人体的物质组成.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,生物大分子物质,（一）蛋白质,1.蛋白质的元素组成,主要有,C、H、O、N,和,S,。,有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为,16,。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：,100克样品中蛋白质的含量(g,%,),=每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成的特点:,2.氨基酸的结构与分类,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。这20种氨基酸在结构上有共同的特点。,（1）蛋白质水解所得到的氨基酸都是-氨基酸(脯氨酸为-亚氨酸)，氨基连接在碳原子上，它可以用下面的结构式表示，R称为氨基酸的侧链基团。,-氨基酸的结构通式,脯氨酸因含有亚氨基，所以它是,亚氨基酸。,CH,2,CHCOO,-,NH,2,+,CH,2,CH,2,CH,2,CHCOO,-,NH,2,+,CH,2,CH,2,（2）不同氨基酸在于R不同，除了R 为H 的甘氨酸外，其他氨基酸的碳原子都是不对称碳原子，故它们具有旋光异构现象，存在D 型和L 型两种异构体。组成天然蛋白质的氨基酸均为L 型。,L-氨基酸,D-氨基酸,H,甘氨酸,CH,3,丙氨酸,L-氨基酸的通式,R,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,非极性疏水性氨基酸：,甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸,极性中性氨基酸：,色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸,酸性氨基酸：,天冬氨酸、谷氨酸,碱性氨基酸：,赖氨酸、精氨酸、组氨酸,（3）氨基酸,的分类,20种氨基酸根据侧链结构和理化性质可分为四类：,3.蛋白质分子中氨基酸的连接方式,肽键(,peptide bond,),是由一个氨基酸的,-羧基与另一个氨基酸的,-氨基脱水缩合而形成的化学键。,（1）肽键,+,-,H,OH,甘氨酰甘氨酸,肽键,肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为,氨基酸残基,(residue)。,由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称,多肽,(polypeptide)。,（2）肽,N 末端：多肽链中有,游离,-,氨基,的一端,C 末端：多肽链中有,游离,-羧基,的一端,多肽链有两端：,多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,定义,:,蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从,N-,端至,C-,端的,氨基酸排列顺序,。,4.,蛋白质的分子结构,主要的化学键,:,肽键,，有些蛋白质还包括二硫键。,（1）,蛋白质的一级结构,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学,功能的基础,，,但不是决定蛋白质空间构象的,唯一因素,。,（2）,蛋白质二级结构,是指多肽链中主链原子在局部空间的排列，不包括氨基酸残基侧链的构象。,定义,:,主要的化学键,：,氢键,-,螺旋,(,-helix),-,折叠,(,-pleated sheet),-,转角,(,-turn),无规卷曲,(random coil),蛋白质二级结构的基本形式,-,螺旋,结构特征：,为一,右手螺旋,，侧链伸向螺旋,外侧,螺旋每圈包含,3.6,个氨基酸残基,螺距,0.54nm,；,螺旋以,氢键,维系（氨基酸的N-H和相邻第四个氨基酸的羰基氧C=O之间。氢键方向与螺旋轴基本平行）,-,折叠,-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象,-,转角和无规卷曲,-,转角,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,（3）,蛋白质的三级结构,疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。,主要的化学键,:,是指多肽链中所有原子和基团的空间构象，包括所有主链和侧链的结构。,定义,:,肌红蛋白,(Mb),N 端,C端,亚基之间的结合主要是氢键和离子键。,（4）,蛋白质的四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为,蛋白质的四级结构,。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的,亚基,(subunit),。,由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为,同二聚体(homodimer),，若亚基分子结构不同，则称之为,异二聚体(heterodimer),。,血红蛋白的四级结构,一级结构是空间构象的基础,（1）蛋白质一级结构,功能的关系,蛋白质的功能与其特定的空间结构密切相关,而特定的空间结构是以蛋白质的一级结构为基础的。,4.蛋白质结构与,功能的关系,相似的一级结构具有相似的功能,促肾上腺皮质激素(ACTH)是由39个氨基酸残基组成的开链多肽。尽管不同哺乳类动物来源的ACTH 的C端结构有些差异，但因它们的N 端124个氨基酸残基完全相同而表现相同的促皮质功能。,一级结构的异常导致功能异常,例：镰刀形红细胞贫血,N-val his leu thr pro,glu,glu C(146),HbS,肽链,HbA,肽 链,N-val his leu thr pro,val,glu C(146),这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,镰状细胞贫血,蛋白质的空间结构是其维持生理功能的基础。,（2）,蛋白质的空间结构与功能的关系,空间结构破坏与功能丧失,牛核糖核酸酶的一级结构,二硫键,牛核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键(Cys26和Cys84、Cys40和Cys95、Cys58和Cys110、Cys65和Cys72),天然状态，有催化活性,尿素、,-,巯基乙醇,去除尿素、,-,巯基乙醇,非折叠状态，无活性,在生物体内，某些小分子物质（配基）与蛋白质分子某一亚基或某一部位特异地结合，使蛋白质的构象改变，从而引起其功能的改变，这种现象,称为,变构效应,。,亚基构象变化与功能的影响,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-螺旋，称为PrP,c,。,PrP,c,在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrP,sc,，从而致病。,PrP,c,-螺旋,PrP,sc,-折叠,正常,疯牛病,疯牛病中的蛋白质构象改变,（3）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。,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。,这类疾病还包括：,人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病等。,（1）蛋白质的两性解离和等电点,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为,蛋白质的等电点。,蛋白质的等电点,(,isoelectric,point,pI,),6.蛋白质的理化性质,（2）蛋白质具有胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。在水溶液中形成胶体溶液,具有胶体溶液的各种性质。,蛋白质胶体稳定的因素,颗粒表面电荷,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,溶液中蛋白质的聚沉,（3）蛋白质变性,蛋白质在某些理化因素的作用下，其空间结构(次级键，特别是氢键)受到破坏，生物学活性丧失，理化性质发生改变，这种现象称为,蛋白质的变性,。,蛋白质的变性,(denaturation),能使蛋白质变性的因素,:,物理因素有加热、高压、振荡或搅拌、放射线照射及超声波等；化学因素有强酸、强碱、重金属离子、尿素、乙醇、丙酮等有机溶剂。,变性的本质,:,理化因素破坏了维持和稳定其空间构象的各种,次级键,，使其原有的特定空间构象被改变或破坏。但在变性过程中，肽键并未断裂、其化学组成没有改变，即变性并不引起一级结构变化。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为,复性(renaturation),。,变性蛋白质的特征,1.理化性质改变,溶解度降低易发生沉淀;旋光值改变,黏度增加,结晶能力丧失;变性后的蛋白质容易被蛋白酶水解,所以蛋白质变性后较易消化。蛋白质变性后,使原来位于分子内部的基团,如巯基、酚基等转向分子表面,从而表现或增强对某些试剂的反应。,2.生物学性质的改变,蛋白质变性后即失去原有的生物学活性。例如酶失去其催化活性、激素失去其调节活性、抗体失去其生物活性、细菌蛋白失去其致病性。,变性的,应用举例:,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。,此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,（4）蛋白质,的紫外吸收特征,由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD,280,与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为,双缩脲反应,，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。,（5）蛋白质的呈色反应,茚三酮反应(ninhydrin reaction),双缩脲反应(biuret reaction),在碱性条件下，蛋白质分子中的酪氨酸、色氨酸可与酚试剂(含磷钨酸和磷钼酸化合物)反应生成蓝色化合物。,酚试剂反应,（二）核酸,核 酸,(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,（二）核酸,1.核酸的元素组成,核酸的元素组成主要有C、H、O、N、P等元素，其中P含量比较恒定，一般为910%，故以磷酸含量来推测核酸含量。,核酸,(,DNA,和,RNA,),核苷酸,核苷和脱氧核苷,磷酸,戊糖,碱基,嘌呤,嘧啶,核糖,脱氧核糖,2.核苷酸的分子组成,碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖,磷酸(phosphate),（1）核酸的基本组成成分,碱基(base),是含氮的杂环化合物。,碱基,嘌呤,嘧啶,腺嘌呤,鸟嘌呤,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,存在于,DNA,和,RNA,中,仅存在于,RNA,中,仅存在于,DNA,中,碱基,嘌呤(purine，Pu),腺嘌呤(adenine,A),鸟嘌呤(guanine,G),嘧啶(pyrimidine，Py),胞嘧啶(cytosine,C),尿嘧啶,(uracil,U),胸腺嘧啶(thymine,T),戊糖,（构成RNA）,1,2,3,4,5,核糖(ribose),（构成DNA,）,脱氧核糖(deoxyribose),脱氧核苷,嘌呤N-9,或,嘧啶N-1,与脱氧核糖C-1,通过,-N-糖苷键,相连形成,脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。,（2）核酸的基本组成单位核苷酸的形成,嘌呤,N,-9,或,嘧啶,N,-1,与核糖C-1,通过,-,N,-糖苷键,相连形成,核苷,(ribonucleoside),。,核苷,N,N,N,N,9,N,H,2,O,O,H,O,H,H,H,H,C,H,2,O,H,H,1,2,糖苷键,核苷或脱氧核苷与磷酸通过,酯键,结合构成,核苷酸,(ribonucleotide),或,脱氧核苷酸,(deoxyribonucleotide),。,核苷酸,(,ribonucleotide,),N,N,N,N,9,N,H,2,O,O,H,O,H,H,H,H,C,H,2,H,1,2,O,P,O,-,H,O,O,糖苷键,酯键,DNA,和,RNA,的区别,核糖,G、C、A、,U,RNA,脱氧核糖,G、C、A、,T,DNA,碱基,核糖,核酸,3.、DNA的分子结构,DNA的一级结构,是指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。由于脱氧核苷酸之间的差异在于碱基的不同，所以其一级结构也就是它的,碱基序列,。DNA对遗传信息的携带和传递是依靠脱氧核苷酸中的碱基排列顺序变化而实现的。,（1）DNA的一级结构,一个核苷酸或脱氧核苷酸,的,3,羟基,与另一个核苷酸或脱氧核苷酸,的5,-磷酸,基团缩合形成,磷酸二酯键,。,多个脱氧核苷酸通过,磷酸二酯键,构成了具有,方向性,的线性分子，称为,多聚脱氧核苷酸，,即,DNA链,。,5-,末端,3-,末端,C,G,A,磷酸二酯键,磷酸二酯键,交替的,磷酸,基团,和戊糖,构成了,DNA,的骨架,(backbone),。,DNA,链的方向是,5,3,A,G,P,5,P,T,P,G,P,C,P,T,P,OH 3,书写方法：,5,p,A,p,C,p,T,p,G,p,C,p,T,-,OH,3,5,A C T G C T,3,（2）,DNA,的二级结构-双螺旋结构模型,A=T,，,G=C,不同生物种属的,DNA,的碱基组成不同,同一个体的不同器官或组织的,DNA,碱基组成相同。,Chargaff,规则,DNA双螺旋结构的建立,获得了高质量的,DNA,分子的,X,射线衍射照片。,提出了,DNA,分子双螺旋结构,(double helix),模型。,两条多聚核苷酸链在空间的走向呈,反向平行(anti-parallel),。,两条链围绕着同一个螺旋轴形成,右手螺旋(right-handed),的结构。双螺旋结构的直径为2.0nm，螺距为3.4nm。,两条链的脱氧核糖和磷酸基团构成链的骨架，位于螺旋外侧；碱基位于螺旋的内侧，并形成相应的互补配对。,DNA双螺旋结构模型要点,DNA,是反向平行、右手螺旋的双链结构,由碱基配对之间形成的氢键（A=T、GC）维持两条链间的横向稳定。在垂直方向，是碱基对平面间的堆积力（即疏水力与范德华力）维持纵向稳定。,在双螺旋表面有两个与双螺旋走向一致的沟，一个较深较宽，称大沟；一个较窄较浅，称小沟。它是各种酶和蛋白因子可以识别DNA的特征序列。,原核生物DNA的环状超螺旋结构,原核生物,DNA,多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。,（3）,DNA,的三级结构,DNA,超螺旋结构的电镜图象,真核生物DNA的高度有序和高度致密的结构,真核生物,DNA,以非常有序的形式存在于细胞核内。,在细胞周期的大部分时间里，,DNA,以松散的染色质,(chromatin),形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体,(chromosome),。,DNA,染色质呈现出的串珠样结构。,染色质的基本单位是核小体,(,nucleosome,),。,DNA,染色质的电镜图像,DNA：,约200bp,组蛋白：,H,1,H,2,A，H,2,B,H,3,H,4,核小体的组成,核小体串珠样的结构,双链,DNA,的折叠和组装,DNA,经过多次折叠，被压缩了800010000倍，组装在直径只有为数微米的细胞核内。,真核生物的染色体,4RNA的分子结构,（1）RNA的一级结构,组成RNA的基本结构单位是AMP、GMP、CMP和UMP四种核苷酸。,RNA的一级结构,是指RNA链中的,核苷酸排列顺序,或,碱基的排列顺序,。核苷酸之间也是通过3，5-磷酸二酯键连接。RNA通常以单链形式存在，但也可以有局部区域自身发生回折，回折内的多核苷酸链呈双螺旋结构，并在螺旋区内形成碱基配对（A-U，G-C）。,（2）RNA的种类、分布、功能,信使,RNA(messenger,RNA,mRNA),是合成蛋白质的模板。,不均一核,RNA(hnRNA,),含有内含子,(intron),和外显子,(exon),。,外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列。,hnRNA,经过剪切后成为,成熟的,mRNA,。,信使RNA,帽子结构,:,m7GpppNm,大部分真核细胞mRNA的5,末端具有,m,7,GpppNm,帽子结构,mRNA,的帽结构可以与,帽结合蛋白,(cap binding protein，CBP),结合。,真核生物的mRNA 的3-末端转录后加上一段长短不一（80,250）个,聚腺苷酸。,在真核生物,mRNA,的3,末端有多聚腺苷酸（polyA）尾巴,mRNA核内向胞质的转位,mRNA的稳定性维系,翻译起始的调控,帽子结构和,多聚,A,尾的功能,转运,RNA(transfer,RNA,tRNA),在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体,将氨基酸转呈给,mRNA,。,由,70,120,核苷酸组成；,占细胞总,RNA,的,15%,；,具有很好的稳定性。,转运RNA,tRNA,中含有多种,稀有碱基,tRNA,具有局部的茎环,(stem-loop),结构或发卡,(hairpin),结构。,tRNA,的二级结构,呈三叶草型,tRNA的二级结构,三叶草型,氨基酸臂,DHU,环,反密码环,T,C,环,附加叉,tRNA,的三级结构呈倒,L型,tRNA,的,3,-,末,端都是以,CCA,结尾。,3,-,末,端的,A,的,-OH,与氨基酸共价连结，,tRNA,成为了氨基酸的载体。,不同的,tRNA,可以结合不同的氨基酸。,tRNA,的功能,tRNA,的反密码子环上有一个由三个核苷酸构成的,反密码子,(,anticodon,),。,tRNA,上的反密码子依照碱基互补的原则识别,mRNA,上的密码子。,tRNA,的反密码子识别,mRNA,的密码子,核蛋白体,RNA(ribosomal,RNA,，,rRNA,),是细胞内含量最多的,RNA(80,),。,rRNA,与核蛋白体蛋白结合组成,核蛋白体,(ribosome,，也称核糖体,),，为蛋白质的合成提供场所。,核糖体,RNA,核酸的酸碱及溶解度性质,核酸为多元酸，具有较强的酸性。,核酸的高分子性质,粘度：,DNARNA,dsDNA,ssDNA,沉降行为,:,不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础。,（1）,一般性质,5.核酸的理化性质,核酸在波长,260nm,处有强烈的吸收，是由,碱基的共轭双键,所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。,核酸的紫外吸收性质,在某些理化因素作用下，DNA,双链解开成两条单链,的过程。,定义,DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。,（2）DNA的变性,协同性的DNA解链,高温或极端的,pH,DNA,的变性,增色效应,(,hyperchromic,effect),：,DNA,变性时其溶液,OD,260,增高,的现象。,DNA,解链时的,紫,外吸收变化,变性DNA 常发生一些理化及生物学性质的改变：,溶液黏度降低，DNA 双螺旋是紧密的刚性结构，变性后代之以柔软而松散的无规则单股线性结构，DNA 黏度因此而明显下降；,溶液旋光性发生改变，变性后整个DNA 分子的对称性及分子局部的构性改变，使DNA 溶液的旋光性发生变化；,增色效应,，是指变性后DNA溶液的紫外吸收作用增强的效应。,DNA,的解,链,曲线,连续加热DNA的过程中以温度相对于A260值作图，所得的曲线称为,解链曲线,。,解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。,解链温度(melting temperature，Tm),（3）DNA复性与核酸分子杂交,当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为,DNA,复性,(,renaturation,),。,减色效应：,DNA,复性时，其溶液,OD260,降低。,热变性的,DNA,经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为,退火,(annealing),。,不同种类的,DNA,单链分子或,RNA,分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成,杂化双链,(,heteroduplex,),。,这种杂化双链可以在不同的,DNA,与,DNA,之间形成，也可以在,DNA,和,RNA,分子间或者,RNA,与,RNA,分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。,核酸分子杂交,(hybridization),核酸分子杂交,研究,DNA,分子中某一种基因的位置。,监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。,核酸分子杂交的应用,（三）酶,目前将生物催化剂分为两类,:,酶、核酶（脱氧核酶）,酶,是一类由活细胞产生的，对其底物有特异催化作用的蛋白质。,1.酶的概念,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。,一百余年前，,Pasteur,认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。,1878,年，,K,hne,首次提出,Enzyme,一词。,1897,年，,Eduard Buchner,用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。,1926,年，,Sumner,首次从刀豆中提纯出脲酶结晶,(,deoxyribozyme,),。,1982,年，,Cech,首次发现,RNA,也具有酶的催化活性，提出核酶,(,ribozyme,),的概念。,1994,年，,Breaker,等发现人工合成,DNA,的某些片段具有酶的催化活性而称为脱氧核酶,(,deoxyribozyme,),。,2.酶分子的组成,蛋白质部分：酶蛋白(,apoenzyme),辅助因子,(cofactor),金属离子,小分子有机化合物,全酶,(holoenzyme),结合酶,(conjugated enzyme),单纯酶,(simple enzyme),全酶分子中各部分在催化反应中的作用,:,酶蛋白,决定反应的特异性,辅助因子,决定反应的种类与性质,一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成为一种特异性的酶，而一种辅助因子可以跟不同的酶蛋白结合以构成许多特异性不同的酶。,辅助因子有的是,金属离子,，有的是,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。,金属离子是最多见的辅助因子,金属,离子的作用：,稳定酶的构象；,参与催化反应，传递电子；,在酶与底物间起桥梁作用；,中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质。,其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。,这类辅助因子主要为,维生素或维生素类物质,，此外还有铁卟啉,。,参与的维生素,辅酶（辅基）形式,辅助因子的功能,维生素B,1,（硫胺素）,TPP（焦磷酸硫胺素）,转醛基、转酮基,维生素B,2,（核黄素）,FMN（黄素单核苷酸）,递氢,FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）,递氢,维生素PP,NAD,+,（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸),NADP,（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸),递氢,维生素B,6,磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺,转氨基,泛酸,辅酶A（CoA）,转酰基,叶酸,四氢叶酸,转甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位,生物素,生物素,固定二氧化碳,维生素B,12,钴胺素辅酶类,转甲基,维生素与辅酶（辅基）的关系,（3）酶的活性中心,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化学基团,称为,必需基团,。,必需基团,(essential group),常见的必需基团有组氨酸残基上的,咪唑基,、半胱氨酸残基上的,巯基,、丝氨酸残基上的,羟基,和天冬氨酸、谷氨酸的,羧基,等。,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。,这一区域称为,酶的活性中心,（active center）或,活性部位,（active site）。,酶的活性中心,(active center),活性中心内的必需基团,结合基团,(,binding group,),与底物相结合,催化基团,(c,atalytic group),催化底物转变成产物,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。,活性中心外的必需基团,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,（4）酶原与酶原激活,酶原,(zymogen),酶原的激活,酶原激活的机理,酶 原,分子构象发生改变,形成或暴露出酶的活性中心,一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽,在特定条件下,赖,缬,天,天,天,天,甘,异,赖,缬,天,天,天,天,缬,组,丝,S,S,S,S,46,183,甘,异,缬,组,丝,S,S,S,S,肠激酶,胰蛋白酶,活性中心,胰蛋白酶原的激活过程,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。,（5）同工酶,同工酶(isoenzyme),是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,定义,同工酶具有相同或相似的活性中心，但其理化性质和免疫学性质不同；细胞定位、专一性、活性及其调节可有所不同。至今已知的同工酶已有百余种，如己糖激酶，乳酸脱氢酶等，其中以乳酸脱氢酶（,LDH,）研究得最为清楚，它是由,4,个亚基组成的四聚体，亚基有两型：骨骼肌型（,M,型）和心肌型（,H,型）。两种亚基以不同比例组成,5,种同工酶，即：,LDH,1,、,LDH,2,、,LDH,3,、,LDH,4,、,LDH,5,。,H,H,H,H,H,H,H,M,H,H,M,M,H,M,M,M,M,M,M,M,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),乳酸脱氢酶的同工酶,举例,1,（6）变构酶,某些酶分子还可以与其他一些物质（蛋白质、小分子有机化合物、离子等）结合，结合后使酶的空间构象发生改变，从而影响酶的活性（增高或降低），这种现象称为变构效应，这类可受变构剂调节的酶称,变构酶,(allosteric enzyme)。变构酶是体内快速调节酶活性的重要方式，在代谢调节中具有重要的意义。,在反应前后没有质和量的变化；,只能催化热力学允许的化学反应；,只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。,酶与一般催化剂的共同点：,（1）酶促反应的特点,3.酶促反应的特点及机制,酶具有极高的催化效率,酶的催化效率通常比非催化反应高,10,8,10,20,倍，比一般催化剂高,10,7,10,13,倍。,酶的催化不需要较高的反应温度。,酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的,活化能,(activation energy),。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性,。,酶的特异性,(specificity),酶具有高度的特异性,根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下,3,种类型：,绝对特异性,(absolute specificity),：只能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。,相对特异性,(relative specificity),：作用于一类化合物或一种化学键。,立体结构特异性,(,stereospecificity,),：作用于立体异构体中的一种。,酶的可调节性,酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。,酶具有高度不稳定性,酶的化学本质是蛋白质，易受高温、强酸、强碱等理化因素影响，使酶发生变性，催化活性下降或活性丧失。,（2）酶促反应的机制,降低反应活化能,酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的,活化能(activation energy),实现的。,活化能,：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。,酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶,-,底物结合的,诱导契合,(induced-fit),。,酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。,这种,邻近效应,(proximity effect),与,定向排列,(orientation arrange),实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。,邻近效应与定向排列,多元催化,一般酸-碱催化作用,(,general acid-base catalysis),共价催化作用(covalent catalysis),亲核催化作用(nucleophilic catalysis),影响因素包括：,底物浓度、酶浓度、温度、,pH,、抑制剂、激活剂等。,4.影响酶促反应的因素,（1）底物浓度的影响,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈,矩形双曲线关系,。,S,V,当底物浓度较低时：,反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,V,max,随着底物浓度的增高：,反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。,S,V,V,max,当底物浓度高达一定程度：,反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应,S,V,V,max,（2）酶浓度的影响,在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。,（3）温度的影响,温度对酶促反应速率具有双重影响。,一方面是升高温度可加快反应速度，这是因为温度升高可加快分子的热运动，从而增加分子间的碰撞机会。一般情况下，温度每升高,10,，反应速度可增加,1,2,倍。,另一方面是升高温度可同时增加酶变性的机会，酶变性的增加会减少有活性酶的数量，从而酶促反应速度反而下降,。,酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的,最适温度(optimum temperature),。,温血动物组织中酶的最适温度在3540之间，人体内大多数酶的最适温度为37左右。,温度对淀粉酶活性的影响,（4）pH的影响,环境,pH,对酶活性的影响很大。酶分子中有许多可解离的基团，在不同,pH,条件下其解离状态不同，所带电荷的数量和种类也不同。只有酶在最适,pH,环境下，酶分子的各个必需基团的解离状态，包括辅酶及底物的解离状态处于最佳，酶的活性中心才容易同底物结合而酶才发挥最大催化活性。此外，,pH,还可影响酶活性中心的空间构象的形成，从而影响酶的活性。,酶催化活性最高时反应体系的,pH,称为酶促反应的,最适,pH(optimum pH),。,pH,对某些酶活性的影响,最适,pH,不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度、以及酶纯度等因素的影响。,环境,pH,高于或低于最适,pH,时，酶活性降低，偏离最适,pH,越远（过酸或过碱），酶的活性就越低，甚至还会导致酶变性失活。每一种酶都有各自的最适,pH,。,（5）抑制剂的影响,酶的抑制剂,(inhibitor),酶的抑制区别于酶的变性：,抑制剂对酶有一定选择性,引起变性的因素对酶没有选择性,凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。,抑制作用的类型,不可逆性抑制,(irreversible inhibition),可逆性抑制,(reversible inhibition),根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：,不可逆抑制剂不能用简单的透析、超滤等方法除去而使酶活性恢复。由于抑制剂与酶的结合是不可逆的，因此抑制作用会随着抑制剂浓度的增加而逐渐增加，当抑制剂浓度达到足够与所有的酶结合时则酶的活性将被完全抑制,。,概念,抑制剂与酶活性中心的必需基团以共价键相结合而引起酶失活，这种抑制作用称为,不可逆抑制作用,。,不可逆性抑制作用,农药敌百虫、敌敌畏及1059等有机磷化合物，它们是羟基酶的不可逆性抑制剂，可与,胆碱酯酶,活性中心的丝氨酸羟基以酯键结合而使酶失活。,羟基酶抑制,在体内胆碱酯酶的作用主要是催化乙酰胆碱水解，胆碱酯酶的失活导致乙酰胆碱堆积，造成副交感神经兴奋，患者可出现恶心、呕吐、多汗、肌肉震颤，瞳孔缩小，惊厥等症状。临床上可用,解磷定（PAM）,解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用。,重金属离子（Hg,2+,、Ag,2+,、Pb,2+,、As,3+,等）及路易士气是一种含砷的毒气，可与酶分子中的巯基共价结合，使酶失活。,巯基酶抑制,重金属中毒可用富含巯基的,二巯基丙醇,（BAL）解除其毒性。二巯基丙醇分子中含有二个巯基，在体内达到一定浓度后，可与毒剂结合，使酶恢复活性。,可逆性抑制作用,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,类型,概念,抑制剂通常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。,1）竞争性抑制作用,有些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。,这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,定义,有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。,2,）非竞争性抑制作用,定义,抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。,定义,3,）反竞争性抑制作用,（6）激活剂可加快酶促反应速率,定义,使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为,激活剂(activator),。,种类,必需激活剂,(essential activator),非必需激活剂,(non-essential activator),酶活性的调节（快速调节）,酶含量的调节（缓慢调节）,调节方式,调节对象：关键酶,5.酶的调节,变构效应剂,(,allosteric,effector,),变构激活剂,变构抑制剂,变构调节,(,allosteric,regulation),变构酶,(,allosteric,enzyme),变构部位,(,allosteric,site),细胞内一些代谢物可与某些酶分子,活性中心外,的某部分可逆地结合，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,。,（1）变构调节,酶活性调节,（2）共价修饰调节,在其他酶的催化作用下，某些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。,共价修饰,(covalent modification),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,常见类型,酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。,