生命的物質(zhì)基礎

1、2.1 構(gòu)成生命的元素,在地球上含量最豐富的元素是O、Si、Al、Fe在生物體內(nèi)最豐富的元素是C、H、O、N1、生命的基本特征化學成分的同一性嚴密的組織和高度秩序性新陳代謝生長發(fā)育繁殖與遺傳對環(huán)境的應激性適應性生物穩(wěn)態(tài)性生物表現(xiàn)出明確的不斷演變和進化的趨勢,,,,,在生物體中共發(fā)現(xiàn)25種元素根據(jù)各元素的重要性和存在情況分成4類：第一類元素:C,H,O,N 在生物體中占96%以上第二類元素:S,P,Cl

2、,K,Na,Ca,Mg第三類元素:Fe,Cu,Co,Mn,Zn第四類元素:Cr,Ni,F,Sn,I,Mo,Se,Si,V,＜0.01%,,,常量元素(11種),,C,H,O,N，含量最高>96%生物大分子的碳鏈骨架細胞中幾乎所有的分子都是碳的化合物碳原子的同位素有12C、13C、14C12C、13C為穩(wěn)定同位素14C半衰期為5570年根據(jù)14C/12C比例可確定生物死亡年代14C測定適用于年齡在6萬年前范圍內(nèi)

3、的化石誤差為±40年,,P、S分別是核酸和蛋白質(zhì)的重要組分Ca是牙齒和骨骼的重要組分，還具有生物信息傳遞功能Cl,K,Na,Ca,Mg對保持生物體內(nèi)水鹽平衡至關重要微量元素（14種）＜0.01%Fe血紅蛋白的重要成分Mn,Zn一些酶的必要成分I甲狀腺素的必要成分,Cr,葡萄糖耐量因子（GFT）的必要成分，是胰島素的輔助因子，可增加胰島素的效能 ，促進機體利用葡萄糖。相當一部分Ⅱ型糖尿?。ǚ且葝u素依賴型糖尿?。?/p>

4、患者，是因為鉻攝入不足或利用不良，表現(xiàn)出糖尿病癥Se有抗衰老、抗癌等功效對防止克山?。ǖ胤叫孕募〔。?、大骨節(jié)病有效攝入過多會造成中毒甚至死亡大骨節(jié)病發(fā)生于兒童，以關節(jié)軟骨、骺軟骨和骺軟骨板變性壞死為基本病變的地方性骨病。又稱柳拐子病。,生命分子,生命過程的碳源和能源——糖類生命體的重要構(gòu)件和儲能物質(zhì)——脂類遺傳信息的存儲和傳遞者——核酸遺傳信息的表達者——蛋白質(zhì)生命過程的催化劑——酶維持生命的重要小分子物質(zhì)——維

5、生素,2.2 糖類,糖：含多羥基的醛類或酮類化合物,醛,酮,主要由C、H、O組成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示，舊稱碳水化合物。,醛基,酮基,實際上符合這一通式的不一定都是糖如:乳酸CH3CHOHCOOH 可寫成C3(H2O)3但不是糖鼠李糖(C6H12O5)、脫氧核糖(C5H10O4)等單糖又不符合這一通式有的糖還含有N、S1927年改稱碳水化合物為糖族，現(xiàn)稱為糖類,按結(jié)構(gòu)特點可分為,單糖寡糖多糖復合糖,1、

6、單糖,構(gòu)成糖分子的基本單位，不能再水解為更簡單的糖。,重要的單糖,丙糖：甘油醛、二羥丙酮戊糖：核糖、脫氧核糖己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖,,（1）甘油醛、二羥丙酮,甘油醛（二羥丙醛）,二羥丙酮,最簡單的單糖,甘油醛（二羥丙醛）,分子中α－C為不對稱C原子，4個取代基各不相同,D-甘油醛,L-甘油醛,其它單糖可以看作是由甘油醛的C鏈延伸衍生而成。,D-葡萄糖天然存在,L-葡萄糖,鏈狀結(jié)構(gòu)式,（2）葡萄糖 最重要的單糖

7、 C6H12O6,,半縮醛,有還原性,＋,當鏈狀式中單糖分子C-1醛基和C-5羥基形成半縮醛時，形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)（氧環(huán)式結(jié)構(gòu)）,有還原性,α－葡萄糖,β－葡萄糖,根據(jù)C1上的羥基與C2上的羥基是否處于同一平面， 可分為α型和β型。,其它單糖,單糖性質(zhì)：,所有單糖都是白色晶體，易溶于水，且多具有甜味。單糖上的醛基、酮基、半縮醛上的羥基具有還原性，為還原糖。,2、寡糖,由2～20個單糖組成的聚糖，以雙糖最重要。單糖的半縮醛羥

8、基與另一配體（可以是糖也可以是非糖）的羥基縮合而成的化合物稱為糖苷，其間的連接鍵稱為糖苷鍵。兩個單糖通過糖苷鍵連接成雙糖。常見的有麥芽糖、乳糖、蔗糖。,（1）麥芽糖2分子α－葡萄糖通過α－1,4糖苷鍵相連而成,α-1,4-糖苷鍵,麥芽糖,有還原性,（2）乳糖,由β －半乳糖和α－葡萄糖通過β－1,4糖苷鍵相連而成,β -1,4-糖苷鍵,β－半乳糖,有還原性,（3）蔗糖,不存在半縮醛羥基，為非還原糖,,β －果糖,由α－葡萄糖C1

9、和β －果糖C2上的半縮醛羥基通過糖苷鍵連接而成。,非還原性末端,1,2糖苷鍵,（4）纖維二糖,兩個β-葡萄糖單元由β-1，4 鍵連接,3、多糖,由多個單糖分子縮合而成的多聚糖透明質(zhì)酸是一種高分子的聚合物。是由單位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖。 透明質(zhì)酸的主要功能有如下三點：1、改善關節(jié)功能2、天然的保濕潤滑劑3、防止動脈硬化、脈搏紊亂和腦萎縮等病癥的發(fā)生。,均質(zhì)多糖（同型多糖）：如淀粉、糖原非均質(zhì)多糖（異型多糖

10、）:如透明質(zhì)酸、果膠、黃原膠,組成,,透明質(zhì)酸：由單位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖。果膠：由半乳糖醛酸聚糖、半乳聚糖和阿拉伯聚糖以不同比例組成 黃原膠：由D—葡萄糖、D—甘露糖、D—葡萄糖醛酸、乙酰基和丙酮酸構(gòu)成,,,植物多糖：纖維素動物多糖：幾丁質(zhì)微生物多糖：葡聚糖① 淀粉直鏈淀粉－ α-1,4-糖苷鍵支鏈淀粉－ α-1,4-糖苷鍵和α-1,6-糖苷鍵,② 糖原,俗稱動物淀粉肝糖元、肌糖原具有

11、類似支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)，但分子更大，支鏈更短每一個非還原性末端都是收儲和支取葡萄糖的窗口。對調(diào)節(jié)葡萄糖的供求平衡，緩沖穩(wěn)定血糖濃度有重要意義。,③ 纖維素,由β－葡萄糖以β－1,4糖苷鍵相連而成，沒有分支，分子量大。由10000～15000個葡萄糖殘基構(gòu)成。,植物界中的糖類物質(zhì)有一半以上以纖維素的形式存在，是儲藏量最大的植物多糖資源。,,大多數(shù)生物體內(nèi)所含有的淀粉酶不能水解β－1,4糖苷鍵,所以不能消化纖維素.只有某些細菌、真菌

12、和原生動物可產(chǎn)纖維素酶比如：某些反芻動物腸道中共生著能產(chǎn)生纖維素酶的細菌，白蟻后腸寄生著能產(chǎn)生纖維素酶的鞭毛蟲因此食草動物和白蟻能消化纖維素,④ 幾丁質(zhì)（chitin） 甲殼質(zhì)化學組成：C、H、O、N分布：真菌、綠藻、昆蟲、甲殼類動物等的甲殼中產(chǎn)量：年產(chǎn)1百億噸，位居第二，僅次于纖維素,幾丁質(zhì)的衍生物殼聚糖：幾丁質(zhì)脫去55% 以上的N-乙?；猛荆涵h(huán)保中處理吸收污水中重金屬離子 制造人造皮

13、膚治療燒傷病人 具有降血脂、刺激免疫等保健功能,4、復合糖,由糖和非糖物質(zhì)結(jié)合成的復合物。 糖+蛋白質(zhì) 糖蛋白 糖+脂類 糖脂,,,糖蛋白、糖脂是細胞膜的組成成分。糖蛋白具有特殊的生理功能，如激素、免疫球蛋白等等。,糖的生理功能,提供能量。是機體重要的碳源。組成人體組織結(jié)構(gòu)的重要成分。如糖蛋白、糖脂是細胞膜的組成成分。特殊生理

14、功能的糖蛋白，如激素、酶 、免疫球蛋白等等。,2.3 脂質(zhì)脂質(zhì)是一大類物質(zhì)的總稱這些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差別很大，但性質(zhì)上卻有共同之處，即不溶于水，而溶于有機溶劑。,1、脂肪（甘油三酯TG）,,甘油三酯中含較多飽和脂肪酸，在室溫下呈固態(tài)稱為脂肪甘油三酯中含較多不飽和脂肪酸，在室溫下呈液態(tài)稱為油,某些天然存在的脂肪酸（Fatty Acid, FA）,9,DHA,二十二碳六烯酸，俗稱腦黃金，是一種對人體非常重要的多不飽和脂肪酸，屬于Omega

15、-3不飽和脂肪酸家族中的重要成員。DHA是神經(jīng)系統(tǒng)細胞生長及維持的一種主要元素，是大腦和視網(wǎng)膜的重要構(gòu)成成分，在人體大腦皮層中含量高達20%，在眼睛視網(wǎng)膜中所占比例最大，約占50%，因此，對胎嬰兒智力和視力發(fā)育至關重要。,EPA (Eicosapntemacnioc Acid),二十碳五烯酸，是魚油的主要成分。EPA屬于Ω-3系列多不飽和脂肪酸，是人體自身不能合成但又不可缺少的重要營養(yǎng)素.雖然亞麻酸在人體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化為EPA，但此

16、反應在人體中的速度很慢且轉(zhuǎn)化量很少，遠遠不能滿足人體對EPA的需要，因此必須從食物中直接補充。 Ω-3脂肪酸已經(jīng)被證實能促進循環(huán)系統(tǒng)的健康和防止膽固醇和脂肪在動脈壁上積聚。補充魚油也能使糖尿病患者減低高血壓。,2、蠟,由飽和或不飽和高級脂肪酸和高級醇構(gòu)成的酯比甘油三酯更為疏水成為水果和葉片有效的天然覆蓋層，防止水分流失,3、磷脂,甘油三酯中α-C上的脂肪酸，若被磷酸取代則變成磷脂酸,當磷酸基—OH位置連上膽堿、膽胺后，就分別形

17、成：,卵磷脂腦磷脂,,4、甾醇類（固醇類）,其結(jié)構(gòu)與中性脂肪或磷脂均不同，但由于它不溶于水而溶于非極性溶劑，故將其歸于脂類。甾醇分子的基本骨架是環(huán)戊烷多氫菲，不同的甾醇所帶的側(cè)鏈或基團不同,,1、合成性激素的原料2、VitD3促進鈣吸收3、膽固醇過低，易引起老年癡呆、年輕人行動笨拙,人體每天從膳食中攝入0.3～0.8g外源性膽固醇外,自身可合成約1g內(nèi)源性膽固醇在人體分布不均勻,1/4存在于腦和神經(jīng)組織， 約2g/100g

18、組織肝組織中含量也很高，約300~500mg/100g組織膽固醇因其在膽石中含量高達90%，故得名,血脂,極低密度脂蛋白（VLDL）甘油三酯含量最多是運輸內(nèi)源性甘油三酯的主要形式。低密度脂蛋白（LDL）含膽固醇和膽固醇酯最多是一種運載膽固醇進入外周組織細胞的脂蛋白顆粒，可被氧化成氧化低密度脂蛋白當?shù)兔芏戎鞍祝绕涫茄趸揎椀牡兔芏戎鞍祝∣X-LDL）過量時，它攜帶的膽固醇便積存在動脈壁上，久了容易引起動脈硬化。因此低密

19、度脂蛋白被稱為“壞的膽固醇”。LDL高是引起動脈硬化的元兇高密度脂蛋白（HDL）主要以磷脂和載脂蛋白為主 HDL可運載周圍組織中的膽固醇，再轉(zhuǎn)化為膽汁酸或直接通過膽汁從腸道排出人們形象地把它稱為血液中的“清道夫”或“環(huán)衛(wèi)工人”，它的數(shù)量決定著血液中的脂代謝是否平衡,5、萜類,特點：由非極性、疏水的異戊二烯聚合而成，有的成鏈狀、有的成環(huán)狀結(jié)構(gòu)生理功能各異，其中某些成分在人體內(nèi)具有很強的抗氧化性，具有抗衰老、抗輻射的功能如：

20、β-胡蘿卜素、維生素E等番茄紅素—四萜化合物植物中，多數(shù)萜類具有特殊氣味，而且是各類植物特有油類的主要成分。如檸檬苦素、薄荷醇、樟腦分別是檸檬油、薄荷油、樟腦油的主要成分。,生理功能各異，其中某些成分在人體內(nèi)具有很強的抗氧化性，具有抗衰老、抗輻射的功能如：β-胡蘿卜素、維生素E等番茄紅素—四萜化合物植物中，多數(shù)萜類具有特殊氣味，而且是各類植物特有油類的主要成分。如檸檬苦素、薄荷醇、樟腦分別是檸檬油、薄荷油、樟腦油的主要

21、成分。,脂類的生理功能,構(gòu)成生物膜的骨架主要能源物質(zhì)構(gòu)成身體或器官保護層是某些重要生物分子組分,習題,1、地球上含量最豐富的元素是什么？生物體中含量最豐的元素是什么？2、為什么要將糖的稱呼由碳水化合物改為糖類？3、膽固醇等在結(jié)構(gòu)上與甘油三酯差別如此之大，為什么還要把它們劃入脂類？4、為了防止動脈硬化應注意哪兩類脂質(zhì)成員攝入？,2.4 遺傳信息的表達者——蛋白質(zhì),氨基酸蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的功能,2.

22、4.1蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子——氨基酸,氨基酸的通式氨基酸的特點必需氨基酸,1、氨基酸的通式,C、H、O、NR不同，組成的氨基酸就不同組成蛋白質(zhì)的常見氨基酸有20種,通式,2、特點,L-型氨基酸 屬α-氨基酸（Pro為α-亞氨基酸）具旋光性屬兩性電解質(zhì),兩性電離及等電點,不帶電形式,兩性離子形式,,氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不以游離的羧基或氨基形式存在，而是解離成兩性離子,3、必需氨基酸,20種氨基酸中有8種不能由人

23、體合成，必須從外界攝取，稱為必需氨基酸8種必需氨基酸為Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 設 來 借 一 兩 本 書”甲硫氨酸、色氨酸、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸,2.4.2 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間作用力,1、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu),氨基酸排列順序肽鍵：酰胺鍵肽鏈：N端、C

24、端、主鏈、側(cè)鏈多肽、氨基酸殘基,,1965年我國科學家完成了結(jié)晶牛胰島素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白質(zhì)。1954年英國生化學家Sanger報道了胰島素的一級結(jié)構(gòu)，是世界上第一例確定一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)由遺傳信息決定一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。但一級結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。,2、二級結(jié)構(gòu),肽鏈的主鏈在空間的走向,,α螺旋β折疊β轉(zhuǎn)角,蛋白質(zhì)α螺旋結(jié)構(gòu)(α-helix),Pauling and

25、Corey提出。右手螺旋螺旋通過氫鍵維持穩(wěn)定。第一個肽鍵的NH和第四個肽鍵的CO形成氫鍵,第n個肽鍵的NH和第n+3個肽鍵的CO形成氫鍵。肽鏈的主鏈形成緊密的螺旋,側(cè)鏈伸向外側(cè)，每一圈包含3.6個氨基酸殘基,每個殘基跨距為0.15nm,螺旋上升一圈的距離(螺距)為3.6×0.15=0.54nm.,β—折疊（β-pleated sheet）,平行式,N端,N端,平行式,反平行式,N端,C端,β—折疊靠肽鏈之間的肽鍵上

26、CO與NH形成氫鍵而得以穩(wěn)定。反平行式比平行式穩(wěn)定。β—轉(zhuǎn)角： β—折疊反平行式的轉(zhuǎn)折處。無規(guī)卷曲：沒有確定的規(guī)律性。,,三級結(jié)構(gòu):整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置,即整條肽鏈的三維構(gòu)象。維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的主要作用力為側(cè)鏈間的相互作用氫鍵、離子鍵、疏水鍵及二硫鍵結(jié)構(gòu)域:在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成一緊密的結(jié)構(gòu),具有特殊的功能,多為蛋白質(zhì)的活性部位,3、三級結(jié)構(gòu),4、四級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu)：各亞基的空間排布。亞基（subuni

27、t）：有的蛋白質(zhì)分子由兩條以上的肽鏈通過非共價鍵相連聚合而成，每條多肽鏈稱為一個亞基。維持四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素為各亞基之間的作用力如氫鍵、離子鍵、疏水鍵。含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)才有生物學功能。,5、蛋白質(zhì)的空間作用力,氫鍵鹽鍵(離子鍵)二硫鍵疏水鍵范德華力,6、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系,一級結(jié)構(gòu)與功能的關系空間結(jié)構(gòu)與功能的關系,A、一級結(jié)構(gòu)與功能的關系B、空間結(jié)構(gòu)與功能的

28、關系,許多先天性疾病是由于某一重要的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)發(fā)生了差錯引起的。如血紅蛋白β亞基6位Glu被Val代替（基因突變），即表現(xiàn)為鐮刀狀貧血，為世上最常見的血紅蛋白病。,正常紅細胞 鐮刀型紅細胞,在血紅蛋白（HbS）中,由于帶負電的極性親水谷氨酸被不帶電的非極性疏水纈氨酸所代替,致使血紅蛋白的溶解度下降。在氧張力低的毛細血管區(qū),HbS形成管狀凝膠結(jié)構(gòu)(如棒狀結(jié)構(gòu)),導致紅細胞扭曲成鐮刀狀(即鐮變)。這種僵硬的鐮狀紅細胞不能通

29、過毛細血管,加上HbS的凝膠化使血液的黏滯度增大,阻塞毛細血管,引起局部組織器官缺血缺氧,產(chǎn)生脾腫大、胸腹疼痛(又叫做“鐮形細胞痛性危象”)等臨床表現(xiàn)。病重時，紅細胞受機械損傷而破裂產(chǎn)生溶血現(xiàn)象，引起嚴重貧血而造成死亡。,血紅蛋白C（HbC）,血紅蛋白β鏈中第6位谷氨酸被賴氨酸所替代是一種常染色體遺傳性疾病此種異常血紅蛋白主要發(fā)生在西非的加納和布基納法索，該地的發(fā)病數(shù)約為14％～28％美國的黑人發(fā)病數(shù)為2％～3％我國未有發(fā)

30、現(xiàn),蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的意義,比較不同生物細胞色素C的一級結(jié)構(gòu)可以幫助了解物種間的進化關系，物種間越接近，則細胞色素C的一級結(jié)構(gòu)越相似。細胞色素C分子在呼吸電子傳遞鏈中不可或缺的地位，其分子結(jié)構(gòu)是相對保守的。但隨著生物的進化，其分子組成結(jié)構(gòu)也必將出現(xiàn)變異，只是相對于其他蛋白來說，細胞色素C分子的很多變異可能導致生物體的電子傳遞出現(xiàn)問題而導致死亡，因此，其分子進化要緩慢而保守,蛋白質(zhì)在重金屬、酸、堿、有機溶劑、尿素，以及加熱、紫外

31、輻射等因素作用下，空間結(jié)構(gòu)破壞，導致蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)變性后，生物活性喪失，溶解度下降，粘度增加。大豆蛋白質(zhì)的濃溶液加熱，并加入少量鹽鹵制豆腐的方法就是利用蛋白質(zhì)變性來沉淀蛋白的一個例子。,2.4.3 蛋白質(zhì)變性和復性,不可逆變性可逆變性(復性),2.4.4 蛋白質(zhì)的性質(zhì),兩性解離性質(zhì)膠體性質(zhì),蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì),蛋白質(zhì)水溶液是一種比較穩(wěn)定的親水膠體,這是因為：蛋白質(zhì)顆粒表面帶有很多極性基團（親水基團向外翻，疏水基團向內(nèi)鉆），

32、在蛋白質(zhì)顆粒外面形成一層水膜（水化層）另外蛋白質(zhì)顆粒在非等電點狀態(tài)時帶的相同電荷，使蛋白質(zhì)顆粒間相互排斥，不致相互凝聚沉淀,結(jié)構(gòu)功能防御功能信號功能調(diào)節(jié)功能運輸功能運動功能其他功能,2.4.5 蛋白質(zhì)的功能,2.5.1 酶的概念,酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì),2.5.2 酶的分子組成,單純酶：僅由單純蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶 如脲酶，淀粉酶，脂酶結(jié)合

33、酶：全酶=酶蛋白+輔助因子輔助因子：金屬離子、小分子有機化合物,輔酶（coenzyme）非共價鍵與酶蛋白疏松結(jié)合,可用透析、超濾分離輔基（prosthetic group）：共價鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，不易分離。金屬離子多為酶的輔基小分子有機化合物有的屬輔酶，有的屬輔基酶蛋白和輔助因子單獨存在時均無催化活性，只有全酶有催化作用。,輔助因子,2.5.3 酶的催化特點1、高效性,酶促反應具有極高的催化效率酶促反應速度比

34、非催化反應高108～1020倍，比一般催化反應高107～1013。,從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能，活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應越難進行。,酶的催化作用有賴于降低反應的活化能。,2、專一性,,反應專一性底物專一性,A、反應專一性,酶一般只能選擇性的催化一種或一類相同類型的化學反應酶催化的反應幾乎不產(chǎn)生副產(chǎn)物 B、底物專一性結(jié)構(gòu)專一性手性專一性幾何專一性,結(jié)構(gòu)專一性,有些酶對底物的要求非常嚴格，只作用于一個

35、特定的底物，稱為“絕對專一性”如脲酶只能催化尿素水解，對尿素的類似物沒作用。有些酶的作用對象不是一種底物，而是一類化合物或一類化學鍵，稱為“相對專一性”如：酯酶,手性專一性,胰蛋白酶只能水解L-氨基酸形成的肽鍵淀粉酶只能選擇性的水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷鍵,D-葡萄糖天然存在,幾何專一性,有些酶只能選擇性催化某種幾何異構(gòu)體底物的反應3、反應條件溫和易失活常溫、常壓中性,2.5.4 酶的活性調(diào)控,活性中

36、心抑制劑和激活劑抑制作用類型酶共價調(diào)節(jié),1、酶的活性中心,酶的活性部位酶分子中肽鏈折疊、螺旋或纏繞形成酶的活性空間--酶的活性部位按照酶活性中心的功能分為：結(jié)合部位催化部位調(diào)控部位,酶的活性中心,結(jié)合部位—酶的專一性催化部位—酶的高效性2、酶的作用機制,酶的活性中心,,1）酶的激活劑,使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑（activator）大多為金屬離子，如Mg2+、Mn2+ 、 K+少

37、數(shù)為陰離子如Cl-也有的為有機化合物，如膽汁酸鹽必需激活劑：對酶促反應不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應。非必需激活劑： 有些激活劑不存在時，酶仍有一定的催化活性。,酶原的激活,酶原（Zymogen）：有些酶（絕大多數(shù)為蛋白酶）在細胞內(nèi)合成及初分泌時，沒有活性酶原的激活：在一定條件下，酶原可轉(zhuǎn)化成有活性的酶。酶原激活的機制分子內(nèi)肽鍵一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度改變，從而形成酶的活性中心，同時生成一些肽或碎片。,酶原激

38、活還存在級聯(lián)反應,胰蛋白酶原,胰蛋白酶 + 六肽,,胰凝乳蛋白酶原,α-胰凝乳蛋白酶 + 2個二肽,,胰蛋白酶,腸激酶,意義,消化道內(nèi)蛋白酶以酶原的形式分泌，避免細胞產(chǎn)生的蛋白酶對細胞進行自身消化，使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用；凝血和纖維蛋白溶解酶類以酶原的形式在血液循環(huán)中運行，一旦需要便轉(zhuǎn)化為有活性的酶酶原可視為酶的貯存形式,胰腺炎,主要由胰腺組織受胰蛋白酶的自身消化作用。在正常情況下，胰液內(nèi)的胰蛋白酶原無活性，待其

39、流入十二指腸，受到膽汁和腸液中的腸激酶的激活作用后，變?yōu)橛谢钚缘囊鹊鞍酌?，方具有消化蛋白質(zhì)的作用。,1、十二指腸壺腹部的阻塞引起膽汁返流 2、胰液分泌亢進使胰管內(nèi)壓升高 暴飲暴食，酒精的刺激使胃酸及十二指腸促胰液素分泌增多，進而促進胰液分泌增多，造成胰管內(nèi)壓增高。重者可導致胰腺小導管及腺泡破裂，放出內(nèi)生性活素，激活胰蛋白酶原等，從而引起胰腺組織的出血壞死。3、腺泡細胞直接受損創(chuàng)傷、缺血、病毒感染或藥物毒性作用等可直接損害腺

40、泡細胞使胰蛋白酶滲出，發(fā)生胰腺炎。因某些因素激活了胰蛋白酶，后者又激活了其它酶反應，如胰彈性蛋白酶（elastase）及磷脂酶A（phospholipase A），對胰腺發(fā)生自身消化作用，促進了其壞死溶解。,4、酶的抑制作用,酶的抑制劑（inhibitor）：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì),不可逆抑制可逆抑制,Ⅰ、不可逆性抑制：（irreversible inhibition）,抑制劑與酶的必需基團以牢固的共價

41、鍵結(jié)合，從而使酶活喪失不能用透析、超濾等去除抑制劑,路易士氣,巰基酶,失活的酶,低濃度的重金屬離子Hg2+、Ag+、As3+ 可與酶分子SH結(jié)合，使酶活抑制。,重金屬鹽引起的巰基酶中毒可用二巰基丙醇（BAL）解毒。,BAL,農(nóng)藥敵百蟲、敵敵畏等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶（Choline esterase）活性中心絲氨酸殘基的羥基結(jié)合，使酶失活。,,+,+,R,O,P,O,O,X,R',,,,,,,,EH,,,R,O,P,O

42、,O,R',E,,,,,,,,HX,有機磷化合物,羥基酶,失活的酶,乙酰膽堿為生物體內(nèi)傳遞神經(jīng)沖動的重要物質(zhì)。膽堿酯酶為羥基酶，有機磷殺蟲劑中毒時，此酶活受抑制結(jié)果造成乙酰膽堿的堆積，造成神經(jīng)過度興奮直至抽搐而死,可用解磷定來治療。,,競爭性抑制非競爭性抑制,Ⅱ可逆性抑制,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,,+,FAD,C,H,C,O,O,H,CH,C,O,O,H,,,,,+,F,A,D,H,2,琥珀

43、酸脫氫酶,琥珀酸,延胡索酸,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,,,C,O,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,,C,O,O,H,C,H,2,C,H,O,H,C,O,O,H,,,,丙二酸,蘋果酸,草酰乙酸,丙二酸、蘋果酸、草酰 乙酸為琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。,A、競爭性抑制,H,H,S,O,2,N,H,R,H2N,,,,,磺胺藥,二氫喋呤+ PABA+Glu,,,FH2合成酶,FH2,F,H,4,,,磺胺藥與PABA

44、結(jié)構(gòu)相似，可與PABA競爭FH2合成酶的活性中心FH2合成受抑制，F(xiàn)H4隨之減少，使核酸合成障礙，細菌生長繁殖受到抑制。而人體可直接吸收葉酸。,FH2還原酶,葉酸,四氫葉酸,,二氫葉酸,氨甲喋呤,,MTX,氨甲喋呤（MTX）是FH2還原酶的競爭性抑制劑，抑制人體內(nèi)FH4的合成，阻礙核酸合成，以致抑制腫瘤的生長。,,B、非競爭性抑制,別構(gòu)抑制,,,例如：ATP抑制磷酸果糖激酶,當細胞內(nèi)ATP不足時,ATP主要作為反應底物,保證酶促反

45、應進行；當細胞內(nèi)ATP較多時,ATP作為變構(gòu)抑制劑,可降低6-磷酸果糖激酶1的催化活力,5、酶共價調(diào)節(jié),某些酶分子的基團可以在另一種酶催化下發(fā)生共價修飾作用，從而引起酶活性的激活或抑制，這種作用稱共價修飾調(diào)節(jié),,酶活性：即酶催化(生物體內(nèi))化學反應的能力。酶的定量單位——酶活力單位（U）：1個酶活力單位是指在特定條件下在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1µmol底物的酶量。酶的比活力：即每單位質(zhì)量的蛋白質(zhì)或酶制劑含有的酶活力單位數(shù)。,

46、2.5.5 酶定義的補充,1981年，托馬斯·切赫（美）在四膜蟲rRNA前體中發(fā)現(xiàn)了與蛋白質(zhì)無關的拼接過程即在鳥苷和Mg2+存在下，可發(fā)生自我催化作用，將rRNA前體中存在的鏈長414個核苷酸的內(nèi)含子切下,,,核酶（ribozyme）是具有高效、特異催化作用的核酸，主要作用參與RNA的剪接為什么有人說DNA也是一種酶？,2.6 遺傳信息的存儲和傳遞者—— 核酸,,極少數(shù)的病毒以RNA為遺傳物質(zhì) 如天花病毒、流感病毒等

47、。通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證實了DNA是遺傳的物質(zhì)基礎,核酸分為DNA和RNADNA存在于細胞核和線粒體內(nèi)RNA存在于細胞質(zhì),2.核酸的分類,核酸在核酸酶作用下水解為核苷酸，核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。,3、 核酸的組成,戊糖,嘧 啶(pyrimidine),,（2-氧，4-氨基嘧啶 ）,（2，4-二氧嘧啶）,（5-甲基尿嘧啶）,C,U,T,嘌 呤(purine),嘧啶環(huán)和咪唑環(huán)稠合而成,,（6-氨基嘌呤）,（

48、2-氨基6-氧嘌呤）,兩類核酸分子的組成比較,核苷=核糖+堿基,堿基和核糖通過糖苷鍵連成核苷。連接方式是嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1與糖的C-1’以糖苷鍵相連。,腺嘌呤脫氧核苷（脫氧腺苷）,胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）,4、核酸的結(jié)構(gòu),,一級結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)與功能DNA的超螺旋結(jié)構(gòu),A、 一級結(jié)構(gòu),一級結(jié)構(gòu)指其核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，也稱堿基序列。,3’，5’-磷酸二酯鍵,,,在一級結(jié)構(gòu)

49、基礎上，進一步盤繞折疊，形成高級結(jié)構(gòu)。DNA和RNA在高級結(jié)構(gòu)方面差別很大。,B、DNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)與功能,DNA的二級結(jié)構(gòu)的研究史DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點DNA結(jié)構(gòu)的多樣性物種的多樣性,DNA的二級結(jié)構(gòu)的研究史?二十世紀二十年代，Levene研究了核酸的化學結(jié)構(gòu)并提出了四核苷酸假說。他認為DNA分子是由A、G、C、T4種核苷酸不斷重復延伸而成。?二十世紀五十年代初，Chargaff采用層析和紫外吸收分析等技術研究了

50、DNA分子的堿基組成，發(fā)現(xiàn)不同物種的DNA堿基組成不一樣，并總有[A]=[T]；[C]=[G]。－當量定律 Chargaff用有說服力的數(shù)據(jù)徹底否定了四核苷酸假說。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點,? DNA是一反向平行的互補雙鏈結(jié)構(gòu)。兩條鏈反向平行糖-磷酸骨架居外側(cè)堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈之間的堿基以氫鍵相結(jié)合。堿基互補配對，A=T,G≡C,A==T,G≡C,DNA雙螺旋為右手螺旋。螺旋直徑為2nm螺旋每旋轉(zhuǎn)一周為10對

51、堿基螺距為3.4nm每個堿基平面之間的距離為0.34nm,并形成大溝和小溝,DNA結(jié)構(gòu)的多樣性,DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。右手螺旋結(jié)構(gòu)是在生理鹽水溶液中提取的DNA的結(jié)構(gòu)，目前將這種結(jié)構(gòu)稱為B-DNA。1979年，Alexander Rich發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為Z-DNA另外也有A-DNA的存在。,物種的多樣性,核苷酸的數(shù)目堿基的排列順序不同生物的DNA具有自己獨特的堿基順序同種生物不同的器

52、官、組織具有相同的堿基序列DNA的堿基序列不受環(huán)境、營養(yǎng)和年齡的影響,DNA種類各不相同,,C、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu),?原核生物：大部分原核生物的DNA是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋，這種雙螺旋還可以再次螺旋化形成超螺旋。DNA 染色體核小體進一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近1m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位 核小體,,?真核生物：DNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。

53、核小體由DNA和組蛋白構(gòu)成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。DNA雙螺旋分子纏繞在八聚體上構(gòu)成核小體的核心顆粒。核小體的核心顆粒之間再由DNA和組蛋白H1構(gòu)成的連接區(qū)連接起來形成串珠狀結(jié)構(gòu)。核小體進一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近1m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。,DNA的重要性質(zhì),主要是變性、復性和雜交變性:某些原因?qū)е乱患?/p>

54、結(jié)構(gòu)不變，空間結(jié)構(gòu)改變,相應的性質(zhì)及功能改變甚至喪失為變性；復性:導致其變性因素去除后，DNA的空間結(jié)構(gòu)均可恢復為復性；雜交:復性時，兩條不同來源的單鏈DNA形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。Tm：使50%的DNA雙鏈變?yōu)閱捂湑r的溫度，具有突發(fā)特點；Tm主要與樣品的均一性、G+C含量和介質(zhì)中離子強度等有關。G+C含量與Tm成正比(G+C)%=(Tm-69.3)×2.44,D、 RNA的結(jié)構(gòu),單鏈,信使RNA(mRNA) 線狀

55、單鏈結(jié)構(gòu)，攜帶DNA信息，作為指導合成蛋白質(zhì)的模板核糖體RNA(rRNA) 原核生物的核糖體16S、23S、5S　rRNA真核生物的核糖體5S、5.8S、18S、23S、28S　rRNA轉(zhuǎn)運RNA(tRNA) 局部堿基能配對形成雙螺旋，不能配對的區(qū)域形成突起(環(huán)),原核細胞和真核細胞mRNA比較,,單順反子：只編碼一條肽鏈的mRNA，稱單順反子多順反子：編碼多條肽鏈的mRNA，稱多順反子,2.7 維 生 素,水溶性

56、維生素C （抗壞血酸）維生素B,脂溶性維生素A （視黃醇）維生素D 維生素E 維生素K （血凝維生素）,維生素A,維生素A又稱視黃醇視黃醛:視黃醇氧化后的衍生物視網(wǎng)膜中的桿狀細胞含有視紫紅質(zhì)光明亮時視紫紅質(zhì)分解為視蛋白和視黃醛光暗時聯(lián)合為視紫紅質(zhì)維生素A缺乏可引起夜盲癥,β-胡蘿卜素,維生素D,維生素D有D3和D2兩種。在人體內(nèi)存在的維生素原有VitD3原和VitD2原，經(jīng)紫外線照射可以轉(zhuǎn)化為VitD3和Vit

57、D2。人的皮膚中的7-脫氫膽固醇，以紫外線照射轉(zhuǎn)化為VitD3（膽鈣化醇），進入骨骼后有助于鈣的吸收和沉積。兒童缺乏維生素D可引起佝僂?。怀扇巳狈S生素D可引起軟骨病,維生素E（生育酚）,VitE是一個抗氧化劑1922年，伊文思及其同事飼養(yǎng)大白鼠給以當時已知的全部營養(yǎng)素，試驗雌鼠能否正常生殖多次試驗結(jié)果表明受孕雌鼠都有死胎，并被吸收當在飼料中加入少量生菜、麥胚后，大鼠即能正常生殖后來從麥胚油中提純VE，并最后得到人工合

58、成，命名為生育酚,維生素K,維生素K又稱血凝維生素。血凝過程中，許多血凝因子的生物合成與VK有關例如：凝血酶原、血漿凝血酶激酶組分等 人體VK的來源食物中綠色蔬菜、動物肝、魚、牛奶、麥麩、大豆腸道中大腸桿菌、乳酸菌能合成VK，被腸壁吸收維生素C維生素C又稱抗壞血酸，是水溶性的維生素。人肝臟中缺少古洛內(nèi)酯氧化酶，不能在體內(nèi)合成VitC必須從食物中獲得，否則出現(xiàn)壞血病表現(xiàn)為毛細血管脆弱，皮膚出現(xiàn)小血斑，牙齦發(fā)炎出血，牙齒