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生物化学-课件


绪 论
? 一、概 念

? 简单地说就是研究生命的化学,是利用化学的
理论和方法来研究生物的化学组成和生命活动

过程中的化学变化及其规律的科学。目的是阐
明生命现象的化学本质。

1

内 容
? (1)研究生物体的化学组成:有机物、无机物和 水;

? (2)研究组成生命的物质的结构和功能;
? (3)研究生命活动过程中的化学变化和规律 ? (4)新陈代谢的调控 ? (5)遗传信息的贮存、传递和表达 ? (6)蛋白质、核酸与生命现象的关系

2

近代生物化学的发展

植物生化

动物生化

微生物生化 病理生化

农业生化 无机生化

生物化学分支 生理生化

食品生化 临床生化 酶工程

有机生化

细胞工程 基因工程

发酵工程

蛋白质工程

3

四、生物化学在工农业等方面的重要意义
? ? ? ? 1、工业上:工业污水处理、食品发酵、制革等 2、农业上:农作物病虫防治、转基因农作物等 3、畜牧业:克隆“多莉”羊 4、医药卫生:临床上要测定许多生化指标,如 血糖测定、 肝功化验、尿蛋白沉淀等等都离不 开生化。 基因芯片。

4

第三章 蛋白质化学
? 3.1、蛋白质的重要性和一般组成 ? 什么是蛋白质?
– 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过
肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。

5

3.1.1 蛋白质的生物学重要性
? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.生物体的组成成分 2. 催化 3. 运输 4. 运动 5. 抗体 6. 干扰素 7. 遗传信息的控制 8. 细胞膜的通透性 9. 高等动物的记忆、识别机构
6

3.1.2 蛋白质的化学组成
蛋白质是一类含氮有机化合物,除含有碳、氢、 氧外,还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一 些元素,主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元 素在蛋白质中的组成百分比约为: 碳 50% 氧 23% 硫 0—3% 氢 7% 氮 16% 其他 微



N的含量平均为16%——凯氏(Kjadehl)定氮法的理 论基础。
7

蛋白质含量的测定:
)

凯氏定氮法 (测定氮的经典方法

优点:对原料无选择性,仪器简单,方法也简单; 缺点:易将无机氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质 中,不精确。 一般,样品含氮量平均在16%,取其倒 100/16=6.25,即为蛋白质换算系数,其含义是样品 中每存在1g元素氮,就说明含有6.25g 蛋白质); 故: ※ 蛋白质含量=氮的量×100/16=氮的量×6.25

8

3.2 氨基酸—— 组成蛋白质的基本单位
? 3.2.1 氨基酸的结构特点 ? 3.2.1.1氨基酸的结构

– 存在自然界中的氨基酸有300余种,但组成人体
蛋白质的氨基酸仅有20种,且均属 L-氨基酸

(甘氨酸除外)。

9

氨基酸的结构特点:
? (1). 与羧基相邻的α -碳原子上都有一个氨基,因 而称为α -氨基酸 ? (2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α -碳 原子都为不对称碳原子,所以: – A.氨基酸都具有旋光性。

– B.每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构
体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。
10

3.2.2 氨基酸的分类
蛋白质氨基酸: 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸:蛋白质组成中,除上述20种常 见氨基酸外,从少数蛋白质中还分离出一些稀有 氨基酸,它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如 4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。p74 非蛋白质氨基酸:不参与蛋白质组成,在生物体内呈 游离或结合态的氨基酸。 p74
11

常见蛋白质氨基酸的分类
根据侧链基团的结构将20中常见氨基酸分为3大类
中性氨基酸(一氨基一羧基氨基酸)(5种)

含羟基氨基酸 (2种)

脂肪族氨基酸

含硫氨基酸(2种) (一氨基二羧基氨基酸)及其酰胺 (4种) 碱性氨基酸(二氨基一羧基氨基酸 )(2种)

芳香族氨基酸: Phe, Tyr,Trp 杂环族氨基酸: His, Pro
12

中性氨基酸

甘氨酸(Gly,G)

丙氨酸(Ala, A)

缬氨酸(Val, V)

异亮氨酸含 有两个手性 碳

亮氨酸(Leu, L)

异亮氨酸(Ile, I)

13

含羟基氨基酸

丝氨酸(Ser, S)

苏氨酸(Thr, T)

含有羟基的两个氨基酸,苏氨酸含有2个手性碳原子

14

含硫氨基酸

体内代谢甲 基的供体

半胱氨酸(Cys, C)

甲硫氨酸(Met, M)
15

酸性氨基酸及其酰胺

16

碱性氨基酸

17

芳香族氨基酸

18

杂环族氨基酸
吡咯 环

咪唑 基

19

根据R-基团的极性,将氨基酸分为两类:
非极性氨基酸: Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Trp,Met,Pro(8 个)
极性不带电荷:Ser,Thr, Tyr, Asn, Gln, Cys,Gly(7种)

极性氨基酸:
根据pH7时是否带电

极性带正电荷:Lys,Arg, His(3种) 极性带负电荷: Asp , Glu(2种)

20

非极性氨基酸

21

极性不带电荷
按理说应 是极性氨 基酸

22

带正电荷的极性氨基酸

His经常参与酶的活性中心的构成,它是唯一一个R基(咪唑基) 的pKa值在7附近的AA.
23

带负电荷的极性氨基酸

24

特殊情况

25

据营养学 分类

必需AA 非必需AA

人体必需氨基酸有八种: Met Trp Lys Val Ile Leu Phe “假 设 来 写 一 两 本

Thr 书”

26

3.2.3 氨基酸的理化性质 (一)氨基酸的一般物理性质
常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异

(1)

溶解性:各种氨基酸在水中的溶解度差别很大,并能溶

解于稀酸或稀碱中,但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把 氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2) 熔点:氨基酸的熔点极高,一般在200℃以上。 (3) 味感:其味随不同氨基酸有所不同,有的无味、有的为甜、 有的味苦,谷氨酸的单钠盐有鲜味,是味精的主要成分。 (4) 旋光性:除甘氨酸外,氨基酸都具有旋光性,能使偏振光 平面向左或向右旋转,左旋者通常用(-)表示,右旋者用 (+)表示。
27

(5)
? ?

光吸收:
构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有

光吸收,但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。
在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨

酸和色氨酸有吸收光的能力。

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Tyr、Trp、Phe在近紫外光区的最大吸收峰(λ 和摩尔消光系数ε (p77)

max)

?酪氨酸的?max=275nm,
?275=1.4x103 ; ?苯丙氨酸的?max= 257nm,?257=2.0x102; ?色氨酸的?max=280nm,

?280=5.6x103;
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(二)氨基酸的离解性质
? 氨基酸在结晶形态或在水溶液中,并不是以 游离的羧基或氨基形式存在,而是离解成两性离 子。在两性离子中,氨基是以质子化(-NH3+)形式 存在,羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下,两性离子的状态也随之 发生变化。 如果在某一pH 值下,氨基酸所带正电荷的数 目与负电荷的数目正好相等,即净电荷为零,则 称该 pH 值为该氨基酸的等电点 (pI)。
30

? ?

?

各种氨基酸都有其特定的等电点。中性氨

基酸的pI在微酸性;碱性氨基酸的pI在碱性pH
范围;酸性氨基酸的pI在酸性pH范围。 ? 氨基酸在等电点时溶解度最小,易发生沉 淀。工业上利用这一性质提取氨基酸。 pH < pI, 样品带正电荷,样品点向阴极移动 pH > pI, 样品带负电荷,样品点向阳极移动 pH = pI, 样品不带电荷,样品点不移动

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氨基酸等电点的确定
(1)中性氨基酸 ? 等电点(pI)的高低与氨基酸分子两性解离基团 的解离平衡常数有一定关系。用K’1、K’2分别 表示α -COOH和α -NH3+表观解离平衡常数时,它 们的负对数分别用pK’1、pK’2表示,则中性氨 基酸的等电点在数值上等于两个pK’值之和的二 分之一。即: pI = (pK1 + pK2) / 2

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(2)酸、碱性氨基酸
在溶液中氨基酸随pH升高而逐级解离时,总是 pK'值小的基团先解离,pK'值大者后解离。因此, 对于具有三个解离基团的氨基酸,只有靠近等电离子 的两个pK'值影响等电离子的浓度。所以,只要正确 写出解离反应式,皆可根据等电离子两边的pK'计算 其pI值。

33

酸性氨基酸

34

碱性氨基酸

酸性氨基酸: 碱性氨基酸:

pI = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2
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(三)氨基酸的重要化学反应
1.与亚硝酸反应
反应特点: ?(1)脯氨酸不发生该反应; ?(2)只有α –氨基氮可发生此反应,R上的氮几乎不 参与反应。 ?(3)通过测定N2 的体积(摩尔数),可测定游离氨基 氮。

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2.与甲醛反应

反应特点: 反应放出H+ ,可用标准NaOH溶液 滴定,是常用的测定氨基酸的反应。 3.脱羧反应

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4.成盐反应
氨基和羧基分别可与酸和碱成盐。

5.成肽反应
一个氨基酸的α –氨基和另一个氨基酸α –羧基脱水 缩合,生成的酰胺叫做肽,这种酰胺键叫做肽键。
H O H2N C C R1 OH H H N C COOH H R2 H2N H2O H O C C R1 HN H C COOH R2

peptide bond
38

肽结构

39

6.茚三酮反应(鉴别反应)
O OH OH O NH 3+ O O N O OPurple product (or yellow for Pro)

+

R C COOH

Ninhydrin

?-amino acid

在450nm处有最大吸收率,在0.5 -50μ g / ml范围内,氨基酸含量 与光密度成正比。

40

6.茚三酮反应(鉴别反应)
+
水合茚三酮(无色) 加热 (弱酸) 还原性茚三酮
在450nm处有最大吸收率, 在0.5-50μ g / ml范围内, 氨基酸含量与光密度成正比。

+

NH3

CO2
RCHO

+ 2NH3 +
3H20
紫色化合物

还原性茚三酮

水合茚三酮

41

7.羰氨反应:
氨基酸的氨基与糖类的羰基易发生反应,生成羰 氨化合物,进而缩合成更复杂的棕色到黑色化合物 “类黑色素”。食品加工中将这种反应称为褐变。轻 度的褐变可赋予食品一定的色、香、昧。但生成的黑 色素不能被细胞利用,也不能被发酵,不仅影响原料 利用率,而且有毒副作用。

8.个别R基团的反应(略)

42

3.2.6 氨基酸分析
从蛋白质水解液中分离制备氨基酸或者分离分析氨基酸
组成,需要分辩力很强的分离技术。层析法是近代生化中非常 有效的常用分离方法。对于氨基酸混合样品,或者其他各种性

质相近,一般化学方法难以分离的混合样品,如核苷酸、糖类、
蛋白质、维生素、抗生素、激素。等等,都能使用层析法达到 分离分析的目的。 层析分离是利用混合物中各组分的物理化学性质(分子形 状和大小、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数等)的 不同,使各组分以不同程度分布在两相中,其中一个是固定相, 另一个是流动相,当流动相流过固定相时,各组分以不同的速 度移动,而达到分离的方法。
43

层析技术的三个基本构成条件
? 水不溶性惰性支持物。 ? 流动相(能携带溶质沿支持物流动)。 ? 固定相(附着在支持物上,能对各种溶质的流动产生 不同的阻滞作用)。 层析技术的应用 对于分子大小不等的化合物,例如含多种蛋白质 的混合液,宜用分子筛过滤分离;对于能溶于有机溶 剂,难溶于水的化食物,常用吸附层析法分离;对于 既溶于水也溶于有机溶剂的化合物,宜用分配层析分 离;电解质混合物则宜用离子交换层析分离。
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分配层析技术
分配层析是利用各组分的分配系数不同而予以分 离的方法。包括纸上层析、薄层层析、气相层析。

分配系数是指一种溶质在两种互不相溶的溶剂中
溶解达到平衡时,该溶质在两相溶剂的浓度比值。在

层析条件确定后,分配系数是一个常数。以K表示。

固定相中溶质的浓度 K? 流动相中溶质的浓度

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分配层析的基本原理
分配层析中,通常采用一种多孔性固体支持物 (如滤纸、硅胶、纤维素粉、淀粉、硅藻等)吸附着 一种溶剂作为固定相,这种溶剂在层析过程中始终固 定在多孔支持物上。 另一种与固定相溶剂互不相溶的溶剂可以沿固定 相流动,即流动相。溶质在流动相的带动下流经固定 相时,溶质在两相之间连续动态分配。由于不同溶质 的分配系数不同而分离。

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纸上层析
纸上层析是以滤纸为支持物的一种分配层析。滤
纸能吸收22%-25%的水,其中6%-7%的水以氢键

与滤纸纤维上的羟基结合,难以脱去。所以纸上层析
是以滤纸纤维的结合水为固定相,以有机溶剂为流动 相的层析技术。由于各物质的分配系数不同,移动的 速率也就不同,从而达到分离的目的。

47

纸层析的Rf值
溶质在滤纸上移动的速率用Rf值表示:

48

纸层析的操作
1.样品处理 尽可能纯化,调节pH、浓度。 2.点样 将样品溶液用微量注射器点在原点。 3.平衡 在密闭层析缸内用溶液系统的蒸汽将滤纸饱和。 4.展开 将滤纸的一端浸入溶剂中,让其沿滤纸移动。
5.显色 为了看清斑点,用显色剂显色。 6.定性分析 计算Rf值,进行定性。 7.定量分析 剪洗比色、直接比色、面积测量。
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离子交换柱层析
离子交换柱层析是用离子交 换剂作为水不溶性支持物兼固定 相,装成层析柱,用不同pH和不 同离子强度的缓冲液作流动相( 洗脱液)构成的柱层析技术。这 是目前应用非常普遍的分离技术, 无论实验室还是生产领域都有广 泛的实用性。

50

3.3 肽
? ? ? ? 3.3.1 肽的结构 肽:氨基酸通过肽键相连形成化合物称为肽。 肽键:由一个氨基酸的α -羧基与另一个氨基酸的α -氨基脱水缩合形成 的酰胺键,称为肽键。 肽链:氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。

?
? ? ?

aa残基:肽链中的aa因脱水、缩合而稍有不全。
肽链主链骨架:在肽链中除去α 碳上的R基和H外,剩下的部分为肽链主 链骨架。 侧链基团:氨基酸残基中与α -碳相连的R基团 肽链的方向性:左边:N-端(氨基末端) – 右边:C-端(羧基末端) 肽链书写方式:N端→C端

?

在多肽链中,氨基酸残基按一定的顺序排列,这种排列顺序称为氨基酸顺
序。
51

命名:根据氨基酸组成,由N端→C端命名
O H3C CH NH 2 C O HN CH 2 C HN CH CH 2 CH H3C CH 3 COOH

丙氨酰甘氨酰亮氨酸 Ala-Gly-Leu (or Ala?Gly?Leu)
52

3.3.2 肽的理化性质
? 1)每种肽也有其晶体,晶体的熔点都很高。 ? 2)在pH0-14范围内,肽的酸碱性质主要来自游离 末端?-NH2和游离末端?-COOH以及侧链上可解离的 基团。 ? 3)每一种肽都有其相应的等电点

53

4)颜色反应
? 双缩脲反应:

– 双缩脲是两分子尿素经过加热失去一分子的NH3而得到
的产物. – 双缩脲与碱性硫酸铜作用生成蓝色的铜----双缩脲络

合物,称为双缩脲反应.
– 含有2个以上肽键的多肽,具有与双缩脲相似的结构特 点,也能发生双缩脲反应,生成紫红色或蓝紫色络合物, 此反应应用于多肽链的定量测定. ? 茚三酮反应

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3.3.3 天然存在的活性肽
? 活性肽:以游离状态存在于生物体内的具有特殊生理功能的 一类分子质量比较小的多肽. ? 肌肽和鹅肌肽:二肽;抗氧化作用 ? 谷胱甘肽(GSH):三肽;参与细胞氧化还原反应 ? 脑啡肽:五肽;镇痛作用 ? 催产素和加压素:九肽 ? 促肾上腺皮质激素:39肽,刺激肾上腺皮质的发育和分泌 ? 多肽抗生素:抗细菌 ? α -鹅膏蕈碱:8肽,抑制真核生物RNA聚合酶II的活性,使 RNA的合成不能进行。

谷胱甘肽(GSH)
全称为γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基可氧化、 还原,故有还原型(GSH)与氧化型(GSSG)两种存 在形式。

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谷胱甘肽的生理功用:
? 解毒作用:与毒物或药物结合,消除其毒性作用; ? 参与氧化还原反应:作为重要的还原剂,参与体内 多种氧化还原反应; ? 保护巯基酶的活性:使巯基酶的活性基团-SH维持还 原状态; ? 维持红细胞膜结构的稳定:消除氧化剂对红细胞膜 结构的破坏作用。

56

3.4 蛋白质的分类
? 1)化学结构 – 完全由氨基酸构成——简单蛋白 – 含有非蛋白部分——结合蛋白

57

? 2)蛋白质的形状 – 球状蛋白 – 纤维状蛋白

? 3)生物功能 –活性蛋白/非活性蛋白 –酶,运输蛋白,营养和储 存蛋白,收缩蛋白或运动 蛋白,结构蛋白,防御蛋 白

58

4)溶解度

59

3.5 蛋白质的结构
? 3.5.1 蛋白质的一级结构 是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序和连接 方式。
H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO ···- NH-CH-COOH R1 R2 R3 R4 Rn

氨基酸残基

60

3.5.2 蛋白质的空间结构
?
? 蛋白质的一级结构不具有功能,只有形成正确的结构才 具有功能。 二级结构以上的结构叫高级结构,由于高级结构是指各原 子或基团在空间上的分布,所以又叫空间结构,或三维结构、 蛋白质构象。

? 构型:Configuration 一个化合物分子中原子的空间排列,这种排列的改变会引 起共价键的形成和破坏,与H键无关。 是小分子化合物具有 的结构。 ? 构象:Conformation 表示多肽结构中一切原子沿共价键转动而产生的不同空间 排列,这种构象的改变会引起H键的形成和破坏,与共价键无 关。为多肽等大分子物质具有的结构。
62

多肽链折叠的空间限制
? 1.酰胺平面 amide plane ? 2.二面角(φ 和ψ ) – 一个 Cα 原子相连的两个肽平面,由于 N 1 —Cα 和 Cα —C 2 (羧基碳)两个键为单键,肽平面可 以分别围绕这两个键旋转,从而构成不同的构象。 一个肽平面围绕 N 1 —Cα (氮原子与 α — 碳原 子)旋转的角度,用 Φ 表示。另一个肽平面围绕 Cα —C 2 ( α — 碳原子与羧基碳)旋转的角度, 用 Ψ 表示。这两个旋转角度叫二面角 ( dihedral angle )。

63

3.5.3 蛋白质的二级结构
? 指蛋白质多肽链主链骨架中的若干肽段各自沿 着某一个轴盘旋或者折叠,并以H键维系,从 而形成的有规则的局部的空间排列方式

? 蛋白质的二级结构主要有?-螺旋、?-折叠、?转角 ? (1) α-螺旋 – ①肽平面: – ②α-螺旋:

64

肽平面
? 由于肽键具有部分双键性质,不能自由旋转,所以连接在肽键两端 的基团处于一个平面上,这个平面称为肽平面------蛋白质构象的基 本单元 ? 平面特征: ? (1)肽键具部分双键性质 ? (2) 肽键的4个原子与2个碳原子组成一个刚性平面

α -螺旋(α -helix)
肽链主链骨架绕螺轴卷曲上升而形成的一种构象。大 多为右手螺旋,是蛋白质最常见的二级结构,在生物体中, 肽链合成后自发形成α-螺旋结构。 ? 1951年由Pauling和Corey提出。
?
65

(2)其它二级结构
? β -折叠 ? β -转角 ? 自由回转或无规卷曲(randon coil) ? 蛋白质二级结构的稳定因素: 氢键.

66

β-折叠 :
? 多条多肽链或多肽链的一部分与另一部分并排
地排列,靠链间或链内AA残基上的C=O和另外一个

AA残基的N-H形成氢键维系的一种片状结构。
? 基本特征: 肽链的主链比较伸展,呈锯齿桩折叠 构象, ?-碳原子总是处于折叠的角上,氨基酸的R 基团处于折叠的棱角上。?-折叠有两种类型:一种 为平行式,另一种为反平行式

67

β-转角 :
? 指主链发生了一个180度的回折,回折 的拐角就叫?-转角. ? 常有4个氨基酸残基组成,第二个残基 常为脯氨酸。

68

自由回转或无规卷曲(randoncoil):
? 指那些没有明确重复周期结构的“卷曲结 构”,它并非是“无规”卷曲,而是有序的 非重复结构。 ? 这些无规卷曲结构常常构成蛋白质的活性结

构部位和特异功能部位。

69

3.5.4

蛋白质的超二级结构

是指二级结构的基本单位( α -螺旋、 β -折

叠等)相互聚集,形成有规律的二级结构的聚集 体。
超二级结构有三种基本组合形式: α -螺旋的聚集体( α α ) α -螺旋和 β -折叠的聚集体(β α β )

β -折叠的聚集体( β β β 和β Cβ )

70

? 蛋白质的结构域
1970年Edelman C.为了描述免疫球蛋白(IgG) 分子的构象,提出了结构域的概念。在较大的球状 蛋白质分子中,多肽链往往形成几个紧密的球状构 象,彼此分开,以松散的肽链相连,此球状构象就 称为结构域。 特点: A 结构域之间有一段肽链相连—铰链区

B 各个结构域可以相似或不相同
C 结构域一般为酶活性中心
72

3.5.5 蛋白质的三级结构
? 指多肽链在二级结构的基础上,通过侧链基团

的相互作用进一步卷曲折叠,借助次级键使?-螺
旋、?-折叠、?-转角等二级结构互相配置而形成 的特定构象。 ? 如:鲸肌红蛋白的三级结构

74

特点:
? A.从整个分子的三级结构的外形看是球形或 者是椭球形,分子紧密。 ? B.在分子内部形成一个疏水的核,它是大部 分非极性基团卷入分子内部形成。 ? C.分子表面是极性的,形成一个亲水的外壳, 这是由于极性基团位于分子表面形成,它们在分 子的表面分布不均匀,形成了很多性质不同的小 区——微环境。 ? D.在分子表面上有一条深陷的裂隙,其中分 布的基团不同。

75

3.5.6 蛋白质的四级结构
? 蛋白质的四级结构:由2条或2条以上的具有三级 结构的多肽链聚合而成的特定构象的蛋白分子称为蛋 白质的四级结构。

? 特点:


– –

A.构成蛋白质分子四级结构的单位称为亚单位或 亚基。
B.亚基之间以非共价键相连接。 C.具有实际结构的蛋白质分子只有构成四级结构 以后生物学功能才完整。

76

亚基
? 构成蛋白质的多肽链,每条肽链都具有独立 的三级结构,且都以非共价键相连,我们把这样 的每条肽链叫做一个亚基或亚单位。 ? 每个亚基一般由一条多肽链构成,有时也可 由两条多肽链构成,如肽链间通过-S-S-相连成为 一个亚基。

3.5.7 蛋白质分子中的重要化学键
1、共价键:肽键、二硫键等。主要是形成蛋白 质一级结构。 2、次级键:H键、盐键、疏水键、范德华力等。 主要用于维持蛋白质空间结构的稳定性。
77

3.6 蛋白质的重要性质
? ? ? ? ? ? ? 3.6.1 胶体性质 1.蛋白质分子的直径在胶体的范围内; 2.蛋白质胶体溶液稳定的因素: (1)直径1-100nm; (2)溶剂化层 (3)表面带有同种电荷 丁达尔现象 3.蛋白质胶体性质: ? 当一束光线透过胶体,从入射光的垂直方向 – (1)布朗运动 可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通 – (2)丁达尔效应 路”,这种现象叫丁达尔现象,也叫丁达尔效 – (3)不能透过半透膜 (透析) 应(Tyndall effect)。 – (4)电泳

78

3.6.2 蛋白质的两性解离及等电点
? 1、蛋白中的解离基团 ? AA是两性解离物质,蛋白质是由各种AA组成

的高分子,其AA残基上的侧链基团在一定的pH条
件下可以进行酸式解离或碱式解离,使蛋白质带

电。

79

2. 等电点:
在某一pH时,它所带的正负电荷数相等,即净电 荷为0,在电场中既不会向阳极移动,也不会向阴极移

动,此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点,用pI表示。

COOH Pr NH3
+
pH<pI

OH H

-

COOPr NH3
+
pH=pI

OHH
+

COOPr NH2

+

pH>pI?
80

电泳
? 在电场中,如果蛋白质分子所带正电荷多于 负电荷,净电荷为正,则向负电极移动,反之,

净电荷为负,向正极移动,这种泳动现象称电泳。
? ? 蛋白质在等电点pH条件下,不发生电泳现象。 利用蛋白质的电泳现象,可以将蛋白质进行 分离纯化。

81

3.6.3 变性与凝固
? 3.6.3.1 变性作用 ? 当天然蛋白质受到某些物理或化学的因素影响,

使其分子内部原有的空间结构发生变化时,理化性质
改变,生物活性丧失,并未导致蛋白质一级结构的变 化,这种过程称为蛋白质的变性作用。 ? 变性后的蛋白质叫变性蛋白质,通常都是以固体 状态存在,不溶于水和其它溶剂。

82

变性的可逆性——复性:
? 如果引起蛋白质变性的因素较为温和,蛋白质 的空间结构仅有轻微局部改变,当除去变性因素后, 蛋白质的空间结构恢复到接近原来的状态,其理化 性质、生物活性也恢复,这个过程称为复性。

? 如:

83

? 1.变性因素:热、紫外光、强酸(碱)、剧烈搅拌、 重金属、生物碱等 ? 2.变性蛋白的几个特点: – A 蛋白质变性后丧失生物活性。 – B 变性蛋白质溶解度显著降低,不溶于水,易 形成沉淀析出,溶于酸碱中。

– C 肽链松散,反应基团如-SH、-S-S-、酚羟基 等数目增多。
– D 变性蛋白易被蛋白酶水解。

84

3.6.3.2 凝固作用
?
天然蛋白质变性后,所得的变性蛋白质分子 互相凝聚或互相穿插缠结在一起的现象称为蛋白 质的凝固。 ? 凝固作用分两个阶段: 1、变性 2、失去规律性的肽链聚集缠结在一起而凝固

85

3.6.4 别构作用
? ——含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而 引起其余亚基和整个分子构象性质和功能发生改 变的作用。 ? 别构效应: ? 别构部位:

? 例如:血红蛋白的别构现象

86

3.6.5 沉淀作用
? ? 蛋白质分子从溶液中离析出来叫做沉淀反应。 要使蛋白质沉淀可用两种方法:中和电荷和 破坏水化层。 ? 1.可逆沉淀 ? 在温和条件下,通过改变溶液的pH或电荷状 况,使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。蛋白质在 沉淀过程中,结构和性质都没有发生变化,在适 当的条件下,可以重新溶解形成溶液,这种沉淀 又叫非变性沉淀。可逆沉淀是分离纯化蛋白质的 基本方法,如pI沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀 法。

87

2.不可逆沉淀
? 在强烈沉淀的条件下,不仅破坏蛋白质胶体溶 液的稳定性,而且也破坏了蛋白质的结构和性质, 产生的蛋白质沉淀不可能重新溶解于水。
由于沉淀过程发生了蛋白质结构和性质的变化, 所以又称为变性沉淀。

?

? 如加热、强酸(碱)、重金属、生物碱沉淀等等。
3.6.6 沉降作用 (p128,自学) 3.6.7 蛋白质的水解 肽键破坏

88

3.6.8 蛋白质的颜色反应
反应名称 试 剂 颜色 反应有关基团 有此反应的 蛋白质或氨 基酸

双缩脲反应 米伦反应 黄色反应
乙醛酸反应 Hopking-Cole 坂口反应 Sakaguchi 酚 试 剂 反 应 Folin-Cioculteu

NaOH CuSO4



紫色或 粉红色 红色 黄色、 橘色 紫色 红色 蓝色

二个以上肽 键 —OH

所有蛋白 质 Tyr Tyr、Phe

HgNO3 、 Hg(NO3)2 及 HNO3混合物

浓HNO3及NH3

乙醛酸试剂 及浓H2SO4 α- 萘 酚 、 NaClO3 碱 性 CuSO4 及磷钨酸-钼 酸 茚三酮

N

Trp Arg Tyr α-氨基酸

胍基 酚基

茚三酮反应

蓝色

自由氨基及 羧基

89

3.7 蛋白质结构与功能的关系 3.7.1 蛋白质一级结构与功能的关系

(一)一级结构是空间构象的基础 (二)一级结构与功能的关系
这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病, 称为“分子病”。
? ? ? ?

分子病 e.g.:镰刀型细胞贫血症就是由于一个氨基变异产 生的遗传病。 -Glu-亲水 ―Val― 疏水
90

(二)血红蛋白的构象变化与结合氧
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合, Hb与O2结合后称为

氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数(称百分饱和度)随O2
浓度变化而改变。

* 协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后,能影响此 寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象,称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同(positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效 (negativecooperativity)
91

变构效应(allosteric effect)
蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化,称为

变构效应。

(三)蛋白质构象改变与疾病
蛋白质构象疾病:若蛋白质的折叠发生错误, 尽管其一级结构不变,但蛋白质的构象发生改变, 仍可影响其功能,严重时可导致疾病发生。

92

蛋白质构象改变导致疾病的机理:有些蛋白质错 误折叠后相互聚集,常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤

维沉淀,产生毒性而致病,表现为蛋白质淀粉样纤维
沉淀的病理改变。 这类疾病包括:人纹状体脊髓变性病、老年痴呆 症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。

93

疯牛病中的蛋白质构象改变

疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引
起的一组人和动物神经退行性病变。

正常的PrP富含α -螺旋,称为PrPc。
PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β 折叠的PrPsc,从而致病。 PrPc α-螺旋 正常 PrPsc β-折叠 疯牛病
94

3.8 蛋白质的分离纯化和鉴定
? 纯化的实质: 增加制品(preparation)的纯度或比活性 ? 一般程序: 前处理、粗分级、细分级、浓缩与保存
前处 理 粗 分 离 细 分 离

生物组织 无细胞提取液
破碎、溶 解、差速离心

选择性沉淀法
电泳 离子交 换层析 凝胶 过滤

亲和 层析

疏水 层析

吸附 层析

精制后的蛋白质
95

分离纯化蛋白质的主要方法
? ★根据蛋白质的溶解度分离

? ★根据电荷差异分离
? ★根据分子大小分离 ? ★根据配体特性异性分离(亲和层析)

? ★选择性吸附分离(物理吸附)
? ★根据疏水性的差异

96

蛋白制品的含量分析、纯度鉴定 与活性分析
? 总蛋白含量分析:凯氏定氮法、Folin-酚法 (Lowry法)、双缩脲法、考马斯亮蓝法、紫外吸 收法 ? 特定蛋白组分的含量分析:
? 酶和激素等:酶活性或激素活性表示(比活性)

? 其它蛋白:抗原抗体反应(western blot)

97

根据分子组成测定最小分子量
如肌红蛋白含0.335%的铁 Fe分子量 55.8 最小M= Fe(%) = 0.335 =16700 (实为16900马心) 牛血清白蛋白含Trp0.58% 最低M=35200,实际为69000,含2个Trp

98

第四章 核酸的化学
一切生物体不可缺少的组成部分,核酸 的研究是分子生物学的重要领域

99

4.1 核酸的概念和重要性
? ? 1869年由瑞士Friedrich.Miescher从外科绷带上脓细

胞的细胞核中分离出。
含P量高并且有很强的酸性,由于从细胞中分离出来, 当时称为核素,这种核素就是今天的脱氧核糖核蛋白。核 素中脱氧核糖核苷酸的含量为30%。 ? 任何机体都含有核酸,核酸占细胞干重的5-15%。

100

生物作用
? 是生命遗传信息的携带者和传递者。

? --不仅对生命的延续、生物物种遗传特性的保持、
生长发育、细胞分化等都起重要作用,而且与生物变

异等也密切相关
?

1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构

101

4.2

核酸的类别、分布、组成

? 4.2.1 类别 ? 核糖核酸(ribonucleicacid,RNA):最早从酵母 中提取出来,又称酵母核酸. ? 脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA): 最早从动物胸腺中来,称为胸腺核酸. ? 1. 脱氧核糖核酸(DNA) ? 分子量106-1011道尔顿,生物进化程度超高,分子量 越大,是遗传信息的载体。任何一个体细胞都有发育成为 一个生物个体的完整的遗传信息,同时兼有存储和传递遗 传信息的重要功能。 ? 2. 核糖核酸(RNA) ? 在自然界除病毒直接以RNA作为遗传物质外,其它生 物体内RNA分三大类。
102

?

(1)核糖体RNA:占总量的80%。特点:分子量较 大,在106左右;稳定,一般与蛋白质结合成核糖 核蛋白体。功能:为蛋白质的生物合成提供工作场 所。 ? (2)转运RNA:15%左右,分子量在23000-28000。 功能:在蛋白质生物合成中起选择性地运输aa的作 用。 ? (3)信使RNA:5%以下,以DNA为模板,在RNA聚合 酶的催化下合成。特点:代谢活跃,更新迅速,寿 命短,不稳定。分子量一般在0.2-2.0× 106。功 能:在蛋白质的生物合成中起传递遗传信息的作用。

103

4.2.2 分布
? DNA:细胞核上占90%以上;细胞质中:1-10%,主要在线
粒体和叶绿体上. ? RNA:细胞质中:占90%以上;细胞核中:10%以下,在核 仁.核浆和染色体上.

4.2.3 组成
核酸的基本结构单元为核苷酸(nucleotide)。 核酸由成百上千个单核苷酸以磷酸二酯键连 接而成高分子聚合物。 核苷酸由核苷和磷酸组成,而核苷由戊糖和 碱基组成。
104

核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide

核苷 nucleoside

磷酸 phosphate

嘌呤碱 purine base :A、G 或 嘧啶碱 pyrimidine base:U、C、T (碱基 base)

核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose (戊糖 amyl sugar)

105

戊 糖
HO CH2 5? O OH HO CH2 O OH

4? 3?
OH

1? 2?
OH OH

核糖(ribose) (构成RNA)

脱氧核糖(deoxyribose) (构成DNA)
106

核糖和脱氧核糖
HOH2C O
2

OH
1

HOH2C

O
2

OH
1

OH OH
β-D-核糖

O

OH H
β-D-2-脱氧核糖

核糖 + H

+

Δ

甲基间苯二酚 糠醛 FeCl3

绿色产物 RNA和DNA定性、定量测定

脱氧核糖 +

H+

Δ

ω-羟基-γ-酮 二苯胺 戊醛

蓝色产物

107

碱 基
N

NH2

嘌呤(purine)
NH

N

N 7 8 9 NH

5 4

6 3 N

1N 2

腺嘌呤(adenine, A)
O N

N

NH

NH

鸟嘌呤(guanine, G)

N

NH2
108

嘧啶(pyrimidine)
5 4 3 2 N

O

NH

6 1 NH
NH2

NH

O

尿嘧啶(uracil, U)
O H3 C

N
NH

NH

NH

O

O
109

胞嘧啶(cytosine, C)

胸腺嘧啶(thymine, T)

五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨 基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质 酸碱环境的影响。
O HN C N OH C N OC + H+

酮式 NH2+ HN 亚氨基
+

烯醇式 NH2 HN 氨基
110

NH2 N + H+

4.3 核苷与核苷酸
? 4.3.1核苷 ? 碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核 苷(脱氧核苷)。 – 核苷:AR, GR, UR, CR NH2 – 脱氧核苷:dAR, dGR, dTR, dCR
N HO CH2 O N1 O

1?
OH OH
111

4.3.2. 核苷酸 核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键 连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。
RNA的成分

NH2 NH2 N N

O

核苷酸:

HO

P HO

CH2

AMP, GMP, UMP, CMP OH 脱氧核苷酸:

O

N N

O O

dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
DNA的成分

OH OH OH
112

体内重要的游离核苷酸及其衍生物
? 多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTP

? 环化核苷酸:

cAMP,cGMP

? 含核苷酸的生物活性物质:
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP 各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和 DNA合成的直接原料。
在体内能量代谢中的作用: ATP——能量“货币” UTP——参加糖的互相转化与合成 GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成 CTP——参加磷脂的合成

第二信使——cAMP

cGTP
113

4.3.2.2 核苷酸的性质
? 一般物理性质 ? 互变异构现象:

? 紫外吸收:260nm
? 核苷酸的两性解离和等电点:

114

4.4 DNA的结构
? 4.4.1 DNA的一级结构
? ?
?

一级结构指其核苷酸的排列顺序。由于核苷 酸间的差异主要是碱基不同,也称碱基序列。 DNA:四种脱氧核苷酸按一定顺序以磷酸二酯 键相连形成的聚脱氧核苷酸链。

多聚核苷酸链一端的C5′带有一个自由磷酸基,称 为5′-磷酸端(常用5 ′ -P表示);另一端C3 ′带有 自由的羟基,称为3′-羟基端(常用3 ′-OH表示)。 ? 多聚核苷酸链具有方向性,当表示一个多聚核苷酸 链时,必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。 ? 规定DNA的书写顺序是5 ′ → 3 ′ 。
115

一级结构的表示法:

线条式
5?

3?

字母式

结构式

116

4.4.2 DNA的二级结构
? 1
? 2 ? 3 ? 4

Chargaff规则
DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型) DNA双螺旋结构特征及意义 DNA双螺旋的多态性

117

Chargaff规则
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性,
在1950年总结出DNA碱基组成的规律: 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T。

鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等,即G=C。
含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数,即 A+C=G+T。 嘌呤的总数等于嘧啶的总数,A+G=C+T。

118

2

DNA的双螺旋结构 (Watson-Crick模型)

1953年,J. Watson和F. Crick 在前人研究工作 的基础上,根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型, 提出了著名的DNA双螺旋结构模型,并对模型的生物 学意义作出了科学的解释和预测。

119

5?
?

3?

DNA分子由两条DNA单链组成。

?

DNA的双螺旋结构是分子中
两条DNA单链之间基团相互

识别和作用的结果。
?

双螺旋结构是DNA二级结构 的最基本形式。

5?

120

3?

3 DNA双螺旋结构特征
1) 2) 两条链反向平行,围绕同一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径2nm,表面有大沟和小沟。 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧,碱基垂直于螺 旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10个碱基对 (bp),螺距 为3.4nm。 碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行 3) 两条链通过碱基间的氢键相连,A对T有两个氢键,C 对G有三个氢键,这种A-T、C-G配对的规律,称为碱基互 补规则。 4) 维持双螺旋稳定的因素:横向为氢键,纵向为碱基间 的堆积力。
121

3) 两条链通过碱基间的氢键相连,A对T有两个 氢键,C对G有三个氢键,这种A-T、C-G配对的规 律,称为碱基互补规则。 4) 维持双螺旋稳定的因素:横向为氢键,纵向 为碱基间的堆积力。

122

碱基互补配对
A T C G

123

DNA大小的计算
? ? ? ? DNA的分子大小取决于组成DNA的碱基对(bp或kb) 的数目 DNA分子量=核苷酸对的平均分子量×核苷酸对数目 DNA分子长度=核苷酸对之间的轴距×核苷酸对数目 核苷酸对数目= DNA分子量÷核苷酸对的平均分子 量

124

DNA双螺旋结构的意义
该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征,最有价值 的是确认了碱基配对原则,这是DNA复制、转录和反转录的分 子基础,亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出 是上世纪生命科学的重大突破之一,它奠定了生物化学和分子 生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。

DNA结构的多样性
? DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。右手螺 旋结构是在生理盐水溶液中提取的DNA的结构,目前将这种结构 称为B-DNA。 ? 1979年,Alexander Rich发现了左手螺旋,称为Z-DNA,另 外也有A-DNA的存在。
125

外 形
A型

碱基 距离
0.23

直径 nm
2.55

螺旋 方向
右手

螺距 nm
2.46

碱基 数目
11

螺旋 表面
大小沟

短 粗

B型

适 中
细 长

0.34

2.37

右手

3.40

10.4

大小沟

Z-DNA

0.38

1.84

左手

4.56

12

小沟深
126

4.4.3 DNA的三级结构
DNA的三级结构指双螺旋DNA分子通过扭曲和折 叠所形成的特定构象--超螺旋结构。

螺 旋 超 螺 旋

127

超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同,超螺旋的方向是 左手的,是旋紧双螺旋后形成 负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反,超螺旋的方向是 右手的,放松双螺旋后形成

重要意义:
使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中;推 动DNA结构的转化以满足功能上的需要。如负超螺旋

分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性,利于
复制和转录。
128

4.4.4 真核细胞染色体DNA的结构
? 1、 DNA在真核生物细胞核内的组装

? 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成,其基本单位是
核小体(nucleosome)。

核小体的组成
? ? ?

DNA:约200bp 组蛋白:H1、H2A,H2B、H3、H4 双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕, 从而形成特殊的串珠状结构,称为核小体。核 小体结构属于DNA的三级结构。
129

2 DNA和基因组
? 1)原核生物基因组的特点 – 结构简练;存在转录单元;有基因重叠现象 ? 2)真核生物基因组的特点 – 有重复序列(单拷贝序列、中度重复序列、高 度重复序列) ;有断裂基因;有回文结构 ? 3)DNA的功能 ? DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息, 并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的 物质基础,也是个体生命活动的信息基础。 – 基因从结构上定义,是指DNA分子中的特定区段, 其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。
130

4.5 4.5.1

RNA的结构

RNA一级结构 和类别

4.5.2

RNA二级结构

1、tRNA 的分子结构

2、rRNA的分子结构 3、mRNA的分子结构

131

4.5.1 RNA一级结构 和类别
RNA的一级结构——
RNA分子中各核苷之间的连

接方式(3?-5?磷酸二酯键)和
排列顺序叫做RNA的一级结构。
RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基
5?

OH

3?

OH

OH132

RNA的类别
? 信使RNA(mRNA):在蛋白质合成中起模板作用; ? 核糖体RNA(rRNA):与蛋白质结合构成核糖体, 核糖体是蛋白质合成的场所; ? 转移RNA(tRNA):在蛋白质合成时起着携带活化 氨基酸的作用。

133

4.5.2
1、 tRNA 的结构 tRNA的一级结构特点

RNA二级结构

? 含稀有碱基较多
HN

稀有碱基
O
1NH 5

O HN N N

? 3?末端为 — CCA-OH

O

N R I
次黄嘌呤

R ψ O HN CH2 CH2 N R DHU
二氢尿嘧啶

假尿苷

? 5?末端大多数为G
? 由70~90个核苷酸组成
O

OH N H2N N
m

CH3
7

N

N R G
甲基化的嘌呤 mG,mA

134

* tRNA的二级结构

——三叶草形

氨基酸臂

额外环

135

* tRNA的三级结构 —— 倒L形 * tRNA的功能 活化、搬运氨基酸 到核糖体,参与蛋白质 的翻译。
136

2、 rRNA的分子结构
特征:? ? 单链,螺旋化程度较tRNA低 与蛋白质组成核糖体后发挥其功能 5SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNA 5S rRNA, 23S rRNA 49种蛋白质

真 原 核 生 物 核 糖 体

60S 50S

80S 70S
40S

30S 5sRNA的二级结构 21种蛋白质
137

34种蛋白质 18SrRNA 16S rRNA 33种蛋白质

3、mRNA的结构
mRNA是以DNA为模板合成的,携带着DNA的遗传信息,故 称信使RNA。mRNA又是蛋白质合成的模板,决定着蛋白质(多 肽)中氨基酸的排列顺序。每一种多肽有一种特定的mRNA负 责编码,所以细胞内mRNA种类很多。mRNA的分子大小不一, 相差甚大。

原核与真核细胞的mRNA在结构上的差异 真核细胞5′-“帽子”结构的下游和3′poly(A)的上游分别为5′-端不编码区和3′-端不编 码区,二者之间是其编码区。已知5′-端不编码区 和“帽子”结构是与核糖体结合的区域,与蛋白质 合成的起始有关。至于3′-端不编码的功能,目前 仍不清楚。原核细胞由于没有“帽子”结构,不编 码区位于mRNA的两端。
138

帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位

mRNA的稳定性维系
翻译起始的调控 mRNA的功能:作为蛋白质合成的模板。

139

顺反子

顺反子

顺反子

5?
插入顺序 先导区 插入顺序

3?

末端顺序

原核细胞mRNA的结构特点
140

AAAAAAA-OH
顺反子

5? “帽子”

PolyA 3?

m7G-5?ppp-N-3 ? p

真核细胞mRNA的结构特点
141

4.6

核酸与核苷酸的理化性质

1、 核酸的物理性质 2、 核酸的两性解离性质 3、 核酸的紫外吸收 4、 核酸的变性、复性和分子杂交

5、核酸的熔解温度(Tm)
1、物理性质: ?DNA相对分子质量很大,一般在106-1012, 制品为白色 絮状物。RNA相对分子质量较小,一般在1-10万,制品为 白色粉末。核苷酸也是白色粉末。 ?DNA、RNA和核苷酸都是极性化合物,易溶于水,难溶于 有机溶剂。
142

2、两性解离性质
核酸及核苷酸中碱基上有可解离基团,如胞嘧啶 的N3 ,嘌呤的N1和N7 ,可接受质子带正电荷。磷酸 基团可可进行酸性解离袋负电荷。所以,核酸和嘌呤 核苷酸、胞苷酸是两性化合物,有等电点。尿嘧啶和 胸腺嘧啶不能进行碱性解离,所以它们的核苷酸不是

两性化合物。

143

3 、紫外吸收性质

DNA和RNA的紫外 吸收性质无明显差别。 最大吸收峰258nm,最 小吸收232nm。

144

3

DNA的紫外吸收光谱

0.4

2

光 吸 收

0.3

1

天然DNA 1 变性DNA 2 核苷酸总吸收值

0.2 0.1

3

220

240

260

280
145

波长(nm)

OD260的应用
1. DNA或RNA的定量
OD260=1.0相当于

50μ g/ml双链DNA
40μg/ml单链DNA(或RNA)

20μg/ml寡核苷酸
2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0 样品中若有蛋白质,则A260/A280比值要下降
146

4 核酸的变性、复性和杂交
?
? ?
1)变性:在某些理化因素作用下,DNA双链解 开成两条单链的过程。

变性因素:
– 过量酸,碱,加热等。

变性后理化性质的主要改变:
– OD260增高 粘度下降

147

? 增色效应:DNA变性时其溶液OD260增高的现象。

DNA的紫外吸收光谱
148

?解链曲线:在连续加热DNA的过程中以温度对 A260值作图,所得的曲线称为解链曲线。
149

?

Tm:紫外光吸收 值达到最大值的 50%时的温度称为 DNA的解链温度, 又称熔解温度 (melting temperature, Tm) 。 其 大 小 与 G+C含量成正比。

150

2)DNA的复性与分子杂交
DNA复性(renaturation)的定义
在适当条件下,变性DNA的两条互补链可恢复天然的 双螺旋构象,这一现象称为复性。

热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性,这一

过程称为退火(annealing) 。 减色效应 DNA复性时,其溶液OD260降低。

核酸分子杂交 (hybridization):
热变性的DNA在复性过程中,具有碱基序列部分互补的 不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。
151

核酸分子杂交的应用
研究DNA分子中某一种基因的位置

定两种核酸分子间的序列相似性
检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础

152

4.7 核酸的分离纯化
(1)破碎细胞; 1 核酸的分离纯化的一般步骤: (2)除去蛋白质、脂类、糖类等成分; (3)避免激烈搅拌和振荡; (4)除去RNA(或DNA); (5)抑制相关酶; (6)低温操作。

153

2、 DNA的分离纯化
(1)在破碎细胞的同时,用浓盐酸或十二烷基硫酸钠(SDS)使 DNA与相关的蛋白质解联。 (2)蛋白酶K消化以使蛋白质部分分解。 (3)通过缓冲液饱和的苯酚抽提以除去蛋白质。 (4)通过Rnase消化使RNA降解。 (5)利用氯仿-异戊醇处理,进一步除去蛋白质。 (6)加入二倍体积的无水乙醇沉淀DNA。 (7)琼脂糖凝胶电泳进一步分离和鉴定。 目前在实验室中常常是将细胞匀浆后进行差速离心,制得细 胞核、叶绿体、线粒体和核糖体等细胞器和细胞质,然后再从这 些细胞器中分离某一些RNA。
154

4.8 核 酸 酶
核酸酶是指所有可以水解核酸的酶
?依据底物不同分类 ?DNA酶(deoxyribonuclease, ?RNA酶

DNase)

(ribonuclease, RNase)

?依据切割部位不同分类 ?

核酸内切酶: 限制性核酸内切酶

非特异性核酸内切酶
?

核酸外切酶: 5?→3?或3?→5?核酸外切酶。
155

核酸酶的功能
生物体内的核酸酶负责催化细胞内外核酸的降解

?参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重
要基因复制和基因表达过程

?负责清除多余的、结构和功能异常的核酸,同
时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 ?在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 ?体外重组DNA技术中的重要工具酶

156





? 催化性RNA (ribozyme) ? 序列特异性的核酸内切酶 ? 参与RNA转录后加工修饰 ? 作为针对病毒或肿瘤基因的药物降解mRNA。 ? 催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脱 氧核苷酸片段,也能序列特异性降解RNA。

157

复习题
1.某DNA样品含腺嘌呤15.1%(按摩尔碱基计),计 算其余碱基的百分含量。
2.DNA双螺旋结构是什么时候,由谁提出来的?试述 其基本特点。 3.计算 (1)分子量为3?105的双股DNA分子的长度; (2)这种DNA一分子占有的螺旋圈数。(一个互补 的脱氧核苷酸残基对的平均分子量为618)

4.名词解释:变性和复性
Tm

分子杂交

增色效应

Chargaff定律
158

第五章 酶化学
enzyme 生物催化剂
酶(enzyme) 核酶(ribozyme) 蛋白质

RNA DNA(人工)
159

5.1

酶的概念、命名和分类

? 5.1.1概念 ? 酶是活细胞所产生的一类具有催化功能的生物 大分子。又称生物催化剂。绝大多数酶是蛋白质。 – 核酶(ribozyme):具有高效、特异催化作用的

核酸,主要参与RNA的剪接。

160

几个有关名词
? 底物(substrate, S):酶作用的物质。 ? 产物(product, P):反应生成的物质。

? 酶促反应:酶催化的反应。
? 酶活性:酶催化化学反应的能力。
Ala + α -酮戊二酸 转氨酶 丙酮酸 + Glu

161

惯用名:只取一个较重要的底物名称和反应类型。 乳酸脱氢酶 对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去 反应类型。 底物名称 ——脲酶、淀粉酶、蛋白酶 反应性质 ——脱氢酶、加氧酶、转氨酶 两者结合 ——琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶

酶的来源 ——胃蛋白酶、木瓜蛋白酶

162

5.1.3 酶的分类
– 1.氧化还原酶类(oxidoreductases)
– 2.转移酶类 (transferases )

– 3.水解酶类 (hydrolases)
– 4.裂合酶类 (lyases) – 5.异构酶类( isomerases) – 6.合成酶类 (ligases, synthetases)

163

1、氧化还原酶类
? 主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。

CH3CHCOOH NAD OH

+

CH3CCOOH NADH O

H

+

乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应

164

2、转移酶类
? 催化基团转移反应,即将一个底物分子的基团 或原子转移到另一个底物的分子上。 例如, 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应:

CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH NH2 CH3CCOOH O O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2
165

3、水解酶类
? ? 催化催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如,脂肪酶催化的脂的水解反应:

R COOCH2CH3

H2O

RCOOH

CH3CH2OH

166

4、裂合酶
? 催化从底物上移去某些基团而形成双键的非水 解性反应及其逆反应的酶。 ? 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 例如, 延胡索酸水合酶催化的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O HOOCCH2CHCOOH OH

167

5.异构酶类
? 催化同分异构体的相互转变,即底物分子内基团或 原子的重排过程的酶。

– 例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

6、合成酶类
? 又称为连接酶,能够催化C-C、C-O、C-N 以及 C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应 相互偶联。 – 如:丙酮酸羧化酶。

168

5.2.2 酶蛋白的结构
? 按化学成分酶分为:单纯酶和结合酶 ? ? 1.单纯酶:只由蛋白质组成,如脲酶、淀粉 酶、蛋白酶。 2.结合酶:酶分子中除含蛋白质外,还有非 蛋白成分,而且只有在非蛋白成分与之结合后才 表现酶的活性。 – 全酶=酶蛋白+辅助因子(辅酶或金属离子) – 酶蛋白:决定酶促反应的专一性。 – 辅助因子:直接对电子、原子或基团起作用。
169

酶蛋白
? ? 1.单体酶(monomeric enzyme):仅有一条具 有活性部位的多肽链,水解酶多为此。 2.寡聚酶 (oligomeric enzyme):由几个或 多个亚基以非共价键结合而成,亚基聚合在一起 发挥作用,单个亚基没有催化活性。 3.多酶体系 (multienzyme system):几个酶 镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产 物的一系列顺序反应。 4.多功能酶(multifunctional enzyme): 有 些多酶体系在进化过程中由于基因融合,形成由一 条多肽链具有多种不同催化功能的酶.也称串联酶 170 .

?

?

金属离子 辅助因子(cofactor) 小分子有机化合物

? 金属酶(metalloenzyme)
金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢 失。 ? 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需,但与酶的结合

不甚紧密。
171

? 金属离子的作用 参与催化反应,传递电子; 在酶与底物间起桥梁作用; 稳定酶的构象; 中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。 ?小分子有机化合物的作用 参与酶的催化过程,在反应中传递电子、 质子或一些基团。
172

辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为

辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松,可用透析或超滤的方法 除去。

辅基 (prosthetic group):
与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤的方 法除去。
173

5.3.3 酶的作用特点
? ? ? ? ? ? 作为生物催化剂: (1)催化效率高 (2)酶的作用具有高度专一性 (3)酶易失活(酶的敏感性) (4)酶活力受调节控制 (5)酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关

174

5.4 酶的结构和功能 5.4.1 酶的活性中心
? 必需基团(essential group) – 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中,一些与酶活 性密切相关的基团。 ? 酶分子中与酶的活性密切相关的必需基团,如: His-咪唑基、Ser--OH、Cys--SH、Glu--COOH、Lys— NH2、Arg—胍基??. 酶的活性中心(active center) – 或称活性部位(active site),指必需基团在空间结 构上彼此靠近,组成具有特定空间结构的区域,能与 底物特异结合并将底物转化为产物。
175

?

与底物结合,决 定酶的专一性

结合部位 活性中心

催化部位
底物的敏感键在此处断裂而形成 新键,决定酶的高效性
176

结合部位 活性中心

必需基团

催化部位 维持活性中心的必需基团

酶分子

其它部分(非必需基团)
调控部位
酶分子中存在着一些 可以与其他分子发生某种 程度的结合的部位,从而 引起酶分子空间构象的变 化,对酶起激活或抑制作 用
177

胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 活 性 中 心

酶活性中心的形成 酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定的空间 结构,使相关的AA形成微区。

为Tyr 为Arg 为Glu

248 145 270

为底物

活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
178

5.5 酶的专一性
? 5.5.1 酶的专一性 ? ——一种酶仅能作用于一种物质或一类分子结构 相似的物质,促其进行一定的化学反应,产生一 定的反应产物,这种选择性作用称为酶的专一性。 ? 绝对特异性(absolute specificity)

? 相对特异性(relative specificity)
? 立体结构特异性(stereo specificity)

179

绝对特异性
酶只作用于特定结构的底物,进行一种专一 的反应,生成一种特定结构的产物 。 酶作用于一类化合物或一种化学键。

立体结构特异性
酶仅作用于立体异构体中的一种。

180

5.5.2 酶作用专一性的假说
? 1、1890、Emil Fischer : 锁钥学说

? 基于酶对它所作用的底物 有严格的选择性而提 出.该学说认为:酶和底 物结合时,底物的结构必 须和酶活性部位的结构非 常吻合,就像锁和钥匙一 样,这样才能紧密结合形 成中间产物.

锁钥学说
181

2、1958、 D.E.Koshland:诱导契合学说
? 酶的活性部位具有一定 的柔性,当底物与酶相 遇时,可诱导酶蛋白的

构象发生相应的变化,
使活性部位上有关的各 个基团达到正确的排列 和定向,因而使酶和底 物契合而成中间产物, 诱导契合学说

并引起底物发生反应.
182

1.邻近定位效应:酶与底物结合成中间产物过程中,底 物分子从稀溶液中密集到活性中心区,并使活性中心的 催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的 效应。 2.“张力”和“形变”:酶与底物的结合,不仅酶分子 发生构象变化,同样底物分子也会发生扭曲变形,使底 物分子的某些键的键能减弱,产生键扭曲,降低了反应 活化能。 3.酸碱催化:通过反应物(作为碱)提供质子或从反应 物(作为酸)夺取质子来达到加速反应的一类催化。 4.共价催化:底物分子的一部分与酶分子上的活性基团 间通过共价结合而形成的中间物,快速完成反应。 5. 微环境效应:酶的活性部位常位于分子表面的裂隙中, 是一种微环境,其介电常数低,有利于中间产物的稳定。 183 V↑。

5.7 酶的分离和活力测定
? ? ? ? 1.概念 酶活力就是酶加速其催化的化学反应速度的能力。 2.酶活力的表示方法 酶单位:一定条件下,1分钟内能转化1umol底物 的酶量为一个酶单位。 ? katal(kat):一定条件下,1秒钟内转化1mol底物 所需要的酶量。 ? 3.比活:每mg酶制品所含的酶单位数

184

酶的分离
? ? ? ? ? ? ? 用微生物发酵法来获得大量的酶制剂 酶的分离纯化与P的分离纯化方法相同 生物体内的酶有胞内酶与胞外酶两种 胞内酶:先将细胞破坏,再提取酶. 胞外酶:直接进行分离纯化 常用分离纯化酶的方法: 盐析法 有机溶剂沉淀法 吸附法

185

5.8

酶的反应速率和影响反应速率 的因素

? 5.8.1 酶促反应速度的测量 ? 测定单位时间内底物的消耗量 ? 测定单位时间内产物的生成量
产 物 生 成 量

时间/t

酶的反应过程曲线
186

5.8.2 影响反应速率的因素 5.8.2.1 酶浓度对酶作用的影响
?
反 应 速 度 / V

V=K[E]

酶浓度/[E]

反应速度与酶浓度的关系
187

5.8.2.2 底物浓度对酶作用的影响
? 1.底物浓度对酶反应速度的影响 ? pH、T、[E]固定时,V对[S]作下图
最大反应速度 反 应 速 度 / v

V 混合反应 1/2V

零级反应

一级反应
底物浓度/[S]

底物浓度对酶反应速度的影响
188

2 米氏方程(Michaelis-Menten equation) ? 1913年 L.Michaelis和Menten 推导出反应 ? ??与[S]之间的数学表达式。即米—曼氏方 程式, 后又加入稳态的观点, 加以修改即 成现在的米氏方程。

189

推导基于如下观点:
1. 中间产物学说:

?? E ? S ??? ES ? ? ?? P ? E k
k1 k3
2

– – –

K1、K2 催化的是快速平衡反应 , K3催化的是慢反应 . ???指的是初速 , P量很少, 逆反应不必考虑 . 故: ? = ??K3 [ES] 测初速时不必考

2. [E] 很低 , [S] 远大于 [E] , 故: 虑[E] 的变化.

3. 反应处于稳态 . 度.

即:

[ES] 的生成速度等于分解速

190

由米氏方程可以看出: (1)[S]很小时,[S]《Km,则V=Vmax/Km,一级反应; (2)[S]很大时,[S] 》Km,则V=Vmax,零级反应; (3)[S]处于Km附近时,混和级反应。

Vmax ?S ? v? K m ? ?S ?

191

? (1) Km:当酶反应速度达到最大反应速度的一 3 米氏常数Km的意义 半时的底物浓度,单位mol/L。即:
Vm a x v? , K m ? ?S ? 2

? (2) Km是酶的特征常数之一。只与酶的性质有关 ,而与酶浓度无关。 ? (3) Km可近似表示酶对底物的亲和力; k2 + k3 Km = k1 当K2 >> K3时, Km ≈ Ks ? Km 值愈大,亲和力愈小.
192

? Km值最小的底物称该酶 的最适底物。

(4) Vmax
? 定义:Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度,与 酶浓度成正比。 ? 意义:Vmax=K3 [E] – 如果酶的总浓度已知,可从Vmax计算酶的转换 数(turnover number),即动力学常数K3。 ? 酶的转换数 – 定义 — 当酶被底物充分饱和时,单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。 – 意义 — 可用来比较每单位酶的催化能力。
?

计算反应速度达Vmax的99%时需底物浓度
193

5.8.2.3 pH对反应速度的影响
?

最适pH(optimum pH):

胃蛋白酶

淀粉酶
胆碱酯酶

酶催化活性最 大时的环境pH。



性 0 2

4

6

8

10

pH
194

5.8.2.4 、温度对反应速度的影响
?双重影响 ?最适温度

2.0

(optimum temperature):



1.5

酶促反应速度最 快时的环境温度。
* 低温的应用

1.0

0.5

0

10 20 30 40 50 60

温度 ? C
195

5.8.2.5 激活剂的影响
? 概念:凡是能提高酶活力的物质都称为酶 的激活剂。 ? 种类: ? 金属离子或其它无机离子:Mg2+、Mn 2+、 Co 2+、Cl-。 ? 某些还原剂:如Cys、GSH、氰化物等 ? 具有蛋白质性质的大分子物质:如激活酶 原的酶
196

5.8.2.6 抑制剂的影响
? 1. 概念:凡是使酶的必需基团或酶活性部位中 的化学性质改变而降低酶活性甚至使酶完全丧失 活性的物质称为抑制剂。用“I”表示。 ? 抑制剂对酶的作用称为抑制作用。 ? 区别于酶的变性 – 抑制剂对酶有一定选择性,而变性的因素对 酶没有选择性

197

2 抑制作用的类型
? 不可逆抑制作用

? 可逆抑制作用
– 竞争性抑制 (competitive inhibition) – 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) – 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)

198

(1)
* 概念

不可逆性抑制作用

抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需 基团相结合,使酶失活,不能用透析、超滤等 方法予以除去。
* 举例 有机磷化合物 ?? 羟基酶 解毒 -- -- -- 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 ?? 巯基酶 解毒 -- -- -- 二巯基丙醇(BAL)
199

(2) 可逆性抑制作用
* 概念

抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物 可逆性结合,使酶的活性降低或丧失;抑制剂 可用透析、超滤等方法除去。
* 类型 竞争性抑制

非竞争性抑制
反竞争性抑制

200

① 竞争性抑制作用

定义
抑制剂与底物的结构相似,能与底物竞争 酶的活性中心,从而阻碍酶底物复合物的形成, 使酶的活性降低。

201

* 特点
1. I与S结构类似, 竞争酶的活性 中心; 2. 抑制程度取决 于抑制剂与酶 的相对亲和力 及[S]; 3. 动 力 学 特 点 : Vmax 不 变 , 表 观Km↑。

Vmax [S] V? [I] K m (1? ) ?[S] Ki

Km [I] 1 1 1 ? (1 ? ) ? V Vmax K i [S] Vmax

1/v

抑制剂↑ 无抑制剂

1/[S]
202

* 举例
1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制
琥珀酸
琥珀酸脱氢酶 FAD FADH2

延胡索酸

COOH CH2 C H2 COOH 琥珀酸

COOH CH2 COOH 丙二酸
203

2. 磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制
Glu + H2N COOH PABA + 二氢蝶呤

FH2合成酶

FH 2

FH2还原酶

FH 4

氨甲蝶呤 H2N 磺胺药 SO2NHR

3. 抗代谢物的抗癌作用
204

2. 非竞争性抑制
抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合,底 物与抑制剂之间无竞争关系。

特点:
(1)抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合;

(2)抑制程度取决于[I];
(3)动力学特点:Vmax↓,表观Km不变。

205

2. 反竞争性抑制
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合,

使ES的量下降。
* 特点:

(1)抑制剂只与ES结合;
(2)抑制程度取决与[I]及[S];

(3)动力学特点:Vmax↓,表观Km↓。

206

各种可逆性抑制作用的比较
作用特征 与I结合的组分
表观Km Vmax 竞争性 抑制 非竞争性 抑制 反竞争性 抑制

E
增大 不变

E、ES
不变 降低

ES
减小 降低

207

5.9 其他酶类——酶 的 调 节
? 调节对象 ? 调节方式 酶活性的调节(快速调节) 酶含量的调节(缓慢调节) 关键酶: 1. 2. 3. 4. 一般位于代谢途径的起始或分支处; 催化单向不可逆反应; 活性较低,活性最低者又称为限速酶; 是可调节酶。
208

关键酶

5.9.1 酶原调节
? 1.酶原:某些酶在细胞内合成或初分泌时没有催 化活性,这种无活性状态的酶前身物称为酶原。
? 2.酶原激活:在一定条件下,酶原向有活性酶转 化的过程。 (切去几个AA的肽段)。 – 实质:酶活性中心的形成或暴露过程。

209

? 酶原激活的机理
酶原 在特定条件下 一个或几个特定的肽键断裂,水解 掉一个或几个短肽

分子构象发生改变 形成或暴露出酶的活性中心
210

? 酶原激活的生理意义
避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化,

并使酶在特定的部位和环境中发挥作用,保证
体内代谢正常进行。

有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要
时,酶原适时地转变成有活性的酶,发挥其催

化作用。

211

5.9.2 变构酶
? 变构调节 (allosteric regulation) 一些代谢物可与某些酶分子活性中心以外 的部位可逆地结合,使酶构象改变,从而改变

酶的催化活性,此种调节方式称变构调节。
? 变构酶 (allosteric enzyme) ? 变构部位 (allosteric site) ? 变构效应剂 (allosteric effector) 变构激活剂 变构抑制剂

212

变构酶的特点
① 通常具有四级结构,存在协同效应;
② 含有催化亚基和调节亚基(或催化部位和调节 部位)。 ③ [S]-v关系曲线为S形。

213

5.9.3 共价调节酶——酶的共价修饰调节
? 共价修饰(covalent modification)

在其他酶的催化下,酶蛋白肽链上的一些基 团可与某种化学基团发生可逆的共价结合,从而 改变酶的活性,此过程称为共价修饰。 ? 常见类型 磷酸化与脱磷酸化(最常见) 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 -SH与-S-S互变
214

共价修饰调节的特点
①受共价修饰的酶存在有(高)活性和无(低)

活性两种形式;
②具有瀑布效应(级联效应);

③是体内经济、有效的快速调节方式。

215

第六章 维生素化学

216

6.1

概 述

定义:维生素(vitamin)是机体维持正常功能 所必需,但在体内不能合成或合成量很少,必须由 食物供给的一组低分子量有机物质。 分类:
脂溶性维生素(lipid-soluble vitamin) VA 、 VD、 VE、 VK 水溶性维生素(water-soluble vitamin) VB族、VC 水溶性V—辅酶, 功能: 参与酶催化反应中底物基团的转移 脂溶性V—调控某些生物机能

217

6.2.1 维生素A(抗干眼病维生素)
(1)化学本质与性质 ——不饱和一元醇脂类中萜类衍生物 (2)来源:
? ? ?

动物性食物,植物性食物只含有VA原 A1,主要存在于咸水鱼的肝脏; A2,主要存在于淡水鱼肝脏。

存在形式: 视紫红质(含视黄醛的糖蛋白) 缺乏:夜盲症、影响发育等
218

维生素D的生理功能
(1)化学本质和性质
﹡固醇衍生物 种类:VitD2(麦角钙化醇) VitD3(胆钙化醇) ﹡VitD2原:麦角固醇 VitD3原: 7-脱氢胆固醇 阳光及紫外 麦角固醇→VitD2 胆固醇→7-脱氢胆固醇→VitD3 线作用下 ﹡VitD3的活性形式: 1, 25- (OH)2-VitD3
219

(2)生化作用及缺乏症
1 促进Ca2+在骨骼中沉积 缺乏症 儿童——佝偻病 成人——软骨病 2 帮助吸收VA 烟雾会遮断制造VD的太阳光;

强烈日晒灼伤后,皮肤停止制造VD。

220

6.2.3 维生素E
功能:影响生殖 抗氧化-养颜,保护生物膜 促进血红素合成 缺乏:死胎、细胞异型

6.2.4维生素K(凝血维生素)
生化作用及缺乏症 功能:促进凝血 缺乏表现: 易出血

221

6.3
共同特点

水溶性维生素

﹡易溶于水,故易随尿液排出。 ﹡体内不易储存,必须经常从食物中摄取。 种类 B族维生素和维生素C

222

6.3.1.1 维生素B1
?
?

存在形式:TPP(硫胺素焦磷酸) 生化作用及缺乏症

223

6.3.1.2 维生素B2
(1)化学本质及性质 ﹡维生素B2又名核黄素(riboflavin) (2)存在形式 * 黄素单核苷酸 FMN * 黄素腺嘌呤二核苷酸 (3)功能:脱氢酶辅酶,传递H 缺乏病——舌炎、眼球充血等症状 补充物—牛奶、蔬菜广泛存在,酵母、肝、肾、 蛋、奶、大豆中丰富
224

FAD

6.3.1.3 泛酸(VB3)
?化学结构
3,3-二甲基- 2、4-二羟基丁酸

* 存在方式

辅酶A(CoA~SH) 糖类代谢中起重要的作用

* 功能——酰基转移酶辅酶,传递酰基在脂类与

广泛存在,蜂王浆中含量最多。
辅酶A广泛被作各种疾病的重要辅助药物。

225

6.3.1.5 维生素B6
又称吡哆素,包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺

生理功能:
作为辅酶参加多种代谢反应,包括脱羧、转 氨、氨基酸内消旋、Trp代谢(包括Trp → nicotinamide)、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基 酸的代谢和氨基酸的脱水等。

226

6.3.1.5

生物素(VB7 )

为含硫维生素,其结构可视为由尿素与硫戊 烷环结合而成,并有一个C5酸枝链。 生物素是细长针状的晶体,熔点232℃,耐 热和酸碱,微溶于水。 功能:生物素是多种羧化酶的辅酶, 在CO2固定反应中起重要作用。 分布: 广泛,不易发生缺乏.

227

6.3.1.6 叶酸VB11
(1)化学本质及性质 ﹡叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸
? ?

﹡体内活性形式为四氢叶酸(FH4) 存在形式——四氢叶酸(辅酶F、CoF) 功能:一碳单位脱除酶的辅酶 传递一碳基团

? 含一个碳原子的基团

228

?

叶酸参与嘌呤、嘧啶的合成,间接影 响蛋白质合成。 ? 磺胺类药物可竞争性地抑制细菌叶酸 的合成,导致繁殖中断。

229

功能:

6.3.1.8 维生素B12

1.促进某些化合物的异构作用。 2. 促进甲基转移作用。 3. 维持SH的还原型状态。 4. 促进核酸和蛋白质的生物合成。 5. 维持造血机构的正常运转。 6. 促进上皮组织细胞的新生。

缺乏症: 1. 儿童及幼龄动物发育不良。 2. 消化道上皮组织细胞失常。 3. 造血器官功能失常,导致恶性贫血。 4. 髓磷脂的生物合成减少,损害神经系统。
230

6.3.3 其他维生素
1 硫辛酸 硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸 是6,8-二硫辛酸,有两种形式:即硫辛酸(氧化 型)和二氢硫辛酸(还原型)。在机体内起着酰 基载体和氢载体的作用。

2 辅酶Q
? 辅酶Q又称为泛醌,广泛存在与动物和细菌的 线粒体中。 ? 辅酶Q的活性部分是它的醌环结构,主要功能 是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶,在 酶与底物分子之间传递电子。
231

主要可溶性维生素和相应辅酶
维生素 1. B1(硫胺素) 辅酶 TPP 功能 α -酮酸氧化脱羧

2. B2(核黄素 )
3. PP [尼克酸(酰胺)] 4. 泛酸(遍多酸)

FMN、FAD
NAD+、NADP+ CoASH

氢载体
氢载体 酰基载体

5. B6 [吡哆醇(醛、酸)]
6. 叶酸 7. 生物素

磷酸吡哆醇(醛)
FH4(THFA)

转氨、脱羧、消旋
一碳基团载体 羧化辅酶

8. C(抗坏血酸)
9. 硫辛酸

氧化还原作用
酰基载体、氢载体 变位酶辅酶

10. B12(氰钴氨素)

一碳基团载体
232

第九章 新陈代谢总论 新陈代谢的概念
? 生物体一方面从环境中摄取食物作为营养物 质,另一方面将自身的物质分解成为废物,排泄 到环境中去的过程称为新陈代谢或物质代谢。

能量代谢:伴随生物体内的物质代谢所发生 的一切能量的产生、转化和利用过程。

233

新陈代谢的作用
? ? ? 1.生物体通过新陈代谢获得它所必需的能量。 2.通过新陈代谢建造和修复生物体。 3.通过新陈代谢完成遗传信息的储存、传递和表 达,使生物体繁衍生息。

新陈代谢的特点
1.由多步化学反应组成各反应间有严格的顺序 且相互配合。 ? 2.在比较温和的条件下进行,绝大多数反应由 酶催化。 ?3.新陈代谢作用有高度灵敏的自我调节。
?
234

高能化合物与ATP的作用
? 高能化合物:每mol物质氧化分解释放的能量大于 21kj的物质称为高能化合物。 ? 高能磷酸化合物:含有磷酸基团的高能化合物称 为高能磷酸化合物。 ? 高能化合物的种类:

235

?高能化合物
?高能化合物的类型

按其分子结构特点及所含高能键的特征分: 磷氧键型、磷氮键型、硫酯键型、甲硫键型.

(A)磷酸化合物
(1)焦磷酸化合物 (2)烯醇式磷酸化合物 (3)酰基磷酸化合物 (4)氮磷键型(如胍基磷酸化合物)

236

(B)非磷酸化合物
(1)硫酯键型
O R C SCoA

酰基辅酶A

(2)甲硫键型
COO+ CH NH3

乙酰COA (R--CH3)

CH2 CH2
+ H3C S A

S-腺苷甲硫氨酸

237

最重要的高能化合物—ATP
NH2 N O O- P O
-

N N N H H OH
238

O O- P O
-

O O- P O
-

OCH2 H H

O

ATP的作用 1)能量代谢的偶联剂 2)能量的携带者或传递者

OH

第十章

糖代谢

? 糖代谢可分为糖的分解与糖的合成两个方面: – 糖的分解代谢包括糖酵解—糖的共同分解 途径,三羧酸循环—糖的最后氧化的途径,磷 酸戊糖途径—糖的直接氧化途径; – 糖的合成代谢除光合暗反应—卡尔文循环 外,还包括糖异生—非糖物质形成糖的途径。 光合作用和糖异生形成的单糖,还可进一步合 成多糖。

239

10.3. 糖酵解作用
葡萄糖的磷酸化
第 一 阶 段

糖原(或淀粉) 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖

6-磷酸果糖
第 二 阶 段 第 三 阶 段
1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛?磷酸二羟丙酮

磷酸己糖的裂解

2?1,3-二磷酸甘油酸 2?3-磷酸甘油酸 2?2-磷酸甘油酸 2?磷酸烯醇丙酮酸 2?丙酮酸 2?乳酸
240

丙酮酸和 ATP的生成

生醇发酵
2?乙醇 2?乙醛

? 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖
哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶,分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细 胞中存在的是Ⅳ型,称为葡萄糖激酶。是EMP途径的第一个限速酶。

? 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 ? 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖
EMP途径的第二个限速酶

? 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 ? 磷酸丙糖的同分异构化 ? 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸
EMP途径中唯一的一步脱氢反应糖代谢中第一次氧化还原反应

? 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸
在以上反应中,底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸 化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化。

? 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 ? 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 ? 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸, 并通过底物水平磷酸 241 化生成ATP

EMP途径化学计量和生物学意义A

?总反应式:
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi?2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O

?能量计算:氧化一分子葡萄糖净生成
2ATP或2NADH 6ATP 或 4ATP

?生物学意义:
★ 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过 糖酵解,生物体获得生命活动所需要的能量; ★ 形成多种重要的中间产物,为氨基酸、脂类合成提供碳骨 架; ★ 为糖异生提供基本途径。
242

10.3.2.3 丙酮酸无氧代谢途径
? 1. 酒精发酵
COOH C=O CH3

243

2. 乳酸发酵
COOH C=O CH3

244

10.3.2.2 丙酮酸的有氧氧化
(EMP)
COOH C==O

丙酮酸脱氢酶系
CoASH

O CH3-C-SCoA
CO2

葡萄糖

CH3

乙酰CoA

丙酮酸

NAD+ NADH+H+

三羧酸 循环

葡萄糖的有氧分解
245

2

三羧酸循环

三羧酸循环 (Tricarboxylic Acid Cycle ) 柠檬酸循环(Citric Acid Cycle) Krebs循环 ? 在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物 细胞质中,酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢,彻底氧 化为CO2、H2O并产生ATP的过程。

246

概貌

247

1) 三羧酸循环的反应过程

248

249

250

251

每经历一次TCA循环 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环,以后有2个碳原子通过脱 羧反应离开循环。 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环,其中3对由NADH携带,1 对由FADH2携带。 产生1分子高能磷酸化合物GTP,通过它可生成1分子ATP。 消耗2分子水,分别用于合成柠檬酸(水解柠檬酰CoA)和延胡 252 索酸的加水。

2)丙酮酸氧化分解的能量
乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由NADH及 FADH2经呼吸链传递给O2,由此而形成大量ATP。
碳 源 乙酰CoA → 2CO2 1GTP → 1ATP 能 量 3NADH → 3ATP×3 = 9ATP 1FADH2 → 2ATP×1 = 2ATP 共 12ATP

由乙酰CoA氧化产生的ATP中,只有1/12来自底物
水平的磷酸化,其余都是由氧化磷酸化间接产生。
253

碳 源

丙酮酸 → 乙酰CoA + CO2 → 3CO2 丙酮酸氧化脱羧:1NADH → 3ATP

能 量

共 15ATP

TCA循环:12ATP
葡萄糖彻底氧化经由的途径: EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。 碳 源 能 量 葡萄糖 → 2丙酮酸 → 6CO2 葡萄糖有氧酵解:2ATP + 2NADH → 共 8 ATP 38ATP 丙酮酸有氧氧化:15×2 = 30 ATP
254

真核生物中线粒体外的NADH的 P/O比为2,产能最终为36

2. 三羧酸循环的生理意义
糖 脂肪 乙酰CoA 三羧酸 循环 蛋白质

①三大营养物质的 共同氧化途径。
GTP

2CO2

3NADH(H+)和FADH2 11ADP + 11Pi 呼 吸 氧化磷酸化 链 11ATP 4H2O
255

2O2

②三大物质代谢联系的枢纽。
嘌呤、嘧啶 其他氨基酸 天冬氨酸 乙酰CoA

草酰乙酸

柠檬酸

乙酰CoA

脂肪酸 胆固醇

血红素

琥珀酰CoA

α-酮戊二酸

谷氨酸

其他氨基酸

嘌呤 嘧啶
256

10.3.2.4 乙醛酸循环——三羧酸循环支路
? 在植物和有些微生物体内具有异柠檬酸裂解
酶和苹果酸合酶,前者催化异柠檬酸裂解生成琥

珀酸和乙醛酸;后者催化乙醛酸与乙酰CoA合成苹
果酸

257

乙醛酸循环——三羧酸循环支路
CoASH

乙酰CoA

柠檬酸

草酰乙酸 CoASH 乙酰CoA 乙 醛 ② 酸
苹果酸 三羧酸循环

? 在异柠檬 酸与苹果 酸间搭了 一条捷径



异柠檬酸

琥珀酸
258

生物学意义
? (1)补充三羧酸循环的中间产物 ? (2)植物和微生物体内使脂肪转变为糖

10.3.2.5 戊糖磷酸途径
? 糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主 要径,但不是唯一途径。许多组织细胞中都存在有 另一种葡萄糖降解途径,即磷酸戊糖途径(PPP), 也称为磷酸己糖旁路(HMP)。参与磷酸戊糖途径 的酶类都分布在动物细胞浆中,动物体中约有30% 的葡萄糖通过此途径分解。
259

磷酸戊糖途径的总反应式
6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2+ 12NADPH +12H+

磷酸戊糖途径的生理意义 ?产生大量NADPH作为生物合成所需的还原力。

?HMP途径中生成C3、C4、C5、C6、C7等各种长短不等的 碳链,这些中间产物都可作为生物合成的前体。 ?在特殊情况下,HMP也可为细胞提供能量。
?HMP途径是戊糖代谢的主要途径。

260

1.糖酵解的调节
(1)6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)最重要
AMP、ADP、F-2,6-BP(强) PFK-1 F-6-P ATP、柠檬酸

F-1,6-BP

2.丙酮酸激酶
? 变构调节:F-1,6-BP为变构激活剂; ATP和肝内Ala为变构抑制剂。 ? 共价修饰调节:胰高血糖素通过cAMP和PKA使 261 其磷酸化而抑制其活性。

(3)葡萄糖激酶及己糖激酶
? G-6-P 可反馈抑制己糖激酶. ? 胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成.

262

2. TCA 循环的调节
? 丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬

酸脱氢酶和?-酮戊二酸脱氢酶复合体四个关键酶
存在调节。 1) 丙酮酸脱氢酶复合体 ?变构调节:
AMP、NAD 、CoA、Ca 丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸 ATP、NADH、 脂肪酸
+ 2+

乙酰 CoA

?共价修饰调节: 磷酸化失活;胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化,使其 263 活性增加。

2) 柠檬酸合酶
? 变构激活剂:ADP ? 变构抑制剂:NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP

3) 异柠檬酸脱氢酶
? 变构激活剂:ADP、Ca2+ ? 变构抑制剂:ATP

4) ?–酮戊二酸脱氢酶复合体
? 与丙酮酸脱氢酶复合体相似。 总体说, ? 氧化磷酸化促进TAC。 ? ATP/ADP↑,抑制TAC,氧化磷酸化↓; ? ATP/ADP↓,促进TAC,氧化磷酸化↑。
264

3 磷酸戊糖途径的调节
? 6-磷酸葡萄糖脱氢酶为限速酶。
NADPH/NADP+↑,此途径抑制;

NADPH/NADP+↓,此途径激活。

265

糖异生前体
? (1)凡是能生成丙酮酸的物质均可以转变成G。 ? (2)凡是能转变成丙酮酸、 α - 酮戊二酸、草酰乙 酸的aa均可转变成G。 ? (3)脂肪水解产生的甘油转变为磷酸二羟丙酮后转 变为G。

? (4)反刍动物体内细菌分解纤维素为乙酸、丙酸、 丁酸等、奇数脂肪酸可转变为琥珀酰CoA,然后异生 成G。

266

糖原异生的生理意义
? 对维持空腹或饥饿时血糖的相对恒定具有重要意义。体内糖贮存量 有限,如果没有外源性补充,只需10多个小时糖原即可耗尽。事实上,禁食 24小时,血糖仍能保持正常水平,此时完全依赖糖的异生作用。糖的异生作 用一直在进行,只是空腹和饥饿时明显加强。 ? 体内乳酸利用的主要方式:乳酸很容易通过细胞膜弥散入血,通过 血液循环运到肝脏,经糖异生作用转变为葡萄糖;肝脏糖异生作用生成的葡 萄糖又输送到血液循环,在被肌肉利用。这一过程叫做乳酸循环。可见,糖 异生作用对乳酸的再利用,肝糖原更新,补充肌肉糖的消耗以及防止乳酸中 毒等方面都起着重要作用。 ? 协助氨基酸代谢:大多数氨基酸都是生糖氨基酸,可以转变为丙酮 酸、酮戊二酸和草酰乙酸,参加糖异生作用。实验证明:进食蛋白质后,肝 糖原增加;禁食晚期,由于组织蛋白质分解加强,血液中氨基酸含量增加, 糖异生作用活跃,是饥饿时维持血糖的主要来源。可见氨基酸转变成糖是氨 基酸代谢的重要途径。
267

第十一章 脂质代谢
脂肪的分解代谢 脂肪的生物合成

268

主要生理功能:
1、 储能和氧化供能
1g脂肪在体内彻底氧化供能约38kJ (9kcal),
1g糖彻底氧化仅供能16.7kJ (4kcal)。

2、 生物膜的重要结构成分
甘油磷脂 生物膜脂双层的基本骨架

鞘脂

生物膜的重要成分

3、转变为生物活性物质

269

5、其他作用
? 提供必需脂肪酸 ? 促进脂溶性维生素的吸收 必需脂肪酸 :人体需要但不能在体内合成, 必须由食物供给的脂肪酸,包括亚油酸、亚麻酸和 花生四烯酸。

270

脂类的消化
小肠上段是消化的主要场所

脂类(TG、Ch、PL等 ) 胆汁酸盐乳化 微团 胰脂肪酶、磷脂酶A2、胆固 醇酯酶及辅脂酶等水解 甘油一脂、溶血磷脂、 长链脂肪酸、胆固醇等 乳化 混合微团
271

脂类的吸收
在十二指肠下段及空肠上段吸收

11.5 脂肪的分解代谢

272

11.5.2 脂肪酸的氧化分解(β -氧化)
1. 脂酸的活化
——
O RCH2CH 2C-OH 脂肪酸

脂酰 CoA 的生成(胞液)

* 脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)存
在于内质网及线粒体外膜上
273

= =

+ CoA-SH
脂酰CoA合成酶
ATP AMP PPi

O RCH2CH2C~SCoA 脂 酰~SCoA

= =

2. 脂酰CoA 进入线粒体

关键酶

274

3. 脂酸的β 氧化
O RCH2CH2C~SCoA

= =

脂酰CoA

脱氢

脂酰CoA 脱氢酶

FAD FADH2
α

O RCH=CHC~SCoA
β

= = =

反⊿2-烯酰CoA

加水

⊿2--烯脂酰CoA 水化酶

H2O

O RCHOHCH2C~SCoA
β α

= =

L(+)-β羟脂酰CoA

再脱氢

L(+)-β羟脂酰 CoA脱氢酶

NAD+ NADH+H+

O RCOCH2C~SCoA
β α

= =

β酮脂酰CoA

硫解

β酮脂酰CoA 硫解酶

CoA-SH

O RC~SCoA + CH3CO~SCoA

= =

脂酰CoA+乙酰CoA
275

O H3C (CH 2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C S CoA O

H3C

C S CoA

O H3C (CH 2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C S
O H3C C

CoA
S CoA

O H3C (CH 2)7 CH2 CH2 CH2 C CoA

O
O H3C (CH 2) 7 CH2 C

H3C
S CoA
O C

C

CoA

5 H3C

S

CoA

276

三羧酸循环
乙酰CoA 生成酮体 2ATP
呼吸链

彻底氧化

肝外组织氧化利用

FADH2

H2O

NADH + H+

3ATP
呼吸链

H2O
277

4. 脂酸氧化的能量生成
—— 以16碳软脂酸的氧化为例
脂酸β -氧化是在脂酰基β -碳原子上依次进行脱氢、
加水、再脱氢及硫解4步连续反应,使脂酰基在α 与β 碳原子间断裂,生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰 CoA的过程。 活 化:消耗2个高能磷酸键 β 氧 化: 每轮循环
四个重复步骤:脱氢、水化、再脱氢、硫解 产物:1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+

1分子FADH2

278

7 轮循环产物:8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+

7分子FADH2
能量计算: 生成ATP 8×12 + 7×3 + 7×2 = 131 净生成ATP 131 – 2 = 129

279

11.5.3 脂肪酸的其它氧化分解方式
? 奇数碳原子脂肪酸的分解 ①羧化 ②琥珀酰CoA进入TCA ? 脂肪酸的α -氧化 ? 脂肪酸的-ω 氧化 ? 不饱和脂肪酸的分解

280

11.5.4 乙酰CoA的去路
? 进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及 大量的ATP。 ? 生成酮体参与代谢(动物体内) 脂肪酸β 氧化产生的乙酰CoA,在肌肉细胞中 可进入TCA循环进行彻底氧化分解;但在肝脏及肾 脏细胞中还有另外一条去路,即形成乙酰乙酸、 β -羟丁酸和丙酮,这三者统称为酮体。

281

酮体的生成和利用的总示意图
2乙酰CoA 乙酰乙酰CoA

乙酰CoA
HMGCoA

β-羟丁酸 丙酮

乙酰乙酸

乙酰乙酰CoA
琥珀酸

琥珀酰CoA

2乙酰CoA
282

3.酮体生成的生理意义
酮体是肝输出能源的一种形式,是肌肉组织, 尤其是脑组织的重要能源。在长期饥饿或糖供应不 足的情况是脑组织的主要能源。

? 正常情况血中含少量酮体 0.03~0.5mmol/L (0.3~5mg/dl)
高脂低糖饮食 饥饿 糖氧化供能↓ 糖尿病 脂解↑ 酮体↑ 肝生酮体>肝外利用 酮血症 酸中毒 酮尿症

283

11.6 脂肪的合成代谢
? 11.6.1 甘油的生物合成 ? 11.6.2 脂肪酸的生物合成

?

所有的生物都可用糖合成脂肪酸,合成途径 有两条:

? ● 从头合成(16碳以下)——动物在细胞溶胶 中,植物在叶绿体和前质体中,是主要途径。 ● 在已有的碳链上加上C2物使链延长——在线 粒体和微粒体中

284

饱和脂肪酸的从头合成
? (1)原料的准备
? (在细胞液中进行) ? 乙酰CoA(主要来自G分解和脂肪动员,线粒体中的 乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环运入胞液) ? NADPH (磷酸戊糖途径) ? ATP、CO2

285

(2)脂酸合成酶系及反应过程
1)丙二酸单酰CoA的合成 ? 脂肪合成时,乙酰CoA是脂肪酸的起始物质 (引物),其余链的延长都以丙二酸单酰CoA的形 式参与合成。

关键酶

CH3-C-SCoA + HCO3 + H+
乙酰CoA羧化酶
Mn2+、生物素

O=

ATP ADP+Pi

HOOC-CH3-C-SCoA

O=

286

2)脂酸合成
脂酸的合成实际上是一个重复加成过程,由1 分子乙酰CoA与7分子丙二酰CoA经缩合、还原、脱 水和再还原的重复过程,每一次使碳链延长两个 碳原子,释放一分子CO2,消耗两分子NADPH,共7 次重复,最终生成含十六碳的终产物软脂酸。

软脂酸合成的总反应式为:
CH3COSCoA+7HOOCCH2COSCoA+14NADPH+14H+→CH3(CH2)14COOH+7CO2+6H2O+8HSCoA+14NADP+

287

(3)延长阶段 (在线粒体和微粒体中进行)
? 生物体内有两种不同的酶系可以催化 碳链的延长:
? 1)线粒体脂肪酸延长酶系 – 以乙酰CoA为C2供体,不需要酰基载体,由 软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合,与β 氧化的逆 反应基本相似。 ? 2)内质网脂肪酸延长酶系 – 用丙二酸单酰CoA作为C2的供体,NADPH作 为H的供体,中间过程和脂肪酸合成酶系的催化 过程相同。
288

(4)不饱和脂肪酸的合成
? ? 不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化 形成。 人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸 (16C,一个不饱和键)、油酸(18C,一个不饱 和键)、亚油酸(18C,两个不饱和键)、亚麻 酸(18C,三个不饱和键)以及花生四烯酸(20C, 四个不饱和键)等,前两种单不饱和脂肪酸可由 人体自己合成,后三种为多不饱和脂肪酸,必须 从食物中摄取,因为哺乳动物体内没有△9以上 的去饱和酶。
289

本章小结
1.脂肪的分解
脂肪酸的β-氧化,酮体

2.脂肪的合成
乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA 脂肪酸的从头合成

290

第十二章 蛋白质降解及氨基酸代谢
氨基酸分解的共同途径 氨基酸的合成

291

氨基酸代谢主要途径
食物蛋白质 消化吸收
作为氮源和能源进行代 谢。

组织蛋白
胺 氨 嘌 呤

合成 分解 CO2

氨基酸
脱氨

合成酶、激素等 功能性蛋白质

鸟氨酸 循环

合 Gln 成 Asn 糖 生糖氨基酸 生酮氨基酸

糖 代 谢 产 物

α-酮酸

脂 代 谢 产 物
292

合 成 脂 肪

三羧酸循环

12.3 氨基酸的分解代谢
尿素 氨 α-酮酸 酮 体 氧化供能 糖

氨基酸

胺类

293

12.3.2.1 氨基酸的脱氨基作用
1.氧化脱氨

? 脱氨酶——脱氢氧化酶
R HC NH3 2 COO +

2H+H+ R 酶
C NH

H2O+H+

R C O α-酮

NH4+ COO COO 水解加氧 脱氢 亚氨基酸不稳定



酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶 L -谷氨酸脱H酶

三羧酸循环
294

2.转氨基作用
R1
HC NH3 COO +

交换

R2
HC

O COO

丙酮酸

α-氨基酸
R1
HC

逆过程 转氨酶

α-酮酸
R2
HC + NH3 COO

三羧酸 循环

O COO

α-氨基酸 α-酮酸 ? 特点:a. 可逆,受平衡影响 ? b. 氨基大多转给了α -酮戊二酸(产物谷氨酸)

α酮戊二酸

提问:为什么都转给α -酮戊二酸? 答案:来源有保证,谷氨酸可由氧化脱氨迅速降 295 解产生α -酮戊二酸。

查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢?
? 提示: ? 肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出

许多,是血液的100倍
抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可

能肝组织受损破裂,肝细胞的转氨酶进入血液。
(结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因 引起的) 转氨基本质上没有真正脱氨。

296

3. 联合脱氨——转氨与氧化脱氨的联合
α-氨基酸
α-酮酸 NH3

α-酮戊二酸
谷氨酸

NH4+ 2H

NADH+H+

产物
反应物

转氨酶

NAD++H2O L-谷氨酸脱氢酶

由于两种酶活性强,分布广,动物体内大 部分氨基酸主要是联合脱氨。 但骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织由于谷氨 酸脱氢酶含量少、活性低,故主要以嘌呤核苷 酸脱氨基为主。
297

4.脱酰胺基作用—— 谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨
CONH2

(CH2)2 HC COO NH3
+

?脱氨
水解酶 H2O

COO
NH3

(CH2)2 HC COO NH3
+

谷氨酰胺

谷氨酸

天冬酰胺与之类似。 NH3何处去呢?
298

12.3.3 NH3的转运与排泄
谷氨酰胺

各组织 脱氨 NH 谷氨酸 3 细胞
(主要是肌肉 ) α-酮戊二酸

丙酮酸
谷 氨 酸 丙 氨 酸

血 液

肝脏

脱氨,转 化为排泄 形式 丙酮酸 丙 氨 酸 糖异生 糖原

肌肉剧烈运动

蛋白质分 NH3 解产能

脱氨
299

各种生物根据安全、价廉的原则排氨。
直接排氨,毒性大,不消耗能量。转化为排 氨形式越复杂,越安全,但越耗能。

水生生物直接扩散脱氨(NH3)
体内水循环迅速,NH3浓度低,扩散流失快,毒性小。

哺乳、两栖动物排尿素
体内水循环较慢,NH3浓度较高,需要消耗能量使其 转化为较简单,低毒的尿素形式。

300

鸟类、爬虫排尿酸
O

均来自转氨
N

N
O

不溶于水,毒性很小,合成需要 O 更多的能量。

N

N

提问:为什么这类生物如此排氨?
水循环太慢,保留水分同时不中毒得付出高能量代价。

高等植物,以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存 氨,不排氨。
301

12.3.4. α -酮酸的转化
? (1)合成氨基酸(合成代谢占优势时)

? (2)转化为糖及脂肪
? (3)进入三羧酸循环彻底氧化分解
丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸

碳骨架的氧化(肝脏中)
CoASH 柠檬酸 乙酰CoA 异柠檬酸

精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸 谷氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸

生酮氨基酸

(能转化为酮体)

丙酮酸

草酰乙酸
乙酰乙酰CoA 天冬酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 谷氨酰胺

α-酮戊二酸

缬氨酸

琥珀酰CoA 苹果酸 三羧酸循环 延胡索酸
苯丙氨酸 酪氨酸

除亮氨酸、赖 氨酸外的氨基 酸可由?转化 为糖—生糖氨 基酸。 糖异生
302

12.4 氨基酸的合成
由糖代谢中间产物转化而来。

动物

非必需氨基酸



蛋白质

氨基酸 (10种)
必需氨基酸 (10种) 酮体

必需——分解不可逆,缺乏碳骨架供给。 故此类氨基酸需从食物中获取。
303

微生物和植物可以合 葡萄糖 成所有类型氨基酸。
色氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 甲硫氨酸 苏氨酸 葡糖-6-磷酸
CO2+H2 O

戊糖磷 酸途径 核糖-5-磷酸

组氨酸

3磷酸-甘油酸 丙酮酸

酵解

草酰乙酸 三羧酸循环 乙醛酸循环
α-酮戊二酸

亮氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 赖氨酸 精氨酸 脯氨酸

304

第十三章 核酸的降解和核苷酸代谢

? 核酸的酶解 ? 核苷酸的分解代谢 * 核苷酸的生物合成

305

食物核蛋白 蛋白质
胃酸

核酸(RNA及DNA)
核酸酶 磷酸单脂酶 单核苷酸 核苷磷酸化酶 核苷 核苷酶

嘧啶(嘌呤) 嘧啶(嘌呤) 核糖(脱氧核糖)

核糖-1-磷酸

核糖-5-磷酸

磷酸戊糖途径

乙醛
脱氧核糖-1-磷酸 醛缩酶 甘油醛-3-磷酸
306

? 核酸内切酶: 作用于核酸链内部的磷酸二酯键, 核酸酶 将核酸分解为低级多核苷酸,专一性高。牛胰核 糖核酸酶(RNaseI)、核糖核酸酶T1(RNaseT1)、 牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseⅠ)、限制性核酸内 切酶等。

? 核酸外切酶: 从核酸链的一端逐个水解下单核 苷酸,该酸专一性低。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷 酸二酯酶。

307

13.2 嘌呤和嘧啶的分解
? 13.2.1 嘌呤的分解 人体内嘌呤分解代谢特点:

? 1、氧化降解,环不打破;
? 2、最终产物:尿酸;

? 3、嘌呤代谢障碍:
? 痛风症

308

嘌呤代谢的终产物
尿酸
尿囊素 尿囊酸 尿素 氨 灵长类,鸟类、爬虫类、软体动物、 海鞘类、昆虫 哺乳动物(灵长类除外)、腹足类 硬骨鱼 大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类 甲壳类、咸水瓣鳃类

309

13.2.3 嘧啶的分解
? 嘧啶分解代谢特点
? 1、还原降解,环被打破 ? 2、终产物: NH3 、CO2 、β -丙氨酸、 ? β -氨基异丁酸

310

13.3 核苷酸的合成代谢
? 概述:
ATP 从头合成(肝组织) (CO2/NH3/AA/戊糖) 核苷酸 半合成(补救合成)(脑、骨髓等) 分解的现成嘌呤、嘧啶

基本途径

dNDP

311

13.3.1. 嘌呤核苷酸的合成
CO2 甘氨酸

Asp

6 1 5 2 4 3

N
7 8

C

一碳单位

一碳单位

N

9

Gln

N5,N10-次甲基四氢叶酸

312

1 嘌呤核苷酸的从头合成途径
合成部位:胞液 特点: 嘌呤最初不是以游离碱基的形式合成,而是从 5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP) 开始,经一系列酶促 反应,先生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸, IMP),然 后再转变为AMP和GMP。

嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。

313

(1) IMP的合成
(磷酸核糖焦磷酸) 酰胺转移酶 谷氨酰胺

PP-1-R-5-P

AMP ATP PRPP合成酶

(5-磷酸核糖)

R-5-P

谷氨酸
在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下

(5?-磷酸核糖胺)

H2N-1-R-5?-P

AMP

IMP
GMP
314

嘌呤核苷酸从头合成特点
? 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 ? 先合成 IMP,再转变成 AMP或GMP。 ? PRPP是5-磷酸核糖的活性供体。

2、嘌呤核苷酸的补救合成
? 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷,经过简单的反 应,合成嘌呤核苷酸的过程,称为补救合成(或 重新利用)途径。
? 补救合成的生理意义 ? 补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。
?

体内某些组织器官,如脑、骨髓等只能进行补救合成。
315

13.3.2. 嘧啶核苷酸的合成
Gln Asp

CO2

* 从头合成途径
? 先利用小分子化合物形成嘧啶环,再与核糖 磷酸(PRPP提供)结合成乳清酸,然后生成UMP。 其他嘧啶核苷酸由尿苷酸转变而成。
316

13.3.3 脱氧(核糖)核苷酸的合成
O HO O P OH

P
OH

O

O

O H H

碱基

H H
NADPH+H+

OH
NDP

OH
NADP+ +H2O
O HO P OH O O P OH O

O H H OH

碱基 H H H
317

在核苷二磷酸水平 被还原而成

dNDP

NDP ADP
GDP UDP CDP

核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶

dNDP

dADP dGDP
dUDP dCDP dTDP
318

TDP

dNDP+ATP
dADP+ATP

激酶 激酶

dNTP+ADP
dATP +ADP

dGDP+ATP
dUDP+ATP

激酶
激酶 激酶 磷酸酶

dGTP+ADP
dUTP+ADP dCTP+ADP

dCDP+ATP
dNDP

dNMP+Pi

dTTP

?

319

总结:嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较 嘌啶核苷酸 相 同 点 嘧啶核苷酸
1. 合成原料基本相同 2. 合成部位对高等动物来说,主要在肝脏 3. 都有2种合成途径(从头和补救途径) 4. 都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在 此基础上进一步合成核苷酸 ' 1. 在5 -P -R基础上合成 1. 先合成嘧啶环再与 ' 嘌呤环 5 -P-R结合 2. 最先合成的核苷酸是 2. 先合成UMP IMP 3. 以UMP为基础, 完 3. 在IMP基础上完成 成CTP, dTMP的合成 AMP和GMP的合成
320

不 同 点

第十四章 生物氧化
———电子传递和氧化磷酸化

321

* 生物氧化的概念
物质在生物体内进行氧化称生物氧化,主

要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释
放能量,最终生成CO2 和 H2O的过程。 糖

脂肪
蛋白质

O2

CO2和H2O

ADP+Pi ATP

能量

热能
322

?

生物氧化的特点
C6H12O6 + 6O2 6CO2+6H2O + 能量 (2840kJ/mol)

1.酶促反应;条件温和 2.二氧化碳(脱羧);水(脱氢、递氢 ) 3.形成ATP 4.可控性 氧化方式: 1.脱电子 2. 脱氢 3. 加氧等

323

14.4.2 线粒体呼吸链
? 1. 呼吸链的概念 – 在生物氧化过程中,代谢物脱下的氢经过一系 列按一定顺序排列的氢传递体和电子传递体的 传递,最后交给分子氧并生成水,这个氢和电 子的传递体系称为电子传递链(eclctron transfer chain) 。由于消耗氧,故也叫呼吸 链。 – 电子传递链在原核生物存在于质膜上,在真核 细胞存在于线粒体内膜上。

324

2. 呼吸链的组成
组成呼吸链的电子传递体包括 – 四种蛋白质复合体(NADH脱氢酶、琥珀 酸 脱氢酶、辅酶QH2-细胞色素c氧化还原 酶和细胞色素c氧化酶)、 – 一个单体蛋白(细胞色素c) – 一个有机物分子(辅酶Q)

(1)复合体Ⅰ (NADH-Q还原酶)
复合体Ⅰ是线粒体内膜上最大的蛋白质复合 体,包括以FMN为辅基的黄素蛋白和以铁硫中心为 辅基的铁硫蛋白
325

(2)复合体Ⅱ (琥珀酸-Q还原酶 or 琥珀酸脱氢酶)
?以FAD和Fe-S中心为辅基。

(3)复合体Ⅲ(细胞色素bc1复合体or细胞色素还原酶)
? ?

含有两种细胞色素(b、c1)和一个铁硫蛋白。 作用:将电子从QH2转移到细胞色素c

(4)复合体Ⅳ(细胞色素氧化酶)
?由 cyta和a3 组成,催化电子从cytc?分子O2形成水

复合体Ⅳ 也叫末端氧化酶

326

3、电子传递链的电子传递顺序
? 在线粒体内膜上主要有两条电子传递链 ? 电子传递链由一系列的氢传递体和电子传递体组成

(1) NADH氧化呼吸链
NADH FMN (Fe-S) CoQ Cyt b c1 c aa3 O2

(2) 琥珀酸氧化呼吸链
FAD CoQ 琥珀酸 (Fe-S) Cyt b c1 c aa3 O2

327

14.5、氧化磷酸化作用
? 代谢物的氧化(脱氢)作用与ADP的磷酸化反应偶 联生成ATP的过程。 ? 部位:线粒体内膜(真核) ? 胞浆膜(原核细胞) ? 数目、形状因细胞而异

1、ATP的合成部位——呼吸链偶联部位
? NADH氧化过程中有三个反应?G?’ 值大于30.5kJ/mol ? NADH ?FMN cytb ? cytc1 cytaa3 ? O2 ? -55.6kJ/mol -34.7 kJ/mol -102.1kJ/mol
复合物Ⅰ NADH脱氢酶 复合物Ⅲ 泛醌?Cytc还原酶 复合物Ⅳ Cytc氧化酶
328

2.磷氧比(P/O)
? P/O比值 —消耗1摩尔氧有多少无机磷转化为有机磷 —一对电子经呼吸链传至氧所产生的ATP分子数 反映氧化磷酸化的效率 ? 从NADH2 ? O2产生3个ATP ? 从FADH2 ? O2产生2个ATP ? P/O比:NADH呼吸链是3,FADH2呼吸链是2

329

3. 氧化磷酸化的作用机制
? ? ? ? ? ? ? ? 三个假说: 化学偶联假说(1953) Chemical coupling hypothesis 构象偶联假说(1956) Conformational coupling hypothesis 化学渗透学说(1961) Chemiosmotic hypothesis __只有它的实验证据比较多。

330

化学渗透势学说
? (1)化学渗透势学说的基本要点: ? 1)电子传递过程中,不断地将线粒体基质中的 H+ 泵出到内膜外侧(内外膜之间)形成质子梯度; ? 2)H+梯度不能自由地回到内膜内侧(线粒体基 质)中,必须通过ATP酶通道回到线粒体基质中。 ? 3)当H+通过ATP酶通道回到线粒体基质中时, 推动ATP的合成。

331

(2)化学渗透势学说的证据
? ? 1)氧化磷酸化需要完整的线粒体内膜; 2)线粒体内膜对H+,OH-,K-和Cl-等离子都没 有通透性; ? 3)破坏H+浓度梯度的形成,氧化磷酸化不能 进行; ? 4)电子传递过程能将H+从线粒体基质泵到线 粒体内外膜之间; ? 5)膜表面能滞留H+,并以很快的速度移动。

332

(4)质子动力势及ATP的合成
? 膜内外的质子梯度造成其pH差Δ pH,这种pH差 产生质子动力势Δ P (或质子移动力) ? 这种质子动力势推动ATP的形成
ATP酶的结构:

333

14.6 非线粒体氧化系统
? 特点

– 从底物脱氢到H2O的生成不是经呼吸链传递到氧,
而是经过其它末端氧化酶完成的。

?

植物体内主要的非线粒体氧化系统:
1、多酚氧化酶系统 2、抗坏血酸氧化酶系统

3、植物抗氰氧化酶系统

334

第十五章
物质代谢的相互联系和调节控制

335

15.1 糖、脂、蛋白质及核酸代谢之 间的 相互联系
? 1.1 糖代谢与脂代谢的相互联系
1. 摄入的糖量超过能量消耗时 合成糖原储存(肝、肌肉) 葡 萄 糖

乙酰CoA

合成脂肪 (脂肪组织)

336

2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖
甘油激酶
肝、肾、肠

甘油

磷酸甘油

脂 肪
脂酸

葡 萄 糖

乙酰CoA

葡萄糖

337

3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响
?饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时 脂肪大量动员
糖不足 草酰乙酸相 对不足
氧化受阻
综上所述,糖代谢与脂代谢的相互联系可概括为以 下几个要点: 糖可转变为脂肪 脂肪不能完全转变为糖 脂肪的代谢受糖代谢影响
338

酮体生成增加
高酮血症

1.2 糖与氨基酸代谢的相互联系
1. 大部分氨基酸脱氨基后,生成相应的α -酮酸,可 转变为糖。 例如 丙氨酸
脱氨基

丙酮酸

糖异生

葡萄糖

糖与氨基酸代谢的相互联系可概括为: 大部分氨基酸可转变为糖。 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非 必需氨基酸

2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸
339

1.3 脂类与氨基酸代谢的相互联系
1. 蛋白质可以转变为脂肪
氨基酸 乙酰CoA 脂肪

2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料 丝氨酸 胆胺 磷脂酰丝氨酸 脑磷脂

胆碱

卵磷脂

340

3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸
脂肪 甘油 磷酸甘油醛 糖酵解途径 丙酮酸 某些非必需氨基酸 其他α -酮酸

—— 但不能说,脂类可转变为氨基酸。 脂类与氨基酸代谢的相互联系可概括为: 蛋白质可以转变为脂肪

氨基酸可作为合成磷脂的原料
脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸

341

1.4 核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系

1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料
天冬氨酸 甘氨酸 谷氨酰胺 一碳单位

合成嘌呤

合成嘧啶

2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供
342

15.2 代谢调节
高等生物 ——三级水平代谢调节

? ?

细胞水平代谢调节 激素水平代谢调节
高等生物在进化过程中,出现了专司调节功能的内

分泌细胞及内分泌器官,其分泌的激素可对其他细胞发
挥代谢调节作用。

?

整体水平代谢调节
在中枢神经系统的控制下,或通过神经纤维及神经

递质对靶细胞直接发生影响,或通过某些激素的分泌来
调节某些细胞的代谢及功能,并通过各种激素的互相协 调而对机体代谢进行综合调节。
343

?

1.1 细胞内酶的隔离分布 DNA、RNA

代谢的调控

合成
糖降解 脂肪酸降解

? 器官层次—— 硬脂酸等的合成 ? 器官功能分化,如肝脏是主要的氧化、合成部位 呼吸链 ? 细胞层次—— ? 细胞器功能分化

生物膜控制 底物浓度

糖合成 脂肪合成 蛋白质合成 核酸降解
344

多酶体系在细胞内的分布
多酶体系 三羧酸循环 氧化磷酸化 糖酵解 磷酸戊糖途径 糖异生 糖原合成 分布 线粒体 线粒体 胞液 胞液 胞液 胞液

多酶体系在细胞内的分布
多酶体系
脂酸 ?氧化 脂酸合成 胆固醇合成 磷脂合成 DNA、RNA合成

分布
线粒体 胞液 内质网、胞液 内质网 细胞核
345

多酶体系在细胞内的分布
多酶体系 蛋白质合成 多种水解酶 尿素合成 血红素合成 分布 内质网、胞液 溶酶体 线粒体、胞液 线粒体、胞液

? 酶的隔离分布的意义 —— 避免了各种代谢途径互相干扰。

346

1.2


关键酶的变构调节
小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位 特异结合,引起酶蛋白分子构象变化,从而改变酶的 活性,这种调节称为酶的变构调节或别构调节。

? 1. 变构调节的概念

2. 变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶,使代谢物不致生成过多。
丙二酰CoA 乙酰CoA羧化酶

乙酰CoA

长链脂酰CoA
347

②变构调节使能量得以有效利用,不致浪费。
+
糖原合酶 G-6-P


糖原磷酸化酶

促进糖的储存

抑制糖的氧化

③变构调节使不同的代谢途径相互协调。
柠檬酸 + 乙酰辅酶A 羧化酶 – 6-磷酸果糖激酶-1

促进脂酸的合成

抑制糖的氧化
348

1.3 酶的化学修饰调节
? 1. 化学修饰的概念

?

酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共 价修饰(covalent modification),从而引起酶活性改变, 这种调节称为酶的化学修饰。

2. 化学修饰的特点
①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应,在不同酶的作用下,酶蛋

白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因
素如激素的调控。 ②具有放大效应,效率较变构调节高。

③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。

? 同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。
349

1.4 酶量的调节
? 1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏
– 加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)

– 减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)
? 常见的诱导或阻遏方式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 底物对酶合成的诱导和阻遏 产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导 药物对酶合成的诱导

350

转录前调节— ? ①.染色体丢失——



如红细胞成熟过程中整个核丢失了。

? ②.基因扩增——
如受精卵细胞大量扩增rRNA基因数量,以加速蛋 白质合成速度,从而加速细胞分裂速度; – 又如癌细胞大量扩增癌基因;

? ③.甲基化——
– 关闭该基因功能

转录调节 ? ①.固醇激素(如动物性激素)——
– 与基因结合,促使细胞转录加速,生长加速

? ②.增强子——DNA片段
– 产生增强蛋白加速转录速度。
351

2. 酶蛋白降解
? 通过改变酶蛋白分子的降解速度,也能调 节酶的含量。
溶酶体 —— 释放蛋白水解酶,降解蛋白质 蛋白酶体 —— 泛素识别、结合蛋白质; 蛋白水解酶降解蛋白质

352

15.2.2 激素水平的代谢调节
? 激素作用机制
内、外环境改变 机体相关组织分泌激 素 激素与靶细胞 上的受体结合

靶细胞产生生物学 效应,适应内外环 境改变

? 激素分类
按激素受体在细胞的部位不同,分为: Ι 膜受体激素

Ⅱ 胞内受体激素
353

15.2.3 整体水平的代谢调节
3.1 饥饿 1. 短期饥饿(1~3天)
糖原消耗 血糖趋于降低

胰岛素分泌减少 胰高血糖素分泌增加
引起一系列的代谢变化

354

(1)蛋白质代谢变化
分解加强,氨基酸异生成糖 (2)糖代谢变化 糖异生加强,

组织对葡萄糖利用降低 (3)脂代谢变化
脂肪动员加强,酮体生成增多

355

2. 长期饥饿 (1)蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少

(2)糖代谢变化 肝肾糖异生增强
肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸 (3)脂代谢变化 脂肪动员进一步加强 脑组织利用酮体增加
356

3.2 应 激
1. 概念
应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的 刺激,如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感

染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的 “
紧张状态 ”。

357

2. 机体整体反应
?交感神经兴奋
?肾上腺髓质及皮质激素分泌增多 ?胰高血糖素、生长激素增加,胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化

3. 代谢改变
(1) 血糖升高

(2) 脂肪动员增强
(3)蛋白质分解加强
358


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