生物化學(xué)課件

核酸

NucleicAcid1868年，瑞士青年科學(xué)家Miescher從外科繃帶上膿細(xì)胞的核中分離出了一種富含磷的酸性有機(jī)物質(zhì)，稱為“核素”，即“去氧核糖核蛋白”；1889年，Altman等人從酵母和動(dòng)物的細(xì)胞核中制得不含蛋白質(zhì)的核酸，並首次使用“核酸”一詞。1928年，英國Griffths

S型肺炎球菌：有糖莢膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：沒有糖莢膜，菌落表面粗糙

著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或轉(zhuǎn)化因數(shù)，可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。這種生物分子或轉(zhuǎn)化因數(shù)是什麼呢？

著名的肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)

紐約洛克非勒研究所Avery1944年從加熱殺死的S型肺炎球菌中將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，唯獨(dú)只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。結(jié)論：核酸是生命的遺傳物質(zhì)1952年，Hershey

和Chase

病毒（噬菌體）分別用放射性同位素35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，32P標(biāo)記噬菌體的DNA，感染細(xì)菌。新複製的病毒，檢測到了32P標(biāo)記的DNA，沒有檢測到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)。證明了DNA是遺傳物質(zhì)。

更有說服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)壳?，核酸的研究已成為生物學(xué)研究中最活躍的一個(gè)領(lǐng)域，是最重要的生物大分子之一。第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成1、DNA(去氧核糖核酸,deoxyribonucleicacid)2、RNA(核糖核酸,ribonucleicacid)DNA是主要的遺傳物質(zhì)，是遺傳資訊的攜帶者，負(fù)責(zé)遺傳資訊的貯存和發(fā)佈，並通過複製將遺傳資訊傳遞給子代，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。一、核酸的種類與功能

2.RNA(核糖核酸,ribonucleicacid)

主要負(fù)責(zé)遺傳資訊的表達(dá)：

①

tRNA

transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA

，約

15％，攜帶活化氨基酸；

②

mRNA

messengerRNA,信使RNA

，3～5%，蛋白質(zhì)合成的範(fàn)本；

③

rRNA

ribosomalRNA,核糖體RNA，

約

80%，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體(蛋白質(zhì)合成的場所)。一、核酸的種類與功能

其他功能:

①表達(dá)調(diào)控作用:smallRNA,如microRNA,siRNA等；②具有生物催化劑功能:核酶（ribozyme）。

2.RNA(核糖核酸,ribonucleicacid)一、核酸的種類與功能核酶的功能很多,有的能夠切割RNA,有的能夠切割DNA,有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。真核生物原核生物

DNA雙鏈線狀分子：細(xì)胞核（98%）環(huán)狀：線粒體、葉綠體（2%）低等真核生物酵母含質(zhì)粒DNA環(huán)狀，類核，質(zhì)粒DNA病毒DNA

RNA單鏈，局部雙鏈線狀分子：細(xì)胞質(zhì)（90%）線粒體、葉綠體、細(xì)胞核(10%)細(xì)胞質(zhì)病毒RNA二、核酸的分佈第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成豬細(xì)小病毒（單）SV40（雙）TMV（單）葡萄卷葉病病毒（雙）三、核酸的化學(xué)組成1、基本元素組成：

C、H、O、N、PP的含量較為穩(wěn)定，占9-10%（DNA9.9%、RNA9.5%），因此，實(shí)驗(yàn)室中可用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析。第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成2、核酸的分子組成核苷酸由磷酸、戊糖、含氮堿基三部分構(gòu)成。核酸（DNA和RNA）是一種多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸

(nucleotide)

。第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成2.1戊糖（核糖和去氧核糖）組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的戊糖為β-D-2’-去氧核糖；RNA所含的戊糖則為β-D-核糖。三、核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成β1’2’3’4’5’β5’4’3’2’1’2.2:堿基（嘌呤堿和嘧啶堿）嘧啶堿(Py)嘌呤堿(Pu)三、核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成2.2:堿基（嘌呤堿）三、核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成

2.2:堿基（嘧啶堿）三、核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成DNA的堿基組成：AGCT

RNA的堿基組成：AGCU

2、核酸的分子組成三、核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成

稀有堿基

核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物，還有氫化和硫化等，又稱修飾堿基。NNNNONNNH2O—CH3m5CDHU2、核酸的分子組成次黃嘌呤5-甲基胞嘧啶二氫尿嘧啶OONN2.3:核苷（nucleoside）2、核酸的分子組成1’2’3’4’5’deoxyadenosine(dA)2.3:核苷（nucleoside）2、核酸的分子組成核苷是由核糖或去氧核糖與堿基通過C-N糖苷鍵連接而成的化合物，嘌呤的N9或嘧啶的N1與戊糖C-1’相連接。1’2’3’4’5’(dC)核苷的種類次黃嘌呤核苷，肌苷2、核酸的分子組成I假尿苷

胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（主要存在於tRNA）C5C1’－C5形成C－C鍵2、核酸的分子組成2.4:核苷酸的形成5’-磷酸-去氧核糖核苷和5’-磷酸-核糖核苷。2、核酸的分子組成1’2’3’4’5’basePOOHOHHO磷酸酯鍵POOHOOHbase核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名核苷和磷酸以磷酸酯鍵連接2、核酸的分子組成核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名2、核酸的分子組成核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名2、核酸的分子組成核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名2、核酸的分子組成（一）多磷酸核苷酸3、細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物三、核酸的化學(xué)組成3、細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物三、核酸的化學(xué)組成ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵,可以用於推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。3、細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物三、核酸的化學(xué)組成（二）輔酶類核苷酸CoANAD+NADP+FMNFAD3、細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物三、核酸的化學(xué)組成輔酶A（CoA）巰基乙胺泛酸（三）cAMP和cGMP作為信號分子三、核酸的化學(xué)組成cAMP(3’,5’-環(huán)腺苷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥苷酸)的主要功能是作為細(xì)胞的第二信使。（四）糖基載體葡萄糖只有與UDP、GDP等核苷酸結(jié)合為UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）、GDPG（鳥苷二磷酸葡萄糖）後才能進(jìn)一步合成蔗糖及多糖。第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能NucleicAcid第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)DNA和RNA的結(jié)構(gòu)特徵，其結(jié)構(gòu)特徵與功能有何關(guān)係；第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)三、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA的分子結(jié)構(gòu)--一級結(jié)構(gòu)連接方式：3′-5′磷酸二酯鍵。HO

—HO

—H走向：5′→3′DNA的分子結(jié)構(gòu)--一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序。表示方法：結(jié)構(gòu)式字母式DNA的分子結(jié)構(gòu)--一級結(jié)構(gòu)Wilkins、Franklin,X－光衍射數(shù)據(jù)表明DNA可能有共同的分子模型；DNA含有2條或者兩條以上具有螺旋結(jié)構(gòu)的多核苷酸鏈；Norweger、Furburg研究證實(shí)，戊糖環(huán)與DNA分子縱軸平行，而堿基平面與縱軸垂直；Chargaff規(guī)則:DNA分子中堿基組成A=T，G=C,即嘌呤堿總數(shù)=嘧啶堿總數(shù)；

電位滴定證明：堿基的－NH，－CO之間形成氫鍵。DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)J.Watson詹姆斯·沃森

（1928---）

F.Crick，弗朗西斯·克裏克（1916-2004）

1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。RosalindFranklin羅莎琳德.弗蘭克林（1920-1958）

M.H.FWilkins，威爾金斯（1916-2004）

“TheinstantIsawthepicturemymouthfellopenandmypulsebegantorace.”1、定義：

DNA的二級結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，是兩條單鏈DNA通過堿基互補(bǔ)配對的原則所形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。兩條鏈圍繞同一個(gè)“中心軸”形成右手螺旋，螺旋表面有一條大溝和一條小溝。

大溝較深，是蛋白質(zhì)識別DNA堿基序列的基礎(chǔ)。（2）嘌呤和嘧啶堿基位於螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基平面與中心軸垂直。磷酸和去氧核糖位於螺旋外側(cè)，通過磷酸二酯鍵連接。糖平面與中心軸平行。2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)（3）雙螺旋的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為0.34nm，相鄰兩個(gè)核苷酸之間的夾角為36℃，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺距為3.4nm。3.4nm2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)0.34nm2nm（4）堿基結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律:A與T結(jié)合,形成兩個(gè)氫鍵，G與C結(jié)合,形成三個(gè)氫鍵，這種配對關(guān)係，稱為堿基互補(bǔ)配對（Watson-Crick配對）。維持兩條DNA鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基對形成的氫鍵。2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義：DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋模型第一次呈現(xiàn)了遺傳資訊的儲(chǔ)存方式（堿基順序）以及DNA複製的分子機(jī)理（堿基互補(bǔ)），為分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)的研究拉開了序幕。3、DNA雙螺旋的穩(wěn)定因素DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)(1)堿基堆積力：是由同一條核酸鏈中相鄰堿基之間的疏水作用和範(fàn)德華力構(gòu)成的；---主要因素(2)氫鍵；(3)帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)的靜電斥力：不利於雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；(4)堿基分子內(nèi)能：內(nèi)能增加會(huì)破壞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA分子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是以上四種因素共同作用的結(jié)果。4、DNA雙螺旋的多態(tài)性DNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)多核苷酸鏈中去氧核糖的五元環(huán)能折疊成多種構(gòu)象，分子還可以繞C-N糖苷鍵以及3’,5’磷酸二酯鍵旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使一條DNA雙螺旋存在多種構(gòu)象，稱為多態(tài)性（polymorphism）。Watson和Crick所描述的DNA雙螺旋構(gòu)象稱為B型DNA，是以相對濕度為92%時(shí)的DNA鈉鹽纖維為研究對象。DNA的螺旋構(gòu)象現(xiàn)有A、B、C、D、E、H、Z7種。

引起DNA雙鏈構(gòu)象改變有以下因素：

1.核苷酸順序；2.堿基組成；3.鹽的種類；4.相對濕度Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B型DNA)A型DNAZ型-DNA（左手雙螺旋）脫水甲基化B-DNA與Z-DNA的相互轉(zhuǎn)化可能與基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)。5、三鏈DNADNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)三鏈DNA是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的，第三條鏈可以是分子內(nèi)的，也可以是分子間的。第三條鏈位於雙螺旋的大溝中。（hingedDNA，H-DNA）A－T配對G－C配對C必須質(zhì)子化，提供與G的N7結(jié)合的氫鍵供體，並且與G只形成兩個(gè)氫鍵。Hoogsteen配對規(guī)則：第三股的堿基與Watson－Crick堿基對中的堿基以Hoogsteen方式配對，即：5、三鏈DNADNA的分子結(jié)構(gòu)–

二級結(jié)構(gòu)5’3’5’3’5’3’5’3’GCCTAT11334467126234347定義：在細(xì)胞內(nèi)，由於DNA分子自身旋轉(zhuǎn)或與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）相互作用，使DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的高級結(jié)構(gòu)。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種類型，即DNA雙螺旋的螺旋。DNA的分子結(jié)構(gòu)–

三級結(jié)構(gòu)大多數(shù)原核生物的DNA、質(zhì)粒以及真核生物細(xì)胞器的DNA都為共價(jià)閉合環(huán)狀（covalentlyclosedcircle,CCC結(jié)構(gòu)）雙螺旋分子，易形成超螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的分子結(jié)構(gòu)–

三級結(jié)構(gòu)DNA的分子結(jié)構(gòu)–

三級結(jié)構(gòu)負(fù)超螺旋(negativesupercoil):盤繞方向與雙螺旋方向相同，右手螺旋。正超螺旋(positivesupercoil):盤繞方向與右手雙螺旋方同相反。在自然條件下，DNA一般呈負(fù)超螺旋狀態(tài)，負(fù)超螺旋可以使DNA分子內(nèi)部張力減小，有利於解旋，這對於DNA的複製和轉(zhuǎn)錄等有重要意義。拓?fù)洚悩?gòu)酶I：切割單鏈，降低負(fù)超螺旋；拓?fù)洚悩?gòu)酶II：切割雙鏈，增加負(fù)超螺旋。DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝核小體(nucleosome)：由DNA和組蛋白構(gòu)成。DNA：以負(fù)超螺旋纏繞在組蛋白上，1.75圈，大約146bp。DNA的分子結(jié)構(gòu)–

三級結(jié)構(gòu)真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個(gè)玫瑰花結(jié)）染色體從DNA到最後凝縮成染色體，壓縮近萬倍tRNA的結(jié)構(gòu)與功能rRNA的結(jié)構(gòu)與功能mRNA的結(jié)構(gòu)與功能RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

RNA是單鏈分子，RNA分子中，局部也能形成雙鏈結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“髮夾型”結(jié)構(gòu)或莖環(huán)結(jié)構(gòu)。RNA的分子結(jié)構(gòu)

大約由74－95個(gè)核苷酸組成。A-U，G-C堿基對構(gòu)成的雙螺旋區(qū)叫臂，不配對的叫環(huán)。一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

三葉草形

氨基酸接受臂、

反密碼（環(huán)）臂、

二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、

TC（環(huán)）臂。DHU環(huán)反密碼環(huán)

TΨC環(huán)額外環(huán)（可變環(huán)）氨基酸臂額外環(huán)一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)DHUloopTΨCloopextraloopanticodonloop額外環(huán)(1)氨基酸接受臂

5’-末端一般為G

，

3’-末端的氨基酸接受區(qū)CCA。一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)氨基酸臂(2)反密碼環(huán)

該區(qū)正中的3個(gè)核苷酸殘基可以與mRNA的三聯(lián)體密碼子形成堿基互補(bǔ)配對，解讀遺傳密碼，稱為反密碼子（anticodon）。一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)氨基酸臂額外環(huán)DHUloopTΨCloop

該區(qū)含有二氫尿嘧啶，識別氨醯-tRNA合成酶。（3）二氫尿嘧啶環(huán)一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

(4)TC區(qū)

識別並結(jié)合核糖體上的rRNA。TΨCloop一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)(5)可變環(huán)

位於反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變化較大，一般有3-18個(gè)核苷酸組成。一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)2、tRNA的三級結(jié)構(gòu)

在三葉草型二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對的堿基配成對，形成tRNA的三級結(jié)構(gòu)。一、tRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)倒“L”形rRNA的功能:組成核糖體，作為蛋白質(zhì)合成的場所。

原核生物核糖體中含5S，16S,23SrRNA,真核生物核糖體中含5S，5.8S，18S,28SrRNA。二、rRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)三、mRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)mRNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):polyA片段：指20-250個(gè)多聚腺苷酸polyA是在轉(zhuǎn)錄後經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般無polyA，但某些病毒mRNA也有3’-polyA。3′－polyA作用：保護(hù)作用，抗核酸外切酶水解與mRNA半壽期有關(guān)與mRNA轉(zhuǎn)移有關(guān)三、mRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)mRNA5’-末端的“帽子”結(jié)構(gòu)

三、mRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)構(gòu)：m7G通過焦磷酸與另一個(gè)發(fā)生了核糖上甲基化的核苷酸以5’-5’磷酸二酯鍵相連。O型:5’m7G5’ppp5’Np……I型:5’m7G5’ppp5’NmpNp……II型:5’m7G5’ppp5’NmpNmpNp……5’－帽子結(jié)構(gòu)作用：

保護(hù)作用，抗核酸外切酶水解;作為mRNA與核糖體小亞基結(jié)合的信號;與蛋白質(zhì)合成起始有關(guān)。mRNA5’-末端的“帽子”結(jié)構(gòu),

是由鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶在轉(zhuǎn)錄過程中加到mRNA5’末端。三、mRNA的結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能NucleicAcid第一節(jié)核酸的種類、分佈和化學(xué)組成第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)

核酸是兩性電解質(zhì)，常表現(xiàn)酸性。

提純的DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，二者都微溶於水，不溶於一般有機(jī)溶劑(如70%乙醇)。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、核酸的一般性質(zhì)DNARNA

核酸中的糖苷鍵與3’,5’磷酸二脂鍵均能被酸水解。

RNA對堿敏感，DNA對堿穩(wěn)定（去氧核糖2’無羥基）。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、核酸的一般性質(zhì)或溶液中的核酸在引力場中可以下沉，其沉降速度與核酸的分子品質(zhì)和分子構(gòu)象有關(guān)。一、核酸的一般性質(zhì)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)密度：RNA>DNA>protein氯化銫密度梯度離心沉降速度：超螺旋>環(huán)狀>線狀在一定酸度的緩衝液中帶有電荷，可利用電泳進(jìn)行分離和研究其特性。（等電點(diǎn),DNA:pH4-4.5;RNA:pH2-2.5）瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯醯胺凝膠電泳EtBr(EB，溴化乙錠)顯示DNA/RNA電泳後的位置。一、核酸的一般性質(zhì)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)長片段核酸短片段核酸二、核酸的紫外吸收性質(zhì)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)1.判斷核酸樣品的純度

純DNA:OD260/OD280=1.8

純RNA:OD260/OD280=2.0

2.DNA或RNA的定量

1.0OD260相當(dāng)於

50μg/ml雙鏈DNA33μg/ml單鏈DNA40μg/mlRNA20μg/ml寡核苷酸堿基中存在共軛雙鍵，最大紫外吸收在260nm。

核酸的光吸收值常比其各核苷酸成分的光吸收值之和少30－40%，此現(xiàn)象稱為DNA的減色效應(yīng)(hypochromiceffect)。這是在有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基緊密地堆積在一起造成的。二、核酸的紫外吸收性質(zhì)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交1、DNA變性（DNAdenaturation）：DNA變性是指在理化因素作用下，DNA分子中的氫鍵斷裂，堿基堆積力破壞，雙螺旋結(jié)構(gòu)解體，雙鏈分開形成單鏈的過程。DNA降解:3’,5’－磷酸二酯鍵斷裂第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交1、DNA變性（DNAdenaturation）：方法：加熱、酸、堿、變性試劑如尿素、甲醛等。增色效應(yīng)(hyperchromiceffect):當(dāng)DNA分子從雙螺旋結(jié)構(gòu)變?yōu)閱捂湢顟B(tài)時(shí)，它在260nm處的紫外吸收值增大。DNA的熱變性作用發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度範(fàn)圍之內(nèi)（爆發(fā)式的）。熔解溫度(Tm)：熱變性過程中光吸收達(dá)到最大吸收（完全變性）一半（雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半）時(shí)的溫度稱為該DNA的熔點(diǎn)或熔解溫度（meltingtemperature,Tm)。

第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交Tm與下列因素有關(guān)：①核酸的均一程度，均一性愈高的樣品，變性過程的溫度範(fàn)圍愈小。②Tm值與G－C含量成正比：

（G-C）%=(Tm-69.3)*2.44

Tm(<20mer)＝(G＋C）*4＋（A＋T）*2③Tm值與介質(zhì)離子強(qiáng)度成正比。DNA複性(renaturation):在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交來源不同但有核苷酸互補(bǔ)關(guān)係的的DNA單鏈之間或DNA單鏈與RNA分子之間，在去掉變性條件後，互補(bǔ)的區(qū)段能夠形成雙鏈DNA分子或者DNA/RNA異質(zhì)雙鏈分子，該過程稱為核酸分子雜交(hybridization)。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交核酸探針（probe）檢測DNASouthernblot;檢測RNANorthernblot;第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、變性、複性、分子雜交重要內(nèi)容：1、重要名詞：DNA變性，熔解溫度（Tm），增色效應(yīng)，減色效應(yīng)，DNA複性，分子雜交2、結(jié)構(gòu)層次元素組成：C、H、O、N、P(9~10%)結(jié)構(gòu)單位：核苷酸（DNA和RNA組分的異同；核苷酸的功能）一級結(jié)構(gòu)：3

,5

磷酸二酯鍵；5ˊ端→3ˊ端；RNA類型及結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)二級結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋；tRNA的“三葉草”結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：DNA超螺旋結(jié)構(gòu)；tRNA“倒L”結(jié)構(gòu)3、重要性質(zhì)：紫外吸收；變性第二章核酸化學(xué)rRNA原核生物真核生物核糖體70S80S小亞基30S40SrRNA16S(1542個(gè)核苷酸)18S（1874個(gè)核苷酸）蛋白質(zhì)21種(占總重量的40%)33種（占總重量的50%）大亞基50S60SrRNA23S(2940個(gè)核苷酸)28S（4718個(gè)核苷酸）5S(120個(gè)核苷酸)5.85S(160個(gè)核苷酸)5S(120個(gè)核苷酸)蛋白質(zhì)31種(占總重量的30%)49種(占總重量的35%)核糖體的組成

如果人體有1014個(gè)細(xì)胞，每個(gè)體細(xì)胞的DNA量為6.4×109對核苷酸。試計(jì)算人體DNA的總長度是多少？這個(gè)長度與太陽-地球之間的距離（1.5×108km）相比如何？①每個(gè)體細(xì)胞內(nèi)DNA的總長度：

6.4×109×0.34=2.176×109nm②人體DNA的總長度：

2.176×109×1014=2.176×1023nm=2.176×1011km③這個(gè)長度與太陽—地球之間的距離之比為：

2.176×1011/1.5×108≈1451(倍)1、酶的概念及催化作用特點(diǎn)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

3、維生素與輔酶第一節(jié)導(dǎo)論4、酶的命名與分類

只能進(jìn)行熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)；反應(yīng)前後，質(zhì)與量不變，用量少；可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，而不影響反應(yīng)的平衡常數(shù)；

酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑，部分核酸也具有酶的活性。第一節(jié)導(dǎo)論酶具有一般催化劑的特徵（相同點(diǎn)）1.1、酶的概念第一節(jié)導(dǎo)論1.2、酶催化作用特點(diǎn)比一般催化劑高108-1020倍

(1)高效性：具有極高的催化效率又稱特異性，是指酶對底物和催化的反應(yīng)的選擇性，一種酶只能作用於某一種或某一類的化合物，促其發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。

例如：蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解；澱粉酶催化澱粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。(2)專一性（Specificity）第一節(jié)導(dǎo)論1.2、酶催化作用特點(diǎn)酶的作用一般都要求比較溫和的條件，如常溫、常壓和接近中性的酸鹼度。凡能使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶破壞而失去活性。(3)酶易失活(inactivity)第一節(jié)導(dǎo)論1.2、酶催化作用特點(diǎn)(４)酶的活性可受到調(diào)節(jié)、控制第一節(jié)導(dǎo)論多種機(jī)制和形式：如:抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、回饋調(diào)節(jié)、酶原啟動(dòng)等。1.2、酶催化作用特點(diǎn)(５)酶催化常需輔助因數(shù)（cofactor)某些酶催化活力與非蛋白小分子物質(zhì)有關(guān)。例如：金屬離子、輔酶、輔基等。第一節(jié)導(dǎo)論1.2

、酶催化作用特點(diǎn)1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論

概念：酶對所催化的分子(底物，substrate)

化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇。

類別：相對專一性和絕對專一性。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)專一性

1、相對專一性酶對底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求比較低，它們能作用於一類化合物或一種化學(xué)鍵。

①

鍵專一性

有的酶作用於一定的化學(xué)鍵，而對鍵兩端的基團(tuán)無嚴(yán)格的要求。

第一節(jié)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)專一性酯酶催化酯鍵的水解。

②

基團(tuán)專一性

除要求作用於一定的鍵以外，對鍵兩端的基團(tuán)還有一定的要求。第一節(jié)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)專一性

2、絕對專一性有的酶對底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，只作用於一種底物，不作用於其他任何物質(zhì)，如脲酶,麥芽糖酶等。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)專一性

概念：酶除了對底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，對其立體異構(gòu)也有高度專一性。

類別：旋光異構(gòu)專一性（L、D型）如L-氨基酸氧化酶；

幾何異構(gòu)專一性（順、反結(jié)構(gòu)）如延胡索酸水化酶只催化延胡索酸（反-丁烯二酸），而不催化順-丁烯二酸。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論立體異構(gòu)專一性除了有催化活性的RNA之外幾乎都是蛋白質(zhì)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論酶主要是蛋白質(zhì)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論核酶（催化核酸）ribozyme

核酶的功能很多,有的能夠切割RNA,有的能夠切割DNA,有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。

2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論核酶（催化核酸）ribozyme

核酶隨著生物學(xué)的發(fā)展，不僅僅只是包括RNA，如今人們還人工合成了一些DNA也具有催化活性。所以現(xiàn)在的核酶應(yīng)該包括催化性DNA和催化性RNA兩大類。

目前，催化性DNA只是人工合成的，並沒有發(fā)現(xiàn)有天然存在的。

單體酶(monomericenzyme)寡聚酶(oligomericenzyme)多酶體系(multienzymesystem)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

酶的蛋白質(zhì)組成形式：第一節(jié)導(dǎo)論單體酶-monomericenzyme：一般由一條肽鏈組成，如溶菌酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。胰凝乳蛋白酶由3條肽鏈（各肽鏈間有共價(jià)鍵連接），仍為單體酶。寡聚酶-oligomericenzyme：由幾個(gè)或幾十個(gè)亞基組成，亞基可以相同也可不同。如3-磷酸甘油醛脫氫酶、乳酸脫氫酶、丙酮酸激酶等。2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論酶的蛋白質(zhì)組成形式：

多酶體系-multienzymesystem

由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成。主要指結(jié)構(gòu)化的多酶複合體。如丙酮酸脫氫酶系、脂肪酸合成酶複合體等。這種結(jié)構(gòu)既能提高反應(yīng)途徑的效率，又能增強(qiáng)調(diào)控的準(zhǔn)確性。多酶複合體示意圖酶1酶2酶3酶7酶4酶6酶5多酶複合體示意圖2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論酶分子組成單純酶（僅蛋白質(zhì)）結(jié)合酶(全酶，蛋白質(zhì)及非蛋白質(zhì)小分子)如：脲酶、蛋白酶、澱粉酶、脂肪酶等。如：轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、氧化還原酶等。酶蛋白決定反應(yīng)的專一性和高效性；輔因數(shù)作為電子或者基團(tuán)的載體，參與並促進(jìn)整個(gè)催化過程。2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論酶蛋白(apoenzyme)

：多肽

輔因數(shù)

(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論結(jié)合酶和酶的輔因數(shù)輔助因數(shù)按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度輔酶/輔基大多數(shù)是由維生素參與形成的小分子化合物

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏鬆，用透析法可除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析法除去。金屬離子維生素是機(jī)體（動(dòng)物、植物和微生物）維持正常生命活動(dòng)所必不可少的一類小分子有機(jī)化合物。分類：維生素一般習(xí)慣分為脂溶性和水溶性兩大類。其中脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用，而水溶性維生素是通過轉(zhuǎn)變成輔酶對代謝起調(diào)節(jié)作用。3維生素與輔酶第一節(jié)導(dǎo)論①

硫胺素(維生素B1)在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。TPP是催化丙酮酸或α–酮戊二酸脫羧酶的輔酶，所以又稱為脫羧輔酶。TPP缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎，導(dǎo)致皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫等。嘧啶環(huán)噻唑環(huán)FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)氧化還原酶的輔基。被還原後形成FADH2與FMNH2。②核黃素(維生素B2)缺乏時(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。它們在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。尼克酸（煙酸）尼克醯胺（煙醯胺）③

維生素pp（VB3）NAD+

(煙醯胺腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,又稱為輔酶II)是維生素?zé)燉蛋返难苌?。它們是多種重要脫氫酶的輔酶，在代謝中傳遞氫。能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)糙皮病。④

泛酸（VB5）輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙醯化酶的輔酶，它是含泛酸的複合核苷酸。它的重要生理功能是傳遞醯基，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。巰基乙胺泛酸⑤

維生素B6-抗皮炎維生素包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。維生素B6在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的磷酸脂，參加代謝的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶和消旋酶的輔酶。⑥

維生素B11又稱葉酸，作為輔酶的是葉酸加氫的還原產(chǎn)物四氫葉酸(FH4或THFA)

。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團(tuán)，如-CH3,-CH2-,-CHO

等的載體，參與多種生物合成過程。四氫葉酸脂溶性維生素1961年國際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission,EC）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型和機(jī)理，把酶分成6大類：4、酶的命名和分類第一節(jié)導(dǎo)論氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)，催化氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。AH2+BA+BH2第一節(jié)導(dǎo)論4、酶的命名和分類①氧化-還原酶Oxidoreductase如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。例如，穀丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。A·X+BA+B·X②轉(zhuǎn)移酶Transferase4、酶的命名和分類水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括澱粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：AB+H2OAOH+BH③水解酶hydrolase4、酶的命名和分類裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水合酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。④裂合酶Lyase4、酶的命名和分類異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。AB⑤

異構(gòu)酶Isomerase

例如6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸4、酶的命名和分類又稱為連接酶，能夠催化兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相偶聯(lián)。A+B+ATPA·B+ADP+Pi

⑥合成酶SynthetaseorLigaseCH3C

=

O+CO2COOHCOOHCOOHCH2C=

O丙酮酸羧化酶丙酮酸草醯乙酸+ATP+H2O+ADP+Pi4、酶的命名和分類每一個(gè)大類，又可根據(jù)底物中被作用的集團(tuán)或鍵的特點(diǎn)分為若干亞類，每個(gè)亞類又可分為幾個(gè)亞亞類。在酶表中，每一種酶有一個(gè)分類編號：EC+四個(gè)數(shù)字,如乳酸脫氫酶(EC1.1.1.27)

EC1.1.1.27

大類亞類亞亞類序號氧化還原酶類被氧化基團(tuán)為CHOH受體為

NAD＋在此亞亞類中的順序號4、酶的命名和分類乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶，草醯乙酸脫羧酶系統(tǒng)命名（1961年國際酶學(xué)委員會(huì)確定）包括所有底物的名稱和反應(yīng)類型，最後加一個(gè)酶字。習(xí)慣命名：常以底物名、反應(yīng)性質(zhì)以及酶的來源命名，只取較重要的底物名稱和反應(yīng)類型。第二節(jié)酶催化機(jī)理一、酶的催化作用與分子活化能

二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）

三、酶的活性中心和必需基團(tuán)

四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）

五、使酶具有高催化效率的因素

六、胰凝乳蛋白酶的催化機(jī)理

七、酶原的激活（activationofzymogen）一、酶的催化作用與分子活化能能閾:反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)變化所需的最低能量。活化分子:含有高於反應(yīng)能閾的能量而能起反應(yīng)的分子。活化能:在一定溫度下，1mol底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的能量，J/mol。

供給能量，如加熱、光照等；

加入催化劑，降低活化能。常態(tài)分子變?yōu)榛罨瘧B(tài)分子的途徑：幾個(gè)概念：第二節(jié)酶催化機(jī)理一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)終態(tài)能量改變活化過程酶促反應(yīng)的本質(zhì)是降低反應(yīng)物分子的活化能?；罨瘧B(tài)二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成不穩(wěn)定的酶(Enzyme)－底物(Substrate)中間複合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化後，分解成產(chǎn)物(Product)和酶。

+P+ESSEE第二節(jié)酶催化機(jī)理二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）許多實(shí)驗(yàn)間接地證明了ES複合物的存在，如過氧化物酶反應(yīng)過程中的光譜變化：

645、583、548、498nm561、530.5nm第二節(jié)酶催化機(jī)理三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第二節(jié)酶催化機(jī)理親核性基團(tuán)：

Ser的羥基

Cys的巰基

His的咪唑基。常見酶活性中心的基團(tuán)三、酶的活性中心和必須基團(tuán)

活性中心第二節(jié)酶催化機(jī)理酸鹼性基團(tuán)：

Asp和Glu的羧基，Lys的氨基，

Trp的酚羥基等。三、酶的活性中心和必需基團(tuán)

活性中心常見酶活性中心的基團(tuán)第二節(jié)酶催化機(jī)理

某些酶活性部位的AA殘基

酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+三、酶的活性中心和必須基團(tuán)第二節(jié)酶催化機(jī)理AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團(tuán):His57,Asp102,Ser195三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第二節(jié)酶催化機(jī)理三、酶的活性中心和必需基團(tuán)1.結(jié)合部位bindingsite酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。決定酶的專一性。

第二節(jié)酶催化機(jī)理酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位，決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。

一、酶的活性中心和必需基團(tuán)2．催化部位catalyticsite第二節(jié)酶催化機(jī)理酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起啟動(dòng)或抑制作用。三、酶的活性中心和必需基團(tuán)3．調(diào)控部位Regulatorysite第二節(jié)酶催化機(jī)理

酶表現(xiàn)活性不可缺少的基團(tuán)活性中心：結(jié)合、催化。調(diào)節(jié)部位維持三維空間結(jié)構(gòu)的必需基團(tuán)三、酶的活性中心和必需基團(tuán)4．必需基團(tuán)常用化學(xué)修飾的方法來研究酶的活性中心基團(tuán)。第二節(jié)酶催化機(jī)理1890，EmilFischer“鎖鑰學(xué)說”很好地解釋了酶的立體異構(gòu)專一性。四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第二節(jié)酶催化機(jī)理1958年D.E.Koshland，誘導(dǎo)契合學(xué)說已被X-ray結(jié)果證實(shí)。

四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第二節(jié)酶催化機(jī)理A.酶活性中心的結(jié)構(gòu)並非和底物互相吻合；B.底物能誘導(dǎo)酶蛋白的活性中心形狀發(fā)生變化；C.當(dāng)酶的活性中心形狀發(fā)生變化後，就使得其中的各個(gè)基團(tuán)形成正確的排列和定向；酶與底物契合而結(jié)合，形成中間產(chǎn)物ES，引起底物發(fā)生反應(yīng)；D.反應(yīng)結(jié)束，產(chǎn)物從酶上脫落，酶活性中心構(gòu)象恢復(fù)。誘導(dǎo)契合學(xué)說的要點(diǎn):四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第二節(jié)酶催化機(jī)理

1、鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)

2、“張力”和“變形”

3、酸堿催化

4、共價(jià)催化

5、微環(huán)境影響五酶具有高催化效率的因素:第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素

鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

鄰近效應(yīng):底物與酶活性部位的鄰近，也包括酶活性部

位上兩底物分子之間的鄰近。鄰近效應(yīng)使酶活性中心的底物濃度升高，提高反應(yīng)速度。底物在溶液中的濃度為0.001mol/L，在酶活性中心的濃度達(dá)到100mol/L，提高了10萬倍。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素

鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

定向效應(yīng):相互靠近的底物分子之間及底物與酶活性部位

的基團(tuán)之間還要有嚴(yán)格的定向（正確的立體化

學(xué)排列）。定向效應(yīng)為反應(yīng)底物分子軌道交叉提供了有力條件，反應(yīng)活化能降低，從而大大增加了形成ES複合體的幾率，提高催化效率。

第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素1鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素2張力和變形ES複合體形成時(shí)，酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，底物分子也常常受到酶的作用而發(fā)生變化，甚至使底物分子發(fā)生扭曲變形，從而使底物分子某些鍵的鍵能減弱，產(chǎn)生鍵扭曲（形成“張力”），有助於中間產(chǎn)物形成，從而降低了反應(yīng)的活化能。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素是指通過向反應(yīng)物提供質(zhì)子,或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，從而加快反應(yīng)速度的過程。

酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對底物進(jìn)行酸堿催化。3

酸堿催化第二節(jié)酶催化機(jī)理酶活性中心廣義酸堿基團(tuán)咪唑基是酶的酸堿催化作用中最有效、最活潑的一個(gè)催化功能基團(tuán)。

廣義酸基團(tuán)廣義堿基團(tuán)pKa

（質(zhì)子供體）（質(zhì)子受體）五使酶具有高催化效率的因素4共價(jià)催化

（covalentcatalysis）酶通過與底物形成反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程。最一般形式是酶的親核基團(tuán)對底物的親電子的碳原子攻擊，又稱親核催化。第二節(jié)酶催化機(jī)理酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán):

親核基團(tuán)：His的咪唑基，Cys的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等；

親電子基團(tuán)：H+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn+、Fe3+等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。五使酶具有高催化效率的因素4共價(jià)催化（covalentcatalysis）第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素5

微環(huán)境的影響酶活性中心是低介電區(qū)域。酶的活性中心相對而言是非極性的，也就是說酶的催化基團(tuán)被低介電環(huán)境所包圍，在某些情況下，還可能排除高極性的水分子，有助於加速反應(yīng)進(jìn)行。水的介電常數(shù)非常高（達(dá)80），它的高極性使它在離子外形成定向的溶劑層，產(chǎn)生自身的電場，結(jié)果就大大減弱了它所包圍的離子間的靜電相互作用或氫鍵作用。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素以上與酶高效催化有關(guān)的諸因素並非同時(shí)在一個(gè)酶上起作用，對具體的一種酶而言，各種因素的貢獻(xiàn)大小也不盡相同。酶催化過程根本機(jī)制：降低了反應(yīng)活化能，增加了活化分子數(shù)，因而加快了反應(yīng)速度。第二節(jié)酶催化機(jī)理六胰凝乳蛋白酶(chymotripsin)的催化機(jī)理（EC3.4.21.1）胰凝乳蛋白酶主要作用於由芳香族氨基酸的羧基形成的肽鍵。第二節(jié)酶催化機(jī)理胰凝乳蛋白酶活性中心Asp102-His57-Ser195Ser189Gly226Gly216結(jié)合部位電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)催化過程——第一階段：醯化階段催化過程－－第二階段：脫醯階段不具備活性的酶的前體稱為酶原。酶原在一定條件下，一個(gè)或幾個(gè)肽鍵斷裂，構(gòu)象發(fā)生一定的變化形成具有活性的三維結(jié)構(gòu)的過程稱酶原啟動(dòng)。酶原啟動(dòng)實(shí)際上是酶的活性部位形成和暴露的過程。

七酶原的啟動(dòng)（activationofzymogen）第二節(jié)酶催化機(jī)理π-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶酶原

胰蛋白酶π-胰凝乳蛋白酶

胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶原啟動(dòng)胰凝乳蛋白酶原啟動(dòng)三條肽鏈折疊形成成熟的chymotrypsin。酶以酶原形式存在具有重要的生物學(xué)意義：保護(hù)分泌酶原的組織不被水解破壞；有機(jī)體調(diào)控酶活性的一種形式。酶原啟動(dòng)進(jìn)一步說明了酶的功能是以酶的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。酶促反應(yīng)速度的測量酶濃度對速度的影響底物濃度的影響pH對酶作用的影響溫度對酶作用的影響啟動(dòng)劑對酶作用的影響抑制劑對酶作用的影響第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一、酶促反應(yīng)速度的測量

用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物增加量來表示。單位：濃度/單位時(shí)間。酶促反應(yīng)的初速度（initialspeed）引起酶促反應(yīng)速度降低的原因：底物濃度的降低；酶的部分失活；產(chǎn)物對酶的抑制；逆反應(yīng)速度的增加等。斜率＝[P]/t=V[P][t][t]V第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)二、酶濃度對酶作用的影響V[E]Vmax=K[E]第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。[S]VVmax三、底物濃度的影響和米氏方程第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。[S]VVmax三、底物濃度的影響和米氏方程第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛雀叩揭欢ǔ潭柔?，反?yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)。[S]VVmax三、底物濃度的影響和米氏方程第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)三、底物濃度的影響和米氏方程1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出下列方程：+P+ESSEE第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1925年，Brigg與Haldane提出了“穩(wěn)態(tài)假說”。理論首先假設(shè)：測定的速度為反應(yīng)的初速度，即[S]消耗小於5%時(shí)的速度，故[P]的生成量極少，由P+E重新生成ES的可能性不予考慮；[S]的濃度>>[E]，因此，ES的形成不會(huì)明顯地降低[S]；在測定初速度的過程中，[ES]在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)保持恒定，及ES生成的速度和ES消失的速度相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即“穩(wěn)態(tài)”。K-1K2第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏方程的推導(dǎo)平衡時(shí)：k1([Et]-[ES])[S]k-1[ES]+k2[ES]K-1K2[Et]-[ES][S][ES]k-1+k2

k1=KmKm[ES]=[Et][S]-[ES][S]Km[ES]+[ES][S]=[Et][S][ES]整理得:k-1+k2[Et][S]-[ES][S]k1[ES]==Km+[S][Et][S]=第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏方程的推導(dǎo)K-1K2[Et]-[ES][S][ES]酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，V=k2[ES]Km+[S][Et][S]=VK2[ES]=VK2V=K2Km+[S][Et][S][ES]=Km+[S][Et][S]當(dāng)所有的酶都以ES的形式存在時(shí)，[ES]=[Et]，酶促反應(yīng)速度最大Vmax，Vmax=k2[Et]。V=K2Km+[S][Et][S]Km+[S]V=VmaxKm+[S][S]Km+[S]米氏方程Km稱為米氏常數(shù)。VmaxVS當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，Km>>[S]V=Vmax[S]Km當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，Km<<[S]V=Vmax[S][S]=Vmaxk-1+k2

k1=Km當(dāng)反應(yīng)速度等於最大速度一半時(shí),

即V=1/2Vmax,Km=[S]米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。三、底物濃度的影響和米氏方程=VmaxKm+[S][S]Vmax2Km=[S]第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏常數(shù)Km的意義物理意義：Km等於酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度；重要特徵物理常數(shù)，與酶濃度無關(guān)。不同的酶具有不同Km值，Km=10-6--10-1mol/L；Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩衝體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值;Km值近似等於[ES]的解離常數(shù)，可表示酶與底物之間的親和力：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高;同一種酶有幾種底物就有幾個(gè)Km值，其中Km值最小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物。k-1+k2

k1=Km

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1.雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Km和Vmax的測定y=kx+bXY1/Vmax-1/Km利用雙倒數(shù)作圖法計(jì)算Km與Vmax

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1/Vmax-1/KmSlope=Km/Vmax在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。一般：pH4－8；植物和微生物：pH5.5-6.5動(dòng)物：pH6.5－8.0四、pH對酶作用的影響pHV最適pH胃蛋白酶胰凝乳蛋白酶第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)pH影響酶活性的原因：a.過酸或過堿影響酶蛋白的構(gòu)象，使酶變性失活；b.pH影響底物分子的解離狀態(tài)；c.pH也影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)；D.pH影響酶分子中與空間結(jié)構(gòu)相關(guān)基團(tuán)的解離，進(jìn)而影響酶的構(gòu)象與活性。

酶的最適pH不是固定的常數(shù)，受酶的純度、底物的種類和濃度、緩衝液的種類和濃度等因素的影響。五、溫度對酶作用的影響溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快(溫度係數(shù)Q10：反應(yīng)溫度提高10

C，其反應(yīng)速度與原來的反應(yīng)速度之比；大多數(shù)酶Q10為2)。酶是蛋白質(zhì)，其變性速度隨溫度的上升而加快。V最適溫度酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)。第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)凡能提高酶活性的物質(zhì)都稱為啟動(dòng)劑（activator)。類別

無機(jī)離子①金屬離子：K+

、Mg2+

、Mn2+

、

Zn2+、

Fe2+

②陰離子：

Cl-、Br-

③氫離子

有機(jī)分子

①Vc、Cys、GSH（保護(hù)酶活性基團(tuán)中的巰基）

②金屬螯合劑：EDTA（結(jié)合重金屬）。六、啟動(dòng)劑對酶作用的影響第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、不可逆抑制劑（irreversibleinhibitor)

I與酶的必須基團(tuán)以共價(jià)鍵結(jié)合，不能用透析等方法除去而使酶活性恢復(fù)。2、可逆抑制劑(reversibleinhibitor)

抑制劑能用透析等方法除去。由酶蛋白變性而引起酶活力喪失稱為酶的失活或鈍化。七、抑制劑對酶作用的影響第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)使酶活下降但並不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。凡使酶活力降低甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)都稱為抑制劑(inhibitor)“I”。1、常見不可逆抑制劑二異丙基氟磷酸（DIPF）對胰凝乳蛋白酶或乙醯膽鹼酯酶的抑制作用，如有機(jī)磷殺蟲劑（敵敵畏、敵百蟲等）。有機(jī)磷化合物碘乙酸、碘乙醯胺、重金屬鹽類等對巰基酶的不可逆抑制。氰化物：與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。2、可逆的抑制作用（1）、競爭性抑制作用抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合，使酶促反應(yīng)被抑制。EEE

對氨基苯甲酸

二氫蝶呤FH2FH4

谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶

磺胺藥

(-)

氨甲蝶呤(-)【實(shí)例】

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1.雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Km和Vmax的測定y=kx+bXY1/Vmax-1/Km競爭性抑制的反應(yīng)模式和米氏方程Km增大Vmax不變競爭性抑制通常可以通過增大底物濃度來消除。VmaxVSKmKm’Vmax2

1Km’11

=

+

V

Vmax[S]Vmax競爭性抑制的雙倒數(shù)作圖1/Vmax-1/Km-1/Km’（2）非競爭性抑制

酶與抑制劑結(jié)合後，還可與底物結(jié)合；酶與底物結(jié)合後，也可再結(jié)合抑制劑，但是三元的中間產(chǎn)物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，所以酶活性降低。實(shí)例：金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-）反應(yīng)模式高濃度的底物不能逆轉(zhuǎn)非競爭性抑制。EEEE(Km＋[S])(1+[I]/Ki)非競爭性抑制的米氏方程VmaxVSKmVmaxi＋1[S]＋1[S]非競爭性抑制的雙倒數(shù)作圖1/Vmax-1/Km1/Vmax’Km不變Vmax減小酶只有與底物結(jié)合後才與抑制劑結(jié)合，從而導(dǎo)致酶活性下降。ESIESP+EE+S+I（3）反競爭性抑制反競爭性抑制的米氏公式

Km＋[S](1+[I]/Ki)VmaxVSKm’VmaxiKm＋1[S]反競爭性抑制的雙倒數(shù)作圖＋1[S]Km減小Vmax減小1/Vmax-1/Km1/Vmax’-(1+)/Km[I]KI競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制無抑制競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制結(jié)合部位活性中心活性中心以外活性中心以外增加底物濃度消除抑制不能消除抑制不能消除抑制Vmax不變降低降低Km增加不變降低可逆抑制的動(dòng)力學(xué)比較第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)別構(gòu)酶同工酶一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）酶分子通過活性中心以外的特異調(diào)節(jié)位點(diǎn)與小分子調(diào)節(jié)物（效應(yīng)物）結(jié)合後，酶分子的構(gòu)象改變，從而調(diào)節(jié)酶活性。

特點(diǎn)：變構(gòu)啟動(dòng)劑：底物變構(gòu)抑制劑:終產(chǎn)物1、已知的別構(gòu)酶均為寡聚酶:變構(gòu)部位；2、具有別構(gòu)效應(yīng)：底物或效應(yīng)物與酶結(jié)合後引起酶分子構(gòu)象改變從而影響酶的催化活性。第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)V[S]變構(gòu)酶非變構(gòu)酶3、動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：不符合米氏方程，v-[S]曲線為S形一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）4、常是系列反應(yīng)的第一個(gè)酶，或處於代謝途徑分支點(diǎn)上；5、一般分子量較大，結(jié)構(gòu)複雜，具有與一般酶不同的性質(zhì)，比如：0℃

以下不穩(wěn)定，而在室溫反而穩(wěn)定。第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)實(shí)例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲醯酶（ATCase）ATCase氨甲醯磷酸天冬氨酸CTPUTPUMP氨甲醯天冬氨酸ATPATCaseATP（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRRMW3100006個(gè)34000(C)6個(gè)17000(R)S、CTP和ATP均是ATCase的效應(yīng)物，通過別構(gòu)效應(yīng)影響酶的活性，從而有效調(diào)節(jié)體內(nèi)嘧啶核苷酸的生物合成。ATCase變構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特徵Vmax1/2Vmaxv[S]+CTP+ATP43

12ATP使酶飽和同工酶催化相同的化學(xué)反應(yīng)是因?yàn)樗鼈兓钚圆课坏慕Y(jié)構(gòu)相同或者相似。同工酶：催化相同化學(xué)反應(yīng)但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等方面存在明顯差異的一組酶。二、同工酶(isoenzyme)第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)產(chǎn)生原因：①酶蛋白的編碼基因不同；②基因相同但產(chǎn)生的mRNA不同或者翻譯產(chǎn)物加工過程不同而產(chǎn)生的。實(shí)例：乳酸脫氫酶（LDH）COOHCCH3OH+NADH+COOHCCH3HHONAD++LDH+乳酸丙酮酸實(shí)例：乳酸脫氫酶（LDH）結(jié)構(gòu)基因多肽亞基mRNA四聚體abLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)H:心肌型M：肌肉型不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH