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侧链只是烃链:
Gly,Ala(丙氨酸),Val,Leu,Ile后三种带有支链,人体不能合成,是必需氨基酸。
侧链含有羟基:
Ser,Thr(苏氨酸)许多蛋白酶的活性中心含有丝氨酸,它还在蛋白质与糖类及磷酸的结合中起重要作用。
侧链含硫原子:
Cys(半胱氨酸),Met两个半胱氨酸可通过形成二硫键结合成一个胱氨酸。
二硫键对维持蛋白质的高级结构有重要意义。
半胱氨酸也经常出现在蛋白质的活性中心里。
甲硫氨酸的硫原子有时参与形成配位键。
甲硫氨酸可作为通用甲基供体,参与多种分子的甲基化反应。
侧链含有羧基:
Asp(D),Glu(E)
侧链含酰胺基:
Asn(N),Gln(Q)
侧链显碱性:
Arg(R,精氨酸),Lys(K)
2.芳香族氨基酸包括苯丙氨酸(Phe,F)和酪氨酸(Tyr,Y)两种。
酪氨酸是合成甲状腺素的原料。
3.杂环氨基酸包括色氨酸(Trp,W)、组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)三种。
其中的色氨酸与芳香族氨基酸都含苯环,都有紫外吸收(280nm)。
所以可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质的含量。
组氨酸也是碱性氨基酸,但碱性较弱,在生理条件下是否带电与周围内环境有关。
它在活性中心常起传递电荷的作用。
组氨酸能与铁等金属离子配位。
脯氨酸是唯一的仲氨基酸,是α-螺旋的破坏者。
B是指Asx,即Asp或Asn;
Z是指Glx,即Glu或Gln。
基本氨基酸也可按侧链极性分类:
非极性氨基酸:
Ala,Val,Leu,Ile,Met,Phe,Trp,Pro共八种
极性不带电荷:
Gly,Ser,Thr,Cys,Asn,Gln,Tyr共七种
带正电荷:
Arg,Lys,His
带负电荷:
Asp,Glu
2.两性电离的概念:
等电点(pI,isoelectricpoint):
当外液为某一pH值时,Aa分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等,净电荷为0。
这一pH值即为Aa的等电点(pI)。
在等电点时,氨基酸既不向正极也不向负极移动,即氨基酸处于两性离子状态。
等电点的计算:
酸性氨基酸:
pI=(pK1+pKR-COO-)/2
碱性氨基酸:
pI=(pK2+pKR-NH3+)/2
第三节肽
肽键(peptidebond):
一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩合,除去一分子水形成的酰胺键。
多肽中肽键有5个特点
(1)肽键中氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。
(2)肽键中的C-N键具有部分双键性质,不能自由旋转。
(C-N单键键长0.149nm、C=N双键键长0.127nm、肽键键长0.132nm)
(3)组成肽键的原子处于同一平面,此刚性结构的平面叫肽平面(peptideplane),或酰胺平面(amideplane)。
Φ:
Cα-N单键的旋转角度Ψ:
Cα-C单键的旋转角度
二面角(构象角):
Φ和Ψ这2个构象角决定了相邻2个肽平面在空间上的相对位置。
原则上Φ和Ψ可以在00~+/_1800之间变化。
多肽链的主链由许多酰胺平面组成,平面之间以α碳原子相隔。
ψ和φ这一对二面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置,也就决定了肽链的构象。
(4)二面角所决定的构象能否存在,主要取决于两个相邻肽单位中,非键合原子之间的接近有无阻碍。
(5)在大多数情况下,肽键以反式结构存在。
第四节蛋白质分子结构
1.四种结构层次的概念
蛋白质的一级结构:
指蛋白质多肽连中AA的排列顺序,包括二硫键的位置。
其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序,它是蛋白质生物功能的基础。
蛋白质二级结构(proteinsecondarystructure):
在蛋白质分子中的局部区域内氨基酸残基的有规则的排列,常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持的。
1.α-螺旋(α-helix)Φ:
-60o~-550Ψ:
-45~-50
蛋白质中最常见、最典型、含量最丰富的二级结构元件。
α-螺旋是一种重复性结构,螺旋一圈沿轴上升0.54nm,称为螺距;
螺旋一圈含有3.6个氨基酸残基;
每个残基绕轴旋转100°
,沿轴上升0.15nm。
蛋白质三级结构(proteintertiarystructure):
蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。
三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕、折叠形成的。
三级结构主要是靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用、氢键、范德华力和盐键(静电作用力)维持的。
蛋白质四级结构(quaternarystructure):
多亚基蛋白质的三维结构。
实际上是具有三级结构的多肽链(亚基)以适当方式聚合所呈现出的三维结构。
一级结构决定高级结构高级结构决定蛋白质的功能
2.同源蛋白质(Homologousprotein):
也称为同功蛋白质,指进化上相关的一组蛋白质。
它们常在不同物种中执行着相同的生物学功能。
核酸
1.核苷酸的生物学功能
(1)参与DNA、RNA的合成、蛋白质的合成、糖与磷脂的合成。
(2)在能量转化中起重要作用,ATP是生物体内能量的通用货币。
(3)是构成多种辅酶的成分:
NAD、NADP、FAD、FMN和CoA。
(4)作为第二信使参与细胞中的代谢与调节(cAMP、cGMP)。
2.真核mRNA的特点:
5’-Cap
结构:
m7GpppXpY,5’-末端的G被甲基化,通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以5’、5’-三磷酸酯键相连。
功能:
在蛋白质翻译过程中,促进核糖体与mRNA的结合,起始识别作用速度,并稳定mRNA结构(5’有抗外切酶作用等功能)
◆3’-Tail
真核mRNA的3’端由100~200个腺苷酸形成的polyA,在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。
●功能:
帮助mRNA从核内向胞液转位,并维持其稳定性。
3.DNA一级结构的测定:
(1)、DNA的化学法测序
•利用硫酸二甲酯和肼去特异修饰碱基,产生一套长短不等的片段,通过电泳及放射自显影,从电泳图谱上读出碱基排列顺序。
•硫酸二甲酯修饰:
加热断裂G
•甲酸修饰:
哌啶断裂G、A
•无NaCl存在时:
肼断裂C、T
•肼+NaCl:
断裂C
(2)末端终止法——Sanger法
•利用2’,3’-双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)作为DNA合成链延伸的抑制剂,产生长短不一,并具有特定末端的DNA片段。
4.Gene(顺反子):
指DNA上的一段编码蛋白质或RNA的片段,由上千个脱氧核苷酸构成的相对独立单位。
单顺反子(Monocistron):
一条mRNA分子只编码一条多肽链,这样的mRNA称为…..。
在Eukaryote,大多数mRNA为单顺反子。
多顺反子(Polycistron):
在Prokaryote,一条mRNA分子如果编码2条或多条多肽链,这样的mRNA称为…….。
间隔序列和插入序列
间隔序列:
指DNA中,除了编码蛋白质的结构基因和编码RNA的基因外,还有某些DNA片断不编码任何蛋白质和RNA,存在于基因与基因之间,这段DNA序列叫……..。
插入序列:
常常出现在基因内部,将一个基因分成几个片断,这段DNA序列叫…….。
现在习惯上把基因内的插入序列称为内含子,把编码蛋白质氨基酸的序列称为外显子。
5.PCR(PolymraseChainReaction)(体外扩增DNA的一种重要技术)
基本步骤为:
i、设计一对引物,以便有效扩增所需要的DNA序列,并尽量减少可能产生的非特异性产物。
ii、优化反应体系,以便获得最佳的扩增效果。
体系组成:
模板、引物、4种dNTP、TagDNApolymerase、Mg2+.
6.DNA双螺旋结构的特点
•
(1)DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。
两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。
螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为5’→3’,而另一条链的方向为3’→5’,螺旋结构上有大沟和小沟。
(2)嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧,彼此以3’—5’磷酸二酯键连接形成DNA分子的骨架。
碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基环平面与碱基环平面成90°
角。
(3)螺旋横截面的直径约为2nm,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34nm,每10个核苷酸形成一个螺旋,其螺矩(即螺旋旋转一圈)高度为3.4nm。
(4)双螺旋内部的碱基严格按照配对规律结合,即A与T结合,G与C结合,这种配对关系,称为碱基互补。
在DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。
A和T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键。
双螺旋的两条链是互补关系。
(5)稳定DNA双螺旋的主要因素是碱基堆积力氢键维持双链横向稳定性,碱基堆积作用维持双链纵向稳定性。
碱基堆积作用是杂环碱基的电子之间的相互作用而形成的,其本质是一种范德华力。
不同tRNA的二级结构共同特点:
由5部分组成
•AaArm(Aa接受臂)•DHUloop(二氢尿嘧啶环)•Anticodonloop(反密码环)
•Extraloop(额外环)•TΨCloop(TΨC环)
核酸的变性定义:
NA受热、酸碱、有机溶剂、辐射、及尿素等变性剂作用,氢键断裂,双螺旋结构解开,变成单链,从而引起紫外吸收增加(hyperchromieeffect,增色效应)、失去生物活性、粘度下降、比旋下降等性质改变的过程叫变性。
(与降解不同,无共价键的断裂)
增色效应:
由于核酸变性而引起对紫外吸收增加的现象。
DNA:
A260/A280=1.8,若>1.8,说明RNA未除尽<1.6,蛋白质或酚未除尽
RNA:
A260/A280=2.0<2.0,蛋白质或酚未除尽
融点(Tm)—热变性过程中增色效应达到50%时的温度(突发过程,相当窄的温度)。
或双螺旋结构失去一半时的温度,也称为溶解温度、解链温度(meltingtemperature)DNA,Tm=82~950C
核酸的复性指变性DNA分子在适当的条件下,解开的互补双链可重新恢复天然的双链螺旋结构。
热变性的DNA在缓慢冷却后复性的过程称为退火。
DNA复性时紫外吸收减少的现象叫减色效应。
核酸分子杂交(Hybridization)
在退火条件下,不同来源的DNA互补区形成氢键,或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。
Southern印迹法:
将电泳分离后的DNA片段从凝胶转移到硝酸纤维素膜上,再进行杂交。
Northern印迹法:
将电泳分离后的RNA吸印到纤维素膜上再进行分子杂交。
酶
1.,某些RNA分子也具有催化活性。
这类RNA被称为ribozyme(核酶)
3.酶的底物专一性
酶的底物专一性即特异性(Substratespecificity)指酶对它所作用的底物有严格的选择性。
一种酶只能作用于某一种或某一类结构性质相似的物质。
酶的底物专一性类型:
结构专一性和立体化学专一性。
酶专一性的机制
一、锁钥学说(1894年EmilFischer)—lockandkey或模板学说(template):
认为整个酶分子的天然构象具有刚性结构,酶表面具有特定的形状。
E与S的结合如同一把钥匙对一把锁一样。
二、诱导契合假说
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利于底物的结合。
概括其要点:
四个方面
A.酶原来的构象不一定一开始就是底物的模板
B.底物能诱导酶蛋白的构象发生一定变化(专一性结合)
C.当酶的构象发生变化后,就使得其中的催化基团形成正确的排列。
D.在酶反应过程中,酶活性中心构象的变化是可逆的。
即酶与底物结合时,产生一种诱导构象,反应结束时,产物从酶表面脱落,酶又恢复其原来的构象。
三、三点附着学说
(Three-pointattachmenthypothesis)
相同基团由于在底物分子中的空间排列不同,因而只有三点都匹配互补,才能与酶结合而发生作用,特别是具有立体异构的一对S。
四、结构性质互补假说(Structure-propertiescomplementationtheory)S的结构和E活性中心三维空间结构互补外,在E和S的性质方面也有要求。
如果底物带电荷,酶的活性中心必带相反电荷,同时底物和活性中心的极性也必然相同。
酶作用的高效机制
一、降低反应的活化能(activationenergy)
二、邻近效应(Proximityeffect)和定向效应(Orientationeffect)
三、酶使底物分子中的敏感键发生变形
四、多功能催化作用
五、微环境的影响(酶活性中心是低介电区域)
4记住6大类的编号:
氧转水裂异合
123456
按酶的化学组成分类
单纯酶:
指酶的活性仅仅决定于它的蛋白质结构。
如Urease、protease、Amylase、Lipase等。
结合酶:
这些酶只有在结合了非蛋白组分(辅因子)后,才表现出酶的活性。
活性中心由辅因子与蛋白质二者组成。
几个重要概念:
酶蛋白(Apoenzyme):
脱辅基酶(Apoprotein)
辅因子(Cofactor):
非蛋白质部分
全酶(Holoenzyme)=酶蛋白+辅因子
辅基(Prostheticgroup):
与酶蛋白结合牢固,一般以共价键连结,不能用透析的方法除去。
辅酶(Coenzyme):
与酶蛋白以非共价键连结,结合松散,可用透析方法除去。
辅酶和辅基的化学本质主要是:
金属元素和小分子有机物,如维生素、铁卟啉等。
它们在酶的催化反应中起着递氢、递电子、递基团等作用,某些金属元素还起着底物与酶蛋白之间的“搭桥”作用。
米氏方程的意义
当[S]《Km时V=K’S
当[S]》Km时,V=Vmax
三、Km的意义
1.Km是酶的一个特征性常数
①Km只与酶的性质有关,与酶浓度无关;
②Km只是在固定的底物,一定温度和pH条件下,一定的缓冲体系中测定的,不同条件下具有不同的Km。
2.Km可近似地表示与底物的亲和力①Km越小,表示酶和底物的亲和力越大②Km越大,表示酶和底物的亲和力越小
3.如果一个酶有多个底物,则Km最小的底物是该酶的最适底物
4.若已知km,就可计算在某一底物浓度时,Vo相当于Vm的百分数。
如[S]=3Km,则V=0.75Vm
5.判断反应方向与趋势:
在可逆反应中,2个km值中最小的反应方向是该酶促反应的主要方向。
6.推测代谢途径:
如果代谢途径中各酶的Km值已知,Km值最大的酶是限速酶。
7.判断抑制类型:
测定不同抑制剂对某个酶的Km及Vmax的影响,可以判断该抑制剂的抑制作用类型。
五、各种因素对酶促反应的影响
底物浓度酶浓度温度pH金属离子激活剂抑制剂
调节酶Regulatoryenzyme:
在细胞内通过改变酶的结构或构象来调节它所催化的反应速度,从而控制整个代谢过程的反应速度的酶。
别构酶也称变构酶,往往是代谢过程中的关键酶。
此类酶具有两个在空间上彼此独立并分开的特异部位:
活性部位和调节部位。
通过效应物(调节物,常常是代谢的产物)和调节部位的结合来调节酶的活性,从而调节酶反应速度和代谢过程。
同工酶是指能催化相同的化学反应,但酶蛋白的分子结构(由基因决定)、组成、生理性质、理化性质及反应机理却有所不同的一组酶。
这类酶存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中,一般为寡聚蛋白,由2个或2个以上的亚基聚合而成。
抗体酶具催化能力的免疫球蛋白就称为抗体酶或催化抗体。
在水解或基团转移反应中能放出5000卡/M(20.9KJ/M)以上能量的键称高能键,含高能键的化合物称高能化合物,生物体中高能化合物多为Pi-高能化合物,ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。
四、高能磷酸键的生成机理
①氧化磷酸化,物质氧化过程中释放的化学能,是生物共有的ATP生成途径。
(一)氧化磷酸化作用
氧化磷酸化(通常指呼吸链磷酸化):
代谢物氧化(脱氢)时释放出来的化学能供给ADP和Pi反应而生成ATP的过程。
1、呼吸链磷酸化(最重要)
氢从底物上脱下,并进入呼吸链。
生成的高能键最多,是有机体生理活动的能量主要来源。
P/O比值-指应用某一物质作为呼吸底物,消耗1摩尔氧时,有多少摩尔无机磷转化为有机磷,可反映氧化磷酸化的效率。
2、底物磷酸化(底物水平的磷酸化)
没有氧参加,只是底物脱氢(氧化)及其分子内部所含能量重新分布,也可生成高能磷酸键
②光合磷酸化,光合植物和某些自养生物所特有的ATP生成途径,是利用太阳光将ADP→ATP。
化学渗透假说:
(氧化磷酸化的机制)
电子传递体释放的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。
即电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙,从而形成跨线粒体内膜的H+电化学梯度,这个梯度的电化学势驱动ATP的合成。
穿梭过程中的产能情况
异柠檬酸穿梭(NADPH→NADH)2.5ATP磷酸甘油穿梭(NADH→FADH)1.5ATP
苹果酸穿梭(NADH→NADH)2.5ATP
糖的分解代谢
一、EMP途径的意义:
迅速提供能量,使机体在无氧或缺氧情况下能进行生命活动;
红细胞没有线粒体,完全依赖糖酵解供能;
神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,也常由糖酵解提供部分能量。
1.酵解(glycolysis):
由10步酶促反应组成的糖分解代谢途径。
通过该途径,一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸,同时净生成两分子ATP和两分子NADH。
2.发酵(fermentation):
营养分子(Eg葡萄糖)产能的厌氧降解。
在乙醇发酵中,丙酮酸转化为乙醇和CO2。
二、需氧分解:
TCA循环的意义
(1).与糖酵解构成糖的有氧代谢途径,为机体提供大量的能量,一分子葡萄糖经EMP、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32或30个ATP。
(2).TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。
(3).TCA循环既是物质分解代谢的组成部分,亦是物质合成的重要步骤,为其他生物合成提供小分子前体原料。
(两用代谢途径)
磷酸戊糖途径
概念;
磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+,前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程
意义:
1、动物体内30%Glc进入PPP,产生大量的NADPH,为细胞的各种合成反应提供还原剂(力),如参与脂肪酸和固醇类物质的合成等。
2、NADPH为谷胱甘肽还原酶的辅酶,在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态,还原型谷胱甘肽可保护血红蛋白及某些含巯基的酶不被氧化,维持红细胞的完整性。
维持血红素中的Fe2+;
防止膜脂过氧化
3、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料,如:
5-P-核糖——核苷酸
4-P-赤藓糖——芳香族氨基酸
同时也可为细胞提供能量。
4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同,因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来,并实现某些单糖间的互变。
5、免疫功能
巨噬细胞膜上存在一种NADPH氧化酶,催化NADPH上的电子转移给O2,形成超氧阴离子以杀死入侵的微生物。
在巨噬细胞与微生物的较量中,NADPH氧化酶要消耗大量的NADPH,这严重依赖于HMS途径,因此HMS途径的缺乏会导致机体容易受到感染。
脂代谢
一、脂肪的分解代谢
1、甘油的分解与合成代谢
活化形式:
α-磷酸甘油(磷酸甘油激酶作用下)
2、饱和脂肪酸的分解代谢
产能、β-氧化、亚细胞定位、活化形式、转运机制、步骤
二、酮体代谢
1、概念:
脂肪酸在肝脏中经β-氧化产生大量AcCoA,常转变为:
乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮等中间产物,总称为“酮体”(KetoneBody)。
合成在肝内,分解在肝外
2、酮体的生物学意义:
①酮体是某些器官的主要燃料分子
心肌和和脑组织的重要能源。
脑组织不能氧化FA,但能利用酮体。
②酮体是水溶性的乙酰基单位的可转运形式
乙酰乙酸和羟基丁酸的重要产生部位是肝脏。
FA由脂肪组织释放并由肝脏转变为乙酰单位,然后它们又成为乙酰乙酸由肝脏经血液运到其它外周组织(如肌肉)中去。
③酮体有调节作用
血液中乙酰乙酸水平高表示乙酰单位太多,会使脂肪组织中的脂解速度降低。
三、脂肪的合成代谢
软脂酸合成与分解的区别
区别点
合成
分解
亚细胞部位
胞液
线粒体
酰基载体
ACP
CoA
二碳片段
丙二酰CoA
乙酰CoA
还原当量
NADPH
FAD、NAD+
能量变化
消耗7ATP14NADPH
产生106ATP
限速酶
乙酰CoA羧化酶
脂酰CoA合成酶
四、胆固醇的合成
1、原料:
AcCoA
2、三个重要中间物
◆HMG-CoA(羟甲戊二酸单酰CoA)HMG-CoA还原酶是关键酶(限速酶)
◆MVA(甲羟戊酸)
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