生物化學與分子生物學

1、生物化學與分子生物學,授課教師：郝軍莉Email ：haojunli00@163.com,1. 蛋白質(zhì)2. 核酸3. 遺傳信息的傳遞表達4. 酶5. 糖代謝6. 脂代謝7. 蛋白質(zhì)代謝8. 氨基酸代謝9. 核苷酸代謝10. 維生素,第一章　生物大分子-蛋白質(zhì),要點：１氨基酸的通式及分類?。搽逆I的形成　　　　　　　　３蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)及　　　　　　　空間結(jié)構(gòu)的關系　　　　　　　　　?。?/p>

2、變性的本質(zhì)及應用,蛋白質(zhì)的定義及元素組成,定義： 蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。組成元素：主要有C、H、O、N和 S還含有少量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I,氨基酸的結(jié)構(gòu)特點,（1）蛋白質(zhì)水解所得的氨基酸為α-氨基酸（脯氨酸為α-亞氨酸）（2）組成天然蛋白質(zhì)的氨基酸均為L-型（甘氨酸除外）存在自然界中的氨

3、基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,,,幾種特殊氨基酸,脯氨酸：（亞氨基酸）,亞氨基酸：分子中不含有氨基（-NH2），而是含有亞氨基-NH和羧基,注意點： ①為亞氨基酸，此氨基仍能與另一羧基形成肽鍵 ②亞氨基的N在環(huán)中，移動的自由度受限制，當脯氨酸處于多肽鏈中時，往往形成轉(zhuǎn)角 ③可被修飾為羥脯氨酸,非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸

4、性氨基酸堿性氨基酸,氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進行分類,肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。,兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……,肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。,由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。,肽的相關概念,谷胱甘肽: 存在于身體的幾乎每一個細胞，解毒，抗衰老，爭

5、搶免疫力等功能,,,蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:,一級結(jié)構(gòu)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure),蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),1、概念：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。2、主要結(jié)構(gòu)鍵： 肽鍵 部分蛋白質(zhì)含有二硫鍵

6、,一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。,二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu),1、 α-螺旋2、 β-折疊3、 β-轉(zhuǎn)角4、 無規(guī)線卷曲,（一）α-螺旋,概念： 多肽鏈中肽鍵平面通過α-碳原子的相對旋轉(zhuǎn)，沿長軸方向，按規(guī)律盤繞形成的緊密螺旋盤曲構(gòu)象。,（二）?-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu),（三）?-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在,?-轉(zhuǎn)角,無規(guī)卷曲是用來闡

7、述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。,三級結(jié)構(gòu),概念： 整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈的所有原子在三維空間的排布位置。,亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。,四級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。,有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。,血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的變性和復性,變性概念：

8、 在某些物理因素或化學因素的作用下維持蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)的次級鍵斷裂，天然構(gòu)象被破壞從而引起理化性質(zhì)的改變，生物學活性喪失的現(xiàn)象。變性本質(zhì) 是空間結(jié)構(gòu)的破壞,復性：若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢 復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為復性(renaturation) 。,天然狀態(tài)，有催化活性,尿素、 β-巰基乙醇,,去除尿素、β-巰基乙醇,非折疊狀態(tài)，無活性,,蛋白質(zhì)的復性和變性,變性劑

9、,變性的應用,①臨床上用煮沸，高壓蒸汽，乙醇，紫外線等使細菌蛋白質(zhì)變性，達到滅菌的作用。②低溫保護可延緩生物活性蛋白質(zhì)變性,蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Protein,一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì),蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。,當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負

10、離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。,蛋白質(zhì)的等電點( isoelectric point, pI),二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì),蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。,顆粒表面電荷水化膜,蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:,三、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰,由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰

11、。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。,蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。,蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。,四、應用蛋白質(zhì)呈色反應可測定蛋白質(zhì)溶液含量,茚三酮反應(ninhydrin reaction),雙縮脲反應(biuret reaction),第 二 章核酸的結(jié)構(gòu)和功能,Structure and

12、Function of Nucleic Acid,核酸的分類及分布,核酸的化學組成,1. 元素組成C、H、O、N、P（9~10%）,,核酸組成,構(gòu)成核酸的基本單位,堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。,堿基,,嘌呤,嘧啶,,,腺嘌呤,鳥嘌呤,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,,存在于DNA和RNA中,僅存在于RNA中,僅存在于DNA中,,,堿基,體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物,多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP,環(huán)化核苷酸: cAMP，c

13、GMP 細胞信號傳導的第二信使,二、核酸的一級結(jié)構(gòu),定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。,書寫方法,,5? pApCpTpGpCpT-OH 3?,,5? A C T G C T 3?,,,,,目 錄,核酸的方向性5’-3’,DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)和高級結(jié)構(gòu)。,DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatial struct

14、ure),構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對位置關系。,一、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu),（一） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 （Watson, Crick, 1953）,DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成。兩鏈以脫氧核糖-磷酸為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為2nm，形成大溝(major groove)及小溝(minor groove)相間。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 （W

15、atson, Crick, 1953）,堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對側(cè)堿基形成氫鍵配對（互補配對形式：A=T; G?C） 。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基。,,,,,目 錄,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 （Watson, Crick, 1953）,氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。,,,,,目 錄,DNA二級結(jié)構(gòu)模型的總結(jié),1、 DNA分子由兩條脫氧核糖核苷酸

16、鏈組成，兩條鏈的走向呈反向平行 2、DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu)3、脫氧核糖-磷酸骨架位于螺旋的外側(cè)；堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，每個堿基均與對應鏈上的堿基處于同一平面而以氫鍵（hydrogen bond）結(jié)合4、堿基互補原則:Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ5、堿基平面與雙螺旋的長軸垂直，糖環(huán)的平面則與長軸平行 6、DNA分子兩條鏈間互補堿基的氫鍵維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性，縱向則靠堿基平面間的疏水性堿基堆積力（base stacking force）來維

17、系 7、雙螺旋結(jié)構(gòu)上存在著兩條凹溝，與脫氧核糖-磷酸骨架平行。較深的溝稱為大溝（major groove），較淺的稱為小溝（minor groove） 螺旋直徑為2.37nm，軸距3.54nm,二、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu),超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。,正超螺旋(positive supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。,負超螺旋(neg

18、ative supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。,（一）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu):超螺旋,原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。,（二）DNA在真核生物細胞核內(nèi)的組裝,真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是 核小體(nucleosome)。,核小體的組成DNA：約200bp 組蛋白：H1H2A，H2BH3H4,DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳

19、信息，并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎，也是個體生命活動的信息基礎。,基因從結(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。,三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎,四、DNA的變性(denaturation),定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。,方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。,變性后其它理化性質(zhì)變化：,OD

20、260增高粘度下降比旋度下降浮力密度升高酸堿滴定曲線改變生物活性喪失,,,,,目 錄,Tm：變性是在一個相當窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(melting temperature, Tm)。其大小與G+C含量成正比。,,,,,目 錄,Structure and Function of RNA,RNA的結(jié)構(gòu)與功能,RNA與蛋白質(zhì)共同負責基因的表達和

21、表達過程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復雜的局部二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠比DNA表現(xiàn)出多樣性。,一、 mRNA的功能 把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。,從AUG 開始，每三個核苷酸為一組編碼了一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。 5?-末端的帽子(ca

22、p)結(jié)構(gòu)和3?-末端的多聚A尾(poly-A tail)結(jié)構(gòu)。,,成熟的真核生物mRNA,轉(zhuǎn)運RNA(transfer RNA, tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體, 將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。,二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體,tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。,,（二）tRNA具有莖環(huán)結(jié)構(gòu),tRNA的

23、二級結(jié)構(gòu)——三葉草形,氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)額外環(huán),,tRNA的倒L三級結(jié)構(gòu),tRNA的3?-末端都是以CCA結(jié)尾。3?-末端的A與氨基酸共價連結(jié)，tRNA成為了氨基酸的載體。不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸。,,（三）tRNA的3?-末端連接氨基酸,tRNA的反密碼子環(huán)上有一個由三個核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補的原則識別mRNA上的密碼子。,,（四）tRNA的

24、反密碼子識別mRNA的密碼子,核蛋白體RNA(ribosomal RNA，rRNA)是細胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核蛋白體蛋白結(jié)合組成核蛋白體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。,五、以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場所,核蛋白體的組成,遺傳信息的傳遞表達,1、DNA的復制2、RNA的生物合成3、蛋白質(zhì)的生物合成,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,

25、,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,1.條件,a.酶,解旋酶,b.能量,c.模板,DNA兩條鏈,線粒體供能ATP為直接能量來源,d.原料,四種脫氧核苷酸,,斷開氫鍵,DNA聚合酶,,磷酸二酯鍵,遵循：堿基互補配對原則,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄

26、,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,,,返回目錄,返回主頁,DNA的復制（動畫）,,,,,,,滑動夾子,DNA解旋酶,DNA引物酶,DNA聚合酶,DNA聚合酶H,DNA連接酶,,,,,,,,,,,DNA解旋酶打開DNA雙鏈,引物酶合成引物（RNA），為復制準備,,,,,,,,,,,,,,,,,A,,,,,,,,,,,,DNA聚合酶合成DNA片

27、段,,,,,A,,,,,,,,,,,,,后隨鏈繼續(xù)合成新的引物，然后合成新的片段,,,,,,,A,,,,,,,,,,,,,,,,DNA聚合酶H切除引物片段，并填補缺口，留下一個小缺口（紅色區(qū)域）,,,,A,,,,,,,,,,,,,,,,,DNA連接酶填補小缺口,,,,A,,,,,,,,,,,,,,,解旋酶脫下，DNA復制完成,,,返回目錄,返回主頁,DNA復制特征,1. 半保留復制2. 半不連續(xù)復制3. DNA復制具有高度的忠實性和

28、準確性4. 邊解旋邊復制5. DNA復制從起始點開始雙向進行6. DNA復制時模板方向是3’-5’方向，DNA合成方向為5’－3’方向,切除修復 在DNA聚合酶、連接酶等共同作用下，將DNA的損傷部位進行切除、修補、連接，使損傷的DNA得以修復。 切除修復是細胞修復損傷DNA的主要方式。,參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì),模板: DNA原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 酶: RNA聚合酶(RN

29、A polymerase )其他蛋白質(zhì)因子,DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene)。轉(zhuǎn)錄的模板： 模板鏈：DNA雙鏈中按堿基配對能指導轉(zhuǎn)錄生成RNA的單股鏈； 編碼鏈：相對應的另一條鏈。,不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription),在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 ；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。,核心酶 (

30、core enzyme),全酶 (holoenzyme),原核RNA聚合酶:,真核細胞的RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ： 位于核仁中，轉(zhuǎn)錄出rRNARNA聚合酶Ⅱ： 位于核質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄出hnRNA（mRNA的前體）RNA聚合酶Ⅲ： 位于核質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄出tRNA和5srRNA,真核細胞的轉(zhuǎn)錄后加工,mRNA： （1）加帽 （2）加尾 （3）剪接　 （4）堿基修飾,從AUG 開始，每三

31、個核苷酸為一組編碼了一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。 5?-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3?-末端的多聚A尾(poly-A tail)結(jié)構(gòu)。,,成熟的真核生物mRNA,蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由 4 種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序 。,20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

32、ATP、GTP、無機離子,參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括,三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移RNA）,tRNA與氨基酸的活化,反密碼環(huán),氨基酸臂,,,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酸的活化,IF-3,IF-1,IF-2,,GTP,核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復合物形成,,,,,目 錄,酶的概念,目前將生物催化劑分為

33、兩類酶 、 核酶（脫氧核酶）,酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。,一、 酶的分子組成,金屬輔助因子的作用,①維持酶分子構(gòu)象，甚至參與活性中心的形成；②作為連接酶與底物的橋梁，便于酶對底物起作用；③在酶分子中通過本身的氧化還原而傳遞電子；④中和陰離子，降低反應中的靜電斥力，影響酶的活性中心。,小分子有機化合物的作用主要有維生素及其衍生物在反應中起運載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團。,酶促反應具有

34、極高的效率酶促反應具有高度的特異性酶促反應的可調(diào)節(jié)性酶的高度不穩(wěn)定性,酶的催化特點,酶的活性中心,或稱活性部位(active site)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。,必需基團(essential group)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關的化學基團。,結(jié)合基團,催化基團,,酶促反應動力學概念研究各種因素對酶促反應速度的影響，并加

35、以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。,,※ 研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。,,※底物濃度對催化速率的影響1913年Michaelis和Menten提出反應速度與底物濃度關系的數(shù)學方程式，即米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelis equation)。,,,,[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速度Vmax：最大反應速度(maximum velocity) Ｋm

36、：米氏常數(shù)(Michaelis constant),Km與Vmax的意義,Km值① Km等于酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度。② 意義：a) Km是酶的特征性常數(shù)之一；b) Km可近似表示酶對底物的親和力；c) 同一酶對于不同底物有不同的Km值。,當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度，,,反應速度不再增加，達最大速度。,,,,,目 錄,Vmax定義：Vm是酶完全被底物飽和時的反應速度，與酶濃度成正比。,雙重影響 溫度升

37、高，酶促反應速度升高； 由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應速度降低 。,三、溫度對反應速度的影響,最適溫度 (optimum temperature)：酶促反應速度最快時的環(huán)境溫度。,四、 pH對反應速度的影響,最適pH (optimum pH)：酶催化活性最大時的環(huán)境pH。,五、抑制劑對反應速度的影響,酶的抑制劑(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋

38、白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。,,,,區(qū)別于酶的變性,,抑制劑對酶有一定選擇性 引起變性的因素對酶沒有選擇性,抑制作用的類型,不可逆性抑制 (酶與抑制劑共價結(jié)合),可逆性抑制 　(酶與抑制劑非共價結(jié)合)：,競爭性抑制 (與底物競爭活性中心)非競爭性抑制 (不與底物競爭活性中心)反競爭性抑制,酶活性的調(diào)節(jié),,（一）酶原與酶原的激活,酶原 (zymogen)有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，必須在一定條件下，這些酶的前體

39、水解一個或幾個特定的肽鍵致使構(gòu)象發(fā)生改變，表現(xiàn)出酶的活性，這種無活性的前體稱為酶原.,,,,,,酶原的激活,酶原向酶的轉(zhuǎn)化過程稱為酶的激活，其本質(zhì)是酶活性中心的形成與暴露的過程 伴有酶蛋白一級結(jié)構(gòu)的改變,生理意義,消化系統(tǒng)中幾種蛋白酶以酶原的形式分泌出來，不僅避免了細胞的自身消化，而且保證酶在其特定的部位與環(huán)境發(fā)揮其催化作用。血液中的凝血因子在血液循環(huán)中以酶原的形式存在，能防止血液在血管內(nèi)凝固 。還可視為酶的儲存形式,（二）

40、別構(gòu)調(diào)節(jié),某些酶除了結(jié)合底物的部位（活性中心）以外，還有一個或幾個部位，當專一的代謝物分子可逆結(jié)合到這些部位時，可引起酶的構(gòu)象發(fā)生變化，酶的活性中心也隨之變化，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié).,（三） 酶的共價修飾調(diào)節(jié),共價修飾(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。,常見類型磷酸化與脫磷酸化（最常見）乙?；?/p>

41、脫乙酰化甲基化和脫甲基化腺苷化和脫腺苷化－SH與－S－S互變,（四）同工酶,* 定義同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)不同的一組酶。,糖代謝,糖代謝的概況,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,一、糖酵解的反應過程,第一階段,第二階段,* 糖酵解(glycolysis)的定義,* 糖酵解分為兩

42、個階段,* 糖酵解的反應部位：胞漿,在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，稱之為糖酵解途徑(glycolytic pathway)。,由丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。,糖酵解的代謝途徑,E2,E1,E3,三、糖酵解的生理意義,1. 是機體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。,2. 是某些細胞在氧供應正常情況下的重要供能途徑。,② 代謝活躍的細胞，如：白細胞、骨髓細胞,① 無線粒

43、體的細胞，如：紅細胞,在機體氧供充足時，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程。是機體主要供能方式。,* 部位：胞液及線粒體,糖的有氧氧化* 概念,一、有氧氧化的反應過程,第一階段：酵解途徑,第二階段：丙酮酸的氧化脫羧,第三階段：三羧酸循環(huán),G（Gn）,第四階段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,,,,,,,H2O,[O],,ATP,ADP,TAC循環(huán),胞液,線粒體,（一）丙酮酸的氧化脫羧,丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰C

44、oA (acetyl CoA)。,總反應式:,三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應中的第一個中間產(chǎn)物是一個含三個羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應組成。,所有的反應均在線粒體中進行。,（二）三羧酸循環(huán),* 概述,* 反應部位,,,,,,,,,NADH+H+,NAD+,,NAD+,NADH+H+,GTP,

45、GDP+Pi,FAD,,FADH2,NADH+H+,NAD+,,⑧,①,②,③,④,⑤,⑥,⑦,②,,,,,,,,,,,①檸檬酸合酶,②順烏頭酸梅,③異檸檬酸脫氫酶,④α-酮戊二酸脫氫酶復合體,⑤琥珀酰CoA合成酶,⑥琥珀酸脫氫酶,⑦延胡索酸酶,⑧蘋果酸脫氫酶,,,,,目 錄,1. 關于TCA的特征記憶,１、唯一一次底物水平磷酸化（產(chǎn)生１ATP）２、兩次連續(xù)脫羧反應，生成２ＣＯ２３、三個限速酶４、四次脫氫產(chǎn)生11個ATP結(jié)論：

46、每個乙酰CoA經(jīng)過一次TCA共　　　生成12個ATP,2. 三羧酸循環(huán)的生理意義,是三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑；是三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐；為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體；為呼吸鏈提供H+ + e。,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,此表按傳統(tǒng)方式計算ATP。目前有新的理論，在此不作詳述,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,糖原合成途徑,2. 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡萄糖,* UDPG可看作“

47、活性葡萄糖”，在體內(nèi)充作葡萄糖供體。,+,3. 1- 磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ),4. α-1,4-糖苷鍵式結(jié)合,此步的糖原合酶是限速酶,二、糖原的分解代謝,* 定義,* 亞細胞定位：胞 漿,* 肝糖元的分解,1. 糖原的磷酸解（限速）,糖原分解 (glycogenolysis )習慣上指肝糖原分解成為葡萄

48、糖的過程。,２. 1-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖,３. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。,* 部位,* 原料,糖 異 生* 概念,主要在肝、腎細胞的胞漿及線粒體,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,1. 丙酮酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP,① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，輔酶為生物素（反應在線粒體）

49、,② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、胞液）,2. 1,6-雙磷酸果糖 轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖,糖異生的生理意義,（一）維持血糖濃度恒定,（二）補充肝糖原,三碳途徑： 指進食后，大部分葡萄糖先在肝外細胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進入肝細胞異生為糖原的過程。,（三）調(diào)節(jié)酸堿平衡（乳酸異生為糖）,乳酸循環(huán)(lactose cycle)

50、 ———（Cori 循環(huán)）,⑴ 循環(huán)過程,葡萄糖,,葡萄糖,,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,,乳酸,,乳酸,丙酮酸,血液,磷酸戊糖途徑* 概念,磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應過程。,磷酸戊糖途徑的生理意義,（一）為核苷酸的生成提供核糖,（二）提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應,* 血糖，指血液中的葡萄糖。,* 血糖水平，即血糖濃度。

51、正常血糖濃度 ：3.89~6.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,,血糖,一、血糖來源和去路,二、血糖水平的調(diào)節(jié),* 主要依靠激素的調(diào)節(jié),舉例： 胰島素,① 促進葡萄糖轉(zhuǎn)運進入肝外細胞 ；,② 加速糖原合成，抑制糖原分解；,③ 加快糖的有氧氧化；,④ 抑制肝內(nèi)糖異生；,⑤ 減少脂肪動員。,—— 體內(nèi)唯一降低血糖水平的激素,胰島素的作用機制:,三、血糖水平異常,（一）高血糖及糖尿癥,1. 高血糖(hyperglycemia)的定義,

52、2. 腎糖閾的定義,臨床上將空腹血糖濃度高于7.22~7.78mmol/L稱為高血糖。,當血糖濃度高于8.89~10.00mmol/L時，超過了腎小管的重吸收能力，則可出現(xiàn)糖尿。這一血糖水平稱為腎糖閾。,(二）低血糖,1. 低血糖(hypoglycemia)的定義,2. 低血糖的影響,空腹血糖濃度低于3.33~3.89mmol/L時稱為低血糖。,血糖水平過低，會影響腦細胞的功能，從而出現(xiàn)頭暈、倦怠無力、心悸等癥狀，嚴重時出現(xiàn)昏迷，稱為低

53、血糖休克。,糖蛋白,定義一條或多條糖胺聚糖以共價鍵與核心蛋白形成的化合物。,特點糖占比例大，約一半以上，具有多糖性質(zhì)。,分布分布于軟骨、結(jié)締組織、角膜基質(zhì)、關節(jié)滑液、粘液、眼玻璃體等組織。,蛋白聚糖,物質(zhì)在生物體內(nèi)進行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋放能量，最終生成CO2 和 H2O的過程。,CO2和H2O,,O2,能量,,ADP+Pi,ATP,熱能,* 生物氧化的概念,乙酰CoA,TAC,,2H,,呼吸

54、鏈,H2O,ADP+Pi,ATP,,,,CO2,* 生物氧化的一般過程,定義代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratory chain)又稱電子傳遞鏈(electron transfer chain)。組成遞氫體和電子傳遞體（2H ? 2H+ + 2e）,一、呼吸鏈,二、氧化磷酸化,* 定義氧化磷酸化 (oxidative phosp

55、horylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。,三、影響氧化磷酸化的因素,1. 呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2. 解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白 3. 氧化磷酸化抑制劑 對電子傳遞及A

56、DP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素,抑制劑,魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥,,×,抗霉素A二巰基丙醇,,×,CO、CN-、N3-及H2S,,×,各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點,ATP的生成和利用,ATP,ADP,機械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運) 化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫),生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為 中心。,脂類的分類、含量、分布及生理功能,,脂肪的消化

57、,1、消化部位：主要在小腸中進行；2、過程：（1）乳化:膽汁中的膽汁酸鹽使不溶于水的脂類分散成水包油的小膠體顆粒，提高溶解度和與酶接觸的面積。（2）酶作用消化：胰脂肪酶、磷酯酶、輔脂酶、膽固醇酯酶等3、產(chǎn)物：甘油一酯、脂肪酸、膽固醇、溶血磷脂、部分乳化的脂肪微粒。,脂肪的吸收,1、部位：主要在小腸2、過程：（1）甘油、脂肪酸可以溶于水經(jīng)毛細血管吸收；（2）乳化的脂肪顆粒、高級脂肪酸及相應的水解物等經(jīng)淋巴管吸收。,甘油三酯的

58、分解,1、脂動員2、脂肪酸的氧化分解3、酮體的生成4、甘油的氧化分解,脂動員,概念：儲存于脂肪組織中的三酯酰甘油，被脂肪酶逐步水解為游離脂肪酸及甘油釋放入血供給全身各組織氧化利用的過程。 三酯酰甘油脂肪酶脂肪酶 二酯酰甘油脂肪酶 單脂酰甘油酯肪酶,,,β-氧化,脂酰基進入線粒體基質(zhì)后，從脂酰基的β-碳原子開始，經(jīng)脫氫、加水、再脫氫、及硫解等四步酶促反應，脂?；鶖嗔旬a(chǎn)生1分子乙酰輔

59、酶A和1分子比原來少兩個碳的脂酰輔酶A。,酮體的生成和利用 酮體：脂?；诟闻K經(jīng) ? -氧化生成的乙 酰CoA在酶的催化下轉(zhuǎn)變成的 三種中間代謝物的總稱 乙酰乙酸 ? - 羥丁酸 丙酮,,肝、腎及小腸粘膜為氧化甘油的主要組織肌肉、脂肪細胞中激酶活性很低,甘油的氧化,,脂肪酸合成小結(jié)：部位： 胞液（肝和脂肪組織） 、

60、原料； 乙酰CoA，NADPH酶系： FA合成酶系限速酶： 乙酰CoA羧化酶酰基載體： ACP-SH一次循環(huán) ： 縮合、加氫、脫水、加氫，延長2C 合成方向： -CH3 -COOH供氫體： NADHP+H+ 糖供終產(chǎn)物： 軟脂酸,,膽固醇的合成（HMGCoA還原　　酶為限速酶 ）,1、合成部位： 除成年動物腦組織及成熟紅細胞外，幾乎全身各組織均可以合成膽

61、固醇，其中肝臟是合成膽固醇的主要場所。 膽固醇合成酶系存在于胞液及光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，因此膽固醇的合成主要在細胞的胞漿及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行,2、合成原料： 乙酰CoA是膽固醇合成的直接原料，它來自葡萄糖、脂肪酸及某些氨基酸的代謝產(chǎn)物； 還需要ATP供能和NADPH供氫。合成1分子膽固醇需消耗18分子乙酰CoA、36分子ATP和16分子NADPH。,膽固醇的轉(zhuǎn)化,1、在肝臟，膽固醇可氧化成膽汁酸，促進脂類的消化吸收

62、；2、在腎上腺皮質(zhì)可以轉(zhuǎn)變成腎上腺皮質(zhì)激素；3、在性腺可以轉(zhuǎn)變?yōu)樾约に?，如雄激素、雌激素和孕激?progestogen)；4、在皮膚，膽固醇可被氧化為7-脫氫膽固醇，后者經(jīng)常紫外線照射轉(zhuǎn)變?yōu)閂D3。,血漿脂蛋白,血漿中含有的脂類統(tǒng)稱為血酯；包括甘油三酯、磷脂、膽固醇及其酯和游離脂肪酸(free fatty acid, FFA)。 血脂都是以血漿脂蛋白的形式存在并運輸?shù)模鞍子芍惻c載脂蛋白結(jié)合而形成。,電 泳 法,①

63、 α-脂蛋白（α－LP），泳動最快② 前β-脂蛋白(pre β－LP)③ β-脂蛋白(β－LP)④ 乳糜微粒(CM)，停留在點樣的位置上,超速離心法,① 高密度脂蛋白 (HDL)② 低密度脂蛋白 (LDL)③ 極低密度脂蛋白 (VLDL)④ 乳糜微粒 (CM),乳糜微粒（CM）,在小腸粘膜細胞中生成，主要功能就是將外源性甘油三酯轉(zhuǎn)運至脂肪、心和肌肉等肝外組織而利用，同時將食物中外源性膽固醇轉(zhuǎn)運至肝臟。,（2）極低密度

64、脂蛋白(VLDL) VLDL主要在肝臟內(nèi)生成，VLDL是體內(nèi)轉(zhuǎn)運內(nèi)源性甘油三酯的主要方式。（3）低密度脂蛋白(LDL) LDL由VLDL轉(zhuǎn)變而來，功能是將肝臟合成的內(nèi)源性膽固醇運到肝外組織，保證組織細胞對膽固醇的需求。,（4）高密度脂蛋白(HDL) HDL在肝臟和小腸中生成，主要功能是將肝外細胞釋放的膽固醇轉(zhuǎn)運到肝臟，這樣可以防止膽固醇在血中聚積，防止動脈粥樣硬化。,

65、蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性,1. 維持細胞、組織的生長、更新和修補,2. 參與多種重要的生理活動,催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質(zhì)轉(zhuǎn)運（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。,3. 氧化供能人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。,必需氨基酸(essential amino acid),指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：“一家借兩三本書來”,蛋白質(zhì)的互補作用,指營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，其必需氨基酸可以互相補充

66、而提高營養(yǎng)價值。,一、 蛋白質(zhì)的消化,蛋白質(zhì)消化的生理意義,由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，便于吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應。,蛋白質(zhì)的消化過程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最適pH為1.5～2.5，對蛋白質(zhì)肽鍵作用特異性差，產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸。,（二）小腸中的消化——小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。,內(nèi)肽酶(endopeptidase),外肽酶(exopeptidase),二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小腸

67、吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收機制：耗能的主動吸收過程,三、 蛋白質(zhì)的腐敗作用,腸道細菌對未被消化和吸收的蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用,腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產(chǎn)生少量的脂肪酸及維生素等可被機體利用的物質(zhì)。,蛋白質(zhì)的腐敗作用(putrefaction),四、 氨基酸的脫氨基作用,定義指氨基酸脫去氨基生成相應α-酮酸的過程。,脫氨基方式,氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基,,五、α-酮酸的代謝,（一）經(jīng)氨

68、基化生成非必需氨基酸,（二）轉(zhuǎn)變成糖及脂類,（三）氧化供能,α-酮酸在體內(nèi)可通過TAC 和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP。,氨的轉(zhuǎn)運形式：,丙氨酸谷氨酰胺,氨的主要去路：尿素的生成,（一）生成部位主要在肝細胞的線粒體及胞液中。,（二）生成過程,尿素生成的過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Kre