生物化学蛋白质的结构与功能酶

一、生物分子结构与功能

二、物质代谢与调节

三、遗传信息的传递

四、分子生物学基础

蛋白质的结构与功能、酶

1.人体中物质组成按含量从多到少：水、蛋白质、脂类、无机盐、糖类、核酸、小分子化合物（维生素、激素）。

2.蛋白质：由许多氨基酸通过肽键相连而成的高分子含氮化合物。

3.蛋白质的生理功能：生物催化剂、代谢调节、免疫保护、物质转运存储、运动与支持、细胞间信息传递。

4.蛋白质中含氮量为16%。蛋白质含量=含氮克数÷16%或含氮克数×6.25。

5.自然界有多种氨基酸，人体内所有蛋白质以20种氨基酸为原料合成。这20种氨基酸除甘氨酸外都属于L-α氨基酸。L-氨基酸中的α碳是手性碳原子，其构型为L构型。人体中参与编码蛋白质的氨基酸是20种，而非人体中所含氨基酸是20种，还有非编码氨基酸。

6.甘氨酸不属于L-α氨基酸，其α碳上连有两个H，不是手性碳原子。半胱氨酸和甲硫氨酸为含S元素的氨基酸，半胱氨酸中含有巯基（—SH）。脯氨酸为亚氨基酸，N原子成环而少了1个H。脯氨酸加工修饰为羟脯氨酸；半胱氨酸脱氢形成二硫键形成胱氨酸。

7.20种氨基酸分类：

①　酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸

②　碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸

③　芳香族氨基酸（含共轭双键氨基酸简化）：酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸

④　非极性疏水性氨基酸：异亮氨酸、亮氨酸、丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、缬氨酸

⑤　极性中性氨基酸：谷氨酰胺、蛋氨酸、半胱酰胺、天冬酰胺、丝氨酸、苏氨酸

⑥　酸性天冬谷，碱性赖精组，老色本，芳香族，一两饼干腹泻，孤单半天始苏。必需氨基酸：甲携来一本亮色书。

⑦　生糖兼生酮氨基酸：一本落色书。

⑧　一碳单位氨基酸：施舍竹竿。

⑨　生酮氨基酸：同样（亮）来（赖）。

8.氨基酸的两性解离：氨基酸都含有碱性的氨基和酸性的羧基，可在酸性溶液中与质子结合成带正电荷的-NH3+，也可在碱性溶液中与OH-结合失去质子变成带负电荷的-COO-，因此氨基酸是一种两性电解质。氨基酸的解离方式取决于其所处溶液的酸碱度。

9.等电点（pI）：在某一PH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。

10.色氨酸、酪氨酸在nm波长附近有明显的最大吸收峰（不包括苯丙氨酸），且多数蛋白质中含有，因此此法是分析溶液中蛋白质含量的方法。核酸的最大吸收峰在nm波长处（核酸在碱基中含有共轭双键）。

11.氨基酸与茚三酮可以生成蓝紫色化合物。蓝紫色化合物的最大吸收峰在nm波长处。用于氨基酸定量分析。

12.肽键为由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成的化学键。肽键虽然是单键，但由于氢键带来的吸引力，因此它也不能自由旋转。参与肽键的6个原子在同一平面上。10个以内氨基酸组成称寡肽，50个以内氨基酸组成称多肽。

13.谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成。还原型谷胱甘肽（GSH），半胱氨酸中的S以巯基形式存在。氧化型谷胱甘肽（GSSG），半胱氨酸中的S形成二硫键。还原型谷胱甘肽能保护蛋白质分子免受氧化。镰刀型细胞贫血：基因点突变，谷被缬取代（谷走了邪路）。

14.脂键并不存在于蛋白质的空间结构里。蛋白质的一级结构（primarystructure）指蛋白质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：肽键、二硫键。胰岛素A、B两条肽链之间有两个二硫键，所以胰岛素没有四级结构。

15.蛋白质的一级结构是空间构象的基础。蛋白质的一级结构相似则其功能也相似。改变蛋白质的一级结构可以直接影响其功能。

16.蛋白质的二级结构是指主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。构成蛋白质主链空间构象的基本单位是肽单元（peptideunit）或称肽键平面。

17.蛋白质二级结构的主要形式有α-螺旋（α-helix）、β-折叠（β-pleatedsheet）、β-转角（β-turn）、无规卷曲（randomcoil）。维系二级结构的主要化学键：氢键。容易使肽链形成折角的氨基酸是脯氨酸。α-螺旋右手螺旋、顺时针；螺距0.54nm，一圈包含3.6个氨基酸残基（半口吃掉3个半麻花）。氢键与长轴平行。氨基酸侧链-外侧；肽链-内侧。β-转角由四个氨基酸残基构成，第二个氨基酸常常是脯氨酸Pro。第一个氨基酸与第四个氨基酸之间形成氢键。

18.蛋白质分子中两个或三个具有二级结构的肽段空间上相互接近，形成具有特殊功能的模体（motif）（超二级结构）：具有特征性的氨基酸排列顺序，并且同特定的功能相联系（αα，βαβ，ββ）。如钙离子结合蛋白、纤连蛋白受体结合肽、亮氨酸拉链。螺旋-转角-螺旋模体（HTH）、锌指模体（Zincfinger）：存在于DNA结合蛋白中。

19.蛋白质的三级结构（tertiarystructure）是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即多肽链中所有原子的三维空间的排布位置。稳定三级结构的化学键为次级键（疏水作用、离子键、氢键、范德华力）（疏离侵华）。

20.结构域（domain）：多肽链形成三级结构时，可能组成数个相互连续而相对独立的疏密不等的区域，各行使其功能。结构域是三级结构。

21.分子伴侣：提供保护环境，加速蛋白质折叠成天然构象的蛋白质。如热休克蛋白70（Hsp70）、伴侣蛋白、核质蛋白。

22.蛋白质的四级结构（quaternarystructure）是指许多蛋白质含有两条以上的具有独立三级结构的多肽链，这些多肽链通过非共价键相互连接形成的多聚体结构。每条具有独立三级结构的多肽链称为该蛋白质的亚基（subunit）。稳定四级结构的化学键：氢键、离子键。血红蛋白有四级结构，肌红蛋白只有三级结构。

23.协同效应（cooperativity）：寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，亚基构象改变，影响寡聚体另一个亚基与配体结合能力的现象。包括正协同效应和负协同效应。血红蛋白中，第一个亚基与O2结合后，可以促进之后的亚基与O2结合。

`

24.别构效应（allostericeffect）：蛋白质构象的改变伴随其功能的变化。朊蛋白因二级结构的改变引起疯牛病。人纹状体蛋白的沉积、阿尔兹海默病、亨廷顿舞蹈症。

25.人体蛋白质多为阴离子。肾小球滤过膜带负电。糖尿病肾病出现白蛋白尿（红细胞体积较大，不出现血尿）。碱性蛋白质：鱼精蛋白、组蛋白；酸性蛋白：胃蛋白酶、丝蛋白。蛋白质是亲水胶体。蛋白质胶体的稳定因素：水化膜（hydratioshell）、胶体颗粒表面的电荷。

26.蛋白质的变性（denaturation）：蛋白质的空间结构破坏，导致蛋白质若干理化性质的改变、生物学活性的丧失。溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失、易受蛋白酶的水解（联想：煮鸡蛋）。变性的本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。变性的因素：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

27.蛋白质的沉淀（precipittion）蛋白质从溶液中析出的现象。除去蛋白质水化膜和中和其电荷，蛋白质便发生沉淀。免疫沉淀：利用蛋白特异抗体识别抗原蛋白。所有蛋白质都具有抗原性。血液科鉴别自身免疫性溶血。

28.蛋白质的凝固作用（proteincoagulation）：蛋白质变性后的絮状物加热后变成比较坚固的凝块，不易被强酸强碱溶解。

29.蛋白质的呈色反应：茚三酮反应、双缩脲反应（肽键-硫酸铜共热-紫色；蛋白质水解程度越大，紫色越浅）、酚试剂呈色反应（蓝色）。

30.改变蛋白质溶解度的方法：盐析：高浓度的中性盐使蛋白质从溶液中析出。有机溶剂沉淀：降低溶液的介电常数，使蛋白质分子间相互吸引而沉淀。

31.根据蛋白质分子大小不同的分离方法：离心，分离蛋白质，测定分子量；透析（dialysis）：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法，肾内科（肾性脑病、高钾血症）；超滤，加压透析；凝胶过滤（分子筛层析，分子小的蛋白质进入分子筛内部，大的蛋白质先被洗下来）。

32.根据蛋白质电荷性质的分离方法：离子交换层析（阴离子交换树脂，树脂带正电。用洗脱液洗脱时，阴离子少的蛋白质与树脂结合不紧密，先被洗脱）；电泳；等电聚焦。

33.酶（enzyme）是一类由活细胞产生，对其特异性底物具有高效催化作用的蛋白质。生物催化剂分为两类：酶、核酶（ribozyme,基本都是RNA）。引物酶：用来合成引物。端粒酶：用来延长端粒。

34.酶的分子组成常含有辅助因子。

①　单纯酶（simpleenzyme）：仅有肽链构成。蛋白酶、脂肪酶、核酸酶、淀粉酶。

②　结合酶（conjugatedenzyme）：全酶，含有辅助因子（小分子有机物或金属离子）。

③　单体酶（monomericenzyme）：仅具有三级结构的酶。只有一条肽链。

④　寡聚酶（oligomericenzyme）：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多条肽链。如磷酸果糖激酶（四聚体）、3-磷酸甘油醛脱氢酶（四聚体）、丙酮酸激酶（四聚体）。

⑤　多酶体系（multienzymesystem）：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。（多个酶组成一个团队）

⑥　多功能酶（multifunctionalenzyme）：串联酶。一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中。（一个酶干很多事）

35.酶蛋白决定反应的特异性（看上了谁），辅助因子决定反应的性质和种类（怎么把他弄到手、方式不同）。

辅助因子分为:

①　辅酶：疏松结合（透析、超滤可除去）；

②　辅基：牢固结合（透析、超滤不可除去）（好基友一辈子不分离），FAD,FMN,维生素。

小分子有机化合物的作用：参与催化过程，在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其他基团。

金属离子的作用：稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；在酶酶与底物间起桥梁作用；正电荷可中和底物的阴离子，降低反应中的静电斥力等。

36.维生素是维持细胞正常功能必须的，但需要量很少且人体内不能合成或合成不足，必需由食物供给的一类有机化合物。

维生素的分类：

①　脂溶性维生素

A：构成视紫红质，维持暗视野；维护上皮组织。

D：调节钙磷代谢，促进钙磷吸收。

E：与生殖功能有关；抗氧化；促进血红素合成。

K：促进肝合成凝血酶原及凝血因子。

②　水溶性维生素

C（抗坏血酸）：参与羟化反应；参与氧化还原反应。

B族：以辅酶或辅基形式参与代谢调节。

37.酶蛋白与辅助因子之间的关系：

①　全酶才有活性

②　酶蛋白决定酶的特异性与催化活性

③　辅助因子之间参与基团转移

④　一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合一种结合酶，而辅助因子则相反。

38.酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位。

必需基团（essentialgroup）是指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。

①　活性中心内的必需基团：

结合基团：与底物相结合；

催化基团：催化底物变成产物。

②　活性中心外的必需基团：

位于活性中心外，维持酶活性中心应有的空间构象或作为调节剂的结合部位所必需。

39.酶的活性中心（activesite）：必须基团在一级结构上可能相隔甚远，但在空间结构上十分接近，构成特定的与酶催化活性密切相关的区域。

40.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。正常血浆（LDH2高于LDH1），心肌梗死（LDH1高于LDH2），急性肝炎（LDH5明显升高）。

41.酶与一般催化剂的共同特点:A)在反应前后没有质和量的变化B)只能催化热力学允许的化学反应C)只能加速可逆反应的进程，不能改变反应的平衡点。

42.酶促反应的特点：

①　酶促反应具有高效性；

②　酶促反应具有高度的特异性a．绝对专一性：只能作用于特定结构的底物。（一个人）b．相对专一性：作用于一类化合物或一种化学键。（一类人）c．立体异构特性：作用于立体异构中的一种。

③　酶促反应具有可调节性，以适应内外环境的变化；

④　酶具有不稳定性（只能在特定环境下进行）。

43.酶促反应的机制：

①　诱导契合作用使酶与底物密切结合（induced-fit）；

②　邻近效应与定向排列使诸产物正确定位于酶的活性中心；

③　酸碱催化：提供质子

④　共价催化：共价键的形成和破裂

⑤　亲核催化：提供电子

⑥　表面效应（surfaceeffect）使底物分子去溶剂化（desolvation）。

44.酶促反应动力学的影响因素包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。

45.米氏方程式揭示单底物反应的动力学特性。反应速度与底物浓度的关系。V（酶促反应的速率）=Vmax[S]/(Km+[S])。[S]：底物浓度。V/Vmax=[S]/(Km+[S])。

46.Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L。

意义：

①　Km是酶的特征常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境有关，与酶浓度无关；

②　Km可近似表示酶对底物的亲和力，Km越小，酶与底物的亲和力越大；

③　同一酶对于不同底物有不同的Km值；

47.底物足够时，酶浓度对反应速率的影响呈直线关系。

48.温度对反应速率的影响具有双重性。随温度升高先变大后变小。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（optimumtemperature）。

49.pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率。最适pH（optimumpH）是酶促反应速率最快时反应体系的pH。

50.酶的抑制剂（inhibitor）：凡是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。酶的抑制区别于酶的变性：抑制剂对酶有一定的选择性；引起变性的因素对酶没有选择性。根据抑制剂和酶结合的紧密程度的不同，酶的抑制作用可分为：不可逆性抑制（irreversibleinhibition）；可逆性抑制（reversibleinhibition）。不可逆性抑制剂主要与酶活性中心的必需基团共价结合。有机磷化合物→羟基酶。解毒-解磷定（PAM）。

51.可逆性抑制作用：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。可逆性抑制作用类型：竞争性抑制；非竞争性抑制；反竞争性抑制。

52.竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心（Vmax不变表观Km增大）（抑制剂长得跟底物结构相似，抢酶；颜值相似，纯拼体力，看谁的浓度高）（磺胺类药物要求一定的血药浓度）。磺胺类药物对细菌二氢叶酸合成酶的抑制，与底物对氨基苯甲酸PABA结构相似。丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制，与底物琥珀酸（丁二酸）结构相似。抗代谢物的抗癌作用，抑制核苷酸的合成。（甲氨蝶呤，核酸合成抑制剂；别嘌呤醇，尿酸合成抑制剂，治疗痛风经典用药；5-氟尿嘧啶5-FU化疗药，抑制核酸合成；卡那霉素，抑制细菌蛋白质合成）

53.非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力。底物与抑制剂没有竞争关系，但酶-底物-抑制剂复合物（ESI）不能进一步释放出产物。（Vmax降低Km不变）（抑制剂结合的位置与底物毫无关系；抑制剂跟酶结合；底物和酶结合；互不影响）。

54.反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合。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。（Vmax下降表观Km下降）（在抑制剂结合上来之前，底物必须先结合上来；抑制剂结合的是酶-底物复合物，和底物相互影响；抑制剂消耗复合物，会让更多的底物和酶在一起，让亲和力不降反升）。

55.激活剂可加快酶促反应的速率。使酶由无活性变为有活性增加的物质称为激活剂（activator）。必需激活剂（essentialactivator）（Mg2+/激酶）；非必需激活剂（non-essentialactivator）（Cl-/唾液淀粉酶）。

56.

①　酶的缺乏：苯丙氨酸羟化酶缺陷-苯丙酮酸尿症；酪氨酸酶缺乏-黑色素合成障碍，白化病；

②　酶原提前激活：胰蛋白酶原-急性胰腺炎；

③　酶活性被抑制：有机磷中毒-抑制胆碱酯酶。

57.酶的调节：

调节对象：关键酶。

调节方式：酶活性的调节（快速调节）（快活）；

酶含量的调节（长期缓慢调节）。酶含量的调节包括酶合成与分解速率的调节。酶蛋白合成可被诱导和阻遏。诱导作用（induction）；阻遏作用（repression）。酶降解的调控与一般蛋白降解的途径相同：溶酶体（不依赖ATP的降解途径）；泛素化：（依赖ATP和泛素化的降解途径）。

58.酶活性的调节实现对酶促反应速率的快速调节。

①　变构调节（allostericregulation）：一些代谢产物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象的改变，从而改变酶的催化活性。可被别构剂调节的酶称为别构酶，别构酶常常是化学反应的关键酶，常催化不可逆反应。别构酶大多数具有四级结构（除单体酶），大多数含有催化亚基和结合亚基。别构酶的底物浓度曲线呈S形，不遵循米氏方程曲线。

②　共价修饰：酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价键结合与分离实现的。在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽键上的一些基团可与某种化学基团发生可逆地共价结合，从而改变酶的活性。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、腺苷化与去腺苷化、巯基与二硫键的互变。（甲乙腺S）

③　酶原激活：酶活性中心的形成或暴露。酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶。酶原：有些酶在细胞内合成分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶。酶原激活的生理意义：避免细胞自身消化，并使酶的特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常；有的酶原可视为酶的储存形式。

By

文字徐鑫鹏

排版徐鑫鹏

审核黄秋园毕静怡

（如有侵权请联系后台删除）

转载请注明：http://www.eovkt.com/wazz/261999.html