【正文】 vergent evolution)的例子。 影響酶催化效率的因素 底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng) ：鄰近效應(yīng)指酶與底物結(jié)合成中間復(fù)合物后，使底物與底物之間，酶的催化基團(tuán)與底物之間的有效濃度大大提高；定向效應(yīng)指底物的反應(yīng)基團(tuán)之間和酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。 底物形變和誘導(dǎo)契合 ：酶使底物分子中敏感鍵基團(tuán)的電子云密度增高或降低，產(chǎn)生電子張力，使底物分子形變而接近其過(guò)渡態(tài)，降低了反應(yīng)活化能； 酸堿催化：酶通過(guò)瞬時(shí)的向底物提供質(zhì)子或從底物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)底物而加速反應(yīng)的催化機(jī)制。在生理?xiàng)l件下， pH中性， OHH+很低，不能起到酸堿催化作用，此時(shí)主要依靠廣義的酸堿催化來(lái)作用，即酶蛋白分子中某些基團(tuán)既是質(zhì)子供體又是質(zhì)子受體，如氨基、羧基、巰基、酚羥基、咪唑基等。 共價(jià)催化：酶蛋白中的親核基團(tuán)容易攻擊底物的親電中心，形成酶 底物共價(jià)結(jié)合的中間物，從而降低反應(yīng)活化能，加速反應(yīng)。酶蛋白中最常見(jiàn)的 3種親核基團(tuán)是：絲氨酸羥基、半胱氨酸巰基、組氨酸咪唑基；底物中典型的親電中心：磷酰基、?；吞腔? 金屬離子催化：幾乎 1/3的酶催化活性需要金屬離子，金屬離子通過(guò) 3種主要途徑參與催化過(guò)程：結(jié)合底物為反應(yīng)定向；可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng)；靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。 多元協(xié)同催化： 酶活性部位受微環(huán)境影響：非極性、低介電環(huán)境利于酶促反應(yīng)。 酶活性的調(diào)控 酶活性的調(diào)控 激素 產(chǎn)物反饋抑制 抑制劑、激活劑 別構(gòu)調(diào)節(jié)：可逆、非共價(jià)：別構(gòu)酶 共價(jià)修飾 不可逆共價(jià)修飾：酶原激活 可逆共價(jià)修飾： 磷酸化與去磷酸化 甲基化與去甲基化 其它 同工酶 別構(gòu)調(diào)節(jié) —— 酶分子的非催化部位（別構(gòu)部位）與某些化合物可逆地、非共價(jià)結(jié)合后使酶的構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而改變酶活性（增加或降低），稱之為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶（變構(gòu)酶）。使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物或別構(gòu)劑，它包括正效應(yīng)物（別構(gòu)激活劑）和負(fù)效應(yīng)物（別構(gòu)抑制劑）。別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多多謝途徑的關(guān)鍵酶就是利用別構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)控制代謝途徑之間的平衡。別構(gòu)調(diào)節(jié)現(xiàn)象不僅存在于別構(gòu)酶，還存在于其它的別構(gòu)蛋白質(zhì)如血紅蛋白；此外，操縱子中的調(diào)節(jié)蛋白也是別構(gòu)蛋白質(zhì)。 關(guān)于別構(gòu)酶： ①別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)大多不符合 MichaelisMenten動(dòng)力學(xué)，即不符合米氏方程，其酶促反應(yīng)曲線為 S型（正協(xié)同）或雙曲； ②效應(yīng)物（別構(gòu)劑）與調(diào)節(jié)亞基（調(diào)節(jié)部位）結(jié)合后導(dǎo)致酶構(gòu)象的改變，引起酶催化部位的活性增加或降低； ③具活性中心和別構(gòu)中心，且二中心處在酶蛋白的不同亞基或同一亞基的不同部位，即調(diào)節(jié)部位不同于催化部位； ④許多別構(gòu)酶常處于代謝途徑的起始部位或受控部位，代謝途徑的終產(chǎn)物常作為別構(gòu)酶的負(fù)效應(yīng)物抑制這些酶； ⑤所有的別構(gòu)酶均為寡聚酶； ⑥存在同促效應(yīng)和異促效應(yīng)：底物分子本身對(duì)別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用稱同促效應(yīng)；非底物分子對(duì)別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用稱異促效應(yīng)； 實(shí)例：大腸桿菌的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 ⑴ 結(jié)構(gòu) ATcase相對(duì)分子質(zhì)量是 310， 0000，由 12條肽鏈組成， 每個(gè)催化亞基有 3個(gè)天冬氨酸底物結(jié)合部位 ，每個(gè)調(diào)節(jié)亞基有 2個(gè)別構(gòu)劑的結(jié)合部位 ⑵催化反應(yīng)： 這是嘧啶核苷酸合成系列反應(yīng)的第一個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)終產(chǎn)物 CTP是ATcase的別構(gòu)抑制劑，而 ATP 是它的別構(gòu)激活劑 ⑶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線 當(dāng)只有底物天冬氨酸和氨甲酰磷酸存在時(shí)， ATcase的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線為 S型曲線 ，如果其他條件不變，但反應(yīng)為一 就有 CTP存在， CTP 與ATcase 調(diào)節(jié)亞基結(jié)合使酶分子構(gòu)象變化，與底物親和力降低，使反應(yīng)速度下降， S型曲線右移。如果在反應(yīng)系統(tǒng)加入 ATP而不是 CTP，ATP 與 ATcase調(diào)節(jié)亞基結(jié)合后，使酶分子構(gòu)象變化，與底物親和力增強(qiáng)，反應(yīng)速度加快， S型曲線左移。 綜上所述，對(duì)于 ATcase來(lái)說(shuō)，底物， CTP, ATP是它的別構(gòu)效應(yīng)劑，可以通過(guò)別構(gòu)效應(yīng)影響酶的催化活性，從而有效地調(diào)節(jié)內(nèi)嘧啶核苷酸的生物合成 補(bǔ)充： 為了區(qū)分符合米氏方程的酶和正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶及負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶，用協(xié)同指數(shù)（ cooperativity index， CI）來(lái)鑒別不同的協(xié)同作用以及協(xié)同的程度。 CI是指酶分子中的結(jié)合位點(diǎn)被底物飽和 90%和飽和 10%時(shí)底物濃度的比值。故協(xié)同指數(shù)又稱飽和比值(Rs)。 CI=Rs=81 1/n ， n為協(xié)同系數(shù)（ Hill系數(shù)），存在下列不同的Rs值： 典型的米氏方程酶： Rs=81； 正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶： Rs＜ 81，且 Rs愈小，正協(xié)同效應(yīng)愈顯著； 負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶： Rs＞ 81,且 Rs愈大，負(fù)協(xié)同效應(yīng)愈顯著； 此外，也常用 Hill系數(shù)來(lái)判斷酶屬于哪一種類型：米氏方程酶 n=1；正協(xié)同別構(gòu)酶 n ＞ 1；負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶 n ＜ 1； 調(diào)節(jié)酶 —— 凡能通過(guò)構(gòu)象變化或亞基解聚或亞基修飾等方式來(lái)改變酶活性而對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用的酶稱為調(diào)節(jié)酶。 調(diào)節(jié)酶 別構(gòu)酶： 可逆地非共價(jià)結(jié)合，使構(gòu)象改變，調(diào)節(jié)亞基發(fā)生變構(gòu)或進(jìn)一步脫離催化亞基（解聚）。比如 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 ， 是 CTP生物合成多酶體系反應(yīng)序列中的第一個(gè)酶。 共價(jià)調(diào)節(jié)酶： 通過(guò)其它酶對(duì)其多肽鏈某些基團(tuán)進(jìn)行可逆共價(jià)修飾，使處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性；共價(jià)修飾主要是磷酸化、腺苷?；?、甲基化等。如在蛋白激酶作用下發(fā)生磷酸化，主要的蛋白激酶有蛋白激酶 A，磷酸化酶激酶，蛋白酪氨酸激酶等；共價(jià)調(diào)節(jié)酶是寡聚酶，且在每個(gè)亞基上都含有共價(jià)修飾的位點(diǎn)。 酶原激活 —— 是不可逆共價(jià)修飾，指酶前體（酶原）經(jīng)過(guò)蛋白水解酶作用后釋放出肽段，構(gòu)象發(fā)生變化，形成酶的活性部位，變成有活性的酶。 同工酶 —— 指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫功能等 方面不同的一組酶，稱為同工酶。關(guān)于同工酶的幾點(diǎn)說(shuō)明： ①同工酶的產(chǎn)生可能是基因分化的產(chǎn)物，而基因分化又可能是生物進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)不同的代謝方式而引起的，故為適應(yīng)不同的代謝方式，同工酶在不同組織或不同細(xì)胞中分布不同，底物特異性不同和動(dòng)力學(xué)特性不同，這決定了同工酶在體內(nèi)的功能是不同的，同工酶只做相同的工作，不一定有相同的功能； ②同工酶是由不同基因編碼的單體亞基通過(guò)不同的比例聚合成不同的多聚體，使得同工酶在催化同一反應(yīng)時(shí)以不同的多聚體形式存在； ③同工酶是研究代謝調(diào)節(jié)、分子遺傳、生物進(jìn)化、個(gè)體發(fā)育、細(xì)胞分化和細(xì)胞癌變的有力工具，在酶學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究中具有重要地位。 第五章 核酸 核酸 —— 是重要的生物大分子（還有蛋白質(zhì)、多糖和脂類復(fù)合物），是生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的重要對(duì)象和領(lǐng)域。它包括核糖核酸（ RNA）和脫氧核糖核酸 (DNA)。 NHNONH2NHN HOONNNNHN H 2N HNNNHOH 2 N腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 胞嘧啶 C 尿嘧啶 U NHN HOOC H 3胸腺嘧啶 T 核酸的種類、分布、功能 Ⅰ 種類 脫氧核糖核酸（ DNA）： 是主要的遺傳物質(zhì)。 核糖核酸（ RNA） tRNA (15%) mRNA (35%) rRNA (80%) 其它 RNA： 如反義 RNA等 所有生物細(xì)胞都含有 DNA和 RNA這兩類核酸，而病毒只含 DNA或 RNA。 真核生物染色體 DNA是線型雙鏈 DNA。原核生物的染色體 DNA、質(zhì)粒 DNA和真核生物的細(xì)胞器 DNA都是環(huán)狀雙鏈 DNA。 細(xì)胞 RNA通常都是線型單鏈，但病毒 RNA則有線型與環(huán)狀、雙鏈與單鏈之分。 Ⅱ 分布 DNA 原核生物 真核生物 擬核 質(zhì)粒 染色體（質(zhì)） 細(xì)胞器：如線粒體、葉綠體等 RNA： 核內(nèi) （ snRNA、 hnRNA）、 胞質(zhì) (scRNA)、 細(xì)胞器 質(zhì)粒 DNA為 cccDNA。 類病毒為環(huán)狀 ssRNA。 Ⅲ 功能 DNA： 是主要的遺傳物質(zhì)，遺傳信息以密碼形式編碼在核酸分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸序列。 RNA 參與蛋白質(zhì)合成 tRNA： 轉(zhuǎn)運(yùn)、識(shí)別 rRNA： 裝配、催化 mRNA：信使、模板 多種細(xì)胞功能 RNA的 5種功能 控制蛋白質(zhì)合成 作用于 RNA轉(zhuǎn)錄后加工與修飾 基因表達(dá)與細(xì)胞功能調(diào)節(jié)：如反義 RNA、 RNAi （ RNA干擾 ） 生物催化與細(xì)胞持家功能（細(xì)胞基本功能） 遺傳信息的加工與進(jìn)化 生物體通過(guò) DNA復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代。通過(guò)RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯使遺傳信息在子代中得以表達(dá) 。 基因： 是指具有遺傳效應(yīng)的 DNA片段或 RNA，它能編碼蛋白質(zhì)或功能 RNA。某些病毒的基因組是 RNA。 Ⅱ 核酸結(jié)構(gòu) 核酸分子的組成 －－核酸的四級(jí)結(jié)構(gòu) 基本內(nèi)容 核 酸 核酸分子組成 核苷酸 磷酸 核苷 戊糖 堿基 A G T C U 核糖 脫氧核糖 堿基結(jié)構(gòu)、稀有堿基、核苷三磷酸、環(huán)化核苷酸 磷酸基的位置 —— 在 RNA分子中，磷酸在 2’、 3’、 5’均可；在 DNA分子中，磷酸在 3’、 5’（ D2脫氧核糖 ）。 核酸分子的形成 —— 由多個(gè)核苷酸分子聚合而成，無(wú)分支結(jié)構(gòu)。核苷酸分子之間以 3’， 5’— 磷酸二酯鍵相連。磷酸二酯鍵的走向?yàn)?3’ 5’。 DNA與 RNA的四級(jí)結(jié)構(gòu) —— 與蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)比較。 DNA的四級(jí)結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)： 由多個(gè) 4種脫氧核苷酸分子通過(guò) 3’， 5’— 磷酸二酯鍵連接形成的直線型或環(huán)型多聚體。 二級(jí)結(jié)構(gòu)： 在堿基互補(bǔ)配對(duì)的基礎(chǔ)上形成的 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。 三級(jí)結(jié)構(gòu)： 在二級(jí)結(jié)構(gòu)上， DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)通過(guò)折疊和扭曲所形成的特定構(gòu)象。如超螺旋等。 四級(jí)結(jié)構(gòu)： 指 DNA與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物。如染色體（質(zhì)）。 重要概念 堿基互補(bǔ)配對(duì) —— 指堿基 A、 T配對(duì)，堿基 G、 C配對(duì)。它們之間分別通過(guò) 2個(gè)氫鍵和 3個(gè)氫鍵配對(duì)。即 A=T G =C 。 Chargaff規(guī)則 —— 在雙鏈 DNA分子中，堿基摩爾數(shù)存在下列關(guān)系：① A=T ② G=C ③ A+C=G+T ④ A+G=T+C DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) —— 1953年， Watson和 Crick在前人工作的基礎(chǔ)上提出 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 模型。該模型的特征如下： ①兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，且兩條鏈均為右手螺旋。堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行； ②嘌呤與嘧啶堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)； ③雙螺旋的平均直徑為 2nm， 兩個(gè)相鄰堿基對(duì)之間的距離為，即堿基堆積距離為 ；沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有 10個(gè)核苷酸，故每一轉(zhuǎn)的高度為 ，即螺距為 ；兩個(gè)核苷酸之間的夾角為 36176。 ； ④ 兩條核苷酸鏈依靠堿基之間形成的氫鍵而結(jié)合在一起，即 A與 T配對(duì)， C與 G配對(duì)； ⑤堿基在一條鏈上的排列順序不受限制，但一旦確定后，即可決定另一條互補(bǔ)鏈上的序列。 ⑥該模型中的 DNA結(jié)構(gòu)稱為 B型構(gòu)象，表示 DNA鈉鹽在較高濕度下制得的纖維的結(jié)構(gòu)，可能比較接近大部分 DNA在細(xì)胞中的構(gòu)象；DNA能以多種構(gòu)象存在，如 A、 C、 D、 E、 Z（比較特殊）。其中 A和 B型是 DNA的兩種基本構(gòu)象；這些構(gòu)象在一定條件下可以互變，但不涉及共價(jià)鍵的斷裂； 穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的因素 ① 堿基堆積力形成疏水環(huán)境 （ 主要因素 ） 。 ② 堿基配對(duì)的氫鍵 。 GC含量越多 ， 越穩(wěn)定 。 ③ 磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵 ， 中和了磷酸基上的負(fù)電荷間的斥力 ， 有助于 DNA穩(wěn)定 。 超螺旋 —— 當(dāng) DNA分子在溶液中以一定的構(gòu)象存在時(shí)，雙螺旋處于能量最低的狀態(tài)，此為松弛態(tài)；如果這種正常的 DNA分子額外地多轉(zhuǎn)幾圈或少轉(zhuǎn)幾圈，就會(huì)使雙螺旋中存在張力。當(dāng) DNA分子的兩端是固定的，或是環(huán)狀分子，則這種額外的張力就不能釋放掉， DNA分子就會(huì)發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋，即雙螺旋的螺旋。如 B型構(gòu)象的兩條鏈均為右手螺旋，則其負(fù)超螺旋為左手螺旋。 在生物體內(nèi)，絕大多數(shù)的 DNA是以超螺旋的形成存在的。 L=T+W 核酸的變性和復(fù)性 ：當(dāng)核酸的氫鍵在外界因素的影響下 ,發(fā)生斷裂 ,使兩條鏈分開(kāi) ,但不降解 .叫核酸的變性 .當(dāng) 經(jīng)加熱變性的 DNA在適當(dāng)條件下，二條互補(bǔ)鏈全部或部分恢復(fù)到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，它是變性的一種逆轉(zhuǎn)過(guò)程。熱變性 DNA一般經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，此過(guò)程稱之為退火(annealing)。 熔解溫度 （ Tm） ： DNA的雙螺