第03章大分子和酶

1、1、生命的元素組成： 26種/11種(6種)/15種； 確定必需微量元素的方法(缺失/添加病癥/消失，進(jìn)一步研究代謝的機(jī)理)； Ca，Zn，Se，Cr；2、生物小分子與大分子之間的關(guān)系： 為數(shù)不多的小分子構(gòu)成三類生物大分子/復(fù)合生物大分子。上次課小結(jié)3、生物小分子的種類和功能：1）水：生物體重量60%以上(地球上生命/哺乳動(dòng)物/生物體細(xì)胞)，內(nèi)聚力和表面張力(溶解性，極性，較高的比熱/蒸發(fā)熱) ，；2）無(wú)機(jī)鹽：存在形式/作用(滲透壓/緩沖/酶調(diào)節(jié)和激活因子/有機(jī)物原料)；3）碳原子：生命存在的真正基礎(chǔ)原因?4）氨基酸：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能(蛋白質(zhì)，代謝調(diào)節(jié)如激素，神經(jīng)遞質(zhì)，20/8/其他)；5）單糖

2、：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)/生物功能(多糖/燃料/寡糖細(xì)胞信號(hào)傳遞)；6）核苷酸：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(堿基，核糖，磷酸）和功能（參與組建核酸/細(xì)胞信號(hào)傳遞和能量代謝）；7）脂類：磷脂/甘油三脂/固醇/共性？和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？功能（膜結(jié)構(gòu)/燃料儲(chǔ)存/激素和維生素/復(fù)合大分子）。生命的元素組成，小分子和生物大分子的關(guān)系， 生物小分子簡(jiǎn)介、生物大分子的形成五、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)一、酶是生物催化劑二、生命世界的能量源泉是太陽(yáng)能三、生物體主要從有機(jī)分子的氧化取得能量 四、生物體內(nèi)有一個(gè)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò) 由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。 其中最主要的是：生物大分子有獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型和分子整體形狀。q 蛋白質(zhì)的一

3、級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈中氨基 酸的排列順序。q 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指鄰近幾個(gè)氨 基酸形成的一定的結(jié)構(gòu)形狀。 如：螺旋和折疊1、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋折疊q 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)形狀。如纖維蛋白和球狀蛋白。 q 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條肽鏈之間的位置和結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質(zhì)。血紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)2、 維持生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素非共價(jià)鍵CO HO CN HCO H3 N 氫氫 鍵鍵鹽鹽 鍵鍵非共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)度很小，所以A、需要多個(gè)非共價(jià)鍵才足以維持高級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；B、高級(jí)結(jié)構(gòu)不很穩(wěn)定。生物大分子變性就是因

4、為高級(jí)結(jié)構(gòu)破壞，大分子性質(zhì)改變，生物活性喪失。但是， 一級(jí)結(jié)構(gòu)尚未破壞。 注意：雙硫鍵也在維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中起重要作用。RNase 的變性和復(fù)性蛋白質(zhì)變性使高級(jí)結(jié)構(gòu)破壞變性后的蛋白質(zhì)分子還能復(fù)性（一定條件下）3、 核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)（1） DNA雙螺旋A、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成雙螺旋，糖磷酸糖構(gòu)成螺旋主鏈；B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直C、兩條鏈對(duì)應(yīng)堿基呈配對(duì)關(guān)系： AT GCD、螺旋直徑 2nm，螺距 3.4nm， 每一螺距中包含 10 bp；DNA 雙螺旋可以看作是 DNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu)，DNA 的三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成需要蛋白質(zhì)幫助。RNARNA （2）RNA為單鏈盤繞

5、，局部形成堿基配對(duì)。 例如：轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）的三葉草結(jié)構(gòu)多糖鏈淀 粉糖 元纖維素多分支的糖原呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)-糖苷鍵使整個(gè)分子呈螺旋狀-糖苷鍵使整個(gè)分子呈長(zhǎng)纖維狀動(dòng)物淀粉4 、多糖鏈的高級(jí)結(jié)構(gòu) 不同高級(jí)結(jié)構(gòu)帶來(lái)不同的生物學(xué)性能能源貯存結(jié)構(gòu)支架一、酶是生物催化劑二、生命世界的能量源泉是太陽(yáng)能三、生物體主要從有機(jī)分子的氧化取得能量 四、生物體內(nèi)有一個(gè)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò) 生命活動(dòng)的原動(dòng)力在于生物體內(nèi)一刻不停的新陳代謝。 通過(guò)新陳代謝不斷把太陽(yáng)能或食物中貯存的能量，轉(zhuǎn)化為可供生命活動(dòng)利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動(dòng)所需要。 體內(nèi)的新陳代謝過(guò)程又都是在生物催化劑-酶的催化下進(jìn)行的。 這一章先

6、介紹酶的性質(zhì)，下次著重介紹生命活動(dòng)所需的能量，從何而來(lái)。至于新陳代謝中產(chǎn)生的大、小生物分子，種類甚多，本課僅介紹蛋白質(zhì)大分子是如何合成的。一、酶是生物催化劑一、酶是生物催化劑1、酶的催化特點(diǎn)催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速度，酶是生物催化劑，它的反應(yīng)特點(diǎn)是： 用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明酶的催化效率：2 H2 H2 2OO2 2 2 2 H H2 2O + OO + O2 2鐵屑鐵屑 肝糜肝糜 肝糜肝糜（煮）（煮） 目前發(fā)現(xiàn)的大部分酶中： 有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶； 有的酶除了主要由蛋白質(zhì)組成外，還有一些金屬離子或小分子參與；這些金屬離子或小分子是酶活性所必須的，稱為輔酶/輔基或輔助因子。 由蛋白

7、質(zhì)組成羧基肽酶以二價(jià)鋅離子（Zn2+）為輔助因子過(guò)氧化氫酶以鐵卟啉環(huán)為輔助因子 （黃色圓球是Zn2+）核酶（酶性RNA和DNA）： 20世紀(jì)80年代后發(fā)現(xiàn)某些RNA 和DNA分子也具催化能力，更正了酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)的概念。 2、酶的化學(xué)本質(zhì) 和具有催化活性的或酶性RNA（ribosyme） L19RNA（395個(gè)核苷酸組成的RNA分子） 原生生物四膜蟲26S rRNA前體經(jīng)自身拼接所釋放出的內(nèi)含子的縮短形式，（最初發(fā)現(xiàn)）。 能將五聚胞苷轉(zhuǎn)化成或長(zhǎng)或短的聚合物，且具專一性。 “C6”至“C10”（L19:聚合酶） “C5” L19 “C3”或“C4” (L19：核酸水解酶）聚合酶活性核酸酶活

8、性酶性DNA（deoxyribosyme） E47：是最小的DNA催化劑，(僅由47個(gè)核苷酸組成單鏈DNA) 在酶性RNA發(fā)現(xiàn)十九年后（1995 Nature）報(bào)道酶性DNA的研究結(jié)果。發(fā)現(xiàn)： 小分子DNAE47的作用，可將兩個(gè)DNA底物連接起來(lái)（具磷酸酯酶活性） （Cuenoud B等人設(shè)計(jì)的體外選擇技術(shù)，分離出E47）1)氧化還原酶類（催化氧化還原反應(yīng)）2)轉(zhuǎn)移酶類（催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)）3)水解酶類（催化水解反應(yīng)）4)或裂解酶（催化底物移去一個(gè)基團(tuán)而 形成雙鍵的反應(yīng)或逆反應(yīng)）5)異構(gòu)酶類（催化同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變）6)或合成酶（催化一切由兩種物質(zhì) 合成為一種物質(zhì)的反應(yīng)）3、酶的類型（按

9、國(guó)際系統(tǒng)命名法原則，依酶促反 應(yīng)性質(zhì)分為六類）：4、酶催化作用的機(jī)理是催化劑只能催化原來(lái)可以進(jìn)行的反應(yīng)，加快其反應(yīng)速度。 即使對(duì)可以進(jìn)行的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)物分子應(yīng)越過(guò)一個(gè)活化能才能發(fā)生反應(yīng)。酶作為催化劑的作用是。 酶的催化機(jī)理是降低活化能酶是如何降低活化能的呢 ? 首先需要酶與底物分子結(jié)合，酶蛋白結(jié)構(gòu)中有底物結(jié)合中心/活性中心。 然后，酶蛋白分子以各種方式，作用于底物分子，使底物分子活化起來(lái)。 酶與底物的專一結(jié)合，又是酶促反應(yīng)專一性的體現(xiàn)。底物分子結(jié)合在酶的底物結(jié)合中心 a)使底物靠攏b)使底物分子產(chǎn)生應(yīng)力c)使底物分子電荷變化5、酶的活性可以調(diào)控q 在代謝途徑中調(diào)節(jié)酶活性 幾個(gè)酶或十幾個(gè)酶前后

10、配合，完成一系列代謝反應(yīng)，形成一條代謝途徑。 在一條代謝途徑中，常常是前一個(gè)酶促反應(yīng)的產(chǎn)物，便是下一個(gè)酶促反應(yīng)的底物。第一個(gè)酶有活性第一個(gè)酶無(wú)活性終產(chǎn)物終產(chǎn)物（調(diào)節(jié)物）結(jié)合在調(diào)節(jié)中心q共價(jià)調(diào)節(jié) 有時(shí)候，酶蛋白分子可以和一個(gè)基團(tuán)形成共價(jià)結(jié)合，結(jié)合的結(jié)果，是酶蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而使酶活性發(fā)生改變。 例如，酶與磷酸根的結(jié)合（酶的磷酸化/脫磷酸化調(diào)節(jié)的代謝反應(yīng)）。這種調(diào)節(jié)酶活性的情況稱為酶的共價(jià)（修飾）調(diào)節(jié)。 促進(jìn)糖原分解的激素激活磷酸化酶b分解糖元的過(guò)程： 腎上腺素 或 胰高血糖素 （第一信使） 腺苷酸環(huán)化酶 (1) ATP cAMP + PPi （cAMP作為第二信使） 蛋白激酶 蛋白激酶

11、(2) （無(wú)活力） （有活力） ATP 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P + ADP (3) （無(wú)活力） （有活力） ATP 磷酸化酶b 磷酸化酶a +ADP (4) （無(wú)活力） （有活力） 糖原 1-磷酸葡萄糖 或6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 連鎖的酶促反應(yīng)過(guò)程：前一反應(yīng)產(chǎn)物是后一反應(yīng)催化劑。每進(jìn)行一次修飾反應(yīng)，信號(hào)放大一次。經(jīng)過(guò)四次放大，如10倍/次，放大104倍. 6. 影響酶活性的因素 輔助因子（暴露酶的活性部位） 無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物（輔酶等） 酶的抑制劑（與酶以共價(jià)/弱鍵形式結(jié)合） 包括不可逆抑制劑和可逆抑制劑； 有的酶在遇到一些化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似的分子時(shí)，這些分子與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心，亦會(huì)表現(xiàn)出酶活性的降低（抑制）。這種情況稱為酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑在結(jié)構(gòu)上與底物相似底物競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑對(duì)氨基苯甲酸（細(xì)菌生長(zhǎng)因子）對(duì)氨基苯磺酸（磺胺藥