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4、 合 到 酶 的 活 性 中 心 ， 底 物在 酶 活 性 中 心 的 有 效 浓 度 大 大 增 加 ， 有 利 于 提 高 反 应 速 度 ； 酶 和 底 物 复 合 物 的 形 成 是 把 分 子 间 的 反 应 变 为 分 子 内 的 反 应 的 过程 ,底 物 分 子 中 参 与 反 应 的 基 团 相 互 接 近 ， 并 被 严 格 定 向 定 位 。 定 向 效应 指

。 在 酸 碱 催化 中 ， 活 性 部 位 的 弱 酸 给 出 质 子 ， 而 碱 接 收 质 子 ， 质 子 转 移 可 以促 进 反 应 进 行 ； 在 共 价 催 化 中 ， 底 物 或 底 物 中 的 质

旦 酶 结 合 底 物 后 又 使 底 物 变 形 ， 当 底 物 达 到 过 渡 态 时 ， 酶 对 底 物 的 亲和 力 最 大 ， 使 反 应 活 化 能 降 低 ， 容 易 将 底 物 转 化 为 产 物

高级生物化学知识点讲解

　　高级生物化学篇一：高级生物化学

　　1、Meselson半保留复制的证明思想

　　1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制。他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15N-DNA。由于15N-DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂介细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。在重培养基中培养出的（15N）DNA显示为一条重密度带。转入轻培养基中繁殖两代。第一代所有DNA的密度介于15N-DNA和14N－DNA之间，即形成了DNA分子的一半含有15N，另一半含有14N的杂合分子。第二代后，14N分子和14N-15N杂合分子等量出现。若在继续培养，可以看到14N－DNA分子增多。当把14N-15N杂合分子加热时，它们分开成14N链和15N链。这就充分证明了。在DNA复制时原来的DNA分子可被分成两个亚单位，分别构成子代分子的一半，这些亚单位经过许多代复制仍然保持着完整性。

　　由此可以证明大肠杆菌的复制遵循预想中的半保留复制方式。

　　2、尼伦伯格对于遗传密码的破译思想

　　年，尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术，破译了第一个遗传密码：

　　（1）实验思路：利用蛋白质的体外合成技术，以人工合成的RNA作模板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系。

　　1）提出大肠杆菌的破碎细胞液加入试管（除去原DNA和mRNA）

　　2）添加20种氨基酸（分五组，每个试管各加四种氨基酸）

　　3）加入人工合成的RNA（多聚尿嘧啶核苷酸）

　　4）合成多肽（只在加入酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、丝氨酸的试管中出现多肽链）

　　5）运用同样方法将上述四种氨基酸分别加入装有多聚U的四个试管（加入苯丙氨酸的试管中出现多肽链）

　　（3）实验结论：尿嘧啶的碱基序列可编码由苯丙氨酸组成的多肽链，结合克里克提出的三个碱基编码一个氨基酸的实验结论，可以得出苯丙氨酸的密码子是UUU。

　　3、真核mRNA和原核mRNA的区别对翻译过程的影响

　　原核生物mRNA半寿期很短。真核生物mRNA的半寿期较长。

　　原核生物mRNA常以多顺反子的形式存在。真核生物mRNA一般以单顺反子的形式存在。

　　原核生物mRNA无5′端帽子结构和3′端聚腺苷酸尾巴，中间是蛋白质的编码区，一般编码几种蛋白质。

　　真核生物mRNA（细胞质中的）一般由5′端帽子结构、5′端不翻译区、翻译区（编码区）、3′端不翻译区和3′端聚腺苷酸尾巴构成分子中除m7G构成帽子外，常含有修饰核苷酸，如m6A等。真核生物mRNA通常都有相应的前体。从DNA转录产生的原始转录产物可称作原始前体（或mRNA前体）。一般认为原始前体要经过hnRNA核不均-RNA的阶段，最终才被加工为成熟的mRNA。

　　原核生物基因组中相关功能的基因常组成操纵子，作为一个转录单位，转录产生多顺反子mRNA。在多顺反子mRNA中有多个基因的编码区，各编码区为一开放阅读框架，可以翻译出多种蛋白质。各编码区5’端有起始密码子AUG或GUG，3’端有终止密码子UAA、UAG、UGA。原核生物mRNA含有SD序列，可以将30S核糖体小亚基结合在邻近mRNA起始密码子的特定位置，帮助核糖体正确识别起始密码子，与蛋白质合成起始密切相关。

　　原核生物基因并不组成操纵子，通常转录产生单顺反子mRNA。真核生物mRNA5’端有甲基化的“帽”结构与蛋白质合成起始有关，3′端带有约200个腺苷酸的poly（A）尾巴和加尾信号序列――AAUAAA。真核生物mRNA没有SD序列，在5’和3’非翻译区存在调控序列，可以结合各种调节因子调控蛋白质的翻译过程。5’端起始密码子AUG附近存在不同的具有调节作用的茎环结构，3’非翻译区含有调节因子结合位点和mRNA的定位信号序列。

　　4、点突变、移码突变对基因表达产物有影响

　　点突变对基因表达产物的影响取决于它的位置和具体的变换方式。如果发生在垃圾DNA上，可能不会产生任何后果；如果发生在一个基因的启动子或者其他调节控制基因表达的区域，则可能会改变基因表达的效率；如果发生在一个基因的内部，情况就比较复杂，一方面取决于突变基因是蛋白基因还是非蛋白基因，另一方面如果是蛋白基因，则取决于究竟发生在它的非编码区，还是编码区。如果突变发生在蛋白基因的非编码区，则可影响到该蛋白基因的转录、转录后加工和翻译等；如果发生在蛋白基因的编码区。则会有三种不同的后果：①突变的密码子决定同样的氨基酸，这样的突变对蛋白质的结构和功能不会产生任何的影响，因此被称为沉默突变。②突变的密码子决定不同的氨基酸，这样的突变可能对蛋白质的功能不产生任何的影响或影响微乎其微，也可能产生灾难性的后果而带来分子病。由于突变导致出现了错误的氨基酸，因此，这样的突变被称为错义突变。如果错误的氨基酸与原来的氨基酸是同种性质，这种突变被称为中性突变。③突变的密码子变为终止密码子或者相反，前者因为终止密码子的提前出现可导致一条多肽链被截短，被称为无义突变，后者则会加长一条多肽链，被称为加长突变。

　　移码突变会导致阅读框架发生改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发生根本性的改变，但也可能会引入终止密码子而使多肽链被截短。移码突变究竟对蛋白质功能有何影响，取决于插入点或缺失点与密码子的距离。离起始密码子越近，功能丧失的可能性就越大。

　　5、mRNA转录后有哪些加工方式

　　原核生物mRNA一般不需要加工，一经转录即可直接进行翻译。但有少数多顺反子mRNA需要通过核酸内切酶切成较小的单位，然后再翻译。

　　真核生物：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物，称为核内不均一RNA(hnRNA)。

　　①5’端加帽子：在转录的早期或转录终止前已经形成。首先从5’端脱去一个磷酸，再与GTP生成5’，5’三磷酸相连的键，最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化，形成帽子结构。帽子结构有多种，起识别和稳定作用。

　　②3’端加尾：在核内完成。先由RNA酶III在3’端切断，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。③内部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别作用。

　　6、核酶的应用前景

　　核酶一词用于描述具有催化活性的RNA,即化学本质是核糖核酸(RNA),却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子,有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多,有的能够切割RNA,有的能够切割DNA,有些还具有RNA连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。

　　核酶是在对多种病毒卫星RNA及类病毒RNA的自我剪接研究中发现的，数量较少，常见于rRNA的内含子。

　　随着对核酶的深入研究，已经认识到核酶在遗传病，肿瘤和病毒性疾病上的潜力。比如，对于艾滋病毒HIV的转录信息来源于RNA而非DNA，核酶能够在特定位点切断RNA，使得它失去活性。

　　（2）反义核酸技术

　　反义核酸是指能与特定mRNA精确互补、特异阻断其翻译的RNA或DNA分子。利用反义核酸特异地封闭某些基因表达，使之低表达或不表达，这种技术即为反义核酸技术。它包括反义RNA、反义DNA和核酶三大技术。反义核酶作为一种基因下向调节作用因子，在抑制一些有害基因的表达和失控基因的过度表达上发挥着重要作用。随着反义核酶技术的发展和成熟，已逐渐应用于抗某些人体寄生虫病的研究。

　　（3）核酶在医学上的应用

　　1、核酶抗肝炎病毒的研究

　　目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）以及HDV作用的研究。人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶。

　　2、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)核酶

　　1998年，美国加利福尼亚大学Wong-Staal等利用发夹核酶抑制HIV-Ⅰ基因表达，并在Ⅰ期临床实验中受到良好效果。

　　核酶能在特定位点准确有效地识别和切割肿瘤细胞的mRNA，抑制肿瘤基因的表达，达到治疗肿瘤的目的。

　　①核酶催化切割反应的可逆性问题

　　②催化效率低，如何提高催化效率

　　③合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞

　　④使核酶在细胞内有调控地高效表达

　　⑤增强核酶在细胞内的稳定性

　　⑥对宿主的损伤问题有待进一步考察

　　7、乳糖操纵子模型

　　操纵子的结构：调节基因、启动子、操纵基因、结构基因。乳糖操纵子模型中一次排列着启动子、操纵基因和阻遏子三个结构基因，它们分别编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透过酶和β-半乳糖苷转移酶，三个基因受同一个基因控制。当没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。阻遏蛋白阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合，阻止启动基因上的RNA聚合酶进行转录，这是一种负调节作用。当有乳糖存在时，乳糖与阻遏蛋白的边沟位点结合，使之发生变构而失去活性，因而不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶能够转录，产生上述三种酶，使大肠杆菌能利用乳糖。当培养基中有葡萄糖存在时，葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，影响CAP与启动子结合，也影响RNA聚合酶与启动基因结合，因此，β-半乳糖苷酶等三种酶也不能产生。这是一种正调控作用。

　　8、丝氨酸蛋白酶电荷转移网络是如何工作的

　　丝氨酸蛋白酶是一个酶家族，是一类同源蛋白质。大多数丝氨酸蛋白酶具有相似的三维

　　系统，都有一个天冬酸残基、一个组氨酸残基和一个丝氨酸残基，它们成串排列，并通过氢键网络成一个所谓催化三联体；在胰凝乳蛋白酶中它们是Asp102、His57和Ser195。丝氨酸蛋白酶在通常情况下是惰性的，但催化三联体的Ser处于非常的环境中，它紧挨着His；Ser羟基的质子可被转移到His的环N上，自身留下一个负电荷是Ser氧化成为更强的亲和剂。一般情况下，这种转移也是不可能的，但它被邻环的Asp102所促进，Asp102通过它的羧基负电荷稳定了His环的质子化。可见催化三联体在功能上起转移电荷的作用，因此它也称为电荷转移系统或电荷中继网。9、酶活性中心是如何让形成的，通常哪些基因出现在此上

　　酶分子中能够直接与底物分子结合，并催化底物化学反应的部位，这一部位就成为酶的活性中心。

　　一般认为活性中心主要由两个功能部位组成：第一个是结合部位，酶的底物靠此部位结合到酶分子上；第二个是催化部位，底物的键在此被打断或形成新的键从而发生一定的化学变化。组成功能部位的是酶分子中在三维结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基上的某些基团，它们在一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同肽链上，而是通过肽链的盘绕、折叠在空间构象上相互靠近；对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子或辅酶分子的某一部分结构也是功能部位的组成部分。

　　基因：活性中心必需的基团有：组氨酸的咪唑基、谷氨酸天冬氨酸的侧链羧基和丝氨酸的羟基。

　　:高级生物化学)基与O2结合，就会引起该亚基构象发生改变，并引起其它三个亚基的构象相继发生变化，使它们易于和氧结合，说明变化后的构象最适合与氧结合

　　③肌红蛋白与氧结合

　　肌红蛋白由一条153个氨基酸组成的肽链和一个血红素辅基组成。血红素辅基中的铁原子是氧结合部位，血红素中的Fe可以是亚铁，也可以是高铁，只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。结合氧的同时改变肌红蛋白的结构。这种结构的改变对肌红蛋白意义不大，但显著的改变了血红蛋白的性质，改变了四聚体的亚基间的作用，是之具有别构作用。

　　总之，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。

　　肌红蛋白的结构与功能（自己补充）

　　肌红蛋白的分子包括一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，即

　　A.B.C.D.E.F.G.H，螺旋间的连接肽为无规卷曲，在侧链基团相互作用下盘曲形成扁园的球体。绝大多数亲水残基分布在分子表面，使肌红蛋白可溶于水；疏水残基则埋藏于分子内部，血红素结合于E与F螺旋之间的裂隙内。脱氧肌红蛋白中α-螺旋含量约60%，三维结构比较松散，稳定性下降。与血红素结合后，构象发生变化，α-螺旋含量恢复至75%，分子结构比较紧凑，稳定性也明显提高。这说明血红素辅基对肽链折叠也有影响。血红蛋白的结构与功能（自己补充）

　　血红蛋白由四个亚基组成（α2β2），每个亚基含一条多肽链和1个血红素辅基。α亚基多肽有141个氨基酸残基，β亚基多肽链有146个氨基酸残基。Hb的亚基与Mb的氨基酸序列虽有明显不同，但血红素结合部却非常保守。血红蛋白的四个亚基按四面体排布，亚基间凹凸互补。两个α与两个β亚基按双重对称轴排布，沿X或Y轴旋转180°，外形相似；沿Y轴两个α与两个β亚基间均有空隙，形成中心空穴。

　　Hb在体内的主要功能为运输氧气，而Hb的别位效应，极有利于它在肺部与O2结合及在周围组织释放O2.

　　Hb是通过其辅基血红素的Fe++与氧发生可逆结合的，血红素的铁原子共有6个配位键，其中4个与血红素的吡咯环的N结合，一个与珠蛋白亚基F螺旋区的第8位组氨酸（F8）残基的咪唑基的N相连接，空着的一个配位键可与O2可逆地结合，结合物称氧合血红蛋白。

　　在血红素中，四个吡咯环形成一个平面，在未与氧结合时Fe++的位置高于平面0.7，一旦O2进入某一个α亚基的疏水“口袋”时，与Fe++的结合会使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向该平面内移动约0.75，铁的位置的这一微小移动，牵动F8组氨酸残基连同F螺旋段的位移，再波及附近肽段构象，造成两个α亚基间盐键断裂，使亚基间结合变松，并促进第二亚基的变构并氧合，后者又促进第三亚基的氧合使Hb分子中第四亚基的氧合速度为第一亚基开始氧合时速度的数百倍。此种一个亚基的别构作用，促进另一亚基变构的现象，称为亚基间的协同效应（cooperativity），所以在不同氧分压下，Hb氧饱和曲线呈“S”型。

　　第二章酶的结构与功能

　　酶活性中心：是指酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的基团所构成的微区。

　　共价催化：某些酶可以和底物形成一个反应活性很高的不稳定的共价中间产物，这个中间产物极易变成过渡态，因此反应的活化能大大降低。共价催化分为亲核催化和亲电催化。

　　亲和催化：是指酶活性中心的亲核催化基团提供一对电子，与底物分子中缺少电子具有部分正电荷的碳原子形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。

　　Km值：Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。

　　可逆性抑制作用：抑制剂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。

　　竞争性抑制作用：抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍ES复合物的形成，使酶

　　的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。

　　非竞争性抑制作用：底物和抑制剂与酶的结合没有竞争性。底物和酶结合后还可与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还可能与底物结合；即酶可以同时和抑制剂及底物结合，形成酶-底物-抑制剂三元复合物；但后者不能转变为产物。

　　反竞争性抑制作用：抑制剂不与酶结合，只与ES复合物结合。当反应体系中存在反竞争性抑制剂时，不仅不排斥E和S的结合，反而增加了二者的亲和力；这与竞争性抑制作用恰巧相反，故称为反竞争性抑制用。

　　别构调节：指酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后，引起酶的构象的改变，进而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称为别构调节。

　　共价修饰调节：指一类可在其它酶的作用下其结构通过共价修饰，使该酶活性发生改变，这种调节称为共价修饰调节。

　　核酶：具有酶促活性的RNA称为核酶

　　抗体酶：抗体酶或催化抗体（Catalyticantibody)是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物。

　　乒乓反应：是双底物双产物酶促反应中的一种，在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。

　　诱导契合机制：酶与底物靠近→

　　定向→酶与底物相互诱导变形→契合成中间产物→产物脱离

　　（1）底物的邻近效应与定向效应

　　底物的邻近效应(proximity)是指酶与底物通过专一的相互识别，形成中间络合物，把底物分子间的反应转变为络合物分子内的反应。定向效应(orientation)则是指在酶底物中间络合物内，底物的反应基团与酶的催化基团的正确取向。通过邻近效应和定向效应，是酶的活性中心底物浓度大大增加，ES平均寿命延长，从而极大的增加了发生反应的几率。

　　酶在底物的诱导下构象改变，转变为高活力构象，同时，底物分子在酶的诱导下发生各类扭曲和去稳定作用，底物比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。

　　（3）广义酸碱催化(acid-basecatalysis)：广义酸提供H+促进过渡态络合物的形成，降低反应活化能，从而加速反应的进行。

　　（4）共价催化(covalentcatalysis)：酶活性中心亲电/亲核基团参与S敏感键断裂，形成的中间产物不稳定，易断裂而形成产物，酶复原。

　　（5）金属离子催化：需要金属离子的酶分为金属酶（含紧密结合的金属离子）和金属激活酶（含松散结合的金属离子），金属离子可以参与底物反应的定向、通过价态改变参与电子转移、通过静电稳定或者屏蔽负电荷。

　　（6）多元催化和协同效应：多元催化是指几个基团反应协同作用结果，活性中心是由多个基团共同构成；

　　（7）活性部位微环境的影响：活性中心周围为非极性环境，即低介电环境，酶催化基团和底物分子的敏感键之间有很大反应力，有助于加速酶促反应。

　　别构酶活性调节模型：

　　别构酶是一种活性受到结合在活性部位以外部位的其他分子调节的酶。

　　配体与寡聚蛋白中的一个原体结合，使该原体发生构象改变，并通过四级结构的相互联系引起其余原体的构象变化，从而影响后续配体的结合。先结合的配体使后续配体更易结合成为正协同，反之为负协同。先结合的配体影响同种配体与同种空闲部位结合，称为同促效应，影响异种配体与异种空闲部位结合称为异促效应。同促效应既表现为正协同，又表现为负协同，而异促效应只表现为正协同。

　　①别构酶分子中的亚基以旋转对称方式排列；每个亚基对每种配体（底物或调节物）只有一个结合位点。整个酶分子以两种构象存在，分别是松弛型（R型）和紧密型(T型)，R型有利于与底物或调节物结合，T型不利于与底物或调节物结合

　　②同一酶分子中，不存在构象杂合体（RT型），它的亚基要么都以R型存在，要么都以T型存在。

　　③两种构象状态间的转变，对每个亚基来说，都是同时、齐步发生的。

　　④当底物不存在时，绝大多数酶分子均为T型，加入底物后，T型各亚基齐步向R型转变，且对称性保持不变。转变为R型后加大了对底物的亲和性。

　　①别构酶的亚基只有两种构象状态，R型和T型，其中R型为“开”的构象，有利于与底物或调节物结合，T型为“关”的构象，不利于与底物或调节物结合。

　　②当底物或调节物不存在时，别构酶只以一种构象存在，即T构象

　　③当底物与一个亚基结合时，此亚基构象发生变化，并使邻近的亚基易于发生同样的构象变化，当第二个底物与第二个亚基结合后，又导致第三个亚基易于发生同样的变化，如此顺序传递下去，直到最后一个亚基发生类似的够象变化。即同一酶分子中，各亚基从T向R转变是逐个依次进行的。

　　④一个亚基与底物结合引起的构象变化，会增强或减弱同一酶分子中其余亚基对底物的亲和力，即可为正协同效应也可为负协同效应。

　　细胞内酶活性调节方式：

　　（1）变构调节：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后，发生构象的改变，进而改变酶的活性状态。

　　（2）共价修饰调节：通过其他酶对其多肽链上的某些基团进行了可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。

　　（3）酶原激活：体内合成的蛋白质有时不具有生物活性，经过蛋白质水解专一作用后，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成活性蛋白，该活化过程是生物体的一种调节机制。

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