心智圖資源庫 生物大分子的結構與功能
1.組成蛋白質的胺基酸化學結構與分類。 2.氨基酸的理化性質。 3.肽鍵和肽。 4.蛋白質的一級結構及高級結構。 5.蛋白質結構與功能的關係。 6.蛋白質的理化性質。 7.分離、純化蛋白質的一般原理與方法。 8.核酸分子的組成,主要嘌呤、嘧啶鹼的化學結構,核苷酸。 9.核酸的一級結構。核酸的空間結構與功能,其他非編碼 RNA 的分類與功能。 10.核酸的理化性質及應用。 11.酶的基本概念,全酶,輔助因子,參與組成輔酶的維生素,酶的活性中心。 12.酶的作用機制,酶反應動力學,酶抑制的類型和特徵。 13.酶的調節
編輯於2024-04-08 14:47:42生物大分子的結構與功能
蛋白質
分類
天然存在
參與合成蛋白質
20種基礎氨基酸 (有密碼子,參與蛋白質合成)
除甘氨酸外,都為L-α-氨基酸
特點
性質
非極性/疏水性
異亮、亮、甲硫、苯丙、甘、脯、纈(一兩假餅乾腹瀉)
極性中性
蘇、絲、麩醯胺酸、半胱、天冬(蘇遼哭半天)
酸鹼性
多肽、蛋白質既有氨基又有羧基,因此都具有兩性
含氨基多→呈碱性 含羧基多→呈酸性
碱性氨基酸带正电:人体ph相对于氨基酸是酸性环境
酸性
谷、天冬(三伏天)
鹼性
賴、精、組(撿來精讀)
基團
芳香胺基酸/共軛雙鍵
芳香族胺基酸含量決定蛋白質吸收紫外光能力
在280nm波长有特征性吸收峰的氨基酸 色氨酸、酪氨酸
苯丙、色、酪(老本色)
含硫胺基酸
亞胺基酸
含羥基氨基酸
蘇胺酸、酪胺酸、絲胺酸(搶蘇老師)
支鏈胺基酸
纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸
(用支架)晾一晾鞋子
一碳單位氨基酸
絲胺酸、色胺酸、組胺酸、甘胺酸(施捨竹竿)
生糖兼生酮
異亮氨酸、苯丙胺酸、酪胺酸、色氨酸、蘇氨酸(一本老宿舍)
生酮氨基酸
亮氨酸、賴氨酸 (亮賴生酮)
必需胺基酸
甲硫胺酸、組胺酸、纈胺酸、離胺酸 異亮氨酸、苯丙胺酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸
甲組攜來一本亮色書
翻譯前修飾形式
硒代半胱氨酸
無密碼子,組成蛋白質
組成人體蛋白質,但非蛋白質生物合成原料,為翻譯後修飾形式
胱胺酸、羥賴胺酸、羥脯胺酸(光搶來福)
不參與合成蛋白質/蛋白質中不存在 (無密碼子)
鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸、 同型半胱胺酸(天然蛋白質中不存在)
鳥瓜同行,驚呆老虎
人工合成
賴氨酸、羥脯氨酸
構象
酯鍵(磷酸二酯鍵)為連接核苷酸骨架的化學鍵(穩定核苷酸構象)
分級
一級
定義
指蛋白質中從N端到C端胺基酸的排列順序
結構
勝肽鍵(醯胺基)、二硫鍵
二級
定義
指蛋白質中某一段勝肽鏈的局部空間結構
結構
氫鍵
α-螺旋、β-折疊、β-轉角和Ω環
α螺旋
α螺旋 ①螺旋走向順時針右手螺旋 ②胺基酸側鏈向伸螺旋外側,3.6個胺基酸殘基上升一圈(0.15nm),螺距360° ③α螺旋每個肽鍵N-H和第四個肽鍵的羰基氧形成氫鍵,氫鍵方向與螺旋長軸平行 DNA ①DNA雙螺旋結構直徑2.37nm螺距3.54nm ②脫氧核糖磷酸基團親水性,骨架位於雙螺旋結構外側,鹼基疏水,位於內側 ③每一對螺旋10.5個鹼基對每個鹼基對旋轉角度36°沒兩個相鄰鹼基對平面間垂直距離0.34nm ④雙螺旋結構的穩定鹼基堆積力氫鍵前者較重要
β摺疊
1.一種伸展的勝肽鏈結構 2.其肽鍵平面折疊成鋸齒狀,可由兩個肽段順向或逆向平行排列而成 3.當兩個勝肽段呈相反走向時,勝肽鏈間的勝肽鍵羰基氧和亞氨基氫形成氫鍵,以穩固β-摺疊結構
結構模體(超二級結構)
結構
鈣離子結合蛋白、纖維蛋白受體結合勝肽、鋅指結構、亮氨酸拉鍊
三級
定義
指整條勝肽鏈上全部胺基酸殘基的相對空間位置
結構
疏水鍵、鹽鍵、氫鍵和范德華力
結構域
四級
定義
指有兩條或兩條以上多肽鏈的蛋白質分子中各亞基的空間排佈及亞基接觸部位的佈局和相互作用
結構
氫鍵和鹽鍵(離子鍵)
所致疾病
瘋人阿亨
瘋牛症(α螺旋→β折疊) 人類紋狀體脊髓變性症 阿茲海默症 亨廷頓舞蹈症
變性
定義
指某些物理和化學因素作用下,其特定的空間構像被破壞, 理化性質及生物活性喪失
特點
溶解度降低,黏度增加,結晶能力消失,生物活性喪失,易被蛋白酶水解
蛋白質變性
空间构象破坏→疏水基团暴露
溶解度降低(易析出)
分子不对称性增加
粘度增加
易被酶破坏
规则析出的能力无→结晶能力消失
蛋白質的檢測
雙縮脲
肽鍵與硫酸銅共熱呈現紫色或紅色反應的現象
茚三酮
茚三酮水合物在弱酸性溶液中與胺基酸共加熱時所產生的藍紫色的化合物的現象
280nm紫外線吸收法
核酸260nm吸收
檢測含有共軛雙鍵的酪胺酸和色胺酸在280nm紫外光下的最大吸收值而間接測定蛋白質的含量
核酸
分類
DNA
組成
一級結構
多核苷酸排列順序
核糖 鹼基=核苷 核苷 磷酸=核苷酸
脫氧核糖 鹼基 磷酸
RNA核糖 鹼基 磷酸 A-U,C-G
A-T,C-G
Chargaff規則: ①不同生物個體的DNA,其鹼基組成不同 ②同一個體不同器官或不同組織的DNA具有相同的鹼基組成; ③對於一特定組織的DNA,其鹼基組成不隨其年齡、營養狀態及環境而改變; ④對於一特定的生物體而言,A=T,C=G,A C=50%
二級結構
雙螺旋結構
DNA結構的穩定縱向靠鹼基平面間的疏水性堆積力維持, 橫向靠兩條鏈鹼基間的氫鍵維繫
雙股脫氧核苷酸鏈呈反向平行 B-DNA是最經典的DNA右手雙螺旋結構,每週包含10.5對鹼基 A-DNA為右手雙螺旋結構,每週包含11對鹼基 Z-DNA螺旋旋向為左手螺旋,每一螺旋鹼基對數為12
鹼基與鹼基之間的連接方式是氫鍵,A-T兩対,C-G三對 核糖與鹼基之間的連接方式是糖苷鍵, 核苷與磷酸之間的連接方式是酯鍵(3',5'-磷酸二酯鍵)
磷酸、去氧核糖→外部 鹼基→內部
三級結構
染色質(基本組成單位-核小體)
核心顆粒
核心組蛋白
組蛋白八聚體
H2A,H2B2,H3和H4各兩個
H1
在盤繞在核心組蛋白上的 DNA雙股的進出口處, 發揮穩定核小體結構的作用
核心DNA
長度約146bp的 DNA雙股在核心組蛋白上盤繞1.75圈
連接區
連接段 DNA
連接相鄰核小體之間的一段DNA,20-60bp
非組蛋白結合
其他
染色質纖維、中空螺線管、超螺線管、染色單體等
作用
儲存並傳遞遺傳訊息
RNA
編碼RNA
信使RNA,mRNA
結構
5'-帽
反式7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷(m7GpppNmpNmp最多)
與之相連的是5’非翻譯區
開放讀框0RF
從成熟mRNA的5’-端起的第一個起始密碼子至 終止密碼子之間的核苷酸序列,其決定多肽鏈的胺基酸序列
3'-尾
多聚尾結構是在 mRNA 轉錄完成後加入的
80-250個腺苷酸連接而成的多聚腺苷酸AAA
與之相連的是3’非翻譯區
功能
含有遺傳密碼,直接指導多肽鏈合成
非編碼RNA
組成性
轉運RNA,tRNA
結構
二級結構 (三葉草結構)
具有四個莖和三個環結構
5'
DHU環 反密碼子環 TψC環
反密碼子決定類型
DHU環:辨識氨醯tRNA TψC環:辨識核蛋白體
3'
-CCA-OH結構
與胺基酸結合
三級結構
倒L型
功能
用於辨識遺傳密碼(轉錄DNA)和指導蛋白質的合成
核醣體RNA,rRNA
功能
與核醣體蛋白共同構成核醣體,為蛋白質的生物合成提供場所
調控性
非編碼長RNA(lncRNA)
200~100000個核苷酸
非編碼小RNA(sncRNA)
mRNA:種類最多 數量最少 半衰期最短 模板 tRNA:稀有鹼基最多 轉運 rRNA:數量最多 場所 hn:mRNA前體,不均,一核 sn:核內小,定位於細胞核,切hnRNA sno:核仁小,定位於核仁,切rRNA si:小幹擾,切外源性RNA sc:信號肽辨識胞質小 mi:抑制基因表現調控,,最小 ribozyme(核酶):RNA剪接,催化作用
核醣體 (核蛋白體)
rRNA 核醣體蛋白質
亞基
原核愛上我要留下(23 5 16)
真核我爸是惡霸打我一巴掌(5.8 28 5 18)
變性與復性
變性
定義
二級結構改變→氫鍵斷裂導致雙股變成單鏈
Tm值:50%雙股解開時的溫度
影响因素
氢键越多,即C-G越多,DNA越长,Tm值越高
溶液浓度越高,Tm值越高
特點
DNA的增色效應
變性後,吸光度增加 (DNA解鏈導致共軛雙鍵暴露)
最大紫外線吸收峰
260nm(由共轭双键决定)
280nm為蛋白質
複性
DNA變性未改變一級結構仍可復原, 蛋白質改變了一級結構,不可復原
定義
把變性條件緩慢地除去後,兩條解離的 DNA 互補鏈可重新互補配對形成 DNA 雙股,恢復原來的雙螺旋結構
酵素
分類
按結構
單體酵素
由一條肽鏈構成的酶
寡聚酶
由多個相同或不同的肽鏈(即亞基)以非共價鍵連接組成的酶
多酵素複合物/多酵素體系
在某一代謝途徑中,依序催化完成一組連續反應的幾種具有不同催化功能的酵素可彼此聚合形成一個結構和功能上的整體
多功能酶或串聯酶
有些酵素在一條肽鏈上同時具有多種不同的催化功能
按分子組成
單純酵素
水解後僅有胺基酸組成而無其他組分的酶
如脲酶、某些蛋白酶、澱粉酶、脂酶、核酸酶等
綴合/結合酶
由酵素蛋白和輔因子組成的酶
酶蛋白與輔因子結合在一起稱為全酶, 酶蛋白和輔因子單獨存在時均無催化活性,只有全酶才具有催化作用
輔因子
辅酶
多通过非共价键与酶蛋白相连,这种结合比较疏松,可以用透析或超滤的方法除去
酶促反应中,辅酶作为底物接受质子或基团后离开酶蛋白,参加另一酶促反应并将所携带的质子或基团转移出去,或者相反(运载体)
辅基
与酶蛋白形成共价键,结合较为紧密,不易通过透析或超滤将其除去
在酶促反应中,辅基不能离开酶蛋白
酶蛋白主要決定酶促反應的專一性及其催化機制; 輔因子主要決定酶促反應的類型
同功酶
定義
指催化相同的化學反應,但酵素蛋白的分子結構、理化性質 乃至免疫學性質不同的一組酶
在一級結構上存在差異,但其活性中心的三維結構相同或相似,故可以催化相同的化學反應
由不同基因或複等位基因編碼,催化相同反應,但呈現不同功能的一組酵素的多態性
由同--基因轉錄的mRNA前體經過不同的剪接過程,生成的多種不同mRNA 的翻譯產物
例子
乳酸脫氫酶
LDH1 心 LDH2 白血球 LDH3 脾 LDH4、5 肝、骨骼肌
肌酸激酶
CK1 腦 CK2 心肌 CK3 骨骼肌
功能(催化)
生效部位
酵素的活性中心/活性部位
酶分子中能與底物特異地結合並催化底物轉變為產物的 具有特定三維結構的區域
輔酶和輔基往往是酵素活性中心的組成成分
酵素的必需基團
定義
酶分子中有許多化學基團,但它們並非都與酶的活性有關,其中一些與酶的活性密切相關的基團
分類
起酵素的催化作用的是在活性中心內部的結合基團和催化基團
活性中心內
可分為結合基團和催化基團
前者的作用是辨識與結合底物和輔酶,形成酵素-底物過渡態複合物
後者的作用是影響底物中的某些化學鍵的穩定性,催化底物發生化學反應,進而轉變成產物
活性中心外
為維持酵素活性中心的空間構象和(或)作為調節劑的結合部位所必需
機制
降低反應的活化能
指在一定溫度下, 1mol 反應物從基態轉變成過渡態所需的自由能,即過渡態中間物比基態反應物高出的那部分能量
是决定化学反应速率的内因,是化学反应的能障
與底物結合形成中間產物
定義
酵素與底物結合的過程是釋能反應,釋放的結合能是降低反應活化能的主要能量來源
酵素活性部位的結合基團能否有效地與底物結合,並將底物轉化為過渡態,是酵素能否發揮其催化作用的關鍵
過程
1.酵素與底物結合的誘導契合反應
酶與底物相互接近時,兩者在結構上相互誘導、相互變形和相互適應,進而結合併形成酶-底物複合物
誘導契合作用使得具有相對特異性的酶能夠結合一組結構並不完全相同的底物分子,酶構象的變化有利於其與底物結合,並使底物轉變為不穩定的過渡態,易受酵素的催化攻擊而轉化為產物
2.酵素與底物的鄰近效應與定向排序
在兩個以上底物參加的反應中,底物之間必須以正確的方向相互碰撞,才有可能發生反應
酶在反應中將諸底物結合到酶的活性中心,使它們相互接近並形成有利於反應的正確定向關係
3.酶的表面效應
形成疏水性環境,使底物底物分子去溶劑化
排除周圍大量水分子對酵素和底物分子中功能基團的干擾性吸引和排斥,防止水化膜的形成,利於底物與酵素分子的密切接觸和結合
多元催化
普通酸鹼催化反應
酶活性中心上有些基團是質子供體,有些是質子受體,這些質子轉移,加速反應速率
共價催化
指催化劑與反應物形成共價結合的中間物,降低反應活化能,然後把被轉移基團傳遞給另外一個反應物的催化作用
透過其活性中心上的親核催化基團給底物中具有部分正電性的原子提供一對電子形成共價中間物(親核催化)
透過其酵素活性中心上的親電子催化基團與底物分子的親核原子形成共價中間物(親電子催化)
使底物上被轉移基團傳遞給其輔酶或另外一個底物
特點
高催化效率
特異性
絕對特異性
有的酵素只作用於特定結構的底物分子,進行專一的反應,生成特定結構的產物
相對特異性
有些酵素對底物的特異性不是依據整個底物分子結構,而是依據底物分子中特定的化學鍵或特定的基團,因而可以作用於含有相同化學鍵或化學基團的一類化合物
可調節性(與無機酵素的區別)
不穩定性
速率
公式
Km為米氏常數, Vmax為最大反應速率 [S]為底物濃度
當[S]較小時(<<Km),忽略 [S],V=(Vmax/Km)×[S],即呈正比關係
當[S]較大時(>>Km),忽略Km,V=Vmax,呈定量關係
特點
Km相當於Vmax一半時的底物濃度
可得Km=[S]
Km與酵素濃度無關,與酵素結構、受質結構、環境有關
Km可表示為酵素對受質的親和度,Km越大,親和力越低
影響因素
底物濃度、溫度、pH
抑制劑
不可逆性抑制劑
例子
有機磷農藥(敵百蟲、敵敵畏、樂果和馬拉硫磷等)特異地與膽鹼酯酶活性中心絲氨酸殘基的羥基結合,使膽鹼酯酶失活
重金屬離子與巰基酶分子中的巰基結合使酵素失去活性
可逆性抑制劑
競爭性抑制劑
特點
與底物競爭受體(活性中心底物結合基團)
Km增大,不影響Vmax
例子
丙二酸與琥珀酸脫氫酶,與琥珀酸競爭 磺胺類與二氫蝶酸合成酶,與對氨基苯甲酸競爭
非競爭性抑制劑
特點
與酵素結合,使底物-酵素複合體無法釋放底物
Km不變,Vmax降低
例子
亮氨酸與精氨酸酶 哇巴因與鈉泵 麥芽糖與α澱粉酶
反競爭性抑制劑
特點
與底物-酵素複合體結合
Km降低,Vmax降低
例子
苯丙胺酸與胎盤型鹼性磷酸酶
活化劑
使酵素由無活性轉化為有活性或增加酵素活性的物質
關鍵酵素
①常催化第一步反應或分支點上的反應,活性低,決定整個反應的速度 ②常催化單向反應或非平衡反應,其活性能決定整個代謝途徑的方向 ③酶活性除受底物控制外,也受多種代謝物或效應劑調節
酶的調節
快速調節
構型是一級結構,構像是空間結構 別構調節只改構像不改構型 酶原活化改變構型
磷酸化常見於含羥基物質,蘇、酪、絲胺酸
1.酵素的化學修飾:甲(甲基化),乙(乙醯化),腺(腺),硫(二硫鍵與巰基互變),磷(磷酸化) 2.組蛋白化學修飾:甲,乙,泛(泛素化),糖(糖基化),磷 3.胺基酸的化學修飾:甲,乙,羥(羥基化),糖,硒(硒化,翻譯前修飾好了),磷,硫(二硫鍵) 4.泛素化參與真核生物降解過程
慢速調節
泛素化屬於慢速調節
酵素含量的改變
酶蛋白合成的誘導與阻遏
酶蛋白的降解
分類
氧化還原酶類
乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等
轉移酶類
甲基轉移酶、氨基轉移酶、乙醯轉移酶、轉硫酶、激酶和多聚酶等
水解酶類
依其水解的底物不同可分為蛋白酶、核酸酶、脂肪酶和脲酶 根據蛋白酶對底物蛋白的作用部位,可進一步分為內肽酶和外肽酶,同樣,核酸酶也可分為外切核酸酶和內切核酸酶。
裂合酶類
催化從底物移除一個基團並形成雙鍵的反應或其逆反應的酶
脫水酵素、脫羧酶﹑醛縮酶、水化酶等。
連接酶類
DNA連接酶、氨基酰-tRNA 合成酶、谷氨酰胺合成酶等