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1、2023/7/14,1,生化基础知识,上海赛伦生物技术有限公司,张 浩,2023/7/14,2,生物化学(Biochemistry),是生命的化学,在分子水平探讨生命的本质。生物化学的主要任务是阐述活细胞内及细胞间的化学反应及其与生命活动的关系。1、研究生物分子的结构及功能。包括蛋白质、核酸、脂类及糖等。2、新陈代谢及其调节。3、遗传信息的贮存、传递、表达及调控（分子生物学）。,2023/7/14,3,结合生产需要,1.蛋白质化学2.酶学概论3.血液生化,主要介绍,2023/7/14,4,第一部分 蛋白质化学,2023/7/14,5,蛋白质,是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）
2、缩合而成的。具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。,2023/7/14,6,一、蛋白质的生物学意义,1.生物体的组成成分2.酶3.运输4.运动5.抗体6.干扰素7.遗传信息的控制8.细胞膜的通透性9.高等动物的记忆、识别机构,2023/7/14,7,二、蛋白质的元素组成,C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、S（04%）、N的含量平均为16%是凯氏定氮法的理论基础,2023/7/14,8,三、蛋白质的氨基酸组成,氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。,2023/7/1
3、4,9,（一）氨基酸的结构通式,除脯氨酸外，其它所有氨基酸在结构上都有一个共同的特点，即在与羧基相连的-碳原子上含有一个氨基。从这个结构通式可以看出，氨基酸的差别就表现在侧链R基团上。Pro具有二级氨基（-亚氨基酸）,2023/7/14,10,氨基酸的构型：氨基酸的构型是以D-、L-甘油醛为标准确定的。除甘氨酸外，其他所有-氨基酸都是L-型的。,2023/7/14,11,C如是不对称C（除Gly），则：具有两种立体异构体 D-型和L-型具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）,2023/7/14,12,（二）氨基酸的分类,根据側链R基的极性,20种氨基酸可分成4类（1）极性氨基酸：1）不带电：Ser
4、、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys 2）带正电：His、Lys、Arg 3）带负电：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp,2023/7/14,13,甘氨酸(Glycine,Gly,G),丙氨酸(Alanine,Ala,A),缬氨酸(Valine,Val,V),亮氨酸(Leucine,Leu,L),异亮氨酸(Isoleucine,Ile,I),脯氨酸(Proline,Pro,P),苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe,F),色氨酸(Tryptophan,Trp,W),甲硫氨酸(Methionine,Met,M),1
5、.非极性R基氨基酸（共9种）：,2023/7/14,14,2.无电荷的极性R基氨基酸（共6种）：,丝氨酸(Serine,Ser,S),苏氨酸(Threonine,Thr,T),酪氨酸(Tyrosine,Tyr,Y),半胱氨酸(Cysteine,Cys,C),天冬酰胺(Asparagine,Asn,N),谷氨酰胺(Glutamine,Gln,Q),2023/7/14,15,3.带正电荷的极性R基氨基酸（共3种）：,赖氨酸(Lysine,Lys,K),精氨酸(Arginine,Arg,R),组氨酸(Histidine,His,H)4.带负电荷的极性R基氨基酸（共2种）：天冬氨酸(Aspartic
6、acid,Asp,D),谷氨酸(Glutamic acid,Glu,E),2023/7/14,16,根据R的化学结构（1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）杂环氨基酸：Trp、His（4）杂环亚氨基酸：Pro,2023/7/14,17,紫外吸收特性,酪氨酸和色氨酸在280nm处具紫外吸收特性，蛋白质通常含有这样的氨基酸。故可以在280nm处测定蛋白质的含量。,2023/7/14,18,（三）氨基酸的重要理化性质,1、一般物理性质无色晶体
7、，熔点极高（200以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。2、两性解离和等电点氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子，为两性电解质。,2023/7/14,19,氨基酸在不同的pH条件下可解离成带不同的电荷,COOH COO-COO-|H|H|H3NCH H3NCH H2NCH|-H|+H|H H H 酸性状态(pHpI)两性离子状态(pH=pI)碱性状态(pHpI),调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所
8、处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,2023/7/14,20,3.化学性质(略)（1）与茚三酮的反应（2）与甲醛的反应（3）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应（5）与荧光胺反应（6）与5,5-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应,2023/7/14,21,四、肽,蛋白质是由单一肽链或多条肽链构成的大分子。这些多肽链在长度上一般超过40个以上的氨基酸残基，最大者甚至超过4000个氨基酸残基。若按氨基酸残基平均分子量110计，则蛋白质分子量范围大约是4 000-440 000 Da(4-440 kD)。,2023/7/14,22,1肽、肽链和肽键,氨
9、基酸与氨基酸之间可以通过-氨基和-羧基形成的酰胺键共价地结合在一起,这样形成的产物叫做肽（Peptide）。在蛋白质化学中，这种酰胺键称为肽键（Peptide bond）。由氨基酸借肽键所形成的一条线性的链状分子就叫做肽链(peptide chain)。在肽链结构中,每个的氨基酸不再是完整的，因此叫做氨基酸残基（residue）。,2023/7/14,23,2.肽的性质,1肽键可被水解2肽的解离性质 肽是一类多聚两性电解质，随环境pH的变化，可以电离成带正电荷、负电荷或者净电荷为零等不同的状态。每一种多肽都有它的等电点，可通过酸碱滴定曲线来确定。等电点的差别反映出它们的氨基酸组成不同和侧链可电
10、离基团的种类和性质的差别。,2023/7/14,24,3.生物活性肽,几乎所有生物体内部都存在多种非蛋白质肽。这类物质都有相应的生物活性，尽管人们并不完全清楚它们的功能。通常我们把这些肽类统称为生物活性肽。生物活性肽在组成、结构和大小方面存在很大的差异。有的呈环形，有的有分支，有的还含有D-氨基酸和氨基酸类似物。,2023/7/14,25,谷光甘肽（GSH）催产素和升压素促肾上腺皮质激素（ACTH）脑肽胆囊收缩素胰高血糖素,2023/7/14,26,五、蛋白质的结构,蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）（conformation）。在结构中，这种
11、构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构（primary）二级结构（secondary）三级结构（tertiary）四级结构（quaternary）（不总是有）。,2023/7/14,27,（一）蛋白质的一级结构（化学结构）,一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键（covalent bonds）主要指肽键（peptide bond）和二硫键（disulfide bond）,2023/7/14,28,2023/7/14,29,（二）蛋白质的空间结构（构象
12、、高级结构）,蛋白质空间构象 是指蛋白质多肽链主链在空间上的走向及所有原子和基团在空间中的排列与分布。蛋白质的空间结构包括:二级结构 三级结构 四级结构。,2023/7/14,30,1.蛋白质的二级结构 指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式,（1）-螺旋（-helix）（2）-折叠结构（-pleated sheet）（3）-转角（-turn）（4）自由回转,2023/7/14,31,（1）-螺旋（-helix）,3.613(ns),2023/7/14,32,（2）-折叠结构（-pleated sheet）,2023/7/14,33,（3）-转角（-turn）,2023/7/14,34,（4）自由
13、回转,没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。,2023/7/14,35,2.超二级结构和结构域,超二级结构是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。,2023/7/14,36,3.蛋白质的三级结构,指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。肌红蛋白,2023/7/14,37,4.蛋白质的四级结
14、构,多肽亚基（subunit）的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。血红蛋白,2023/7/14,38,化学键,（三）蛋白质分子中的共价键与次级键,-是蛋白质空间构象稳定的因素,2023/7/14,39,六、蛋白质分子结构与功能的关系,（一）蛋白质一级结构与功能的关系1.种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。2.分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。,2023/7/14,40,-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Gl
15、u-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys,镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。,2023/7/14,41,（二）蛋白质构象与功能的关系,别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。,2023/7/14,42,七、蛋白质的性质,2023/7/14,43,（一）蛋白质的相对分子量,蛋白质相对分子量在10 0001 000 000之间。测定分子量
16、的主要方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。最准确可靠的方法是超离心法（Svedberg于1940年设计）：蛋白质颗粒在2550*104 g离心力作用下从溶液中沉降下来。沉降系数（s）：单位（cm）离心场里的沉降速度。沉降系数的单位常用S，1S=110-13（s）,v=沉降速度（dx/dt）=离心机转子角速度（弧度/s）x=蛋白质界面中点与转子中心的距离（cm）,2023/7/14,44,蛋白质分子量（M）与沉降系数（s）的关系,R气体常数（8.314107ergsmol-1 度-1）T绝对温度D扩散常数（蛋白质分子量很大，离心机转速很快，则忽略不计）V蛋白质的微分比容（
17、m3g-1）溶剂密度（20，gml-1）s沉降系数,2023/7/14,45,（二）蛋白质的两性电离及等电点,蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点pH时为两性离子。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。,2023/7/14,46,1.自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。2.区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分形成带状区域。（1）纸上电泳：用滤纸作支持物。（2）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。,平板电泳：铺有凝胶的玻板上进行的电泳。,圆盘电泳：玻
18、璃管中进的凝胶电泳。,2023/7/14,47,3.等电聚焦电泳：当蛋白质在其等电点时，净电荷为零，在电场中不再移动。,2023/7/14,48,（三）蛋白质的胶体性质,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。蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相同电荷。,2023/7/14,49,（四）蛋白质的沉淀反应,1.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)。2.加有机溶剂3.加重金属盐4.加生物碱试剂单宁酸、苦味酸
19、、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。,2023/7/14,50,（五）蛋白质的变性,天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性。蛋白质的变性只破坏其空间结构而不破坏它的一级结构。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。,2023/7/14,51,（六）蛋白质的颜色反应,见后页,2023/7/14,52,OH,2023/7/14,53,蛋白质的其他反应
20、,成盐反应酰基化和烃基化反应成酯反应酰氯化反应成酰胺反应脱羧反应迭氮反应,2023/7/14,54,八、蛋白质的分离纯化,蛋白质的分离纯化是对蛋白质进行研究的一项必需的和基础的工作。目前常使用的分离纯化的方法或技术都是在了解蛋白质性质和结构特点的基础上建立的。目标蛋白质的分离决不是一件轻而易举的事情，因为要把它与性质、大小和结构十分相似的其他蛋白质分离开来存在许多困难。有些目标蛋白质在组织细胞内的含量很低，这无疑将增加获取足量蛋白质的难度。,2023/7/14,55,目标蛋白质的分离纯化程序,材料的选择；组织匀浆和破碎细胞获取粗提取液；蛋白质初步提纯；选择一种或几种合适的方法除去杂蛋白,直至完
21、全纯化；目标蛋白的鉴定。用于研究目的蛋白质通常应保持它的生物活性。因此，在目标蛋白质的整个分离纯化过程中要在较低温度下(04)操作，注意使用蛋白酶(使蛋白质降解的酶)的抑制剂，避免使用剧烈条件，以免蛋白质特定的折叠结构受到破坏,2023/7/14,56,1、根据蛋白质是两性电解质分离,1.蛋白质的电泳分离 凝胶电泳是目前常用的一种生化方法。用于蛋白质分离的凝胶主要是聚丙烯酰胺凝胶，该凝胶是由单体丙烯酰胺和交联剂甲叉双丙烯酰胺配制而成，其最大的特点是凝胶的孔径可根据需要进行选择。以聚丙烯酰胺凝胶为支持物，可进行非变性电泳和变性电泳。非变性电泳：蛋白质样品未进行变性处理，凝胶中没加入变性剂，通过电
22、泳分离的蛋白质仍具有生物活性。变性电泳：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)。SDS是一种带负电荷的阴离子去垢剂，它能使蛋白质变性、肽链伸展，并吸附在伸展的肽链上，吸附的量与链长成比例。常用来测定蛋白质亚基的大小和鉴定蛋白质的纯度。等电聚焦：是在聚丙烯酰胺凝胶电泳的基础上发展起来的一种用于检测蛋白质的方法，它与SDS-PAGE结合构成的双向电泳技术可用于确定蛋白质的亚基组成及电荷异构体的分析。,2023/7/14,57,电泳后的蛋白质检测考马斯亮蓝染色是常用的一项电泳染色方法,是根据考马斯亮蓝能与蛋白质多肽链定量结合的原理而建立起的。对于一个混合蛋白质的电泳分离来说,它只能检测样品的
23、分离情况；如果被检蛋白质的位置可以确定,可以将该蛋白质的色带切下之后进行脱色,测定脱色液光吸收值,能对该蛋白质进行定量分析。活性染色是根据有活性的目标蛋白质特有的生物化学反应产生的有色物质或另外加入某种能与产物生成颜色的物质来进行检测的.活性染色可以从一个复杂的蛋白质样品中检测到目标蛋白出现的位置。免疫印迹或蛋白质印迹是检测目标蛋白质的一项十分有效的方法。一种蛋白质(抗原)能与它产生的抗体专一地反应。在电泳之后,欲检测目标蛋白的存在,可以先将凝胶中的蛋白质电转移到硝酸纤维素膜上,然后用目标蛋白产生的抗体与之产生抗原-抗体反应,最后可用连接有碱性磷酸酯酶或辣根过氧化酶的第二抗体(通用抗体)与第一
24、抗体反应,加入能与抗体共接的酶反应生成有色物质的生色液,即可十分可靠地检到的目标蛋白,2023/7/14,58,2.蛋白质的离子交换柱层析分离用于蛋白质分离纯化的离子交换剂多为纤维素离子交换剂。蛋白质样品同离子交换纤维素的结合力取决于彼此相反电荷基团的静电吸引，这与溶液的pH有关，因pH决定离子交换剂与蛋白质的解离程度。盐类的存在可降低离子交换剂的离子基团和蛋白质相反电荷基团之间的静电吸引。故蛋白质混合物的洗脱分离可由改变洗脱液中的盐类的离子强度和pH来完成。同离子交换剂结合力最小的蛋白质首先从层析柱上洗脱下来。弱酸性的阳离子交换剂一般适合于分离pI7.0的蛋白质。弱碱性的阴离子交换剂一般适合
25、于分离pI7.0的蛋白质。,2023/7/14,59,2、根据蛋白质的胶体性质与盐析分离,蛋白质在水中可形成一种稳定的亲水胶体。盐溶现象：在盐溶液很稀的范围内，随着盐浓度的增加，球状蛋白质的溶解度也随之增加，此现象称作盐溶(salting-in)。任何物质的溶解度都取决于溶质分子间的相对亲和力及溶质分子与溶剂分子的相对亲和力。任何降低溶质分子相互作用的因素以及加强溶质分子与溶剂分子相互作用的因素都有助于增加溶解度。盐析现象：随着盐浓度的继续升高，例如，达到饱和和半饱和的程度，蛋白质的溶解度逐渐变小，彼此之间相互凝聚而发生沉淀，此现象称作盐析(satting-out)。,2023/7/14,60
26、,3、蛋白质的沉降作用及超离心分离,沉降速度(=dx/dt)与蛋白质分子的大小和密度有关。沉降速度法，适用于分离沉降系数不同但密度相近的蛋白质。沉降平衡法，适用于沉降系数相近，但密度不同的蛋白质。沉降系数：当沉降界面以恒定的速度移动时，单位离心场里的沉降。,2023/7/14,61,4、凝胶过滤,是指利用高度水化的，具有不同大小孔径的网状结构的惰性多聚物颗粒作为层析柱的填充物，把分子大小不同的蛋白质混合物上样到柱层析上，混合物中的各组分随着洗脱液的流动，按分子大小以不同的速度向下移动，从而把各组分分开。常用的有葡聚糖凝胶(sephadex)或琼脂糖凝胶(sepharose)作为层析柱的填充物。
27、,2023/7/14,62,5、蛋白质的配体特异性与亲和层析,根据蛋白质的配体特异性，建立了一种非常有效的蛋白质分离方法亲和层析法。假如某蛋白质A，在表现功能的过程中需要和B物质结合，且结合是特异的：A+B AB假若用化学的方法先将B物质与一种不溶性载体(R)偶联，得到R-B，偶联到R上的B不丧失与A结合的能力的话，那麽，将含有A的混合蛋白通过装有R-B的层析柱时，A将与B结合,形成RBA，不能与B结合的杂蛋白将从柱下流出,然后用适当的洗脱液将A洗脱下来,2023/7/14,63,九、蛋白质的分类,2023/7/14,64,2023/7/14,65,第二部分 酶学概论,2023/7/14,66
28、,一、酶的概念,酶是生物细胞产生的、具有催化能力的蛋白质,也称生物催化剂。酶所催化的反应称酶促反应。酶促反应中，被酶催化的对象称为底物，反应生成物称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性。,2023/7/14,67,酶促反应特点,酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。酶的催化特点1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。3.敏感性：对环境条件极为敏感。4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。,2023/7/14,68,二
29、、酶的分类与命名,1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee,EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：1.氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。乳酸脱氢酶2.转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。转氨酶3.水解酶类：催化加水分解作用。蛋白水解酶4.裂解酶类：催化非水解性地除去基团而形成双键的反应或逆反应。醛缩酶5.异构酶：催化 各种异构体之间的互变。磷酸葡萄糖变位酶6.合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。谷氨酰氨合成酶,2023/7/14,69,1.氧化还原酶类:主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。,（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢
30、的反应。（2）氧化酶类催化底物脱氢，氧化生成H2O2：催化底物脱氢，氧化生成H2O：,2023/7/14,70,（3）过氧化物酶,（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）,2023/7/14,71,2.转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。,根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。,2023/7/14,72,3.水解酶类：催化加水分解作用。,2023/7/14,73,裂解酶类：催化非水解性地除去基团而形成双键的反应或逆反应。,2023/7/14,74,5.异构酶：催化 各种异构体之间的互变。,常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。,2023
31、/7/14,75,6.合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。,2023/7/14,76,酶的命名,酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。,对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。,惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。,系统名：包括所有底物的名称和反应类型。,2023/7/14,77,三、酶的化学本质,（一）大多数酶是蛋白质1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。酶是蛋白质的证据。1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化
32、剂。核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。,2023/7/14,78,（二）酶的辅因子,酶的催化专一性主要决定于膜蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。,2023/7/14,79,（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物,1.单体酶（monomeric enzyme)：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。2.寡聚酶(oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。3.多酶复合物(multienzyme system)：几个酶镶嵌而成的复合物。这
33、些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。,2023/7/14,80,四、酶的结构与功能的关系,（一）活性部位和必需基团必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。,2023/7/14,81,（二）酶原的激活没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。（三）同工酶(isoenzyme)能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶
34、。,2023/7/14,82,五、酶作用的专一性,2023/7/14,83,六、酶的作用机理,（一）酶的催化作用与分子活化能化学反应自由能方程式 G=H TS（G是总自由能的变化，H 是总热能的变化，S是熵的变化）当G0，反应不能自发进行。当G0，反应能自发进行。活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。促使化学反应进行的途径：用加热或光照给反应体系提供能量。使用催化剂降低反应活化能。酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。,2023/7/14,84,（二）中间产物学说中间产物存在的
35、证据：1.同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；2.吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。,2023/7/14,85,（三）诱导嵌合学说“锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。,2023/7/14,86,（四）使酶具有高催化效率的因素酶分子为酶的催化提供各
36、种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结合成中间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。邻近定向效应“张力”与“形变”酸碱催化共价催化微环境的影响,2023/7/14,87,七、酶促反应的速度和影响酶促 反应速度的因素,（一）酶反应速度的测量用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。测定反应的初速度。,2023/7/14,88,（二）酶浓度对酶作用的影响,在有足够底物和其他条件不变的情况下：v=k E,2023/7/14,89,（三）底物浓度对酶作用的影响,用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象。当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加
37、，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。,2023/7/14,90,（四）pH对酶作用的影响,pH对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。,1.最适pH 表现出酶最大活力的pH值2.pH稳定性 在一定的pH范围内酶是稳定的,最适pH（optimum pH）,pH,2023/7/14,91,（五）温度对酶作用的影响,两种不同影响：1.温度升高，反应速度加快；2.温度升高，热变性速度加快。,2023/7/14,92,（六）激活剂对酶作用的影响,凡能提高酶活力
38、的物质都是酶的激活剂。如Cl-是唾液淀粉酶的激活剂。,2023/7/14,93,（七）抑制剂对酶作用的影响,使酶的必需基团或活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为抑制剂。竞争性抑制作用：抑制剂和底物竞争与酶结合。非竞争性抑制作用：底物和抑制剂同时与酶结合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。反竞争性抑制作用：抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成ESI复合物,2023/7/14,94,八、酶的制备与活力的测定,酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。酶（活力）单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。（U/g，U/ml）在最适的反应条件（25）
39、下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即1IU=1mol/min在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat单位，即1kat=1mol/s1kat=6107IU,2023/7/14,95,酶分离纯化,工业上大多采用微生物发酵的方法来获得大量酶制剂。酶分离纯化的三个基本步骤：抽提，纯化，结晶或制剂。方法：1.根据溶解度不同（盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、选择性沉淀法）；2.根据酶与杂蛋白分子大小的差别（凝胶过滤法、超离心法）；3.根据酶和杂蛋白与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同（吸附分离法）；4.根据带电性质（离子交换层析法、电泳分离法、等
40、电聚焦层析法）；5.根据酶与杂蛋白的稳定性差别（选择性变性法）；6.根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲和作用（亲和层析法）。,2023/7/14,96,九、酶的应用,工业上酶应用的优点：酶的催化效率高，专一性强，不发生副作用。酶作用条件温和。酶及其反应产物大多无毒性。,抗毒素生产上使用的是胃蛋白酶,2023/7/14,97,第三部分 血液生化,2023/7/14,98,血 液,2023/7/14,99,血液的生理功能,周流全身，维持个器官之间的联系，及内外环境的联系。1、运输各种物质2、维持内环境稳定3、免疫作用4、凝血和抗凝血作用,2023/7/14,100,运输功能,血液参与营养物
41、质、氧、机体代谢产物、激素、等生物活性物质，以及进入体内的药物的运输。体外摄取以及体内合成氨基酸、葡萄糖、脂类、维生素及水等营养物质，必须到达机体的特定部位才能进行合成或分解代谢，而这种生理活动必须以血液运输为前提，才能得以最终完成。进入体内的各种药物，也必须通过血液的运输，到达疾患部位，才有可能产生预期疗效。同样，气体交换、废物排除等都是以血液运输为中介。,2023/7/14,101,维持内环境恒定,机体各组织要有一个适宜的理化环境，各种功能活动才能顺利进行。这就决定了细胞与组织液之间、机体与外界环境之间必须不断地进行物质交换，而这种物质交换则是以血液为媒介来完成的。因血液的比热大，能吸收大
42、量的体热，这样在机体产热多或外部环境温度升高的情况下，能参与维持体温相对恒定的调节。,2023/7/14,102,防御和保护功能,血液中参与防御和保护功能的成分，主要是白细胞和血浆蛋白中的抗体和免疫球蛋白，其他如激肽释放酶-激肽系统也有重要作用。血液中的白细胞能吞噬、分解外来的细菌、异物及体内的坏死组织。血浆中的抗体、免疫球蛋白和溶菌素等，也能对抗或消灭毒素和细菌。总之，它们在特异性或非特异性的免疫防御和保护功能方面具有十分重要的作用。,2023/7/14,103,凝血与生理止血,凝血和生理止血是人类在生物进化过程中，所获得的一种保护性生理功能。凝血是血浆中一系列蛋白质有限水解的过程，大体可以
43、分为三个阶段，即因子X激活成Xa，因子(凝血酶原)激活成La(凝血酶)，因子I(纤维蛋白原)辅变成Ia(纤维蛋白)。小血管损伤后，血液从损伤处流出，但数分钟后出血将自行终止，这种情况称为生理止血。生理止血过程包括三部分功能活动，首先是小血管于损伤后立即收缩，若破损不大即可使血管封闭，其次是血管内膜损伤暴露出来的内膜下组织，激活了血小板和血浆中的凝血系统，第三在损伤的血管内膜下，血小板黏附、聚集成团，形成松软的止血栓填塞伤口，接着在局部迅速地形成凝血块，其中的纤维蛋白与血小板共同构成牢固的止血栓，有效地制止了出血。,2023/7/14,104,理化性质,正常成年人的血量约占体重的8，按人均体重6
44、0公斤计，平均约5000毫米，妊娠期血量可增加23一25。一般健康人若一次失血不超过总血量的10，对身体影响不大；当一次失血超过总血量的20时，则对生命有严重影响；超过总血量的30时，将危及生命。,2023/7/14,105,血液的颜色,因红细胞含有血红蛋白，使血液呈现红色，红细胞含氧量的不同，红色的深浅度有别。充分结合氧的动脉血呈鲜红色，含氧量较少的静脉血呈暗红色，若含较多的高铁血红蛋白或其他血红蛋白衍生物，则呈紫黑色。血浆(血清)因含少量的胆红素，呈透明微黄色，如含乳糜微粒则呈混浊的乳白色，如发生溶血则呈红色。,2023/7/14,106,血液的比重,血液的比重是血液的重要理化特性之一，全
45、血及各种血液成分因组分不同，它们的比重也各不相同。全血的比重为10501060，主要决定因素为红细胞浓度。血浆的比重为10251030，主要决定因素为血浆蛋白质浓度。红细胞的比重为1090，主要决定因素为血红蛋白浓度。,2023/7/14,107,血液的黏滞性,血液的黏滞性是指血液在血管内流动的黏滞力，其大小主要取决于红细胞和血浆蛋白的浓度。通常是在体外测定血液或血浆与水相比的相对黏滞性，这时，血液的相对黏滞性为45，血浆为1.62.4。血液的黏滞性不随流速而变化，但当流速小于一定限度时，则黏滞性与流速成反比关系。这主要由于血液缓慢时，红细胞可叠连或聚集，使血液的黏滞性增大。这种现象可见于临床
46、上的某些疾病，可以通过输入血浆白蛋白或低分子右旋糖酶，使红细胞分散，并增加血流速度，从而减低血液黏滞性。,2023/7/14,108,血浆渗透压,血浆渗透压包括血浆晶体渗透压和血浆胶体渗透压，其大小与溶质的克分子浓度成正比，与分子量无关。血浆晶体渗透压主要来自溶解于其中的晶体物质，如无机盐、葡萄糖等，其作用是影响细胞内外水分子移动，与维持细胞(如红细胞)的正常形态有关。血浆胶体渗透压主要来自白蛋白等高分子物质。它的作用是影响毛细血管内外水分子的移动，参与维持血管内外的水平衡。血浆胶体渗透压过低可引起组织水肿。血浆渗透压约为313mOsmL，相当于7个大气压7089千帕。在37时，其大小与09N
47、aCl溶液的渗透压相等，故09NaCl溶液称之为等渗盐水。,2023/7/14,109,血浆的pH,正常人血浆的pH为735745。静脉血因含较多、的二氧化碳，pH较低，接近735，而动脉血的pH则接近745。血浆pH的恒定，主要依靠其中的几对缓冲体系，NaHCO3H2CO3，蛋白质纳盐蛋白质，Na2HPO4NaH2PO4等。一般酸碱物质进入血液时，由于有这些缓冲体系的作用，对血浆pH的影响已减至很小，特别是在肺和肾脏不断排出过多的酸或碱的情况下。通常血浆pH的波动范围极小。,2023/7/14,110,血液的组成成分,血液是由液态的血浆和有形成分组成。血浆占全血总量的5560，包括水、气体、
48、无机盐类、不含氮有机化合物、非蛋白氮、血浆蛋白质和脂类等。有形成分占全血总量的40一45，包括红细胞、白细胞、血小板等。,2023/7/14,111,2023/7/14,112,血浆,血液的无形成分，称为血浆。也就是血液中呈黄色液体的部分，约占血液总量55-60%。在血浆中，水分约占其中90-92%，总蛋白（白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原）约占7%，无机盐（主要是氯化物，还有少量钙、钾、磷、镁等离子）约占0.7%，非蛋白有机物（尿素、尿酸、肌酸、肌酐、葡萄糖、多种脂类、激素、免疫抗体、维生素等）及氧和二氧化碳等，约占0.8%。,2023/7/14,113,血细胞,另一部分为有形成分，称为血细胞，这
49、部分约占血液总容积40-45%。在血细胞中，红细胞数量最多，正常男性红细胞数为400-550万/立方毫米，女性为350-500万/立方毫米，水分在红细胞中占65-68%，血红蛋白占30-33%，成年男性血红蛋白正常值为120-160克/升，女性为110-140克/升。正常成年男女，体内红细胞量低于以上正常值，或血红蛋白含量低于10克，就称为贫血,2023/7/14,114,在有形成分中，白细胞数量最少。正常成人白细胞总数为4000-10000个/立方毫米。在白细胞总数中，中性粒细胞占50-70%，淋巴细胞占22-40%，单核细胞占4-8%，嗜酸性粒细胞占1-4%，嗜碱性粒细胞占0-1%。血小板
50、是血细胞中的重要成分，正常人血小板数为10-30万/立方毫米，如果低于10万，就很容易发生一些不同程度的出血现象。,2023/7/14,115,血浆蛋白的组成,（一）盐析法分类 常用硫酸铵、硫酸钠及氯化钠等盐溶液可将血浆蛋白质分为清蛋白、球蛋白及纤维蛋白原几部分。被饱和硫酸铵沉淀的为清蛋白；球蛋白及纤维蛋白原可被半饱和硫酸铵沉淀，纤维蛋白原又可被半饱和氯化钠沉淀。A/G=1.52.5：1（二）电泳法分类：1、醋酸纤维素薄膜电泳 血浆蛋白质分为清蛋白、1球蛋白、2球蛋白、球蛋白、纤维蛋白原及球蛋白六个部分，如血清则只有5种成分（无纤维蛋白原）。2、聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）或免疫电泳，则可将
