人体的物质组成专家讲座.pptx

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,第一节,人体物质组成,人体的物质组成,第1页,生物大分子物质,人体的物质组成,第2页,（一）蛋白质,人体的物质组成,第3页,1.蛋白质元素组成,主要有,C、H、O、N,和,S,。,有些蛋白质含有少许磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。,人体的物质组成,第4页,各种蛋白质含氮量很靠近，平均为,16,。,因为体内含氮物质以蛋白质为主，所以，只要测定生物样品中含氮量，就能够依据以下公式推算出蛋白质大致含量：,100克样品中蛋白质含量(g,%,),=每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成特点:,人体的物质组成,第5页,2.氨基酸结构与分类,存在自然界中氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质氨基酸仅有,20,种。这20种氨基酸在结构上有共同特点。,人体的物质组成,第6页,（1）蛋白质水解所得到氨基酸都是-氨基酸(脯氨酸为-亚氨酸)，氨基连接在碳原子上，它能够用下面结构式表示，R称为氨基酸侧链基团。,人体的物质组成,第7页,-氨基酸结构通式,人体的物质组成,第8页,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,人体的物质组成,第9页,（2）不一样氨基酸在于R不一样，除了R 为H 甘氨酸外，其它氨基酸碳原子都是不对称碳原子，故它们含有旋光异构现象，存在D 型和L 型两种异构体。组整天然蛋白质氨基酸均为L 型。,人体的物质组成,第10页,L-氨基酸,D-氨基酸,人体的物质组成,第11页,H,甘氨酸,CH,3,丙氨酸,L-氨基酸通式,R,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,人体的物质组成,第12页,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,分类,20种氨基酸依据侧链结构和理化性质可分为四类：,人体的物质组成,第13页,3.蛋白质分子中氨基酸连接方式,肽键(,peptide bond,),是由一个氨基酸,-羧基与另一个氨基酸,-氨基脱水缩合而形成化学键。,（1）肽键,人体的物质组成,第14页,+,-,H,OH,甘氨酰甘氨酸,肽键,人体的物质组成,第15页,肽是由氨基酸经过肽键缩合而形成化合物。,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肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多氨基酸相连形成肽称,多肽,(polypeptide)。,（2）肽,人体的物质组成,第16页,N 末端：多肽链中有,游离,-,氨基,一端,C 末端：多肽链中有,游离,-羧基,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一个结构。,人体的物质组成,第17页,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,人体的物质组成,第18页,定义:,蛋白质一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端,氨基酸排列次序,。,4.,蛋白质分子结构,主要化学键,:,肽键,，有些蛋白质还包含二硫键。,（1）,蛋白质一级结构,人体的物质组成,第19页,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学,功效基础,，,但不是决定蛋白质空间构象,唯一原因,。,人体的物质组成,第20页,（2）,蛋白质二级结构,是指多肽链中主链原子在局部空间排列，不包含氨基酸残基侧链构象。,定义:,主要化学键,：,氢键,人体的物质组成,第21页,-螺旋,(,-helix),-,折叠,(,-pleated sheet),-,转角,(,-turn),无规卷曲,(random coil),蛋白质二级结构基本形式,人体的物质组成,第22页,-螺旋,人体的物质组成,第23页,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N-H和相邻第四个氨基酸羰基氧C=O之间。氢键方向与螺旋轴基本平行）,人体的物质组成,第24页,-,折叠,-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成扇面状片层构象,人体的物质组成,第25页,-,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那部分肽链结构。,人体的物质组成,第26页,（3）,蛋白质三级结构,疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。,主要化学键:,是指多肽链中全部原子和基团空间构象，包含全部主链和侧链结构。,定义:,人体的物质组成,第27页,人体的物质组成,第28页,肌红蛋白(Mb),N 端,C端,人体的物质组成,第29页,亚基之间结合主要是氢键和离子键。,（4）,蛋白质四级结构,蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触部位布局和相互作用，称为,蛋白质四级结构,。,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三级结构，称为蛋白质,亚基,(subunit),。,人体的物质组成,第30页,由2个亚基组成蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为,同二聚体(homodimer),，若亚基分子结构不一样，则称之为,异二聚体(heterodimer),。,血红蛋白四级结构,人体的物质组成,第31页,人体的物质组成,第32页,一级结构是空间构象基础,（1）蛋白质一级结构,功效关系,蛋白质功效与其特定空间结构亲密相关,而特定空间结构是以蛋白质一级结构为基础。,4.蛋白质结构与,功效关系,人体的物质组成,第33页,相同一级结构含有相同功效,促肾上腺皮质激素(ACTH)是由39个氨基酸残基组成开链多肽。尽管不一样哺乳类动物起源ACTH C端结构有些差异，但因它们N 端124个氨基酸残基完全相同而表现相同促皮质功效。,人体的物质组成,第34页,一级结构异常造成功效异常,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造成疾病，称为“分子病”。,人体的物质组成,第35页,镰状细胞贫血,人体的物质组成,第36页,蛋白质空间结构是其维持生理功效基础。,（2）,蛋白质空间结构与功效关系,空间结构破坏与功效丧失,人体的物质组成,第37页,牛核糖核酸酶一级结构,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),人体的物质组成,第38页,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,人体的物质组成,第39页,在生物体内，一些小分子物质（配基）与蛋白质分子某一亚基或某一部位特异地结合，使蛋白质构象改变，从而引发其功效改变，这种现象,称为,变构效应,。,亚基构象改变与功效影响,人体的物质组成,第40页,疯牛病是由朊病毒蛋白,(prion protein,PrP)引发一组人和动物神经退行性病变。,正常PrP富含-螺旋，称为PrP,c,。,PrP,c,在某种未知蛋白质作用下可转变成全为-折叠PrP,sc,，从而致病。,PrP,c,-螺旋,PrP,sc,-折叠,正常,疯牛病,疯牛病中蛋白质构象改变,（3）蛋白质构象改变与疾病,人体的物质组成,第41页,蛋白质构象疾病：,若蛋白质折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质构象发生改变，仍可影响其功效，严重时可造成疾病发生。,人体的物质组成,第42页,蛋白质构象改变造成疾病机理：,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病理改变。,这类疾病还包含：,人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病等。,人体的物质组成,第43页,（1）蛋白质两性解离和等电点,蛋白质分子除两端氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中一些基团，在一定溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷基团。,当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液pH称为,蛋白质等电点。,蛋白质等电点(isoelectric point,pI),6.蛋白质理化性质,人体的物质组成,第44页,人体的物质组成,第45页,（2）蛋白质含有胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子直径可达1100nm，为胶粒范围之内。在水溶液中形成胶体溶液,含有胶体溶液各种性质。,人体的物质组成,第46页,蛋白质胶体稳定原因,颗粒表面电荷,水化膜,人体的物质组成,第47页,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷蛋白质,带负电荷蛋白质,在等电点蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷蛋白质,带负电荷蛋白质,不稳定蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,溶液中蛋白质聚沉,人体的物质组成,第48页,（3）蛋白质变性,蛋白质在一些理化原因作用下，其空间结构(次级键，尤其是氢键)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,蛋白质变性,。,蛋白质变性(denaturation),能使蛋白质变性原因:,物理原因有加热、高压、振荡或搅拌、放射线照射及超声波等；化学原因有强酸、强碱、重金属离子、尿素、乙醇、丙酮等有机溶剂。,人体的物质组成,第49页,变性本质:,理化原因破坏了维持和稳定其空间构象各种,次级键,，使其原有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，即变性并不引发一级结构改变。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性原因后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有构象和功效，称为,复性(renaturation),。,人体的物质组成,第50页,变性蛋白质特征,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;变性后蛋白质轻易被蛋白酶水解,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基团,如巯基、酚基等转向分子表面,从而表现或增强对一些试剂反应。,2.生物学性质改变,蛋白质变性后即失去原有生物学活性。比如酶失去其催化活性、激素失去其调整活性、抗体失去其生物活性、细菌蛋白失去其致病性。,人体的物质组成,第51页,变性,应用举例:,临床医学上，变性原因常被应用来消毒及灭菌。,另外,预防蛋白质变性也是有效保留蛋白质制剂（如疫苗等）必要条件。,人体的物质组成,第52页,（4）蛋白质,紫外吸收特征,因为蛋白质分子中含有共轭双键酪氨酸和色氨酸，所以在280nm波优点有特征性吸收峰。蛋白质OD,280,与其浓度呈正比关系，所以可作蛋白质定量测定。,人体的物质组成,第53页,蛋白质经水解后产生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，展现紫色或红色，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）蛋白质呈色反应,茚三酮反应(ninhydrin reaction),双缩脲反应(biuret reaction),人体的物质组成,第54页,在碱性条件下，蛋白质分子中酪氨酸、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,人体的物质组成,第55页,（二）核酸,人体的物质组成,第56页,核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位生物大分子，携带和传递遗传信息。,（二）核酸,人体的物质组成,第57页,1.核酸元素组成,核酸元素组成主要有C、H、O、N、P等元素，其中P含量比较恒定，普通为910%，故以磷酸含量来推测核酸含量。,人体的物质组成,第58页,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.核苷酸分子组成,人体的物质组成,第59页,碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖,磷酸(phosphate),（1）核酸基本组成成份,人体的物质组成,第60页,碱基(base),是含氮杂环化合物。,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,人体的物质组成,第61页,嘌呤(purine，Pu),腺嘌呤(adenine,A),鸟嘌呤(guanine,G),人体的物质组成,第62页,嘧啶(pyrimidine，Py),胞嘧啶(cytosine,C),尿嘧啶,(uracil,U),胸腺嘧啶(thymine,T),人体的物质组成,第63页,戊糖,（组成RNA）,1,2,3,4,5,核糖(ribose),（组成DNA,）,脱氧核糖(deoxyribose),人体的物质组成,第64页,脱氧核苷,嘌呤N-9,或,嘧啶N-1,与脱氧核糖C-1,经过,-N-糖苷键,相连形成,脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。,（2）核酸基本组成单位核苷酸形成,人体的物质组成,第65页,嘌呤,N,-9,或,嘧啶,N,-1,与核糖C-1,经过,-,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,人体的物质组成,第66页,核苷或脱氧核苷与磷酸经过,酯键,结合组成,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,人体的物质组成,第67页,DNA,和,RNA,区分,核糖,G、C、A、,U,RNA,脱氧核糖,G、C、A、,T,DNA,碱基,核糖,核酸,人体的物质组成,第68页,3.、DNA分子结构,DNA一级结构,是指DNA分子中脱氧核苷酸排列次序。因为脱氧核苷酸之间差异在于碱基不一样，所以其一级结构也就是它,碱基序列,。DNA对遗传信息携带和传递是依靠脱氧核苷酸中碱基排列次序改变而实现。,（1）DNA一级结构,人体的物质组成,第69页,一个核苷酸或脱氧核苷酸,3,羟基,与另一个核苷酸或脱氧核苷酸,5,-磷酸,基团缩合形成,磷酸二酯键,。,多个脱氧核苷酸经过,磷酸二酯键,组成了含有,方向性,线性分子，称为,多聚脱氧核苷酸，,即,DNA链,。,人体的物质组成,第70页,5-,末端,3-,末端,C,G,A,磷酸二酯键,磷酸二酯键,人体的物质组成,第71页,交替,磷酸,基团,和戊糖,组成了,DNA,骨架,(backbone),。,DNA,链方向是,5,3,人体的物质组成,第72页,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,人体的物质组成,第73页,（2）,DNA,二级结构-双螺旋结构模型,人体的物质组成,第74页,A=T，G=C,不一样生物种属DNA碱基组成不一样,同一个体不一样器官或组织DNA碱基组成相同。,Chargaff 规则,DNA双螺旋结构建立,取得了高质量DNA分子X射线衍射照片。,提出了DNA分子双螺旋结构(double helix)模型。,人体的物质组成,第75页,两条多聚核苷酸链在空间走向呈,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),结构。双螺旋结构直径为2.0nm，螺距为3.4nm。,两条链脱氧核糖和磷酸基团组成链骨架，位于螺旋外侧；碱基位于螺旋内侧，并形成对应互补配对。,DNA双螺旋结构模型关键点,DNA,是反向平行、右手螺旋双链结构,人体的物质组成,第76页,人体的物质组成,第77页,由碱基配对之间形成氢键（A=T、GC）维持两条链间横向稳定。在垂直方向，是碱基对平面间堆积力（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能够识别DNA特征序列。,人体的物质组成,第78页,原核生物DNA环状超螺旋结构,原核生物,DNA,多为环状，以负超螺旋形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。,（3）,DNA,三级结构,人体的物质组成,第79页,DNA,超螺旋结构电镜图象,人体的物质组成,第80页,真核生物DNA高度有序和高度致密结构,真核生物DNA以非常有序形式存在于细胞核内。,在细胞周期大部分时间里，DNA以涣散染色质(chromatin)形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密染色体(chromosome)。,人体的物质组成,第81页,DNA染色质展现出串珠样结构。,染色质基本单位是核小体(nucleosome)。,DNA,染色质电镜图像,人体的物质组成,第82页,DNA：,约200bp,组蛋白：,H,1,H,2,A，H,2,B,H,3,H,4,核小体组成,人体的物质组成,第83页,核小体串珠样结构,人体的物质组成,第84页,双链,DNA,折叠和组装,人体的物质组成,第85页,DNA,经过屡次折叠，被压缩了800010000倍，组装在直径只有为数微米细胞核内。,人体的物质组成,第86页,真核生物染色体,人体的物质组成,第87页,4RNA分子结构,（1）RNA一级结构,组成RNA基本结构单位是AMP、GMP、CMP和UMP四种核苷酸。,RNA一级结构,是指RNA链中,核苷酸排列次序,或,碱基排列次序,。核苷酸之间也是经过3，5-磷酸二酯键连接。RNA通常以单链形式存在，但也能够有局部区域本身发生回折，回折内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）。,人体的物质组成,第88页,（2）RNA种类、分布、功效,人体的物质组成,第89页,信使RNA(messenger RNA,mRNA),是合成蛋白质模板。,不均一核RNA(hnRNA),含有内含子(intron)和外显子(exon)。,外显子是氨基酸编码序列，而内含子是非编码序列。,hnRNA经过剪切后成为,成熟mRNA,。,信使RNA,人体的物质组成,第90页,帽子结构,:,m7GpppNm,大部分真核细胞mRNA5,末端含有,m,7,GpppNm,帽子结构,mRNA,帽结构能够与,帽结合蛋白,(cap binding protein，CBP),结合。,人体的物质组成,第91页,真核生物mRNA 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,3,末端有多聚腺苷酸（polyA）尾巴,人体的物质组成,第92页,mRNA核内向胞质转位,mRNA稳定性维系,翻译起始调控,帽子结构和,多聚A尾功效,人体的物质组成,第93页,转运RNA(transfer RNA,tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸载体,将氨基酸转呈给mRNA。,由70120核苷酸组成；,占细胞总RNA15%；,含有很好稳定性。,转运RNA,人体的物质组成,第94页,tRNA,中含有各种,稀有碱基,人体的物质组成,第95页,tRNA含有局部茎环(stem-loop)结构或发卡(hairpin)结构。,tRNA,二级结构,呈三叶草型,tRNA二级结构,三叶草型,氨基酸臂,DHU环,反密码环,T,C环,附加叉,人体的物质组成,第96页,tRNA,三级结构呈倒,L型,人体的物质组成,第97页,tRNA3,-末,端都是以CCA结尾。,3,-末,端A-OH与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸载体。,不一样tRNA能够结合不一样氨基酸。,tRNA,功效,人体的物质组成,第98页,tRNA反密码子环上有一个由三个核苷酸组成,反密码子(anticodon),。,tRNA上反密码子依照碱基互补标准识别mRNA上密码子。,tRNA,反密码子识别,mRNA,密码子,人体的物质组成,第99页,核蛋白体RNA(ribosomal RNA，rRNA),是细胞内含量最多RNA(80)。,rRNA与核蛋白体蛋白结合组成,核蛋白体(ribosome，也称核糖体),，为蛋白质合成提供场所。,核糖体,RNA,人体的物质组成,第100页,核酸酸碱及溶解度性质,核酸为多元酸，含有较强酸性。,核酸高分子性质,粘度：DNARNA dsDNA ssDNA,沉降行为:不一样构象核酸分子沉降速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸理论基础。,（1）,普通性质,5.核酸理化性质,人体的物质组成,第101页,核酸在波长,260nm,处有强烈吸收，是由,碱基共轭双键,所决定。这一特征惯用作核酸定性和定量分析。,核酸紫外吸收性质,人体的物质组成,第102页,在一些理化原因作用下，DNA,双链解开成两条单链,过程。,定义,DNA变性本质是双链间氢键断裂。,（2）DNA变性,人体的物质组成,第103页,协同性DNA解链,高温或极端,pH,DNA变性,人体的物质组成,第104页,增色效应,(hyperchromic effect),：,DNA变性时其溶液,OD,260,增高,现象。,DNA,解链时,紫,外吸收改变,人体的物质组成,第105页,变性DNA 常发生一些理化及生物学性质改变：,溶液黏度降低，DNA 双螺旋是紧密刚性结构，变性后代之以柔软而涣散无规则单股线性结构，DNA 黏度所以而显著下降；,溶液旋光性发生改变，变性后整个DNA 分子对称性及分子局部构性改变，使DNA 溶液旋光性发生改变；,增色效应,，是指变性后DNA溶液紫外吸收作用增强效应。,人体的物质组成,第106页,DNA,解,链,曲线,连续加热DNA过程中以温度相对于A260值作图，所得曲线称为,解链曲线,。,解链过程中，紫外吸光度改变到达最大改变值二分之一时所对应温度。,解链温度(melting temperature，Tm),人体的物质组成,第107页,（3）DNA复性与核酸分子杂交,当变性条件迟缓地除去后，两条解离互补链可重新配对，恢复原来双螺旋结构，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DNA经迟缓冷却后即可复性，这一过程称为,退火(annealing),。,人体的物质组成,第108页,不一样种类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碱基配对关系，在适宜条件能够在不一样分子间形成,杂化双链(heteroduplex),。,这种杂化双链能够在不一样DNA与DNA之间形成，也能够在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),人体的物质组成,第109页,核酸分子杂交,人体的物质组成,第110页,研究DNA分子中某一个基因位置。,监定两种核酸分子间序列相同性。,检测一些专一序列在待检样品中存在是否。,核酸分子杂交应用,人体的物质组成,第111页,（三）酶,当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，对其底物有特异催化作用蛋白质。,1.酶概念,人体的物质组成,第112页,公元前两千多年，我国已经有酿酒记载。,一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动结果。,1878年，Khne首次提出Enzyme一词。,1897年，Eduard Buchner用不含细胞酵母提取液，实现了发酵。,1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶(deoxyribozyme)。,人体的物质组成,第113页,1982年，Cech首次发觉RNA也含有酶催化活性，提出核酶(ribozyme)概念。,1994年，,Breaker等发觉人工合成DNA一些片段含有酶催化活性而称为脱氧核酶,(deoxyribozyme)。,人体的物质组成,第114页,2.酶分子组成,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),人体的物质组成,第115页,全酶分子中各部分在催化反应中作用:,酶蛋白,决定反应特异性,辅助因子,决定反应种类与性质,一个酶蛋白只能与一个辅助因子结合成为一个特异性酶，而一个辅助因子能够跟不一样酶蛋白结合以组成许多特异性不一样酶。,辅助因子有是,金属离子,，有是,小分子有机化合物,。,人体的物质组成,第116页,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),金属离子为酶活性所必需，但与酶结合不甚紧密。,金属离子是最多见辅助因子,人体的物质组成,第117页,金属,离子作用：,稳定酶构象；,参加催化反应，传递电子；,在酶与底物间起桥梁作用；,中和阴离子，降低反应中静电斥力等。,人体的物质组成,第118页,小分子有机化合物是一些化学稳定小分子物质。,其主要作用是参加酶催化过程，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,，另外还有铁卟啉,。,人体的物质组成,第119页,参加维生素,辅酶（辅基）形式,辅助因子功效,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）关系,人体的物质组成,第120页,（3）酶活性中心,酶分子中氨基酸残基侧链化学基团中，一些与酶活性亲密相关化学基团,称为,必需基团,。,必需基团(essential group),常见必需基团有组氨酸残基上,咪唑基,、半胱氨酸残基上,巯基,、丝氨酸残基上,羟基,和天冬氨酸、谷氨酸,羧基,等。,人体的物质组成,第121页,指,必需基团在空间结构上彼此靠近，组成含有特定空间结构区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。,这一区域称为,酶活性中心,（active center）或,活性部位,（active site）。,酶活性中心(active center),人体的物质组成,第122页,活性中心内必需基团,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空间构象和（或）作为调整剂结合部位所必需。,活性中心外必需基团,人体的物质组成,第123页,底 物,活性中心以外必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,人体的物质组成,第124页,有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶无活性前体，以前体物质称为酶原。,在一定条件下，酶原向有活性酶转化过程。,（4）酶原与酶原激活,酶原(zymogen),酶原激活,人体的物质组成,第125页,酶原激活机理,酶 原,分子构象发生改变,形成或暴露出酶活性中心,一个或几个特定肽键断裂，水解掉一个或几个短肽,在特定条件下,人体的物质组成,第126页,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,胰蛋白酶原激活过程,人体的物质组成,第127页,酶原激活生理意义,防止细胞产生酶对细胞进行本身消化，并使酶在特定部位和环境中发挥作用，确保体内代谢正常进行。,有酶原能够视为酶储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性酶，发挥其催化作用。,人体的物质组成,第128页,（5）同工酶,同工酶(isoenzyme),是指催化相同化学反应，而酶蛋白分子结构理化性质乃至免疫学性质不一样一组酶。,定义,人体的物质组成,第129页,同工酶含有相同或相同活性中心，但其理化性质和免疫学性质不一样；细胞定位、专一性、活性及其调整可有所不一样。至今已知同工酶已经有百余种，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）。两种亚基以不一样百分比组成5种同工酶，即：LDH,1,、LDH,2,、LDH,3,、LDH,4,、LDH,5,。,人体的物质组成,第130页,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,),乳酸脱氢酶同工酶,举例 1,人体的物质组成,第131页,（6）变构酶,一些酶分子还能够与其它一些物质（蛋白质、小分子有机化合物、离子等）结合，结合后使酶空间构象发生改变，从而影响酶活性（增高或降低），这种现象称为变构效应，这类可受变构剂调整酶称,变构酶,(allosteric enzyme)。变构酶是体内快速调整酶活性主要方式，在代谢调整中含有主要意义。,人体的物质组成,第132页,在反应前后没有质和量改变；,只能催化热力学允许化学反应；,只能加速可逆反应进程，而不改变反应平衡点。,酶与普通催化剂共同点：,（1）酶促反应特点,3.酶促反应特点及机制,人体的物质组成,第133页,酶含有极高催化效率,酶催化效率通常比非催化反应高10,8,10,20,倍，比普通催化剂高10,7,10,13,倍。,酶催化不需要较高反应温度。,酶和普通催化剂加速反应机理都是降低反应,活化能(activation energy),。酶比普通催化剂更有效地降低反应活化能。,人体的物质组成,第134页,一个酶仅作用于一个或一类化合物，或一定化学键，催化一定化学反应并生成一定产物。酶这种特征称为酶特异性或专一性,。,酶特异性(specificity),酶含有高度特异性,人体的物质组成,第135页,依据酶对其底物结构选择严格程度不一样，酶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底物，进行一个专一反应，生成一个特定结构产物。,相对特异性(relative specificity),：作用于一类化合物或一个化学键。,立体结构特异性(,stereospecificity),：作用于立体异构体中一个。,人体的物质组成,第136页,酶可调整性,酶促反应受各种原因调控，以适应机体对不停改变内外环境和生命活动需要。,酶含有高度不稳定性,酶化学本质是蛋白质，易受高温、强酸、强碱等理化原因影响，使酶发生变性，催化活性下降或活性丧失。,人体的物质组成,第137页,（2）酶促反应机制,降低反应活化能,酶和普通催化剂一样，加速反应作用都是经过降低反应,活化能(activation energy),实现。,活化能,：底物分子从初态转变到活化态所需能量。,人体的物质组成,第138页,酶与底物相互靠近时，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,诱导契合(induced-fit),。,酶-底物复合物形成与诱导契合假说,人体的物质组成,第139页,酶在反应中将诸底物结合到酶活性中心，使它们相互靠近并形成有利于反应正确定向关系。,这种,邻近效应(proximity effect),与,定向排列(orientation arrange),实际上是将分子间反应变成类似于分子内反应，从而提升反应速率。,邻近效应与定向排列,人体的物质组成,第140页,多元催化,普通酸-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),人体的物质组成,第141页,影响原因包含：,底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂等。,4.影响酶促反应原因,人体的物质组成,第142页,（1）底物浓度影响,在其它原因不变情况下，底物浓度对反应速率影响呈,矩形双曲线关系,。,S,V,人体的物质组成,第143页,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,人体的物质组成,第144页,伴随底物浓度增高：,反应速率不再成正百分比加速；反应为混合级反应。,S,V,V,max,人体的物质组成,第145页,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,人体的物质组成,第146页,（2）酶浓度影响,在酶促反应系统中，当底物浓度大大超出酶浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度改变呈正比关系。,人体的物质组成,第147页,（3）温度影响,温度对酶促反应速率含有双重影响。,首先是升高温度可加紧反应速度，这是因为温度升高可加紧分子热运动，从而增加分子间碰撞机会。普通情况下，温度每升高10，反应速度可增加12倍。,另首先是升高温度可同时增加酶变性机会，酶变性增加会降低有活性酶数量，从而酶促反应速度反而下降,。,人体的物质组成,第148页,酶促反应速率最快时反应体系温度称为酶促反应,最适温度(optimum temperature),。,温血动物组织中酶最适温度在3540之间，人体内大多数酶最适温度为37左右。,人体的物质组成,第149页,温度对淀粉酶活性影响,人体的物质组成,第150页,（4）pH影响,环境pH对酶活性影响很大。酶分子中有许多可解离基团，在不一样pH条件下其解离状态不一样，所带电荷数量和种类也不一样。只有酶在最适pH环境下，酶分子各个必需基团解离状态，包含辅酶及底物解离状态处于最正确，酶活性中心才轻易同底物结合而酶才发挥最大催化活性。另外，pH还可影响酶活性中心空间构象形成，从而影响酶活性。,人体的物质组成,第151页,酶催化活性最高时反应体系pH称为酶促反应,最适pH(optimum pH),。,pH对一些酶活性影响,人体的物质组成,第152页,最适pH不是酶特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度、以及酶纯度等原因影响。,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），酶活性就越低，甚至还会造成酶变性失活。每一个酶都有各自最适pH。,人体的物质组成,第153页,（5）抑制剂影响,酶抑制剂(inhibitor),酶抑制区分于酶变性：,抑制剂对酶有一定选择性,引发变性原因对酶没有选择性,凡能使酶催化活性下降而不引发酶蛋白 变性物质称为酶抑制剂。,人体的物质组成,第154页,抑制作用类型,不可逆性抑制(irreversible inhibition),可逆性抑制(reversible inhibition),依据抑制剂和酶结合紧密程度不一样，酶抑制作用分为：,人体的物质组成,第155页,不可逆抑制剂不能用简单透析、超滤等方法除去而使酶活性恢复。因为抑制剂与酶结合是不可逆，所以抑制作用会伴随抑制剂浓度增加而逐步增加，当抑制剂浓度到达足够与全部酶结合时则酶活性将被完全抑制,。,概念,抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键相结合而引发酶失活，这种抑制作用称为,不可逆抑制作用,。,不可逆性抑制作用,人体的物质组成,第156页,农药敌百虫、敌敌畏及1059等有机磷化合物，它们是羟基酶不可逆性抑制剂，可与,胆碱酯酶,活性中心丝氨酸羟基以酯键结合而使酶失活。,羟基酶抑制,在体内胆碱酯酶作用主要是催化乙酰胆碱水解，胆碱酯酶失活造成乙酰胆碱堆积，造成副交