高級生物化學(xué)知識點講解

　　高級生物化學(xué)篇一：高級生物化學(xué)

　　1、Meselson關(guān)于半保留復(fù)制的證明思想

　　1958年Meselson和Stahl利用氮標記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實了DNA的半保留復(fù)制。他們將大腸桿菌放在含有15N標記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖，使所有的大腸桿菌DNA被15N所標記，可以得到15N-DNA。由于15N-DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化銫密度梯度離心時，兩種密度不同的DNA分布在不同的區(qū)帶。然后將細菌轉(zhuǎn)移到含有14N標記的NH4Cl培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，在培養(yǎng)不同代數(shù)時，收集細菌，裂介細胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀察DNA所處的位置。在重培養(yǎng)基中培養(yǎng)出的（15N）DNA顯示為一條重密度帶。轉(zhuǎn)入輕培養(yǎng)基中繁殖兩代。第一代所有DNA的密度介于15N-DNA和14N－DNA之間，即形成了DNA分子的一半含有15N，另一半含有14N的雜合分子。第二代后，14N分子和14N-15N雜合分子等量出現(xiàn)。若在繼續(xù)培養(yǎng)，可以看到14N－DNA分子增多。當(dāng)把14N-15N雜合分子加熱時，它們分開成14N鏈和15N鏈。這就充分證明了。在DNA復(fù)制時原來的DNA分子可被分成兩個亞單位，分別構(gòu)成子代分子的一半，這些亞單位經(jīng)過許多代復(fù)制仍然保持著完整性。

　　由此可以證明大腸桿菌的復(fù)制遵循預(yù)想中的半保留復(fù)制方式。

　　2、尼倫伯格對于遺傳密碼的破譯思想

　　1961-1962年，尼倫伯格和馬太采用了蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)，破譯了第一個遺傳密碼：

　　（1）實驗思路：利用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)，以人工合成的RNA作模板合成多肽，確定氨基酸與密碼子的對應(yīng)關(guān)系。

　　（2）實驗步驟：

　　1）提出大腸桿菌的破碎細胞液加入試管（除去原DNA和mRNA）

　　2）添加20種氨基酸（分五組，每個試管各加四種氨基酸）

　　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、絲氨酸的試管中出現(xiàn)多肽鏈）

　　5）運用同樣方法將上述四種氨基酸分別加入裝有多聚U的四個試管（加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)多肽鏈）

　　（3）實驗結(jié)論：尿嘧啶的堿基序列可編碼由苯丙氨酸組成的多肽鏈，結(jié)合克里克提出的三個堿基編碼一個氨基酸的實驗結(jié)論，可以得出苯丙氨酸的密碼子是UUU。

　　3、真核mRNA和原核mRNA的區(qū)別對翻譯過程的影響

　　原核生物mRNA半壽期很短。真核生物mRNA的半壽期較長。

　　原核生物mRNA常以多順反子的形式存在。真核生物mRNA一般以單順反子的形式存在。

　　原核生物mRNA無5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端聚腺苷酸尾巴，中間是蛋白質(zhì)的編碼區(qū)，一般編碼幾種蛋白質(zhì)。

　　真核生物mRNA（細胞質(zhì)中的）一般由5′端帽子結(jié)構(gòu)、5′端不翻譯區(qū)、翻譯區(qū)（編碼區(qū)）、3′端不翻譯區(qū)和3′端聚腺苷酸尾巴構(gòu)成分子中除m7G構(gòu)成帽子外，常含有其他修飾核苷酸，如m6A等。真核生物mRNA通常都有相應(yīng)的前體。從DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可稱作原始前體（或mRNA前體）。一般認為原始前體要經(jīng)過hnRNA核不均-RNA的階段，最終才被加工為成熟的mRNA。

　　原核生物基因組中相關(guān)功能的基因常組成操縱子，作為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多順反子mRNA。在多順反子mRNA中有多個基因的編碼區(qū)，各編碼區(qū)為一開放閱讀框架，可以翻譯出多種蛋白質(zhì)。各編碼區(qū)5’端有起始密碼子AUG或GUG，3’端有終止密碼子UAA、UAG、UGA。原核生物mRNA含有SD序列，可以將30S核糖體小亞基結(jié)合在鄰近mRNA起始密碼子的特定位置，幫助核糖體正確識別起始密碼子，與蛋白質(zhì)合成起始密切相關(guān)。

　　原核生物基因并不組成操縱子，通常轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生單順反子mRNA。真核生物mRNA5’端有甲基化的“帽”結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)合成起始有關(guān)，3′端帶有約200個腺苷酸的poly（A）尾巴和加尾信號序列——AAUAAA。真核生物mRNA沒有SD序列，在5’和3’非翻譯區(qū)存在調(diào)控序列，可以結(jié)合各種調(diào)節(jié)因子調(diào)控蛋白質(zhì)的翻譯過程。5’端起始密碼子AUG附近存在不同的具有調(diào)節(jié)作用的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，3’非翻譯區(qū)含有調(diào)節(jié)因子結(jié)合位點和mRNA的定位信號序列。

　　4、點突變、移碼突變對基因表達產(chǎn)物有什么影響

　　點突變對基因表達產(chǎn)物的影響取決于它的位置和具體的變換方式。如果發(fā)生在垃圾DNA上，可能不會產(chǎn)生任何后果；如果發(fā)生在一個基因的啟動子或者其他調(diào)節(jié)控制基因表達的區(qū)域，則可能會改變基因表達的效率；如果發(fā)生在一個基因的內(nèi)部，情況就比較復(fù)雜，一方面取決于突變基因是蛋白基因還是非蛋白基因，另一方面如果是蛋白基因，則取決于究竟發(fā)生在它的非編碼區(qū)，還是編碼區(qū)。如果突變發(fā)生在蛋白基因的非編碼區(qū)，則可影響到該蛋白基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工和翻譯等；如果發(fā)生在蛋白基因的編碼區(qū)。則會有三種不同的后果：①突變的密碼子決定同樣的氨基酸，這樣的突變對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能不會產(chǎn)生任何的影響，因此被稱為沉默突變。②突變的密碼子決定不同的氨基酸，這樣的突變可能對蛋白質(zhì)的功能不產(chǎn)生任何的影響或影響微乎其微，也可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果而帶來分子病。由于突變導(dǎo)致出現(xiàn)了錯誤的氨基酸，因此，這樣的突變被稱為錯義突變。如果錯誤的氨基酸與原來的氨基酸是同種性質(zhì)，這種突變被稱為中性突變。③突變的密碼子變?yōu)榻K止密碼子或者相反，前者因為終止密碼子的提前出現(xiàn)可導(dǎo)致一條多肽鏈被截短，被稱為無義突變，后者則會加長一條多肽鏈，被稱為加長突變。

　　移碼突變會導(dǎo)致閱讀框架發(fā)生改變，致使插入點或缺失點下游的氨基酸序列發(fā)生根本性的改變，但也可能會引入終止密碼子而使多肽鏈被截短。移碼突變究竟對蛋白質(zhì)功能有何影響，取決于插入點或缺失點與密碼子的距離。離起始密碼子越近，功能喪失的可能性就越大。

　　5、mRNA轉(zhuǎn)錄后有哪些加工方式

　　原核生物mRNA一般不需要加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄即可直接進行翻譯。但有少數(shù)多順反子mRNA需要通過核酸內(nèi)切酶切成較小的單位，然后再翻譯。

　　真核生物：真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因以單個基因為轉(zhuǎn)錄單位，但有內(nèi)含子，需切除。信使RNA的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工時形成大小不等的中間物，稱為核內(nèi)不均一RNA(hnRNA)。

　　其加工過程包括：

　　①5’端加帽子：在轉(zhuǎn)錄的早期或轉(zhuǎn)錄終止前已經(jīng)形成。首先從5’端脫去一個磷酸，再與GTP生成5’，5’三磷酸相連的鍵，最后以S-腺苷甲硫氨酸進行甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)。帽子結(jié)構(gòu)有多種，起識別和穩(wěn)定作用。

　　②3’端加尾：在核內(nèi)完成。先由RNA酶III在3’端切斷，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。③內(nèi)部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已經(jīng)存在。可能對前體的加工起識別作用。

　　6、核酶的應(yīng)用前景

　　核酶一詞用于描述具有催化活性的RNA,即化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸(RNA),卻具有酶的催化功能。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,有的能夠切割RNA,有的能夠切割DNA,有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。

　　核酶是在對多種植物病毒衛(wèi)星RNA及類病毒RNA的自我剪接研究中發(fā)現(xiàn)的，數(shù)量較少，常見于rRNA的內(nèi)含子。

　　核酶的具體應(yīng)用

　　（1）抗病治療

　　隨著對核酶的深入研究，已經(jīng)認識到核酶在遺傳病，腫瘤和病毒性疾病上的潛力。比如，對于艾滋病毒HIV的轉(zhuǎn)錄信息來源于RNA而非DNA，核酶能夠在特定位點切斷RNA，使得它失去活性。

　　（2）反義核酸技術(shù)

　　反義核酸是指能與特定mRNA精確互補、特異阻斷其翻譯的RNA或DNA分子。利用反義核酸特異地封閉某些基因表達，使之低表達或不表達，這種技術(shù)即為反義核酸技術(shù)。它包括反義RNA、反義DNA和核酶三大技術(shù)。反義核酶作為一種基因下向調(diào)節(jié)作用因子，在抑制一些有害基因的表達和失控基因的過度表達上發(fā)揮著重要作用。隨著反義核酶技術(shù)的發(fā)展和成熟，已逐漸應(yīng)用于抗某些人體寄生蟲病的研究。

　　（3）核酶在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

　　1、核酶抗肝炎病毒的研究

　　目前人們已進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。人工設(shè)計核酶多為錘頭狀結(jié)構(gòu)，少部分是采用發(fā)夾狀核酶。

　　2、抗人類免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)核酶

　　1998年，美國加利福尼亞大學(xué)Wong-Staal等利用發(fā)夾核酶抑制HIV-Ⅰ基因表達，并在Ⅰ期臨床實驗中受到良好效果。

　　3、抗腫瘤治療

　　核酶能在特定位點準確有效地識別和切割腫瘤細胞的mRNA，抑制腫瘤基因的表達，達到治療腫瘤的目的。

　　①核酶催化切割反應(yīng)的可逆性問題

　　②催化效率低，如何提高催化效率

　　③尋找合適載體將核酶高效、特異地導(dǎo)入靶細胞

　　④使核酶在細胞內(nèi)有調(diào)控地高效表達

　　⑤增強核酶在細胞內(nèi)的穩(wěn)定性

　　⑥對宿主的損傷問題有待進一步考察

　　7、乳糖操縱子模型

　　操縱子的結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)基因、啟動子、操縱基因、結(jié)構(gòu)基因。乳糖操縱子模型中一次排列著啟動子、操縱基因和阻遏子三個結(jié)構(gòu)基因，它們分別編碼β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透過酶和β-半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶，三個基因受同一個基因控制。當(dāng)沒有乳糖存在時，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。阻遏蛋白阻礙RNA聚合酶與啟動子P的結(jié)合，阻止啟動基因上的RNA聚合酶進行轉(zhuǎn)錄，這是一種負調(diào)節(jié)作用。當(dāng)有乳糖存在時，乳糖與阻遏蛋白的邊溝位點結(jié)合，使之發(fā)生變構(gòu)而失去活性，因而不能與操縱基因結(jié)合，于是RNA聚合酶能夠轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生上述三種酶，使大腸桿菌能利用乳糖。當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時，葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細胞內(nèi)cAMP的含量，影響CAP與啟動子結(jié)合，也影響RNA聚合酶與啟動基因結(jié)合，因此，β-半乳糖苷酶等三種酶也不能產(chǎn)生。這是一種正調(diào)控作用。

　　8、絲氨酸蛋白酶電荷轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)是如何工作的

　　絲氨酸蛋白酶是一個酶家族，是一類同源蛋白質(zhì)。大多數(shù)絲氨酸蛋白酶具有相似的三維

　　系統(tǒng)，都有一個天冬酸殘基、一個組氨酸殘基和一個絲氨酸殘基，它們成串排列，并通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)成一個所謂催化三聯(lián)體；在胰凝乳蛋白酶中它們是Asp102、His57和Ser195。絲氨酸蛋白酶在通常情況下是惰性的，但催化三聯(lián)體的Ser處于非常的環(huán)境中，它緊挨著His；Ser羥基的質(zhì)子可被轉(zhuǎn)移到His的環(huán)N上，自身留下一個負電荷是Ser氧化成為更強的親和劑。一般情況下，這種轉(zhuǎn)移也是不可能的，但它被鄰環(huán)的Asp102所促進，Asp102通過它的羧基負電荷穩(wěn)定了His環(huán)的質(zhì)子化。可見催化三聯(lián)體在功能上起轉(zhuǎn)移電荷的作用，因此它也稱為電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)或電荷中繼網(wǎng)。9、酶活性中心是如何讓形成的，通常哪些基因出現(xiàn)在此上

　　酶分子中能夠直接與底物分子結(jié)合，并催化底物化學(xué)反應(yīng)的部位，這一部位就成為酶的活性中心。

　　一般認為活性中心主要由兩個功能部位組成：第一個是結(jié)合部位，酶的底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；第二個是催化部位，底物的鍵在此被打斷或形成新的鍵從而發(fā)生一定的化學(xué)變化。組成功能部位的是酶分子中在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基酸殘基或是這些殘基上的某些基團，它們在一級結(jié)構(gòu)上可能相距甚遠，甚至位于不同肽鏈上，而是通過肽鏈的盤繞、折疊在空間構(gòu)象上相互靠近；對于需要輔酶的酶來說，輔酶分子或輔酶分子的某一部分結(jié)構(gòu)也是功能部位的組成部分。

　　基因：活性中心必需的基團有：組氨酸的咪唑基、谷氨酸天冬氨酸的側(cè)鏈羧基和絲氨酸的羥基。

　　10.別構(gòu)酶的作用模型

　　同構(gòu)模型（MWC模型）：Monod，Wyman和Changeux于1965年提出的，又稱齊變模型和對稱模型。

　　MWC模型要點：

　　1.別構(gòu)酶是由相同的亞基所組成的寡聚酶，他們在分子中對稱排列

　　2.每一個亞基對特定的配基都有一個等價的結(jié)合位點

　　3.每個亞基都有兩種不同的構(gòu)型，既，松弛態(tài)R態(tài)（Relaxstate）和緊張態(tài)T態(tài)（Tensedstate）。R態(tài)結(jié)構(gòu)松弛，對底物的親和力較大，T態(tài)結(jié)構(gòu)緊密，對底物的親和力較小。

　　4.酶分子中各個亞基都以相同的構(gòu)型而存在，當(dāng)其中的一個亞基與底物結(jié)合而產(chǎn)生構(gòu)型的變化時，其他各個亞基也同時改變其構(gòu)型，即兩種構(gòu)型（T和R）在酶分子中不共存。

　　5.酶分子構(gòu)型的改變不影響分子的對稱性。

　　6.T態(tài)和S態(tài)兩種構(gòu)型處于動態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)有底物或變構(gòu)激活劑存在時，平衡向R態(tài)移動，當(dāng)沒有底物或變構(gòu)激活劑存在時，平衡向T態(tài)移動。

　　序變模型（KNF模型）：Koshland，Nemethy和Filmer于1966年提出，又稱序變模型。KNF模型要點：

　　1.別構(gòu)酶是由相同的亞基所組成的寡聚酶，他們在分子中對稱排列。

　　2.每個亞基都有兩種不同的構(gòu)型，既松弛態(tài)R態(tài)（Relaxstate）和緊張態(tài)T態(tài)（Tensedstate）。R態(tài)結(jié)構(gòu)松弛，對底物的親和力較大，T態(tài)結(jié)構(gòu)緊密，對底物的親和力較小。

　　3.兩種構(gòu)型（T和R）可以同時存在于一個酶分子中，形成T態(tài)與R態(tài)的混合構(gòu)型酶分子。

　　4.當(dāng)有底物或變構(gòu)激活劑同一個亞基結(jié)合后，由于構(gòu)象的變化，影響到與之相臨近的亞基，并促使其也發(fā)生構(gòu)型的變化，使其與底物或效應(yīng)物的親和力發(fā)生改變。

　　5.酶分子中各個亞基的構(gòu)型的改變是逐一進行，直至全部亞基都完成這種變化。

　　高級生物化學(xué)篇二：20xx版高級生物化學(xué)

　　第一章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

　　蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）指多肽鏈主鏈本身折疊或盤曲所形成的局部空間構(gòu)象，包括依靠氫鍵維系的有規(guī)則構(gòu)象和多肽鏈主鏈中的無規(guī)卷曲以及非氫鍵維系的規(guī)則結(jié)構(gòu)，不涉及側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和整個肽鏈的空間排布。

　　1、螺旋：多肽鏈主鏈Cα-C-N的重復(fù)排列，使它容易形成有規(guī)律的卷曲構(gòu)型，即螺旋，分為α-螺旋（3.613R，即每圈約3.6個殘基，每個肽鍵N上的H與后面第四個殘基肽鍵羰基O之間形成氫鍵，其間包括13個原子，右手螺旋，是球蛋白中最常見的結(jié)構(gòu)）、310R螺旋、π-螺旋等。

　　2、β-片層：兩股或多股幾乎完全伸展的肽鏈并列聚集，靠主肽鏈N上的H與相鄰鏈羰基C上的O原子間規(guī)律的氫鍵，形成β-折疊片，β-折疊片有的是平行的，有的是反平行的。

　　3、環(huán)肽鏈（loop）

　　（1）回折：肽鏈要折疊成堅實的球形，必須以多種方式多次改變其方向，如同一肽鏈形成的β-折疊股之間的連接肽。3~4個氨基酸殘基通過特殊的氫鍵系統(tǒng)使肽鏈走向改變180°成為回折或轉(zhuǎn)角，分為β-回折和γ-回折。①β-回折：由4個氨基酸殘基組成，即第一個殘基的羰基O與第四個氨基酸殘基α-氨基上的H之間形成氫鍵。②γ-回折：由3個氨基酸殘基組成，第一個殘基的羰基O與第三個殘基的α-氨基H原子間形成氫鍵，常出現(xiàn)在反平行β-折疊股之間。

　　（2）β發(fā)夾與β凸起：

　　β發(fā)夾：通過一段短的環(huán)鏈將兩條相鄰的β鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)，稱為β發(fā)夾或發(fā)夾（hairpins）結(jié)構(gòu)，猶如一彎折的發(fā)卡，故名。

　　4、Ω環(huán)：多肽鏈中由6~16個氨基酸殘基組成的環(huán)狀片段，兩端距離小于0.1nm，狀似Ω字形，因此得名。Ω環(huán)形成一個內(nèi)部空腔，被環(huán)上殘基的側(cè)鏈基團包裹，成為致密的球狀構(gòu)象。以親水殘基為主，幾乎總是位于蛋白質(zhì)分子表面，與生物活性有關(guān)。

　　5、連接條帶：伸展的肽鏈條帶連接在結(jié)構(gòu)元件之間，它們的長度、走向頗不規(guī)則，在蛋白質(zhì)肽鏈的卷曲、折疊過程中具有明確的結(jié)構(gòu)作用。

　　6、無規(guī)則卷曲：蛋白質(zhì)分子中存在空間結(jié)構(gòu)不確定的區(qū)域，這種無序結(jié)構(gòu)因其不斷運動，或是具有不同的構(gòu)象，因而得不到X-射線衍射圖像

　　超二級結(jié)構(gòu)（super-secondarystructure）：相互鄰近的二級結(jié)構(gòu)單元相互聚集，形成更高一級的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，稱超二級結(jié)構(gòu)，主要涉及這些構(gòu)象元件在空間上如何聚集，超二級結(jié)構(gòu)的形成主要是氨基酸殘基側(cè)鏈基團間相互作用的結(jié)果。

　　結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模體以特定的方式組織連接，在蛋白質(zhì)分子中形成兩個或多個在空間上可以明顯區(qū)分的三級折疊實體，是三級結(jié)構(gòu)的基本單位，結(jié)構(gòu)域是相對穩(wěn)定的球狀亞結(jié)構(gòu)，其間由單肽鏈相互連接，是獨立的結(jié)構(gòu)單位、獨立的功能單位和獨立的折疊單位。

　　鋅指結(jié)構(gòu)(ZineFinger,ZF)一種DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元，由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys或2個Cys和2個His配位的Zn2+構(gòu)成，中間的X4-20形成指狀凸出。鋅指蛋白與DNA相互作用時，鋅指部分嵌入主槽，識別特定別特定的堿基序列，每個鋅指大約識別5個堿基對。

　　亮氨酸拉鏈（LeucineZipper,LZ）LZ結(jié)構(gòu)的C端為螺旋區(qū)，靠近N端一側(cè)的一段螺旋富含堿性氨基酸殘基，其后的一段螺旋每隔6個殘基就有一個Leu，每個這樣的螺旋不少于4個Leu，且都處于螺旋的同一側(cè)，這樣，當(dāng)含有LZ的蛋白形成同源或異源二聚體時，LZ結(jié)構(gòu)中的Leu殘基借助疏水作用彼此靠攏，形同拉鏈。EF手（EF-hand）由兩個α螺旋（E和F）與連接它們的環(huán)組成，E螺旋含9個殘基，用右手食指表示；與Ca2+結(jié)合的環(huán)含12個殘基，用彎曲的中指表示；F螺旋含18個殘基，用拇指表示。

　　蛋白質(zhì)組學(xué)：通過直接研究某一物種、個體、器官、組織及細胞中全部蛋白質(zhì)，獲得整個體系內(nèi)所有蛋白質(zhì)組分

　　的生物學(xué)和理化參數(shù)，從而揭示生命活動規(guī)律的科學(xué)。

　　分子伴侶（molecularchaperone）結(jié)合并穩(wěn)定靶蛋白的不同的不穩(wěn)定構(gòu)象，通過控制與靶蛋白的結(jié)合與釋放，推動其在活體內(nèi)正確折疊、組裝、運輸?shù)轿唬�或控制其在活化與鈍化構(gòu)象之間轉(zhuǎn)換，但并不構(gòu)成靶蛋白組成部分的蛋白質(zhì)。

　　熱激蛋白（heatshockprotein，Hsp）廣泛存在于原核細胞和真核細胞中的一類在生物體受到高溫等逆境刺激后大量表達的保守性蛋白質(zhì)家族，是多基因族編碼產(chǎn)物，有組成型和脅迫誘導(dǎo)的，具有分子伴侶功能，參與蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊和組裝。可分Hsp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亞類。

　　熱激蛋白的分子伴侶功能：

　　1、Hsp70的分子伴侶功能：大腸桿菌的Hsp70幫助前體蛋白維持轉(zhuǎn)位能力，防止變性蛋白質(zhì)進一步變性和聚集。Hsp70在線粒體前體蛋白的跨膜運輸中發(fā)揮重要作用，Hsp70與其結(jié)合可保持其松弛狀態(tài)，以便能通過線粒體膜上的轉(zhuǎn)位酶通道。在細胞受到熱脅迫時，Hsp70可與局部變性的蛋白結(jié)合，防止其聚集，消除后，則解離，并幫助其復(fù)性。

　　2、監(jiān)護蛋白是幫助蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶

　　3、LMWHsp形成的熱激顆粒為變性蛋白提供一個結(jié)合表面

　　4、Hsp90是具有調(diào)節(jié)功能的分子伴侶：Hsp90是高度保守的熱激蛋白家族，通過參與許多激酶、受體、轉(zhuǎn)錄因子的折疊、組裝、解聚或構(gòu)象改變調(diào)節(jié)其活性。

　　5、Hsp104是幫助聚集物解聚的分子伴侶：其以一種依賴ATP的方式幫助在嚴重的熱沖擊條件下形成的聚集體解聚。

　　蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系

　　蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是指氨基酸在肽鍵中的排列順序和二硫鍵的位置，肽鏈中氨基酸間以肽鍵為連接鍵。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu)，它決定了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，其三維結(jié)構(gòu)所需的全部信息都貯存于氨基酸的順序之中。二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵相互作用而形成的空間結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步折疊、盤曲而形成的特定球狀分子結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)是由兩條或者兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)想。不同的蛋白質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)，功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

　　（1）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

　　蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)功能有相適應(yīng)性和統(tǒng)一性。蛋白質(zhì)中的氨基酸序列與生物功能密切相關(guān)，一級結(jié)構(gòu)的變化往往導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的變化。如鐮刀型細胞貧血癥，其病因是血紅蛋白基因中的一個核苷酸的突變導(dǎo)致該蛋白分子中β-鏈第6位谷氨酸被纈氨酸取代。這個一級結(jié)構(gòu)上的細微差別使患者的血紅蛋白分子容易發(fā)生凝聚，導(dǎo)致紅細胞變成鐮刀狀，容易破裂引起貧血，即血紅蛋白的功能發(fā)生了變化。

　　（2）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

　　蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能之間有密切相關(guān)性，其特定的空間結(jié)構(gòu)是行使生物功能的基礎(chǔ)。從以下三方面均可說明這種相關(guān)性：

　　①核糖核酸酶的變性與復(fù)性及其功能的喪失與恢復(fù)

　　核糖核酸酶是由124個氨基酸組成的一條多肽鏈，含有四對二硫鍵，空間構(gòu)象為球狀分子。將天然核糖核酸酶在8mol/L尿素溶液中的β-巰基乙醇處理，則分子內(nèi)的四對二硫鍵斷裂，分子變成一條松散的肽鏈，此時酶活性完全喪失。但用透析法除去β-巰基乙醇和脲后，此酶經(jīng)氧化又自發(fā)地折疊成原有的天然構(gòu)象，同時酶活性又恢復(fù)。

　　②血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象

　　血紅蛋白是一個四聚體蛋白質(zhì)，具有氧合功能，可在血液中運輸氧。研究發(fā)現(xiàn)，脫氧血紅蛋白與氧的親和力很

　　低，不易與氧結(jié)合。一旦血紅蛋白分子中的一個亞(來自:WWw.HnnscY.com:高級生物化學(xué))基與O2結(jié)合，就會引起該亞基構(gòu)象發(fā)生改變，并引起其它三個亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生變化，使它們易于和氧結(jié)合，說明變化后的構(gòu)象最適合與氧結(jié)合

　　③肌紅蛋白與氧結(jié)合

　　肌紅蛋白由一條153個氨基酸組成的肽鏈和一個血紅素輔基組成。血紅素輔基中的鐵原子是氧結(jié)合部位，血紅素中的Fe可以是亞鐵，也可以是高鐵，只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合氧。結(jié)合氧的同時改變肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的改變對肌紅蛋白意義不大，但顯著的改變了血紅蛋白的性質(zhì)，改變了四聚體的亞基間的作用，是之具有別構(gòu)作用。

　　總之，各種蛋白質(zhì)都有特定的空間構(gòu)象，而特定的空間構(gòu)象又與它們特定的生物學(xué)功能相適應(yīng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。

　　肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（自己補充）

　　肌紅蛋白的分子包括一條153個氨基酸殘基組成的多肽鏈和一個血紅素，整個肽鏈有8個長短不一的螺旋段，即

　　A.B.C.D.E.F.G.H，螺旋間的連接肽為無規(guī)卷曲，在側(cè)鏈基團相互作用下盤曲形成扁園的球體。絕大多數(shù)親水殘基分布在分子表面，使肌紅蛋白可溶于水；疏水殘基則埋藏于分子內(nèi)部，血紅素結(jié)合于E與F螺旋之間的裂隙內(nèi)。脫氧肌紅蛋白中α-螺旋含量約60%，三維結(jié)構(gòu)比較松散，穩(wěn)定性下降。與血紅素結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生變化，α-螺旋含量恢復(fù)至75%，分子結(jié)構(gòu)比較緊湊，穩(wěn)定性也明顯提高。這說明血紅素輔基對肽鏈折疊也有影響。血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（自己補充）

　　血紅蛋白由四個亞基組成（α2β2），每個亞基含一條多肽鏈和1個血紅素輔基。α亞基多肽有141個氨基酸殘基，β亞基多肽鏈有146個氨基酸殘基。Hb的亞基與Mb的氨基酸序列雖有明顯不同，但血紅素結(jié)合部卻非常保守。血紅蛋白的四個亞基按四面體排布，亞基間凹凸互補。兩個α與兩個β亞基按雙重對稱軸排布，沿X或Y軸旋轉(zhuǎn)180°，外形相似；沿Y軸兩個α與兩個β亞基間均有空隙，形成中心空穴。

　　Hb在體內(nèi)的主要功能為運輸氧氣，而Hb的別位效應(yīng)，極有利于它在肺部與O2結(jié)合及在周圍組織釋放O2.

　　Hb是通過其輔基血紅素的Fe++與氧發(fā)生可逆結(jié)合的`，血紅素的鐵原子共有6個配位鍵，其中4個與血紅素的吡咯環(huán)的N結(jié)合，一個與珠蛋白亞基F螺旋區(qū)的第8位組氨酸（F8）殘基的咪唑基的N相連接，空著的一個配位鍵可與O2可逆地結(jié)合，結(jié)合物稱氧合血紅蛋白。

　　在血紅素中，四個吡咯環(huán)形成一個平面，在未與氧結(jié)合時Fe++的位置高于平面0.7，一旦O2進入某一個α亞基的疏水“口袋”時，與Fe++的結(jié)合會使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向該平面內(nèi)移動約0.75，鐵的位置的這一微小移動，牽動F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段的位移，再波及附近肽段構(gòu)象，造成兩個α亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合變松，并促進第二亞基的變構(gòu)并氧合，后者又促進第三亞基的氧合使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第一亞基開始氧合時速度的數(shù)百倍。此種一個亞基的別構(gòu)作用，促進另一亞基變構(gòu)的現(xiàn)象，稱為亞基間的協(xié)同效應(yīng)（cooperativity），所以在不同氧分壓下，Hb氧飽和曲線呈“S”型。

　　第二章酶的結(jié)構(gòu)與功能

　　酶活性中心：是指酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的基團所構(gòu)成的微區(qū)。

　　共價催化：某些酶可以和底物形成一個反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共價中間產(chǎn)物，這個中間產(chǎn)物極易變成過渡態(tài)，因此反應(yīng)的活化能大大降低。共價催化分為親核催化和親電催化。

　　親和催化：是指酶活性中心的親核催化基團提供一對電子，與底物分子中缺少電子具有部分正電荷的碳原子形成共價鍵，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的共價中間物。

　　Km值：Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。

　　可逆性抑制作用：抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。

　　競爭性抑制作用：抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙ES復(fù)合物的形成，使酶

　　的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

　　非競爭性抑制作用：底物和抑制劑與酶的結(jié)合沒有競爭性。底物和酶結(jié)合后還可與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還可能與底物結(jié)合；即酶可以同時和抑制劑及底物結(jié)合，形成酶-底物-抑制劑三元復(fù)合物；但后者不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。

　　反競爭性抑制作用：抑制劑不與酶結(jié)合，只與ES復(fù)合物結(jié)合。當(dāng)反應(yīng)體系中存在反競爭性抑制劑時，不僅不排斥E和S的結(jié)合，反而增加了二者的親和力；這與競爭性抑制作用恰巧相反，故稱為反競爭性抑制用。

　　別構(gòu)調(diào)節(jié)：指酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)合后，引起酶的構(gòu)象的改變，進而改變酶的活性狀態(tài)，酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)。

　　共價修飾調(diào)節(jié)：指一類可在其它酶的作用下其結(jié)構(gòu)通過共價修飾，使該酶活性發(fā)生改變，這種調(diào)節(jié)稱為共價修飾調(diào)節(jié)。

　　核酶：具有酶促活性的RNA稱為核酶

　　抗體酶：抗體酶或催化抗體（Catalyticantibody)是一種具有催化功能的抗體分子，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性。它是利用現(xiàn)代生物學(xué)與化學(xué)的理論與技術(shù)交叉研究的成果，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。

　　乒乓反應(yīng)：是雙底物雙產(chǎn)物酶促反應(yīng)中的一種，在該反應(yīng)中，酶結(jié)合一個底物并釋放一個產(chǎn)物，留下一個取代酶，然后該取代酶再結(jié)合第二個底物和釋放出第二個產(chǎn)物，最后酶恢復(fù)到它的起始狀態(tài)。

　　如谷-丙轉(zhuǎn)氨酶

　　酶的催化機制

　　誘導(dǎo)契合機制：酶與底物靠近→

　　定向→酶與底物相互誘導(dǎo)變形→契合成中間產(chǎn)物→產(chǎn)物脫離

　　（1）底物的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)

　　底物的鄰近效應(yīng)(proximity)是指酶與底物通過專一的相互識別，形成中間絡(luò)合物，把底物分子間的反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻j(luò)合物分子內(nèi)的反應(yīng)。定向效應(yīng)(orientation)則是指在酶底物中間絡(luò)合物內(nèi)，底物的反應(yīng)基團與酶的催化基團的正確取向。通過鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)，是酶的活性中心底物濃度大大增加，ES平均壽命延長，從而極大的增加了發(fā)生反應(yīng)的幾率。

　　（2）底物的變形(distortion)和誘導(dǎo)契合(inducedfit)

　　酶在底物的誘導(dǎo)下構(gòu)象改變，轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋盍��?gòu)象，同時，底物分子在酶的誘導(dǎo)下發(fā)生各類扭曲和去穩(wěn)定作用，底物比較接近它的過渡態(tài)，降低了反應(yīng)活化能，使反應(yīng)易于發(fā)生。

　　（3）廣義酸堿催化(acid-basecatalysis)：廣義酸提供H+促進過渡態(tài)絡(luò)合物的形成，降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)的進行。

　　（4）共價催化(covalentcatalysis)：酶活性中心親電/親核基團參與S敏感鍵斷裂，形成的中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，易斷裂而形成產(chǎn)物，酶復(fù)原。

　　（5）金屬離子催化：需要金屬離子的酶分為金屬酶（含緊密結(jié)合的金屬離子）和金屬激活酶（含松散結(jié)合的金屬離子），金屬離子可以參與底物反應(yīng)的定向、通過價態(tài)改變參與電子轉(zhuǎn)移、通過靜電穩(wěn)定或者屏蔽負電荷。

　　（6）多元催化和協(xié)同效應(yīng)：多元催化是指幾個基團反應(yīng)協(xié)同作用結(jié)果，活性中心是由多個基團共同構(gòu)成；

　　（7）活性部位微環(huán)境的影響：活性中心周圍為非極性環(huán)境，即低介電環(huán)境，酶催化基團和底物分子的敏感鍵之間有很大反應(yīng)力，有助于加速酶促反應(yīng)。

　　別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)模型：

　　別構(gòu)酶是一種活性受到結(jié)合在活性部位以外部位的其他分子調(diào)節(jié)的酶。

　　配體與寡聚蛋白中的一個原體結(jié)合，使該原體發(fā)生構(gòu)象改變，并通過四級結(jié)構(gòu)的相互聯(lián)系引起其余原體的構(gòu)象變化，從而影響后續(xù)配體的結(jié)合。先結(jié)合的配體使后續(xù)配體更易結(jié)合成為正協(xié)同，反之為負協(xié)同。先結(jié)合的配體影響同種配體與同種空閑部位結(jié)合，稱為同促效應(yīng)，影響異種配體與異種空閑部位結(jié)合稱為異促效應(yīng)。同促效應(yīng)既表現(xiàn)為正協(xié)同，又表現(xiàn)為負協(xié)同，而異促效應(yīng)只表現(xiàn)為正協(xié)同。

　　（1）齊變模型（concertedmodle）或?qū)ΨQ（symmetry）模型：

　　①別構(gòu)酶分子中的亞基以旋轉(zhuǎn)對稱方式排列；每個亞基對每種配體（底物或調(diào)節(jié)物）只有一個結(jié)合位點。整個酶分子以兩種構(gòu)象存在，分別是松弛型（R型）和緊密型(T型)，R型有利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合，T型不利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合

　　②同一酶分子中，不存在構(gòu)象雜合體（RT型），它的亞基要么都以R型存在，要么都以T型存在。

　　③兩種構(gòu)象狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，對每個亞基來說，都是同時、齊步發(fā)生的。

　　④當(dāng)?shù)孜锊淮嬖跁r，絕大多數(shù)酶分子均為T型，加入底物后，T型各亞基齊步向R型轉(zhuǎn)變，且對稱性保持不變。轉(zhuǎn)變?yōu)镽型后加大了對底物的親和性。

　　（2）序變模型（sequentialmodle）

　　①別構(gòu)酶的亞基只有兩種構(gòu)象狀態(tài)，R型和T型，其中R型為“開”的構(gòu)象，有利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合，T型為“關(guān)”的構(gòu)象，不利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合。

　　②當(dāng)?shù)孜锘蛘{(diào)節(jié)物不存在時，別構(gòu)酶只以一種構(gòu)象存在，即T構(gòu)象

　　③當(dāng)?shù)孜锱c一個亞基結(jié)合時，此亞基構(gòu)象發(fā)生變化，并使鄰近的亞基易于發(fā)生同樣的構(gòu)象變化，當(dāng)?shù)诙�個底物與第二個亞基結(jié)合后，又導(dǎo)致第三個亞基易于發(fā)生同樣的變化，如此順序傳遞下去，直到最后一個亞基發(fā)生類似的夠象變化。即同一酶分子中，各亞基從T向R轉(zhuǎn)變是逐個依次進行的。

　　④一個亞基與底物結(jié)合引起的構(gòu)象變化，會增強或減弱同一酶分子中其余亞基對底物的親和力，即可為正協(xié)同效應(yīng)也可為負協(xié)同效應(yīng)。

　　細胞內(nèi)酶活性調(diào)節(jié)方式：

　　（1）變構(gòu)調(diào)節(jié)：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象的改變，進而改變酶的活性狀態(tài)。

　　（2）共價修飾調(diào)節(jié)：通過其他酶對其多肽鏈上的某些基團進行了可逆的共價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。

　　（3）酶原激活：體內(nèi)合成的蛋白質(zhì)有時不具有生物活性，經(jīng)過蛋白質(zhì)水解專一作用后，構(gòu)象發(fā)生變化，形成酶的活性部位，變成活性蛋白，該活化過程是生物體的一種調(diào)節(jié)機制。

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