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝反應(yīng)必須具有酶才能按一定規(guī)律有條不紊地進(jìn)行。酶缺陷或酶活性被抑制都會(huì)引起疾病。例如，人體缺乏酪氨酸酶會(huì)引起白化病。許多中毒性疾病，如有機(jī)磷中毒、氰化物中毒、重金屬的中毒等，都是由于某些酶的活性被抑制所引起的。1酶促反應(yīng)的特點(diǎn)酶是生物催化劑，因而它既有與一般催化劑相同的性質(zhì)，也有與一般催化劑不同的特點(diǎn)。酶和一般催化劑的共同點(diǎn)是：酶在催化反應(yīng)加快進(jìn)行時(shí)，在反應(yīng)前后酶本身沒有數(shù)量和性質(zhì)上的改變，因而很少量的酶就可催化大量的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。酶只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)，而不能使本來不能進(jìn)行的反應(yīng)發(fā)生。酶只能使反應(yīng)加快達(dá)到平衡，而不能改變達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。因此

29、，酶既能加快正反應(yīng)進(jìn)行，也能加快逆反應(yīng)進(jìn)行。酶促反應(yīng)究竟朝哪個(gè)方向進(jìn)行，取決于反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點(diǎn)，最突出的是它的高效性和專一性。2酶的化學(xué)本質(zhì)通過對(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）。蛋白質(zhì)分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩大類。酶按照化學(xué)組成也可分為單純酶和結(jié)合酶兩大類。脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都屬于簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，這些酶只由氨基酸組成，此外不含其他成分。轉(zhuǎn)氨酶、碳酸酐酶、乳酸脫氫酶及其他氧化還原酶等均屬于結(jié)合蛋白質(zhì)。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。酶蛋白與輔因子單獨(dú)存在

30、時(shí)，均無催化活力，只有二者結(jié)合成完整的分子時(shí)，才具有活力。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。輔酶或輔基并沒有本質(zhì)的差別，只不過是它們與蛋白質(zhì)部分結(jié)合的牢固程度不同而已。通常把與酶蛋白結(jié)合比較松的，用透析法可除去的小分子有機(jī)物稱為輔酶；反之為輔基。在酶的催化過程中，輔酶或輔基的作用是作為電子、原子或某些基團(tuán)的載體參與反應(yīng)并促進(jìn)整個(gè)催化過程。金屬在酶分子中或作為酶活性部位的組成成分，或幫助形成酶活性所必需的構(gòu)象。一種輔酶?？膳c多種不同的酶蛋白結(jié)合而組成具有不同專一性的全酶?？梢姏Q定酶催化專一性的

31、是酶的蛋白質(zhì)部分。3酶的活性中心和必需基團(tuán)酶作為蛋白質(zhì)，其分子比大多數(shù)底物要大得多，因此在反應(yīng)過程中酶與底物的接觸只限于酶分子的少數(shù)基團(tuán)或較小的部位。因分子中雖然有許多基團(tuán)，但并不是所有的基團(tuán)都與酶的活性有關(guān)，其中有些基團(tuán)若經(jīng)化學(xué)修飾（如氧化、還原、?；?、烷化等）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團(tuán)就稱為必需基團(tuán)。常見的必需基團(tuán)有Ser的羥基，His的咪唑基，Cys的巰基，Asp、Glu的側(cè)鏈羧基等?；钚灾行模ɑ蚍Q活性部位）是指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。對(duì)于單純酶來說，它是由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成的。對(duì)于結(jié)合酶來說，輔酶或輔基上的某一部分結(jié)構(gòu)往往也是活性部位的組

32、成部分。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。但也有些必需基團(tuán)同時(shí)具有這兩種作用。另外還有些必需基團(tuán)位于酶活性中心以外的部位，但仍是維持酶催化作用所必需的，這種稱為酶活性中心以外的必需基團(tuán)。由此可見，酶除了活性中心以外，其他部分并不是可有可無的?；钚灾行谋匦杌鶊F(tuán)的作用，一方面使底物與酶依一定構(gòu)型而結(jié)合成為復(fù)合物，這樣有利于相互影響和作用；另一方面影響底物分子某些鍵的穩(wěn)定性，鍵被打斷或形成新的鍵，從而催化其轉(zhuǎn)變。某些酶，特別是一些與消化作用有關(guān)的酶，在最初合成和分泌時(shí)

33、，沒有催化活性，這種沒有活性的酶的前體稱為“酶原”。酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用可轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。酶原轉(zhuǎn)變成酶的過程稱為酶原的激活。這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過程。4，酶的催化機(jī)理一個(gè)反應(yīng)體系中，任何反應(yīng)物分子都有進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能，但并非全部反應(yīng)物分子都進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)樵诜磻?yīng)體系中各個(gè)反應(yīng)物分子所含的能量高低不同，只有那些含能量達(dá)到或超過一定數(shù)值（此能量數(shù)值稱為此反應(yīng)的能閾）的分子，才能發(fā)生反應(yīng)，這些分子稱為活化分子，使一般分子變?yōu)榛罨肿铀璧哪芰浚捶肿蛹せ顟B(tài)與基態(tài)之間的能量差）稱為活化能。在一個(gè)反應(yīng)體系中，活化分子越多，反應(yīng)就越快，設(shè)法增加活化分子的數(shù)目就能加快反應(yīng)的速

34、度。降低活化能，能使本來不夠活化水平的分子也成為活化分子，從而增加了活化分子的數(shù)目?；罨苡档?，則活化分子的數(shù)目就愈多。酶的催化作用就是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，如下圖圖所示。由于在催化反應(yīng)中只需較少的能量就可使反應(yīng)物進(jìn)入“激活態(tài)”，所以同非催化反應(yīng)相比，活化分子的數(shù)量大大增加，從而加快了反應(yīng)速度。非催化過程與催化過程自由能的變化目前認(rèn)為酶降低活化能的原因在于酶參與了反應(yīng)，即它先與底物結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后使中間產(chǎn)物再分解，釋放出酶及生成反應(yīng)產(chǎn)物。此過程可用下式表示：這樣，把原來無酶參加的一步反應(yīng)S=P（能閾較高），變成能閾較低的兩步反應(yīng)（SE=ES和ES=EP）。反應(yīng)的總結(jié)果是相同的，

35、但由于反應(yīng)的過程不同，活化能就大大降低了。這就是目前所公認(rèn)的中間產(chǎn)物學(xué)說。關(guān)于酶與底物如何結(jié)合形成中間產(chǎn)物，又如何完成催化作用，目前有鎖鑰學(xué)說和誘導(dǎo)契合學(xué)說。5影響酶作用的因素影響酶促反應(yīng)的因素有酶的濃度、底物濃度、pH值、溫度、抑制劑和激活劑等。酶促反應(yīng)速度指的是反應(yīng)初速度，此時(shí)反應(yīng)速度與酶的濃度成正比關(guān)系，避免反應(yīng)產(chǎn)物以及其他因素的影響。研究某一因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響時(shí)，在保持其他因素不變的情況下，單獨(dú)改變研究的因素。（1）酶的濃度；當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，酶的濃度與反應(yīng)速度呈正比關(guān)系（見右圖所示）。（2）底物濃度：在酶濃度不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度影響的作圖呈現(xiàn)矩形雙曲線（見

36、右圖所示）。當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí)，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。隨著底物濃度的升高，反應(yīng)速度的增加幅度不斷下降。如果繼續(xù)加大底物濃度，其反應(yīng)速度不再增加，說明酶已被底物所飽和。所有酶都有飽和現(xiàn)象，只是達(dá)到飽和時(shí)所需的底物濃度各不相同。（3）溫度：在一定的溫度范圍內(nèi)一般化學(xué)反應(yīng)速度均隨溫度升高而加快，酶促反應(yīng)也服從這個(gè)規(guī)律。酶是蛋白質(zhì)，其本身因溫度升高而達(dá)到一定高度時(shí)會(huì)變性，破壞其活性中心的結(jié)構(gòu)，從而減低反應(yīng)速度或完全失去其催化活性。在某一溫度時(shí)，酶促反應(yīng)的速度最大，此時(shí)的溫度稱為酶作用的最適溫度。（4）pH：酶分子中含有許多極性基團(tuán)，在不同的pH環(huán)境中，這些基團(tuán)的解離狀態(tài)不同

37、，所帶電荷的種類和數(shù)量也不盡相同，酶的活性中心往往只處于某一解離狀態(tài)時(shí)最有利于同底物結(jié)合。酶催化活性最大時(shí)的pH值稱為酶作用的最適pH。溶液的pH值高于或低于最適pH時(shí)都會(huì)使酶的活性降低，遠(yuǎn)離最適pH值時(shí)甚至導(dǎo)致酶的變性失活。（5）激活劑和抑制劑：激活劑是指能增強(qiáng)酶活性的物質(zhì)，如Cl是唾液淀粉酶的激活劑。與激活劑相反，凡能降低酶的活性，甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制劑對(duì)酶活性的抑制作用包括不可逆抑制和可逆抑制兩類：不可逆抑制作用，其抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心上的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。如有機(jī)磷化合物能與許多種酶活性中心絲氨酸殘基上的羥基結(jié)合，使酶失活。可逆的抑制作用：包括

38、競(jìng)爭(zhēng)性抑制與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制兩種。在競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，抑制劑常與底物的結(jié)構(gòu)相似，它與底物共同競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙底物與酶的結(jié)合，如丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中的抑制劑可以與酶活性中心外的部位可逆結(jié)合，這種結(jié)合不影響酶對(duì)底物的結(jié)合。底物與抑制劑之間無競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但酶一底物一抑制劑不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。對(duì)酶促反應(yīng)速度及其影響因素的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。（四）生物氧化生物體需要的能量主要是通過代謝物在體內(nèi)氧化而獲得的。物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過氧化最后生成水和CO2并釋放能量的過程，稱為生物氧化，由于這一過程是在組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，表現(xiàn)為細(xì)胞攝取O2而釋放CO2，因此生物氧化又稱為組織呼吸或

39、細(xì)胞呼吸。雖然糖、脂肪及蛋白質(zhì)等在體內(nèi)外氧化分解，都產(chǎn)生水和CO2，并釋放出等量的能量，但生物氧化與燃燒的過程有顯著不同：生物氧化反應(yīng)是在溫和的條件下進(jìn)行的酶促反應(yīng)，所釋放的能量，有一部分以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在ATP分子中。1生物氧化的方式和酶類（1）生物氧化中二氧化碳生成的方式生物體內(nèi)二氧化碳的生成并不是物質(zhì)中所含的碳、氧原子的直接化合，而是來源于糖、脂肪等轉(zhuǎn)變來的有機(jī)酸的脫羧。根據(jù)脫去二氧化碳的羧基在有機(jī)酸分子中的位置，可將脫羧反應(yīng)分為脫羧與脫羧兩種類型。有些脫羧反應(yīng)不伴有氧化，稱為單 純脫羧；有些則伴有氧化，稱為氧化脫羧。例如蘋果酸的氧化脫羧:（2）生物氧化中物質(zhì)氧化的方式在化學(xué)反應(yīng)中，失

40、電子、脫氫、加氧都屬于氧化；得電子、加氫、脫氧都屬于還原。這種變化規(guī)律，無論在體內(nèi)或體外，都是一樣的。不同的是，體內(nèi)氧化都是酶促反應(yīng)。常見的氧化類型有脫電子、脫氫、加水脫氫和加氧反應(yīng)。生物體內(nèi)并不存在游離的電子或氫原子，在上述氧化反應(yīng)中脫下的電子或氫原子必須為另一物質(zhì)所接受。這種既能接受又能供出電子或氫原子的物質(zhì)稱為遞電子體或遞氫體。（3）與生物氧化有關(guān)的酶類氧化酶類：能直接利用氧分子作為受氫體，其中氧化酶含銅，反應(yīng)產(chǎn)物是水，如細(xì)胞色素氧化酶。需氧脫氫酶類：通常以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基，反應(yīng)產(chǎn)物為過氧化氫。習(xí)慣上有時(shí)將需氧脫氫酶不嚴(yán)格地稱為氧化酶，如黃嘌呤氧化酶。不需氧脫氫酶：不能

41、以氧分子而只能以體內(nèi)某些輔酶為直接受氫體，這些輔酶包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）、尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NAD）、黃素單核苷酸（FMN）或黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）等。2生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成，即代謝物脫下的成對(duì)氫原子通過多種酶和輔酶所組成的連鎖反應(yīng)，逐步傳遞，使之最終與氧結(jié)合生成水。由遞氫體和遞電子體按一定順序排列構(gòu)成的此連鎖反應(yīng)與細(xì)胞攝取氧的呼吸過程有關(guān)，通常稱為呼吸鏈。（1）呼吸鏈的組成呼吸鏈由許多個(gè)組分組成，參加呼吸鏈的氧化還原酶有尼克酰胺脫氫酶類、黃素脫氫酶類、鐵硫蛋白類、細(xì)胞色素類、輔酶Q類等。尼克酰胺脫氫酶類：以NAD、NADP為輔酶，它們能夠可逆地

42、加氫還原、脫氫氧化，故可作為遞氫體而起作用。尼克酰胺只能接受一個(gè)氫原子和一個(gè)電子，而另一個(gè)質(zhì)子則留在介質(zhì)中（如下圖所示）。黃素脫氫酶類：其輔基為FMN、FAD，其分子中都含有異咯嗪。異咯嗪的1和5位的兩個(gè)氮原子都可以進(jìn)行脫氫和加氫反應(yīng)，故它們都可作為遞氫體（如下圖所示）。鐵硫蛋白類：其分子中含非卟啉鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫，其作用是借鐵的變價(jià)進(jìn)行電子傳遞： Fe3e=Fe2因其分子中含有兩個(gè)活潑的硫和兩個(gè)鐵原子，故稱鐵硫中心。輔酶Q類：此類酶是一種脂溶性的酯類化合物，因廣泛存在于生物界，故又名泛醌。其分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加氫還原而形成對(duì)苯二酚衍生物，故屬于傳氫體。細(xì)胞色素類：細(xì)胞色素是一類以鐵卟

43、啉為輔基的蛋白質(zhì)，在呼吸鏈中，也依靠鐵的化合價(jià)的變化而傳送電子。目前發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞色素有多種，包括a，a3，b，c，c1等。不同種類的細(xì)胞色素的輔基結(jié)構(gòu)及與蛋白質(zhì)連接的方式是不同的。在典型的線粒體呼吸鏈中，其順序是bc1caa3O2，其中僅最后一個(gè)a3可被氧分子直接氧化，但目前還不能把a(bǔ)和a3分開，故把a(bǔ)和a3合稱為細(xì)胞色素氧化酶。除aa3外，其余的細(xì)胞色素中的鐵原子均與其外卟啉環(huán)和蛋白質(zhì)形成六個(gè)配位健，惟有aa3的鐵原子形成五個(gè)配位鍵，還保留一個(gè)配位鍵，能O2、CO、CN等結(jié)合，其正常功能是與氧結(jié)合。（2）呼吸鏈中傳遞體的排列順序呼吸鏈中傳遞體的排列順序是根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的： 根據(jù)呼吸鍵各組

44、分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，按氧還電位遞增的順序依次排列； 利用阻斷呼吸鍵的特殊抑制劑，阻斷鏈中某些特定的電子傳遞環(huán)節(jié)。若加入某種抑制劑后，則在阻斷環(huán)節(jié)的負(fù)電子性側(cè)速電子體（遞氫體）因不能再氧化而大多處于還原狀態(tài)，但在阻斷環(huán)節(jié)的正電子性側(cè)遞氫、送電子體不能被還原而大多處于氧化狀態(tài)?，F(xiàn)已基本確定的兩條主要的呼吸鏈中各傳遞體的排列順序如下：（1）NADH氧化呼吸鍵（如下圖所示）。（2）琥珀酸氫化呼吸鏈（如下圖所示）。（3）胞液中NADH及NADPH的氧化NADH必須通過線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈，其中的氫才能被氧化成水，但是在胞液中形成的NADH（見糖代謝）不能透過正常線粒體內(nèi)膜，因此線粒體外的NADH尚需通

45、過穿梭系統(tǒng)才能將氫帶入線粒體內(nèi)，而后進(jìn)行氧化?，F(xiàn)已證明，動(dòng)物體內(nèi)有下列兩種主要的穿梭系統(tǒng)。蘋果酸穿梭系統(tǒng)（如下圖所示）。蘋果酸穿梭系統(tǒng)蘋果酸脫氫酶；谷草轉(zhuǎn)氨酶；線粒體內(nèi)膜上的不同轉(zhuǎn)位酶磷酸甘油穿梭系統(tǒng)（如下圖所示）。磷酸甘油穿梭系統(tǒng)胞液中磷酸甘油脫氫酶（輔酶為NAD）線粒體內(nèi)磷酸甘油脫氫酶（輸基為FAD）3ATP與能量的轉(zhuǎn)換和利用生物體需要利用生物氧化過程中所釋放的能量維持生命活動(dòng)。生物氧化所釋放的一部分能量以熱能形式散發(fā)于周圍環(huán)境中，約占總能量的60左右；另一部分則以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存于某些特殊類型的有機(jī)磷酸化合物之中。（1）高能磷酸化合物的生成在物質(zhì)氧化過程中大約有40能量用于ADP的磷酸化

46、合成ATP，該過程有兩種方式：一是直接由代謝物分子轉(zhuǎn)移磷酸鍵至ADP，以合成ATP，即所謂底物水平磷酸化；二是在呼吸鍵的電子傳遞過程中偶聯(lián)的磷酸化，稱氧化磷酸化或電子傳遞水平磷酸化。（2）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位根據(jù)下述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以大致確定氧化磷酸化的偶聯(lián)部位，即ATP的生成部位。PO比值測(cè)定及意義：研究氧化磷酸化最常用的方法是測(cè)定線粒體的PO比值。該比值是指每消耗一摩爾氧原子所消耗無機(jī)磷的摩爾數(shù)，即合成ATP的摩爾數(shù)。代謝物脫下的一對(duì)氫原子通過NADH呼吸鏈傳遞，PO比值為3；若通過琥珀酸呼吸鏈傳遞，PO比值為2，即分別合成了3或2摩爾ATP。根據(jù)氧化還原電位之間的電位差計(jì)算能量：呼吸鏈中的三個(gè)

47、偶聯(lián)部位，亦可根據(jù)呼吸鏈傳遞過程中自由能的變化計(jì)算求得，三個(gè)ATP分子的形成截獲了呼吸鏈中電子由NADH傳遞到氧所產(chǎn)生的全部自由能的42。（3）氧化磷酸化的抑制作用呼吸鏈阻斷劑：能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子流的物質(zhì)稱為電子傳遞阻斷劑或呼吸鍵阻斷劑。已知的阻斷劑及阻斷部。如下圖所示。解偶聯(lián)劑：解偶聯(lián)劑對(duì)于電子傳遞沒有抑制作用，只抑制由ADP變?yōu)锳TP的磷酸化作用，即它使產(chǎn)能過程與貯能過程相脫離。2，4二硝基苯酚是最早發(fā)現(xiàn)的一種解偶聯(lián)劑。磷酸肌酸是動(dòng)物體內(nèi)高能磷酸化合物的貯存形式。在酶的催化下，ATP把高能磷酸鍵傳遞給肌酸，以生成磷酸肌酸。當(dāng)肌肉收縮時(shí)，除ATP直接分解供能外，磷酸肌酸又可以轉(zhuǎn)出高

48、能磷酸鍵，使ADP生成ATP，供組織利用。第七章 生物化學(xué)二、典型例題例1 請(qǐng)用最簡(jiǎn)便的方法，鑒別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉。分析 鑒別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉最簡(jiǎn)便的方法是顯色法。首先在這五種糖中各加入適量碘液，只有淀粉變藍(lán)色，其余四糖不變色。然后在除淀粉外的四糖中分別加適量的鹽酸和間苯二酚，核糖呈綠色，葡萄糖呈淡紅色，果糖呈紅色，而蔗糖不變色。這一下可鑒別出核糖和蔗糖。再在葡萄糖和果糖中分別加入幾滴清水，由于葡萄糖具有還原性而使溴水褪色，果糖無還原性，不能使溴水褪色，從而就能達(dá)到區(qū)分這兩種糖的目的?！緟⒖即鸢浮胯b別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉的最簡(jiǎn)便方法。例2 根據(jù)蛋白質(zhì)的有關(guān)

49、知識(shí)回答下列問題：（1）氨基酸的極性由什么決定？組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中具有極性的氨基酸有多少種？（2）組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，哪一種不能參與形成真正的肽鍵？為什么。（3）什么是蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）？為什么說在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的溶解度最低？分析 （1）氨基酸的極性由其側(cè)鏈基團(tuán)（R）決定，組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中具有極性的氨基酸有11種。（2）組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，脯氨酸（Pro）不能參與形成真正的肽鎮(zhèn)，因?yàn)镻ro是亞氨基酸，沒有游離的氨基。（3）蛋白質(zhì)分子所帶凈電荷為零時(shí)，溶液的pH值為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。處于等電點(diǎn)狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子外層的凈電荷被中和，分子之間相互聚集形成較大的顆粒而沉淀下來，

50、故此時(shí)蛋白質(zhì)的溶解度最低?！緟⒖即鸢浮恳姺治鲞^程。例3 （1）下列氨基酸的混合物在pH 3.9時(shí)進(jìn)行紙電泳，指出哪一些氨基酸朝正極移動(dòng)，哪一些氨基酸如負(fù)極移動(dòng)？氨基酸混合物的構(gòu)成為丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）、苯丙氨酸（Phe）、亮氨酸（Leu）、精氨酸（Arg）、天門冬氨酸（Asp）和組氨酸（His）。 （2）具有相同電荷的氨基酸，如Gly和Leu在紙電泳時(shí)總是稍稍分離，你能作出解釋嗎？（3）一個(gè)含有Ala、Val、Glu、Lys和Thr的氨基酸混合物，在pH6.0時(shí)進(jìn)行紙電泳，然后用茚三酮顯色。請(qǐng)畫出電泳后各氨基酸斑點(diǎn)的位置，并標(biāo)明正極、負(fù)極、原點(diǎn)和不分開的氨基酸。分析 （1）因?yàn)?

51、Ala、Ser、Phe和 Leu的等電點(diǎn)在pH 6.0左右，將其放在pH 3.9條件下電泳時(shí)，Ala、Ser、Phe和Leu都帶有電荷，因此它們均向負(fù)極移動(dòng)。由于His和Arg等電點(diǎn)分別7.6和10.8，在 pH 3.9時(shí)雖都帶正電荷，向負(fù)極移動(dòng)，但因兩者帶正電荷數(shù)量不同，因此兩者能分開。Asp的等電點(diǎn)是3.0，在pH3.9條件下帶負(fù)電荷，故向正極移動(dòng)。（2）在電泳時(shí)，如果氨基酸帶有相同的電荷，則分子量大的氨基酸比分子量小的氨基酸移動(dòng)慢些，由于Leu的分子量比Gly大，所以Leu比Gly移動(dòng)慢，因此能達(dá)到稍稍分離的目的。（3）在pH 6.0時(shí)，Glu帶負(fù)電荷朝正極移動(dòng)，Lys帶正電荷負(fù)極移動(dòng)。

52、Val、Ala、Thr的等電點(diǎn)在 pH 6.0附近，移動(dòng)距離很小，故不能完全分開。電泳后谷氨基酸斑點(diǎn)的位置如下圖所示。【參考答案】見分析過程。例4 有一個(gè)蛋白質(zhì)分子在pH7的水溶液中可以折疊成球狀，通常是帶極性側(cè)鏈的氨基酸位于分子外部，帶非極性側(cè)鏈的氨基酸位于分子內(nèi)部。請(qǐng)回答：（1）在Val、Pro、Phe、Asp、Lys、Ile和His中，哪些位于分子內(nèi)部，哪些位于分子外部？（2）為什么在球蛋白內(nèi)部和外部都能發(fā)現(xiàn)Gly和Ala？（3）Ser、Thr、Asn和Gln都是極性氨基酸，為什么會(huì)在分子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)？（4）在球蛋白的分子內(nèi)部和外部都能找到Gys，為什么？分析 （1）Val、Pro、Phe、

53、Ile是帶有非極性測(cè)鏈的氨基酸，這些氨基酸殘基位于分子內(nèi)部 ；Asp、Lys、His是帶有極性側(cè)鍵的氨基酸，這些氨基酸殘基位于分子的外部。（2）因?yàn)锳la和Gly兩者的側(cè)鏈都比較小，疏水性和極性都??；Gly只有一個(gè)H與碳原子相連，Ala只有CH3與碳原子相連，故它們既可以出現(xiàn)在分子內(nèi)部，也可以出現(xiàn)在分子外部。（3）Ser、Thr、Asn、Gln在 pH 7.0時(shí)含有不帶電荷的極性側(cè)鏈，參與分子內(nèi)部的氫鍵形成，從而減少了它們的極性，故會(huì)在分子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)。（4）因?yàn)镃ys屬于不帶電荷的極性氨基酸，可位于分子外部，但又由于Cys常常參與鏈內(nèi)和鏈間的二硫鍵形成，使其極性減弱（少），放在球蛋白分子的內(nèi)部也

54、能找到Cys。例5 （1）設(shè)一個(gè)互補(bǔ)成對(duì)的脫氧核苷酸殘基的平均分子量為618，試計(jì)算分子量為3×107的雙鏈DNA分子的長(zhǎng)度。（2）這種DNA1分子占有的體積是多少？（3）這種DNA1分子含有多少螺圈？分析 （1）依題意，一個(gè)互補(bǔ)成對(duì)的脫氧核苷酸殘基的平均分子量約為618，該DNA分子量為3×107，則該DNA分子含有3×107 / 61848544對(duì)核苷酸，又根據(jù)DNA雙螺旋模型可知，每對(duì)核苷酸在雙螺旋中上升的高度為0.34nm，所以該DNA的長(zhǎng)度48544×0.34nm16504.9nm1.65049×103厘米。（2）該分子可以看成是一個(gè)

55、長(zhǎng)1.65049×103厘米，直徑為2×107厘米的圓柱體，由公式V（體積）r2l3.14×(2×107 / 2)2×1.65049×1045.18×1017（厘米3）。（3）已知DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，每一螺圈有10對(duì)核苷酸，所以48544對(duì)核苷酸約等于4854個(gè)螺圈?！緟⒖即鸢浮恳姺治鲞^程。例6 稱取25mg蛋白酶粉配制成25ml酶溶液，從中取出0.1ml酶液，以酪蛋白為底物用Folin一酶比色法測(cè)定酶活力，結(jié)果表明每小時(shí)產(chǎn)出1500mg酪氨酸。另取2ml酶液，用凱氏定氮法測(cè)得蛋白氮為0.02mg，若以每分鐘產(chǎn)生1mg酪氨

56、酸的酸量為一個(gè)活力單位計(jì)算，試根據(jù)上述數(shù)據(jù)求出：（1）1ml酶液中所含的蛋白質(zhì)量及酶的活力單位；（2）酶的比活力；（3）1g酶制劑的總蛋白含量及酶的總活力。分析 （1）由題意可知，2ml酶液中含氮0.2毫克，則1ml酶液中含氮0.1g。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的平均含氮量為16，所以0.1氮相當(dāng)于蛋白質(zhì)的量為0.1 / 16%0.625（毫克），即1毫升酶液中所含的蛋白質(zhì)量為0.625g。又知0.1ml酶液每小時(shí)產(chǎn)生1500mg酪氨酸。根據(jù)定義：每分鐘產(chǎn)生1mg酪氨酸的酶量為1個(gè)活力單位（或一個(gè)酶單位u）。因此，1毫升酶液所含的酶單位為1500×10 / 60250（u）。（2）酶比活力是指每毫克酶蛋白所具有的酶活力，一般用單位毫克蛋白表示。 0.625毫克酶蛋白含有250酶單位，那么，1毫克酶蛋白含有的酶單位數(shù)為：250×1 / 0.625400（酶單位毫克酶蛋白）（3）由題意可知每毫升醇含1毫克蛋白酶粉（酶制劑）。由（1）得到每毫升酶制劑含0.625毫克酶蛋白，所以每克酶制劑含0.625克酶蛋白。又因?yàn)榭偦盍Ρ然盍?#215;酶蛋白總量，即總活力400×6252.5×105（酶單位）【參考答案】見分析過程。例7 已知一條DNA編碼鏈的順序是：