第一章生命的物質(zhì)基礎(chǔ)

第一章生命的物質(zhì)基礎(chǔ)一切生命體都由物質(zhì)組成。自然界存在的100多種元素中約有數(shù)十種參與生命體的組成。在參與生命體組成的元素中，C、H、O、N四種元素約占96％，加上Ca、P、K、Na、Cl、Mg等必需元素，其質(zhì)量約占細(xì)胞總量的99％。此外，還有一些痕量元素，如Fe、Mn、Cu、I等對生命活動(dòng)也必不可少。在組成生物體的元素中，碳元素具有重要的作用。碳碳相連形成長度不同的有機(jī)化合物，其鏈狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)——碳骨架決定著有機(jī)物的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。生命體中的大多數(shù)化合物至少含有3～4種元素，且主要是C、H、N、O，如蛋白質(zhì)即是由這四種元素組成。這些元素以各種形式的化合物存在于生命體中。組成生命的物質(zhì)包括生命小分子和生命大分子兩部分：生命小分子物質(zhì)有水、氨基酸、維生素、激素、無機(jī)鹽和礦物質(zhì)等；生命大分子物質(zhì)則包括糖、蛋白質(zhì)(酶)、核酸等。

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糖類化合物是自然界存在最多、分布最廣的一類重要的有機(jī)化合物，也是一切生物體維持生命活動(dòng)所需能量的主要來源。它不僅是營養(yǎng)物質(zhì)，而且有些還具有特殊的生理活性。此外，核酸的組成成分中也含有糖類化合物——核糖和脫氧核糖。糖類化合物均由C、H、O三種元素組成，分子中H和O的比例通常為2∶1，與水分子中二者的比例一樣，可用通式Cm(H2O)n來表示，因此過去曾把這類化合物稱為碳水化合物。上一頁下一頁返回目前三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)第二節(jié)糖糖類化合物可分為三類：單糖：不能水解的多羥基醛或多羥基酮，如葡萄糖、果糖等。二糖：水解后生成兩分子單糖的糖，如蔗糖、麥芽糖等。多糖：能水解生成許多分子單糖的糖，如淀粉、糖原、纖維素等。返回上一頁

下一頁目前四頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)單糖單糖一般是含有3～6個(gè)碳原子的多羥基醛或多羥基酮。最簡單的單糖是甘油醛和二羥基丙酮。單糖都是無色晶體，味甜，有吸濕性，極易溶于水。常見的戊糖有核糖、脫氧核糖、木糖和阿拉伯糖。它們都是醛糖，以多糖或苷的形式存在于動(dòng)植物中。常見的己糖有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和果糖，后者為酮糖。己糖多以游離或結(jié)合的形式存在于動(dòng)植物中。下一頁返回上一頁目前五頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)單糖核糖是核酸以及某些酶和維生素的組成成分。葡萄糖在自然界中分布極廣，尤以葡萄中含量較多，因此叫葡萄糖。葡萄糖也存在于人的血液中(389～555μmol/L)，叫做血糖。葡萄糖是許多糖如蔗糖、麥芽糖、乳糖、淀粉、糖原、纖維素等的組成單元。在肝臟內(nèi)，葡萄糖在酶作用下氧化成葡萄糖醛酸。葡萄糖醛酸在肝中可與有毒物質(zhì)如醇、酚等結(jié)合變成無毒化合物經(jīng)尿排出體外。半乳糖是己醛糖，為無色晶體，是葡萄糖的非對映體。人體內(nèi)的半乳糖是攝入食物中乳糖的水解產(chǎn)物。在酶的催化下半乳糖能轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。果糖以游離狀態(tài)存在于水果和蜂蜜中，是蔗糖的一個(gè)組成單元。果糖為無色晶體，易溶于水。返回下一頁上一頁目前六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)二糖二糖是由兩分子單糖脫水而成的化合物。常見的二糖有蔗糖、麥芽糖、纖維二糖和乳糖，它們的分子式都是C12H22O11。二糖的物理性質(zhì)類似于單糖，易溶于水，多數(shù)具有甜味。

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上一頁返回目前七頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)蔗糖蔗糖廣泛分布在各種植物中，甘蔗中約含26％，甜菜中含20％，故又稱甜菜糖。蔗糖為無色晶體，易溶于水。蔗糖水解后得到等摩爾的葡萄糖和果糖的混合物。返回目前八頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)麥芽糖麥芽糖因存在于麥芽中而得此俗名。人體攝入食物中的淀粉被淀粉酶水解成麥芽糖，后者再經(jīng)麥芽糖酶水解為D〖CD2〗葡萄糖。所以，麥芽糖是淀粉水解的中間產(chǎn)物。返回下一頁上一頁

目前九頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)乳糖乳糖是含一分子結(jié)晶水的白色結(jié)晶性粉末，易溶于水。乳糖被人體小腸中乳糖酶水解生成半乳糖和葡萄糖。返回上一頁下一頁目前十頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)多糖多糖是由很多單糖分子以糖苷鍵結(jié)合而成的高分子碳水化合物，用通式(C6H10O5)n表示。組成多糖的單糖可以相同也可以不同。由相同的單糖組成的多糖稱為均多糖，如淀粉、纖維素和糖原；以不同的單糖組成的多糖稱為雜多糖，如阿拉伯膠由戊糖和半乳糖等組成。圖片多糖在自然界分布極廣，亦很重要。有的是構(gòu)成動(dòng)植物骨架結(jié)構(gòu)的組成成分，如纖維素；有的是作為動(dòng)植物儲藏的養(yǎng)分，如糖原和淀粉；有的具有特殊的生物活性，如肺炎球菌細(xì)胞壁中的多糖有抗原作用。大部分多糖為無定形粉末，沒有甜味，無明顯的熔點(diǎn)，大多數(shù)不溶于水，個(gè)別能與水形成膠體溶液。多糖也是糖苷，水解能得到單糖。

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目前十一頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)淀粉淀粉廣泛存在于許多植物的種子、塊莖和根中，如大米中約含70％～80％，小麥中約含60％～65％，馬鈴薯中約含20％。淀粉是白色無定形粉末，沒有還原性，不溶于一般有機(jī)溶劑。淀粉在水解過程中可生成各種糊精和麥芽糖等一系列中間產(chǎn)物，最終產(chǎn)物是D-葡萄糖。

返回下一頁上一頁目前十二頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)纖維素纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，是構(gòu)成植物支撐組織的基礎(chǔ)。棉花幾乎全部是由纖維素所組成(占98％)，亞麻中纖維素約含80％，木材中纖維素平均含量約為50％。纖維素是白色物質(zhì)，不溶于水，無還原性。纖維素比淀粉難水解，一般需要在濃酸中或用稀酸在加壓下進(jìn)行。纖維素不能作為人的營養(yǎng)物質(zhì)，但食物中的纖維素能促使腸蠕動(dòng)，具有通便作用。返回下一頁上一頁目前十三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)糖原糖原是動(dòng)物體內(nèi)儲存的一種多糖，又稱為動(dòng)物淀粉。主要存在于肝臟和肌肉中，因此有肝糖原和肌糖原之分。正常情況下，糖原在肝臟中的含量達(dá)10％～20％，在肌肉中的含量達(dá)4％。在體內(nèi)糖原的儲存有重要的生理意義，它是機(jī)體活動(dòng)所需能量的重要來源。當(dāng)血液中葡萄糖含量增高時(shí)，多余的葡萄糖就轉(zhuǎn)變成糖原儲存于肝臟中，當(dāng)血液中葡萄糖含量降低時(shí)，肝糖原就分解為葡萄糖進(jìn)入血液以保持血液中葡萄糖含量的相對穩(wěn)定。下一頁上一頁返回目前十四頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)纖維類、淀粉和糖原的結(jié)構(gòu)

(a)纖維素；(b)淀粉；(c)糖原返回下一頁上一頁目前十五頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)第三節(jié)蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的基本情況二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能三、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)返回下一頁上一頁目前十六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)蛋白質(zhì)自然界，無論是簡單的低等生物還是復(fù)雜的高等生物都毫不例外地含有蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是由許多氨基酸聚合而成的生物大分子化合物，是生命的最基本物質(zhì)之一。蛋白質(zhì)廣泛存在于各種生物組織和細(xì)胞中，是生物細(xì)胞最重要的組成物質(zhì)。蛋白質(zhì)與所有的生命活動(dòng)聯(lián)系密切。蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要功能取決于它的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

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(1)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(2)蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能活性的關(guān)系返回下一頁上一頁目前十九頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)一般分為一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩大類。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，是蛋白質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)，是由基因所控制的遺傳密碼的排列順序所決定的。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)。成千上萬的天然蛋白質(zhì)各有其特殊的生物學(xué)活性，決定各種蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)首先在于其肽鏈的氨基酸序列。返回下一頁上一頁目前二十頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2蛋白質(zhì)的空間結(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)主要決定于完整的空間結(jié)構(gòu)，因此僅僅測定蛋白質(zhì)分子的氨基酸組成和它們的排列順序并不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)。如球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)，前者溶于水，后者不溶于水，顯然這不能僅用蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來解釋。

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(a)一級結(jié)構(gòu)(氨基酸序列)；(b)二級結(jié)構(gòu)；(c)三級結(jié)構(gòu)；(d)四級結(jié)構(gòu)返回下一頁上一頁目前二十二頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)肽鍵的特點(diǎn)有：①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)，固定在一個(gè)平面內(nèi)，不能旋轉(zhuǎn)；②肽鍵的6個(gè)原子基本上處于同一個(gè)平面，即肽鍵平面；③肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有α碳原子所形成的單鍵，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個(gè)肽鍵平面的位置關(guān)系，于是肽鍵平面成為肽鏈盤曲折疊的基本單位；④肽鍵中的C－N鍵具有雙鍵性質(zhì)，因此就有順反不同的立體異構(gòu)。返回下一頁上一頁目前二十三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)

(1)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)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(tuán)形成的次級鍵來維持，在生物體內(nèi)，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(diǎn)自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定它的高級結(jié)構(gòu)。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。例如，不同種屬的生物體分離出來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(jìn)化位置相距愈近的差異愈小。在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，參與功能活性部位的殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)殘基的異常，則該蛋白質(zhì)的功能也會受到明顯的影響。被稱之為“分子病”的鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血僅僅是574個(gè)氨基酸殘基中，一個(gè)氨基酸殘基即β亞基N端的第6號氨基酸殘基發(fā)生了變異所造成，這種變異來源于基因上遺傳信息的突變。返回下一頁上一頁目前二十四頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(2)蛋白質(zhì)空間構(gòu)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。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失。變性蛋白質(zhì)復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。在生物體內(nèi)，當(dāng)某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個(gè)部位結(jié)合，觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生一定變化，從而導(dǎo)致其功能活性的變化，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的別構(gòu)效應(yīng)。蛋白質(zhì)(或酶)的別構(gòu)效應(yīng)在生物體內(nèi)普遍存在，這對物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化都是十分重要的。下一頁返回上一頁目前二十五頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)三、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

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(diǎn)、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。1蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)2蛋白質(zhì)的兩性電離和等電點(diǎn)3蛋白質(zhì)的變性4蛋白質(zhì)的沉淀5蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)返回下一頁上一頁目前二十六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1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(dá)到膠粒1～100nm范圍之內(nèi)。球狀蛋白質(zhì)的表面分布較多的親水基團(tuán)，具有強(qiáng)烈的吸引水分子的作用，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。與低分子物質(zhì)相比，蛋白質(zhì)分子擴(kuò)散速度慢，不易透過半透膜，黏度大。在分離提純蛋白質(zhì)的過程中，可利用蛋白質(zhì)的這一性質(zhì)，將混有小分子雜質(zhì)的蛋白質(zhì)溶液放于半透膜制成的囊內(nèi)，置于流動(dòng)水或適宜的緩沖液中，小分子雜質(zhì)皆易從囊中透出，從而得到比較純化的囊內(nèi)蛋白質(zhì)，這種方法稱為透析。

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天然蛋白質(zhì)在某些物理或化學(xué)因素作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)會被破壞，導(dǎo)致理化性質(zhì)改變和生物學(xué)活性喪失，如酶失去催化活力、激素喪失活性等，這種現(xiàn)象稱之為蛋白質(zhì)的變性作用。引起蛋白質(zhì)變性的原因可分為物理和化學(xué)因素兩類：物理因素可以是加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波等；化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、十二烷基磺酸鈉等。變性并非是不可逆的變化，變性程度較輕，變性因素去除后，有的蛋白質(zhì)仍能恢復(fù)或部分恢復(fù)其原來的構(gòu)象及功能，這種變性的可逆變化稱為復(fù)性。許多蛋白質(zhì)變性時(shí)被嚴(yán)重破壞，不能恢復(fù)，稱為不可逆變性。

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返回下一頁上一頁目前三十一頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(2)重金屬鹽蛋白質(zhì)可以與重金屬離子如汞、鉛、銅、銀等結(jié)合成鹽沉淀。沉淀的條件以pH值稍大于等電點(diǎn)為宜，因?yàn)榇藭r(shí)蛋白質(zhì)分子有較多的負(fù)離子易與重金屬離子結(jié)合成鹽。重金屬沉淀的蛋白質(zhì)常是變性的，但若在低溫條件下，并控制重金屬離子濃度，也可用于分離制備不變性的蛋白質(zhì)。臨床上利用蛋白質(zhì)能與重金屬鹽結(jié)合的這種性質(zhì)，搶救誤服重金屬鹽中毒的病人，給病人口服大量蛋白質(zhì)，然后再用催吐劑將結(jié)合的重金屬鹽嘔吐出來進(jìn)行解毒。返回下一頁上一頁目前三十二頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(3)生物堿/酸試劑蛋白質(zhì)可與生物堿試劑(如苦味酸、鎢酸、鞣酸)以及某些酸(如三氯醋酸、過氯酸、硝酸)結(jié)合成不溶性的鹽沉淀，沉淀的條件應(yīng)當(dāng)是pH值小于等電點(diǎn)，這樣蛋白質(zhì)帶正電荷易于與酸根負(fù)離子結(jié)合成鹽。臨床血液化學(xué)分析時(shí)常利用此原理除去血液中的蛋白質(zhì)，此類沉淀反應(yīng)也可用于檢驗(yàn)?zāi)蛑械牡鞍踪|(zhì)。返回下一頁上一頁目前三十三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(4)有機(jī)溶劑

可與水混合的有機(jī)溶劑，如酒精、甲醇、丙酮等，對水的親和力很大，能破壞蛋白質(zhì)顆粒的水化膜，在等電點(diǎn)時(shí)使蛋白質(zhì)沉淀。常溫下，有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)往往引起變性，如酒精消毒滅菌就是如此。但若在低溫條件下，則變性進(jìn)行較緩慢，可用于分離制備各種血漿蛋白質(zhì)。返回下一頁上一頁目前三十四頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(5)加熱凝固

將接近于等電點(diǎn)附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，可使蛋白質(zhì)發(fā)生凝固而沉淀。加熱首先是使蛋白質(zhì)變性，有規(guī)則的肽鏈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(tuán)暴露，進(jìn)而凝聚成凝膠狀的蛋白塊。如煮熟的雞蛋，蛋黃和蛋清都是凝固蛋白。蛋白質(zhì)的變性沉淀和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(diǎn)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿變性后，由于蛋白質(zhì)顆粒帶著大量電荷，故仍溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)減之中。但若將強(qiáng)堿和強(qiáng)酸溶液的pH值調(diào)節(jié)到等電點(diǎn)，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(jiān)固的凝塊。

返回下一頁上一頁目前三十五頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)5蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)(1)茚三酮反應(yīng)α-氨基酸可與水合茚三酮作用，發(fā)生藍(lán)色反應(yīng)。由于蛋白質(zhì)是由許多α-氨基酸組成的，所以也呈此顏色反應(yīng)。(2)雙縮脲反應(yīng)蛋白質(zhì)在堿性溶液中與硫酸銅作用呈現(xiàn)紫紅色，稱雙縮脲反應(yīng)。分子中凡含有兩個(gè)以上—CO—NH—鍵的化合物都呈此反應(yīng)，蛋白質(zhì)分子中氨基酸是以肽鍵相連，因此，所有蛋白質(zhì)都能與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)。(3)米倫反應(yīng)蛋白質(zhì)溶液中加入米倫試劑(亞硝酸汞、硝酸汞及硝酸的混合液)，蛋白質(zhì)首先沉淀，加熱則變?yōu)榧t色沉淀，此為酪氨酸的酚核所特有的反應(yīng)，因此含有酪氨酸的蛋白質(zhì)均呈米倫反應(yīng)。此外，蛋白質(zhì)溶液還可與酚試劑、乙醛酸試劑、濃硝酸等發(fā)生顏色反應(yīng)。

返回下一頁上一頁目前三十六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)第四節(jié)酶一、酶的作用特點(diǎn)二、酶的分子組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)

1酶的分子組成

2酶的分子結(jié)構(gòu)和活性中心

三、酶的作用機(jī)理

1降低反應(yīng)活化能

2中間復(fù)合物學(xué)說3高效率的機(jī)理返回下一頁上一頁目前三十七頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)酶酶是活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的具有高度專一性和催化效率的蛋白質(zhì)，又稱為生物催化劑。生物體在新陳代謝過程中，幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的。返回下一頁上一頁目前三十八頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)一、酶的作用特點(diǎn)酶是生物催化劑，具有兩方面的特性：既有與一般催化劑相同的催化性質(zhì)，又有一般催化劑所沒有的生物大分子的特性。酶與一般催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)，縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，而不改變平衡點(diǎn)。酶作為催化劑在化學(xué)反應(yīng)的前后沒有質(zhì)和量的改變。微量的酶就能發(fā)揮較大的催化作用。酶和一般催化劑的作用機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能。下一頁返回上一頁目前三十九頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)一、酶的作用特點(diǎn)因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，所以酶促反應(yīng)的特點(diǎn)有：①高效的催化性；②高度的專一性；③酶活性的可調(diào)節(jié)性；④酶活性的不穩(wěn)定性。下一頁上一頁返回目前四十頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1酶的分子組成

酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，根據(jù)組成可將酶分為單純酶和結(jié)合酶兩類。單純酶是基本組成單位僅為氨基酸的一類酶。它的催化活性僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均屬此列。結(jié)合酶的催化活性除決定于蛋白質(zhì)部分(酶蛋白)外，還需要非蛋白質(zhì)物質(zhì)參與，即所謂酶的輔助因子，兩者結(jié)合形成的復(fù)合物稱做全酶，即：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)注：酶的輔助因子可以是金屬離子，也可以是小分子有機(jī)化合物。酶的輔助因子可以是金屬離子，也可以是小分子有機(jī)化合物。下一頁上一頁返回目前四十一頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2酶的分子結(jié)構(gòu)和活性中心酶分子很大，其催化作用往往并不需要整個(gè)分子。酶的分子中存在許多功能基團(tuán)，如—NH3、COOH、—SH、—OH等，但不是所有這些基團(tuán)都與酶活性有關(guān)。一般將與酶活性有關(guān)的基團(tuán)稱為酶的必需基團(tuán)。有些必需基團(tuán)雖然在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，聚集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。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。

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上一頁下一頁返回目前四十五頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2中間復(fù)合物學(xué)說

一般認(rèn)為，酶催化某一反應(yīng)時(shí)，首先在酶的活性中心與底物結(jié)合生成酶底物復(fù)合物，此復(fù)合物再進(jìn)行分解而釋放出酶，同時(shí)生成一種或數(shù)種產(chǎn)物ES——酶與底物結(jié)合的中間產(chǎn)物；由于ES的形成速度很快，且很不穩(wěn)定，一般不易得到ES復(fù)合物存在的直接證據(jù)。但從溶菌酶結(jié)構(gòu)的研究中，已制成它與底物形成復(fù)合物的結(jié)晶，并得到了X-射線衍射圖，證明了ES復(fù)合物的存在。ES的形成，改變了原來反應(yīng)的途徑，可使底物的活化能大大降低，從而使反應(yīng)加速。

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(1)趨近效應(yīng)和定向效應(yīng)(2)張力作用(3)酸堿催化作用(4)共價(jià)催化作用

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酶可以將它的底物結(jié)合在它的活性部位。由于化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度成正比，若在反應(yīng)系統(tǒng)的某一局部區(qū)域，底物濃度增高，則反應(yīng)速度也隨之提高；此外，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(jìn)入活化狀態(tài)的幾率。

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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(jìn)ES進(jìn)入活性狀態(tài)

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酶的活性中心具有某些氨基酸殘基的R基團(tuán)，這些基團(tuán)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、堿基團(tuán)對許多化學(xué)反應(yīng)可起到催化作用。

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某些酶能與底物形成極不穩(wěn)定的、共價(jià)結(jié)合的ES復(fù)合物，這些復(fù)合物比無酶存在時(shí)的底物更容易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

下一頁返回上一頁目前五十一頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)第五節(jié)核酸一、核酸的化學(xué)組成二、DNA的結(jié)構(gòu)與功能三、DNA的高級結(jié)構(gòu)與功能四、RNA的結(jié)構(gòu)與功能

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核酸包括DNA和RNA兩大類。1元素組成2化學(xué)組成與基本單位下一頁

上一頁返回目前五十三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1元素組成

組成核酸的元素有C、H、O、N、P等。與蛋白質(zhì)相比，其組成上有兩個(gè)特點(diǎn)：一是核酸一般不含S元素；二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9％～10％。因此，核酸定量分析的方法之一，是測定樣品中P的含量。

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下一頁上一頁返回目前五十六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2化學(xué)組成與基本單位核苷酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤堿主要是G和A，嘧啶堿主要是C、U和T。DNA和RNA都含有G、A和C；T一般而言只存在于DNA中，不存在于RNA中；而U只存在于RNA中，不存在于DNA中。核酸中5種堿基中的酮基和氨基均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式烯醇式或氨基亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進(jìn)化中具有重要作用。嘌呤和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，對260nm左右波長的紫外光有較強(qiáng)的吸收。堿基的這一特性常被用來對堿基、核苷、核苷酸和核酸進(jìn)行定性和定量分析。下一頁上一頁返回目前五十七頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2化學(xué)組成與基本單位核酸中的戊糖有核糖和脫氧核糖兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。核苷中戊糖的羥基與磷酸以磷酸酯鍵連接而成為核苷酸。核苷酸的二磷酸酯和三磷酸酯多為核苷酸有關(guān)代謝的中間產(chǎn)物或者酶活性和代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)，以及作為生理儲能和供能的重要形式。下一頁

返回上一頁目前五十八頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)二、DNA的結(jié)構(gòu)與功能

1DNA的一級結(jié)構(gòu)2基因組DNA下一頁上一頁返回目前五十九頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1DNA的一級結(jié)構(gòu)核酸是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸，DNA的一級結(jié)構(gòu)即是指4種核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列順序，通過磷酸二酯鍵連接形成的多核苷酸，由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，故又可稱為堿基順序。核苷酸之間經(jīng)由一個(gè)核苷酸的5′位磷酸與下一位核苷酸的3′-OH形成3′，5′磷酸二酯鍵構(gòu)成不分支的線性大分子，其中磷酸基和戊糖基構(gòu)成DNA鏈的骨架；核酸的可變部分是堿基排列順序。寡核苷酸是指2～10個(gè)甚至更多個(gè)核苷酸殘基以磷酸二酯鍵連接而成的線性多核苷酸片段。目前多由儀器自動(dòng)合成而用做DNA合成的引物、基因探針等，在現(xiàn)代分子生物學(xué)研究中具有廣泛的用途。

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1DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)2DNA的變性、復(fù)性與分子雜交3DNA的三級結(jié)構(gòu)與功能

下一頁上一頁返回目前六十二頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，揭示了遺傳信息是如何儲存在DNA分子中的，以及遺傳性狀何以在世代間得以保持。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建立之前，人們就對這種遺傳物質(zhì)做了大量研究工作。20世紀(jì)20年代，Levene研究了核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)并提出四核苷酸假說。40年代末，Avery，Hershey和Chase的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格證實(shí)了DNA就是遺傳物質(zhì)。50年代初，Chargaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等簡單技術(shù)，對多種生物DNA做堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA堿基組成有如下規(guī)律：①同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；②一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；③幾乎所有的DNA，無論種屬來源如何，其腺嘌呤摩爾分?jǐn)?shù)與胸腺嘧啶摩爾分?jǐn)?shù)相同(［A］=［T］)，鳥嘌呤摩爾含量與胞嘧啶摩爾含量相同(［G］=［C］)，總的嘌呤摩爾含量與總的嘧啶摩爾含量相同(［A］＋［G］=［C］＋［T］)；④不同生物來源的DNA堿基組成不同，表現(xiàn)為(A＋T)/(G＋C)比值的不同。下一頁上一頁返回目前六十三頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)1DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋的穩(wěn)定由互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵和堿基對層間的堆積力維系(圖1-5)。DNA雙螺旋中兩股鏈中堿基互補(bǔ)的特點(diǎn)，邏輯地預(yù)示了DNA復(fù)制過程是先將DNA分子中的兩股鏈分開，然后以每一股鏈為模板(親本)，通過堿基互補(bǔ)原則合成相應(yīng)的互補(bǔ)鏈(復(fù)本)，形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。因?yàn)閺?fù)制得到的每對鏈中只有一條是親鏈，即保留了一半親鏈，將這種復(fù)制方式稱為DNA的半保留復(fù)制。半保留復(fù)制是生物體遺傳信息傳遞的最基本方式。除了已知的右手雙螺旋模式B-DNA外，DNA分子還有A-DNA和Z-DNA兩種結(jié)構(gòu)形式(圖1-6)。上一頁下一頁返回目前六十四頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)A－T，G－C間的氫鍵形成

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下一頁上一頁返回目前六十六頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)2DNA的變性、復(fù)性與分子雜交DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型不僅與生物功能關(guān)系密切，還能解釋DNA的變性與復(fù)性等重要特性。(1)DNA變性(2)DNA復(fù)性(3)分子雜交下一頁上一頁返回目前六十七頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(1)DNA變性DNA變性是指DNA分子由穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)松解為無規(guī)則線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。變性時(shí)維持雙螺旋穩(wěn)定性的氫鍵斷開，堿基間的堆積力遭到破壞，但不涉及其一級結(jié)構(gòu)的改變。凡能破壞雙螺旋穩(wěn)定性的因素，如加熱、極端的pH值、有機(jī)試劑(甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺)等，均可引起核酸分子變性。變性DNA常發(fā)生一些理化及生物學(xué)性質(zhì)的改變：如溶液黏度降低，旋光偏振光改變，增色效應(yīng)等。對雙鏈DNA進(jìn)行加熱變性，當(dāng)溫度升高到一定高度時(shí)，DNA溶液在260nm處的吸光度突然明顯上升至最高值，隨后即使溫度繼續(xù)升高，吸光度也不再明顯變化。

下一頁上一頁返回目前六十八頁\總數(shù)七十五頁\編于六點(diǎn)(2)DNA復(fù)性DNA復(fù)性是指變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補(bǔ)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。這一術(shù)語也用以描述雜交核酸分子的形成。DNA的復(fù)性不僅受溫度影響，還受時(shí)間、DNA濃度及自身特性等其他因素的影響。DNA的變性和復(fù)性原理，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用。如核酸雜交與探針技術(shù)，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)