生物化学总结

第一章蛋白质

1310821207乔诗尧

第一节氨基酸的结构与分类

一、氨基酸的结构

组成蛋白质的基本单位是氨基酸

*在空间各原子有两种排列方式：L—构型与D—构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系

二、氨基酸的分类：

1.按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：

酸性氨基酸：有天冬氨酸、谷氨酸；

碱性氨基酸：有赖氨酸、精氨酸、组氨酸；

中性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。

2.按侧基R基的结构特点分：脂肪族氨基酸

芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸

3.按侧基R基与水的关系分：

非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸；

极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸；极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。

4.按氨基酸是否能在人体内合成分：必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、笨丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。

非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。

半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。

各种蛋白质都有特定的空间构象，而特定的空间构象又与它们特定的生物学功能相适应，蛋白质的结构与功能是高度统一的。

第三节蛋白质的理化性质及分离纯化一、蛋白质的理化性质

（一）蛋白质的两性解离与等电点：

具有两性解离的性质，因而也具有特定的等电点。

（二）蛋白质的胶体性质

蛋白质分子的颗粒直径已达1～100nm，处于胶体颗粒的范围。因此，蛋白质具有亲水溶胶的性质。

布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力。

蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。

电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。

三）蛋白质的变性

在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质严格的空间结构被破坏（不包括肽键的断裂），从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变，称为蛋白质的变性(denaturation)。引起蛋白质变性的因素

①物理因素：高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等；②化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等。变性蛋白质的性质改变

物理性质：旋光性改变，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； 化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水解；

生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化； 变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固。蛋白质变性的可逆性 a)蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下是不能复性的；

b)如变性程度浅，蛋白质分子的构象未被严重破坏；或者蛋白质具有特殊的分子结构，并经特殊处理则可以复性。

（四）蛋白质的沉淀反应 加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。

分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。 加有机溶剂 加重金属盐

加生物碱试剂单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。（六）蛋白质的颜色反应

二、蛋白质的分离与纯化（一）盐析与有机溶剂沉淀：1.盐析：

在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。 常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。 盐析时，溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。 盐析沉淀蛋白质时，通常不会引起蛋白质的变性。 分段盐析： 半饱和硫酸铵溶液可沉淀血浆球蛋白，而饱和硫酸铵溶液可沉淀血浆清蛋白。2.有机溶剂沉淀蛋白质

凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。 沉淀原理是：①脱水作用；②使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低。

（二）电泳：

（三）离子交换层析（四）凝胶过滤层析（五）超速离心：

利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。

超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S成正比

第四章酶

第一节酶的命名及分类一、酶的命名(1)习惯命名法:

根据其催化底物来命名；

根据所催化反应的性质来命名； 结合上述两个原则来命名，

有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。(2)国际系统命名法

系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。 例如：习惯名称:谷丙转氨酶系统名称:丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶

酶催化的反应:谷氨酸+丙酮酸 →α-酮戊二酸+丙氨酸二、酶的分类

(1)水解酶hydrolase

c)水解酶催化底物的加水分解反应。

d)主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。e)例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：

(2)氧化-还原酶Oxidoreductase

氧化-还原酶催化氧化-还原反应。

主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的

脱氢反应。(3)转移酶Transferase

转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。

(4)裂合酶Lyase

裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 例如，延胡索酸水合酶催化的反应。(5)异构酶Isomerase 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。

(6)合成酶LigaseorSynthetase

6.合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。

7.A+B+ATP+H-O-H===A B+ADP+Pi8.例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2→草酰乙酸(7)核酶（催化核酸）ribozyme

核酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。

第二节维生素与辅酶

维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类有机物质。

维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。辅酶coenzyme和金属离子

根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类： 单纯蛋白酶：它们的组成为单一蛋白质. 结合蛋白酶：某些酶，例如氧化-还原酶等，其分子中除了蛋白质外，还含有非蛋白组分. 结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分包括辅酶及金属离子(或辅因子cofactor)。 酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶。单纯的酶蛋白无催化功能.一、水溶性维生素与辅酶

某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。大多数辅酶的前体主要是水溶性B族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。

酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。

(3).反竞争性抑制含义和反应式

反竞争性抑制剂必须在酶结合了底物之后才能与酶与底物的中间产物结合，该抑制剂与单独的酶不结合。反竞争性抑制的特点：

反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似； 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；

必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加； 动力学参数：Km减小，Vm降低。第六节酶的调节

生物体内的各种生理活动均以一定的物质代谢为基础。为了适应某种生理活动的变化，需要对一

定的代谢活动进行调节。

通过对酶的催化活性的调节，就可以达到调节代谢活动的目的。

可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。

一、酶结构的调节

酶结构的调节是通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性的调节方式。 酶结构的调节是一种快速调节方式。（一）变构调节（别构调节）：

某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构象发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度，这种调节作用就称为变构调节(allostericregulation)。 具有变构调节作用的酶就称为变构酶。

凡能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物就称为变构剂。1．变构调节的机制：

变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基为催化亚基，另一些亚基为调节亚基。 当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象发生改变而致酶活性的改变。

2．协同效应：

3.变构调节的方式：

4．变构调节的特点：

⑴酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；⑵酶的变构仅涉及非共价键的变化；⑶调节酶活性的因素为代谢物；⑷为一非耗能过程；⑸无放大效应。（二）共价修饰调节：

酶蛋白分子中的某些基团可以在其他酶的催化下发生共价修饰，从而导致酶活性的改变，称为共价修饰调节。

共价修饰调节也是体内快速调节代谢活动的一种重要的方式。

最常见的共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化，-SH--S-S-，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化-脱腺苷化等。

1．共价修饰的机制：

共价修饰酶通常在两种不同的酶的催化下发生修饰或去修饰，从而引起酶分子在有活性形式与无活性形式之间进行相互转变。

2．共价修饰调节的方式：共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调节方式为级联反应。

3．共价修饰调节的特点：

⑴酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；⑵有共价键的变化；

⑶受其他调节因素（如激素）的影响；⑷一般为耗能过程；⑸存在放大效应。（三）同工酶的调节同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，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。这类酶存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或细胞中。第七节酶的分离提纯及活力测定

一、酶的分离提纯

(一)酶在细胞中的分布：

胞外酶：水解酶类，易收集，不必破碎细胞，缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液即为含酶液。胞内酶：除水解酶类外的其它酶类，需破碎细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在的细胞器分

离后再破碎该细胞器，然后将酶用适当的缓冲溶液或水抽提。

（三）原则：

在增加酶得率和纯度的同时，尽可能避免高温、过酸、过碱、剧烈的震荡及其它可能使酶丧失活力的一切操作过程。尽最大可能保存酶的活力。（四）分离提纯：

1.酶的抽提：将酶溶解出来就称为抽提。

胞外酶：固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过滤即可。液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌

体收集离心液即可。

胞内酶：先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。

2.酶的纯化：纯化的关键是维持酶的活性，因为随着酶的逐渐提纯，一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定性变差，所以整个纯化过程应维持低温。

（1）酶的沉淀方法：与蛋白质的沉淀方法相同，常用：

A．盐析法：常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐析两种方法。

B．有机溶剂沉淀法：用乙醇、丙酮等。应低温操作，溶剂少量分批加入。（2）酶的纯化方法：有吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等。3.酶的结晶：

纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。

4.酶的保存：一般在-20℃以下低温保存。二.酶活力的测定定性鉴定提取物中某一酶是否存在，一般是根据此酶引起的化学反应来判断。

酶活力的测定：实际上是酶定量测定的方法，酶制剂因含杂质多易失活等原因，故不能用称重或测量体积来定量。

（一）酶活力的概念：指酶催化特定化学反应的能力。其大小通常用在一定条件下酶催化某一特定化学反应的速度来表示。一定量的酶制剂催化某一化学反应速度快，活力大；反之，活力小。

速度表示法常用-dS/dt或dP/dt，测初速度，多用后者。因为反应初期底物过量，底物的减少量不容易测定，而产物从无到有，易测定。

（二）酶的活力单位：1961年国际生化协会酶学委员会统一规定，酶的国际单位（IU）规定为：在最适反应条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量（或1分钟内转化底物生成1微摩尔产物的酶量）称为1标准单位。 测定条件：最佳的反应条件，如最适的Tm（或25℃）、pHm、[S]>>[E]、初速度下。

1972年国际生化协会又推荐一种新单位，即Katal(Kat)单位。规定：在最适温度下，每秒钟能催化1摩尔底物转化为称为所需要的酶量定义为1Kat。1Kat=60×106IU.

（三）酶的比活力：每单位酶蛋白所含的活力单位数。对固体酶：用活力单位/毫克酶蛋白、或活力单位/毫克酶蛋白氮来表示，对液体酶：用活力单位/毫升酶液来表示。很明显，比活力越大，酶的活力越大。（四）、酶活力的测定方法

1、分光光度法：产物与适当的化学试剂生成有色物质或产物有紫外吸收的能力可采用此法。

2、测压法：产物中有气体，测气压增加量。3、滴定法：产物中有酸生成，用碱滴定。

4、荧光法：产物中有荧光物质生成或产物与荧光试剂反应生成荧光产物可用此法。5、旋光法：产物中有旋光物质可采用此法。

除了以上方法外，还可根据产物的性质采用其它方法