高級生物化學知識點講解

高級生物化學篇一：高級生物化學

1、Meselson關於半保留複製的證明思想

1958年Meselson和Stahl利用氮標記技術在大腸桿菌中首次證實了DNA的半保留複製。他們將大腸桿菌放在含有15N標記的NH4Cl培養基中繁殖，使所有的大腸桿菌DNA被15N所標記，可以得到15N-DNA。由於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分佈在不同的區帶。然後將細菌轉移到含有14N標記的NH4Cl培養基中進行培養，在培養不同代數時，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。在重培養基中培養出的（15N）DNA顯示為一條重密度帶。轉入輕培養基中繁殖兩代。第一代所有DNA的密度介於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。第二代後，14N分子和14N-15N雜合分子等量出現。若在繼續培養，可以看到14N－DNA分子增多。當把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複製時原來的DNA分子可被分成兩個亞單位，分別構成子代分子的一半，這些亞單位經過許多代複製仍然保持着完整性。

由此可以證明大腸桿菌的複製遵循預想中的半保留複製方式。

2、尼倫伯格對於遺傳密碼的破譯思想

1961-1962年，尼倫伯格和馬太採用了蛋白質的體外合成技術，破譯了第一個遺傳密碼：

（1）實驗思路：利用蛋白質的體外合成技術，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關係。

（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多肽鏈）

（3）實驗結論：尿嘧啶的鹼基序列可編碼由苯丙氨酸組成的多肽鏈，結合克里克提出的三個鹼基編碼一個氨基酸的實驗結論，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′端帽子結構和3′端聚腺苷酸尾巴，中間是蛋白質的編碼區，一般編碼幾種蛋白質。

真核生物mRNA（細胞質中的）一般由5′端帽子結構、5′端不翻譯區、翻譯區（編碼區）、3′端不翻譯區和3′端聚腺苷酸尾巴構成分子中除m7G構成帽子外，常含有其他修飾核苷酸，如m6A等。真核生物mRNA通常都有相應的前體。從DNA轉錄產生的原始轉錄產物可稱作原始前體（或mRNA前體）。一般認為原始前體要經過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功能的基因常組成操縱子，作為一個轉錄單位，轉錄產生多順反子mRNA。在多順反子mRNA中有多個基因的編碼區，各編碼區為一開放閲讀框架，可以翻譯出多種蛋白質。各編碼區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，與蛋白質合成起始密切相關。

原核生物基因並不組成操縱子，通常轉錄產生單順反子mRNA。真核生物mRNA5’端有甲基化的“帽”結構與蛋白質合成起始有關，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’非翻譯區存在調控序列，可以結合各種調節因子調控蛋白質的翻譯過程。5’端起始密碼子AUG附近存在不同的具有調節作用的莖環結構，3’非翻譯區含有調節因子結合位點和mRNA的定位信號序列。

4、點突變、移碼突變對基因表達產物有什麼影響

點突變對基因表達產物的影響取決於它的位置和具體的變換方式。如果發生在垃圾DNA上，可能不會產生任何後果；如果發生在一個基因的啟動子或者其他調節控制基因表達的區域，則可能會改變基因表達的效率；如果發生在一個基因的內部，情況就比較複雜，一方面取決於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，則取決於究竟發生在它的非編碼區，還是編碼區。如果突變發生在蛋白基因的非編碼區，則可影響到該蛋白基因的轉錄、轉錄後加工和翻譯等；如果發生在蛋白基因的編碼區。則會有三種不同的後果：①突變的密碼子決定同樣的氨基酸，這樣的突變對蛋白質的結構和功能不會產生任何的影響，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的功能不產生任何的影響或影響微乎其微，也可能產生災難性的後果而帶來分子病。由於突變導致出現了錯誤的氨基酸，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，這種突變被稱為中性突變。③突變的密碼子變為終止密碼子或者相反，前者因為終止密碼子的提前出現可導致一條多肽鏈被截短，被稱為無義突變，後者則會加長一條多肽鏈，被稱為加長突變。

移碼突變會導致閲讀框架發生改變，致使插入點或缺失點下游的氨基酸序列發生根本性的改變，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功能有何影響，取決於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轉錄後有哪些加工方式

原核生物mRNA一般不需要加工，一經轉錄即可直接進行翻譯。但有少數多順反子mRNA需要通過核酸內切酶切成較小的單位，然後再翻譯。

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

其加工過程包括：

①5’端加帽子：在轉錄的早期或轉錄終止前已經形成。首先從5’端脱去一個磷酸，再與GTP生成5’，5’三磷酸相連的鍵，最後以S-腺苷甲硫氨酸進行甲基化，形成帽子結構。帽子結構有多種，起識別和穩定作用。

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

6、核酶的應用前景

核酶一詞用於描述具有催化活性的RNA,即化學本質是核糖核酸(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衞星RNA及類病毒RNA的自我剪接研究中發現的，數量較少，常見於rRNA的內含子。

核酶的具體應用

（1）抗病治療

隨着對核酶的深入研究，已經認識到核酶在遺傳病，腫瘤和病毒性疾病上的潛力。比如，對於艾滋病毒HIV的轉錄信息來源於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

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，這種技術即為反義核酸技術。它包括反義RNA、反義DNA和核酶三大技術。反義核酶作為一種基因下向調節作用因子，在抑制一些有害基因的表達和失控基因的過度表達上發揮着重要作用。隨着反義核酶技術的發展和成熟，已逐漸應用於抗某些人體寄生蟲病的研究。

（3）核酶在醫學上的應用

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。人工設計核酶多為錘頭狀結構，少部分是採用髮夾狀核酶。

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Wong-Staal等利用髮夾核酶抑制HIV-Ⅰ基因表達，並在Ⅰ期臨牀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、特異地導入靶細胞

④使核酶在細胞內有調控地高效表達

⑤增強核酶在細胞內的穩定性

⑥對宿主的損傷問題有待進一步考察

7、乳糖操縱子模型

操縱子的結構：調節基因、啟動子、操縱基因、結構基因。乳糖操縱子模型中一次排列着啟動子、操縱基因和阻遏子三個結構基因，它們分別編碼β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透過酶和β-半乳糖苷轉移酶，三個基因受同一個基因控制。當沒有乳糖存在時，lac操縱子處於阻遏狀態。阻遏蛋白阻礙RNA聚合酶與啟動子P的結合，阻止啟動基因上的RNA聚合酶進行轉錄，這是一種負調節作用。當有乳糖存在時，乳糖與阻遏蛋白的邊溝位點結合，使之發生變構而失去活性，因而不能與操縱基因結合，於是RNA聚合酶能夠轉錄，產生上述三種酶，使大腸桿菌能利用乳糖。當培養基中有葡萄糖存在時，葡萄糖的降解產物能降低細胞內cAMP的含量，影響CAP與啟動子結合，也影響RNA聚合酶與啟動基因結合，因此，β-半乳糖苷酶等三種酶也不能產生。這是一種正調控作用。

8、絲氨酸蛋白酶電荷轉移網絡是如何工作的

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

系統，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，並通過氫鍵網絡成一個所謂催化三聯體；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，但催化三聯體的Ser處於非常的環境中，它緊挨着His；Ser羥基的質子可被轉移到His的環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，這種轉移也是不可能的，但它被鄰環的Asp102所促進，Asp102通過它的羧基負電荷穩定了His環的質子化。可見催化三聯體在功能上起轉移電荷的作用，因此它也稱為電荷轉移系統或電荷中繼網。9、酶活性中心是如何讓形成的，通常哪些基因出現在此上

酶分子中能夠直接與底物分子結合，並催化底物化學反應的部位，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：第一個是結合部位，酶的底物靠此部位結合到酶分子上；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生一定的化學變化。組成功能部位的是酶分子中在三維結構上比較靠近的少數幾個氨基酸殘基或是這些殘基上的某些基團，它們在一級結構上可能相距甚遠，甚至位於不同肽鏈上，而是通過肽鏈的盤繞、摺疊在空間構象上相互靠近；對於需要輔酶的酶來説，輔酶分子或輔酶分子的某一部分結構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、穀氨酸天冬氨酸的側鏈羧基和絲氨酸的羥基。

10.別構酶的作用模型

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

MWC模型要點：

1.別構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合位點

3.每個亞基都有兩種不同的構型，既，鬆弛態R態（Relaxstate）和緊張態T態（Tensedstate）。R態結構鬆弛，對底物的親和力較大，T態結構緊密，對底物的親和力較小。

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

5.酶分子構型的改變不影響分子的對稱性。

6.T態和S態兩種構型處於動態平衡狀態，當有底物或變構激活劑存在時，平衡向R態移動，當沒有底物或變構激活劑存在時，平衡向T態移動。

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

1.別構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型，既鬆弛態R態（Relaxstate）和緊張態T態（Tensedstate）。R態結構鬆弛，對底物的親和力較大，T態結構緊密，對底物的親和力較小。

3.兩種構型（T和R）可以同時存在於一個酶分子中，形成T態與R態的混合構型酶分子。

4.當有底物或變構激活劑同一個亞基結合後，由於構象的變化，影響到與之相臨近的亞基，並促使其也發生構型的變化，使其與底物或效應物的親和力發生改變。

5.酶分子中各個亞基的構型的改變是逐一進行，直至全部亞基都完成這種變化。

高級生物化學篇二：20xx版高級生物化學

第一章蛋白質結構與功能關係

蛋白質的二級結構（secondarystructure）指多肽鏈主鏈本身摺疊或盤曲所形成的局部空間構象，包括依靠氫鍵維繫的有規則構象和多肽鏈主鏈中的無規捲曲以及非氫鍵維繫的規則結構，不涉及側鏈結構和整個肽鏈的空間排布。

1、螺旋：多肽鏈主鏈Cα-C-N的重複排列，使它容易形成有規律的捲曲構型，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與後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構）、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並列聚集，靠主肽鏈N上的H與相鄰鏈羰基C上的O原子間規律的氫鍵，形成β-摺疊片，β-摺疊片有的是平行的，有的是反平行的。

3、環肽鏈（loop）

（1）回折：肽鏈要摺疊成堅實的球形，必須以多種方式多次改變其方向，如同一肽鏈形成的β-摺疊股之間的連接肽。3~4個氨基酸殘基通過特殊的氫鍵系統使肽鏈走向改變180°成為回折或轉角，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，常出現在反平行β-摺疊股之間。

（2）β髮夾與β凸起：

β髮夾：通過一段短的環鏈將兩條相鄰的β鏈連接在一起的結構，稱為β髮夾或髮夾（hairpins）結構，猶如一彎折的髮卡，故名。

4、Ω環：多肽鏈中由6~16個氨基酸殘基組成的環狀片段，兩端距離小於0.1nm，狀似Ω字形，因此得名。Ω環形成一個內部空腔，被環上殘基的側鏈基團包裹，成為緻密的球狀構象。以親水殘基為主，幾乎總是位於蛋白質分子表面，與生物活性有關。

5、連接條帶：伸展的肽鏈條帶連接在結構元件之間，它們的長度、走向頗不規則，在蛋白質肽鏈的捲曲、摺疊過程中具有明確的結構作用。

6、無規則捲曲：蛋白質分子中存在空間結構不確定的區域，這種無序結構因其不斷運動，或是具有不同的構象，因而得不到X-射線衍射圖像

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

結構域（structuraldomain）二級結構和結構模體以特定的方式組織連接，在蛋白質分子中形成兩個或多個在空間上可以明顯區分的三級摺疊實體，是三級結構的基本單位，結構域是相對穩定的球狀亞結構，其間由單肽鏈相互連接，是獨立的結構單位、獨立的功能單位和獨立的摺疊單位。

鋅指結構(ZineFinger,ZF)一種DNA結合蛋白中的結構基元，由一個含有大約30個氨基酸的環和一個與環上的4個Cys或2個Cys和2個His配位的Zn2+構成，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，識別特定別特定的鹼基序列，每個鋅指大約識別5個鹼基對。

亮氨酸拉鍊（LeucineZipper,LZ）LZ結構的C端為螺旋區，靠近N端一側的一段螺旋富含鹼性氨基酸殘基，其後的一段螺旋每隔6個殘基就有一個Leu，每個這樣的螺旋不少於4個Leu，且都處於螺旋的同一側，這樣，當含有LZ的蛋白形成同源或異源二聚體時，LZ結構中的Leu殘基藉助疏水作用彼此靠攏，形同拉鍊。EF手（EF-hand）由兩個α螺旋（E和F）與連接它們的環組成，E螺旋含9個殘基，用右手食指表示；與Ca2+結合的環含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。

蛋白質組學：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，獲得整個體系內所有蛋白質組分

的生物學和理化參數，從而揭示生命活動規律的科學。

分子伴侶（molecularchaperone）結合並穩定靶蛋白的不同的不穩定構象，通過控制與靶蛋白的結合與釋放，推動其在活體內正確摺疊、組裝、運輸到位，或控制其在活化與鈍化構象之間轉換，但並不構成靶蛋白組成部分的蛋白質。

熱激蛋白（heatshockprotein，Hsp）廣泛存在於原核細胞和真核細胞中的一類在生物體受到高温等逆境刺激後大量表達的保守性蛋白質家族，是多基因族編碼產物，有組成型和脅迫誘導的，具有分子伴侶功能，參與蛋白質新生肽鏈的摺疊和組裝。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位能力，防止變性蛋白質進一步變性和聚集。Hsp70在線粒體前體蛋白的跨膜運輸中發揮重要作用，Hsp70與其結合可保持其鬆弛狀態，以便能通過線粒體膜上的轉位酶通道。在細胞受到熱脅迫時，Hsp70可與局部變性的蛋白結合，防止其聚集，消除後，則解離，並幫助其復性。

2、監護蛋白是幫助蛋白質摺疊的分子伴侶

3、LMWHsp形成的熱激顆粒為變性蛋白提供一個結合表面

4、Hsp90是具有調節功能的分子伴侶：Hsp90是高度保守的熱激蛋白家族，通過參與許多激酶、受體、轉錄因子的摺疊、組裝、解聚或構象改變調節其活性。

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衝擊條件下形成的聚集體解聚。

蛋白質結構和功能的關係

蛋白質一級結構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。蛋白質的一級結構是最基本的結構，它決定了蛋白質的二級結構和三級結構，其三維結構所需的全部信息都貯存於氨基酸的順序之中。二級結構是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由於氫鍵相互作用而形成的空間結構。三級結構是指多肽鏈在二級結構的基礎上進一步摺疊、盤曲而形成的特定球狀分子結構。四級結構是由兩條或者兩條以上具有三級結構的多肽鏈聚合而成的具有特定三維結構的蛋白質構想。不同的蛋白質，由於結構不同而具有不同的生物學功能。蛋白質的生物學功能是蛋白質分子的天然構象所具有的性質，功能與結構密切相關。

（1）一級結構與功能的關係

蛋白質的一級結構與蛋白質功能有相適應性和統一性。蛋白質中的.氨基酸序列與生物功能密切相關，一級結構的變化往往導致蛋白質生物功能的變化。如鐮刀型細胞貧血症，其病因是血紅蛋白基因中的一個核苷酸的突變導致該蛋白分子中β-鏈第6位穀氨酸被纈氨酸取代。這個一級結構上的細微差別使患者的血紅蛋白分子容易發生凝聚，導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生了變化。

（2）蛋白質空間結構與功能的關係

蛋白質的空間結構與功能之間有密切相關性，其特定的空間結構是行使生物功能的基礎。從以下三方面均可説明這種相關性：

①核糖核酸酶的變性與復性及其功能的喪失與恢復

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，則分子內的四對二硫鍵斷裂，分子變成一條鬆散的肽鏈，此時酶活性完全喪失。但用透析法除去β-巰基乙醇和脲後，此酶經氧化又自發地摺疊成原有的天然構象，同時酶活性又恢復。

②血紅蛋白的變構現象

血紅蛋白是一個四聚體蛋白質，具有氧合功能，可在血液中運輸氧。研究發現，脱氧血紅蛋白與氧的親和力很

低，不易與氧結合。一旦血紅蛋白分子中的一個亞(來自::高級生物化學)基與O2結合，就會引起該亞基構象發生改變，並引起其它三個亞基的構象相繼發生變化，使它們易於和氧結合，説明變化後的構象最適合與氧結合

③肌紅蛋白與氧結合

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，只有亞鐵態的蛋白質才能結合氧。結合氧的同時改變肌紅蛋白的結構。這種結構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，改變了四聚體的亞基間的作用，是之具有別構作用。

總之，各種蛋白質都有特定的空間構象，而特定的空間構象又與它們特定的生物學功能相適應，蛋白質的結構與功能是高度統一的。

肌紅蛋白的結構與功能（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捲曲，在側鏈基團相互作用下盤曲形成扁園的球體。絕大多數親水殘基分佈在分子表面，使肌紅蛋白可溶於水；疏水殘基則埋藏於分子內部，血紅素結合於E與F螺旋之間的裂隙內。脱氧肌紅蛋白中α-螺旋含量約60%，三維結構比較鬆散，穩定性下降。與血紅素結合後，構象發生變化，α-螺旋含量恢復至75%，分子結構比較緊湊，穩定性也明顯提高。這説明血紅素輔基對肽鏈摺疊也有影響。血紅蛋白的結構與功能（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在體內的主要功能為運輸氧氣，而Hb的別位效應，極有利於它在肺部與O2結合及在周圍組織釋放O2.

Hb是通過其輔基血紅素的Fe++與氧發生可逆結合的，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的N結合，一個與珠蛋白亞基F螺旋區的第8位組氨酸（F8）殘基的咪唑基的N相連接，空着的一個配位鍵可與O2可逆地結合，結合物稱氧合血紅蛋白。

在血紅素中，四個吡咯環形成一個平面，在未與氧結合時Fe++的位置高於平面0.7，一旦O2進入某一個α亞基的疏水“口袋”時，與Fe++的結合會使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向該平面內移動約0.75，鐵的位置的這一微小移動，牽動F8組氨酸殘基連同F螺旋段的位移，再波及附近肽段構象，造成兩個α亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結合變鬆，並促進第二亞基的變構並氧合，後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百倍。此種一個亞基的別構作用，促進另一亞基變構的現象，稱為亞基間的協同效應（cooperativity），所以在不同氧分壓下，Hb氧飽和曲線呈“S”型。

第二章酶的結構與功能

酶活性中心：是指酶分子中直接與底物結合，並和酶催化作用直接有關的基團所構成的微區。

共價催化：某些酶可以和底物形成一個反應活性很高的不穩定的共價中間產物，這個中間產物極易變成過渡態，因此反應的活化能大大降低。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，從而產生不穩定的共價中間物。

Km值：Km值等於酶促反應速度為最大反應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-底物複合物可逆性結合，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：抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙ES複合物的形成，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合沒有競爭性。底物和酶結合後還可與抑制劑結合，同樣抑制劑與酶結合後還可能與底物結合；即酶可以同時和抑制劑及底物結合，形成酶-底物-抑制劑三元複合物；但後者不能轉變為產物。

反競爭性抑制作用：抑制劑不與酶結合，只與ES複合物結合。當反應體系中存在反競爭性抑制劑時，不僅不排斥E和S的結合，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。

別構調節：指酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結合後，引起酶的構象的改變，進而改變酶的活性狀態，酶的這種調節作用稱為別構調節。

共價修飾調節：指一類可在其它酶的作用下其結構通過共價修飾，使該酶活性發生改變，這種調節稱為共價修飾調節。

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，在其可變區賦予了酶的屬性。它是利用現代生物學與化學的理論與技術交叉研究的成果，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結合的產物。

乒乓反應：是雙底物雙產物酶促反應中的一種，在該反應中，酶結合一個底物並釋放一個產物，留下一個取代酶，然後該取代酶再結合第二個底物和釋放出第二個產物，最後酶恢復到它的起始狀態。

如谷-丙轉氨酶

酶的催化機制

誘導契合機制：酶與底物靠近→

定向→酶與底物相互誘導變形→契合成中間產物→產物脱離

（1）底物的鄰近效應與定向效應

底物的鄰近效應(proximity)是指酶與底物通過專一的相互識別，形成中間絡合物，把底物分子間的反應轉變為絡合物分子內的反應。定向效應(orientation)則是指在酶底物中間絡合物內，底物的反應基團與酶的催化基團的正確取向。通過鄰近效應和定向效應，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生反應的機率。

（2）底物的變形(distortion)和誘導契合(inducedfit)

酶在底物的誘導下構象改變，轉變為高活力構象，同時，底物分子在酶的誘導下發生各類扭曲和去穩定作用，底物比較接近它的過渡態，降低了反應活化能，使反應易於發生。

（3）廣義酸鹼催化(acid-basecatalysis)：廣義酸提供H+促進過渡態絡合物的形成，降低反應活化能，從而加速反應的進行。

（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，形成的中間產物不穩定，易斷裂而形成產物，酶復原。

（5）金屬離子催化：需要金屬離子的酶分為金屬酶（含緊密結合的金屬離子）和金屬激活酶（含鬆散結合的金屬離子），金屬離子可以參與底物反應的定向、通過價態改變參與電子轉移、通過靜電穩定或者屏蔽負電荷。

（6）多元催化和協同效應：多元催化是指幾個基團反應協同作用結果，活性中心是由多個基團共同構成；

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

別構酶活性調節模型：

別構酶是一種活性受到結合在活性部位以外部位的其他分子調節的酶。

配體與寡聚蛋白中的一個原體結合，使該原體發生構象改變，並通過四級結構的相互聯繫引起其餘原體的構象變化，從而影響後續配體的結合。先結合的配體使後續配體更易結合成為正協同，反之為負協同。先結合的配體影響同種配體與同種空閒部位結合，稱為同促效應，影響異種配體與異種空閒部位結合稱為異促效應。同促效應既表現為正協同，又表現為負協同，而異促效應只表現為正協同。

（1）齊變模型（concertedmodle）或對稱（symmetry）模型：

①別構酶分子中的亞基以旋轉對稱方式排列；每個亞基對每種配體（底物或調節物）只有一個結合位點。整個酶分子以兩種構象存在，分別是鬆弛型（R型）和緊密型(T型)，R型有利於與底物或調節物結合，T型不利於與底物或調節物結合

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

③兩種構象狀態間的轉變，對每個亞基來説，都是同時、齊步發生的。

④當底物不存在時，絕大多數酶分子均為T型，加入底物後，T型各亞基齊步向R型轉變，且對稱性保持不變。轉變為R型後加大了對底物的親和性。

（2）序變模型（sequentialmodle）

①別構酶的亞基只有兩種構象狀態，R型和T型，其中R型為“開”的構象，有利於與底物或調節物結合，T型為“關”的構象，不利於與底物或調節物結合。

②當底物或調節物不存在時，別構酶只以一種構象存在，即T構象

③當底物與一個亞基結合時，此亞基構象發生變化，並使鄰近的亞基易於發生同樣的構象變化，當第二個底物與第二個亞基結合後，又導致第三個亞基易於發生同樣的變化，如此順序傳遞下去，直到最後一個亞基發生類似的夠象變化。即同一酶分子中，各亞基從T向R轉變是逐個依次進行的。

④一個亞基與底物結合引起的構象變化，會增強或減弱同一酶分子中其餘亞基對底物的親和力，即可為正協同效應也可為負協同效應。

細胞內酶活性調節方式：

（1）變構調節：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結合後，發生構象的改變，進而改變酶的活性狀態。

（2）共價修飾調節：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，使其處於活性與非活性的互變狀態，從而調節酶活性。

（3）酶原激活：體內合成的蛋白質有時不具有生物活性，經過蛋白質水解專一作用後，構象發生變化，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節機制。