生物化学：教案.doc

生 物 化 学

教材：生物化学（第五版）周爱儒 主编 人民卫生出版社
课时：46学时
教学参考资料：
生物化学应试指南 周爱儒 主编 北京医科大学出版社
辅助资料：生物化学与分子生物学习题集 于雪艳 张莲英 主编

第一章 蛋白质的结构与功能(6学时)

本章重点：
组成蛋白质的基本单位是氨基酸。蛋白质的结构分为一级结构和高级结构。高级结构又分为二级，三级，四级结构。蛋白质结构与功能密切相关。蛋白质的理化性质包括蛋白质的两性电离，蛋白质的胶体性质，蛋白质的变性，蛋白质的紫外吸收，蛋白质的呈色反应。蛋白质分离纯化的方法有丙酮沉淀及盐析，电泳，透析，层析，分子筛，超速离心。
本章难点：
蛋白质的二级，三级，四级结构。蛋白质的两性电离，蛋白质的变性。蛋白质分离纯化的方法及原理。
一． 蛋白质的分子组成
基本要点：
（一）．氨基酸是组成蛋白质的基本单位。人体内组成蛋白质的氨基酸均为Ｌ－α氨基酸，共有20种。20种天然氨基酸按侧链的理化性质分为4类: 1．非极性疏水性氨基酸,包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸七种。 2．极性中性氨基酸,包括色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸等共8种氨基酸。 3．酸性氨基酸,包括天冬氨酸和谷氨酸。 4．碱性氨基酸,包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸。氨基酸属于两性电解质，因而具有两性解离的特点。在某一pH溶液中，氨基酸解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。色氨酸和酪氨酸在280nm 波长处有最大光吸收，而绝大多数蛋白质都含有色氨酸和酪氨酸，因此紫外吸收法是分析溶液中蛋白质含量的简便方法。
（二）．两分子氨基酸脱去一分子水后形成的酰胺键称为肽键 。多肽链中肽键与α－碳原子形成一条主链骨架,氨基酸的侧链在此骨架上向外伸出,按规定,多肽链中氨基末端写在左侧,羧基末端写在肽链的右侧,如果把氨基酸序列标上数码,应以氨基末端的氨基酸为1号,从左向右顺序排列。氨基酸通过肽键相连而成肽链，少于10个氨基酸的肽链称为寡肽，大于10个氨基酸的肽链称为多肽。体内有许多生物活性肽。例如谷胱甘肽，谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成的三肽,第一个肽键不是α－肽键而由谷氨酸γ－羧基与半胱氨酸的氨基组成,GSH的SH代表半胱氨酸残基上的疏基,是该化合物的主要功能基团。 功能： 1．解毒功能：SH基团的嗜核性，能与外源的嗜电子毒物如致癌剂和药物等结合，从而避免这些毒物和DNA、RNA及蛋白质结合，以保护机体免遭毒物损害。2．GSH是细胞内重要还原剂，它保护蛋白质分子中的SH基团免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。3．GSH上的氢，在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，能还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O，同时GSH成为氧化型即GSSG，后者又在谷胱甘肽还原酶催化下，再生成GSH。因此，GSH是细胞内十分重要的还原剂。
基本概念：
1. 氨基酸的等电点：在某一pH溶液中，氨基酸解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
2. 肽键:一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱去1分子水，所形成的酰胺键称为肽键。肽键的键长为0.132nm,具有一定程度的双键性质。参与肽键的6 个原子位于同一平面。
基本要求：掌握氨基酸的三字缩写符号，氨基酸的理化性质，肽键的概念。熟悉氨基酸的分类，谷胱甘肽的作用。了解氨基酸的结构，蛋白质的分类。
二．蛋白质的分子结构
基本要点：
（一）蛋白质的一级结构：多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，蛋白质一级结构中的主要化学键是肽键，有些蛋白质还包含二硫键。蛋白质一级结构是高级结构的基础，但不是唯一决定因素。
（二）蛋白质的二级结构：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质二级结构包括α—螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。维持蛋白质二级结构的化学键是氢键。
1．α-螺旋：（1）多肽链的主链围绕中心轴呈有规律的螺旋式上升，螺旋的走向为顺时钟方向，即右手螺旋；（2）氨基酸侧链伸向螺旋外侧；（3）每个肽键的亚氨基氢和第四个肽键的羰基氧形成氢键，依此类推，肽链中的全部肽键都形成氢键，以稳固α-螺旋结构；（4）每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm，所以每个氨基酸残基上升的高度为0.15nm。
2．β-折叠：（1）多肽链充分伸展，每个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿结构；（2）氨基酸侧链交替地位于锯齿状结构的上、下方；（3）两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，从而稳固β-折叠结构；（4）肽链有顺式平行和反式平行两种。
3．β-转角：（1）常发生于肽链180°回折时的转角上；（2）通常有4个氨基酸残基组成，其第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢可形成氢键。
4．无规卷曲：没有确定规律性的那部分肽链结构。
（三）蛋白质的三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键——疏水作用，离子键、氢键和Van der waals等。一些蛋白质的三级结构可形成数个结构域，各结构域都有特殊的功能。例如纤连蛋白每条多肽链含有6个结构域，分别与细胞，胶原，DNA，肝素等结合。
（四）蛋白质的四级结构：有些蛋白质分子含有二条或多条肽链，才能完整地表达功能，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间分布，并以非共价链相连接，蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。维系四级结构的作用力主要是疏水作用，氢键和离子键也参与维持四级结构。并非所有蛋白质都有四级结构。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能。
（五）蛋白质空间构象的正确形成，除一级结构为决定因素外，还需分子伴侣的参与。分子伴侣是一类帮助新生多肽链正确折叠的蛋白质，其作用：1．蛋白质在合成时，分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。2．分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。3．分子伴侣对蛋白质分子中二硫键的正确形成，起到重要作用。
基本概念：
1．肽单元（peptide unit）：参与肽键的6个原子—Cα1，C，O，N，H，Cα2位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所处的位置为反式（trans）构型，此同一平面上的6个原子构成肽单元。
2．模序（motif）：在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间结构。一个模序总有其特征性的氨基酸序列，并发挥特殊的功能，如锌指结构，α-螺旋-环-α-螺旋。
3．结构域（domain）：分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，具有独立的生物学功能，称为结构域。如纤连蛋白含有6个结构域。
4．蛋白质的三级结构（tertiary structure of protein）：在蛋白质二级结构的基础上，侧链基团相互作用，使多肽链进一步折叠卷曲，形成的整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。
5．蛋白质的四级结构（quaternary structrue of protein）：由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基（subunit），亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接，这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
基本要求：掌握蛋白质的一级，二级，三级，四级结构。
三．蛋白质结构与功能的关系
基本要点：
（一）蛋白质一级结构与功能的关系：以核糖核酸酶为例说明。核糖核酸酶是由124个氨基酸残基组成的一条多肽链，有4对二硫键。加入尿素（或盐酸胍，作用是破坏氢键）和β-巯基乙醇（可将二硫键还原成巯基，破坏二硫键），导致此酶的二、三级结构遭到破坏，酶活性丧失，但肽键不受影响，所以一级结构不变，采用透析去除尿素和β-巯基乙醇后，理论上二硫键的形成有105种方式，即正错配对率低于1%，而实验结果发现正确配对率为95%～100%。证明空间构象遭到破坏的核糖核酸酶，只要其一级结构未被破坏，松散的多肽链可循其特定的氨基酸顺序，卷曲折叠成天然的空间构象，酶活性又逐渐恢复至原来水平。再如镰刀型红细胞贫血。镰刀型红细胞贫血发生的根本原因是血红蛋白的一级结构发生了差错，人血红蛋白β亚基的第6位氨基酸应该是谷氨酸，而在镰刀型贫血的血红蛋白中却是缬氨酸，本是水溶性的血红蛋白，就会聚集成丝，相互粘着，导致红细胞变形成镰刀状而极易破裂，产生贫血。
（二）蛋白质空间结构与功能的关系：以血红蛋白为例说明。Hb由2条α链和2条β链组成。4个亚基间通过8个盐键，紧密结合形成亲水的球状蛋白。未结合O2时，α1与β1，α2与β2呈对角排列，结构紧密，称紧张态（tense state, T态），Hb与O2亲和力小，此时Fe2+半径比卟啉环中间的孔大，高出卟啉环0.075nm，当第1个O2与Fe2+结合后，Fe2+半径变小，进入卟啉环的孔中，引起F肽的微小的移动，影响附近肽段的构象，α1、α2间的盐键断裂，结合松弛，促进α2与O2结合，依此方式影响第三、四个亚基与O2结合。随着与O2的结合，4个亚基间的盐键断裂，二、三、四级结构发生剧烈的变化，α2/β2相对α1/β1移动15°夹角，Hb结构变得松驰，称为松驰态（relaxed state, R态），最后四个亚基全处于R态。
基本概念：
1．协同效应：指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力，如果是促进作用，则称为正协同效应，反之则为负协同效应。以血红蛋白为例，当Hb的第一个亚基与O2结合以后，促进了第二及第三个亚基与O2结合后，又大大促进了第四个亚基与O2结合，这种效应为正协同效应。
2．变构效应：一个蛋白质与它的配体（或其它蛋白质）结合后，蛋白质的构象发生变化，使它更适于功能需要，这一类变化称为变构效应。例如Hb是变构蛋白，小分子O2是Hb的变构剂或效应剂。
基本要求：熟悉蛋白质一级结构与功能的关系，蛋白质空间结构与功能的关系。
四．蛋白质的理化性质
基本要点：
（一）蛋白质的两性电离：蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，侧链中某些基团在一定条件下可解离成带正电荷或负电荷的基团。在某一pH溶液中，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，蛋白质所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。
（二）蛋白质的胶体性质：蛋白质分子颗粒大小在1—-100nm胶体范围之内。维持蛋白质溶液稳定的因素有两个：（1）水化膜：蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质的沉淀析出。（2）同种电荷：在pH≠pI的溶液中，蛋白质带有同种电荷。pH>pI，蛋白质带负电荷；pH<pI，蛋白质带正电荷。同种电荷相互排斥，阻止蛋白质颗粒相互聚集，发生沉淀。
沉淀蛋白质的方法，常用的有：（1）盐析法：在蛋白质溶液中加入大量的硫酸铵，硫酸钠或氯化钠等中性盐，破坏蛋白质的水化膜和同种电荷，使蛋白质颗粒相互聚集，发生沉淀。（2）丙酮沉淀法：使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积，蛋白质被丙酮沉淀时，应立即分离，否则蛋白质会变性，除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。
（三）蛋白质的变性,复性和凝固：在某些物理和化学因素(如加热，强酸，强碱，有机溶剂，重金属离子及生物碱等)作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质易于沉淀，但是沉淀的蛋白质不一定变性。变性的蛋白质，只要其一级结构仍完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也重现，这称为复性。蛋白质在强酸，强碱溶液中发生变性后，仍能溶解于该溶液中。若将pH调至蛋白质的等电点，变性蛋白质成絮状析出，若再加热，絮状物可形成比较坚固的凝块，这就是蛋白质的凝固作用。
（四）蛋白质的紫外吸收：由于蛋白质分子中含有色氨酸和酪氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰，可作蛋白质定量测定。
（五）蛋白质的呈色反应：有茚三酮反应，双缩脲反应等。
基本概念：
1．蛋白质等电点（pI）：在某一pH溶液中，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，蛋白质所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。
2．蛋白质的变性（denaturation of protein）：在某些物理和化学因素(如加热，强酸，强碱，有机溶剂，重金属离子及生物碱等)作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。
基本要求：掌握蛋白质的理化性质。
五．蛋白质的分离纯化：
基本要点：
蛋白质分离纯化的方法主要有：盐析、透析、超离心、电泳、离子交换层析、分子筛层析等方法。（1）盐析是应用中性盐加入蛋白质溶液，使蛋白聚集而沉淀。（2）透析方法是利用仅能通透小分子化合物的半透膜，使大分子蛋白质和小分子化合物分离，达到浓缩蛋白质或去除盐类小分子的目的。（3）超离心：蛋ꗬÁ‹Љ勸¿ကЀ꾠
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活性中心的概念；酶促反应的特点；底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂及抑制剂诸因素对酶促反应速度的影响；竞争性抑制作用的特点；酶原与酶原激活的概念；变构调节及共价修饰调节的概念、特点；同工酶的概念。
本章难点：
底物浓度对酶促反应速度的影响；竞争性抑制作用的特点；变构酶及共价修饰调节的概念、特点。
一、酶的分子结构与功能
要点：1．酶的分子组成：酶按分子组成分为单纯酶和结合酶。单纯酶：仅由氨基酸残基构成；如：脲酶等。结合酶：由蛋白质（酶蛋白）和非蛋白质（辅助因子）组成，全酶＝酶蛋白＋辅助因子。辅助因子包括小分子有机化合物和金属离子。小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质,常含维生素或维生素类物质。分为：①辅酶：与酶蛋白以非共价键疏松结合，可用透析等简单方法分离；②辅基：与酶蛋白以共价键牢固结合，不能用透析等简单方法分离。主要作用：参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。金属离子多为酶的辅基。常见的有K+、Na+、Mg2+等。分为：①金属酶：酶蛋白与金属离子结合紧密；②金属激活酶：酶蛋白与金属离子结合松弛，金属离子不与酶蛋白直接结合，而是借助底物相连接。作用：作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子；作为连接酶与底物的桥梁；稳定酶的构象所必需；中和阴离子，降低反应中的静电斥力。
２．酶的活性中心
酶的必需基团：酶分子中与酶活性密切相关的基团。酶的活性中心：酶分子中有些必需基团在空间上彼此靠近，具有严格空间构象，能与底物特异结合并将底物转化为产物的区域。 能与底物结合的称结合基团；能影响底物中某些化学键的稳定性，催化底物反应并将其转变为产物的称催化基团，对结合酶来说，辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。
有些位于活性中心外的侧链基团，对维持活性中心的构象有重要作用，称活性中心外必需基团。活性中心常位于酶蛋白分子表面，为含较多疏水氨基酸残基的“裂缝”或“凹陷”，形成了有利于酶促反应发生的疏水环境。
基本概念：酶的活性中心
基本要点：掌握酶的活性中心的概念，酶的分子组成
二．酶促反应的特点与机制
要点： 酶与一般催化剂的共同点：反应前后的质和量不变；只催化热力学允许的反应；只能加速可逆反应的进程，不改变反应的平衡点。但是酶又具有不同于一般催化剂的特点。
（一）酶促反应的特点
１．酶促反应具有极高的效率：在常温条件下，酶的催化效率通常比非催化反应高108~1020倍，比非酶催化剂催化反应高107~1013倍。
２．酶促反应具有高度的特异性：一种酶只作用于一种或一类化合物，催化一定的化学反应，生成一定的产物，称为酶的特异性。分为三类：（1）绝对特异性：酶只作用于特定结构的底物，生成一种特定结构的产物。如脲酶只能催化尿素水解为CO2和NH3。（2）相对特异性：酶可作用于一类化合物或一种化学键。如磷酸酶可水解各种磷酸酯键；蔗糖酶可以水解蔗糖或棉子糖中的同一种糖苷键等。（3）立体异构特异性：一种酶仅作用于立体异构体中的一种。如乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸水解，而不作用于D-乳酸。
３．酶促反应的可调节性：酶促反应受到多种因素的调控，使机体适应其内外环境的变化，维持正常的生命活动。
（二）酶促反应的机制
１．酶可降低反应所需的活化能：活化分子能量与底物分子能量的差值为反应所需的活化能。活化分子愈多，反应速度愈快。酶能加快化学反应的机理在于酶能增加反应的活化能。
２．酶-底物复合物的形成及诱导契合假说：酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。
３．酶促反应的机制：（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。
基本概念：
基本要求：熟悉酶促反应与一般催化反应的共同点；掌握酶促反应的特点；了解酶促反应的机制及诱导契合学说
三．酶促反应动力学
要点：酶促反应的动力学研究酶促反应速度及其影响因素。这些因素包括酶浓度、底物浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂等。
（一）底物浓度对反应速度的影响：其他因素不变，底物浓度的变化对反应速度作图呈矩形双曲线。底物浓度很低时，反应速度与底物浓度呈正比；底物浓度再增加，反应速度的增加趋缓；当底物浓度达某一值后，反应速度达最大，反应速度不再增加。
１．米-曼氏方程：解释底物浓度和反应速度关系的最合理学说是中间产物学说。根据此学说得出了反应速度与底物浓度关系的数学方程式。即米氏方程: , Vmax为最大反应速度， Km为米氏常数， EMBED EquatiꗬÁ‹Љ勸¿1010ကЀ꾠
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是：单位时间内每个被底物饱和时的酶分子（或活性中心）催化底物转变为产物的分子数。
３．Km值和Vmax值的测定：可利用林-贝氏双倒数作图法准确的测得Km值和Vmax值。
（二）酶浓度对反应速度的影响：当[S]>>[E] ，使酶达饱和时，反应速度与酶浓度的变化近似成正比关系。
（三）温度对反应速度的影响：升高温度可加快酶促反应速度，同时也会加速酶蛋白变性，酶促反应速度降低。 酶促反应速度最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。酶的最适温度不是酶的特征性常数，酶可在短时间内耐受较高的温度，延长反应时间酶的最适温度会降低。由于低温时酶活性虽降低但不被破坏，故保存菌种和酶制剂需低温条件。测定酶活性时，常控制反应体系在最适温度。
（四）pH对酶促反应速度的影响：pH影响酶活性中心某些必需基团、辅酶及许多底物的解离状态，因而，PH的改变对酶的催化作用影响很大。酶促反应速度最快时的环境pH称为酶促反应的最适pH。环境pH高于或低于最适pH，酶活性都降低。动物体内多数酶的最适pH接近体液中性pH，但胃蛋白酶最适pH约为pH1.8，肝精氨酸酶最适pH约为pH9.8。酶的最适pH也不是酶的特征常数。在测定酶活性时，应选用适宜pH的缓冲液保持酶活性相对衡定。
（五）抑制剂对反应速度的影响：能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。抑制剂与酶活性中心内、外的必需基团结合而抑制酶的活性。除去抑制剂可使酶的活性恢复。根据抑制剂与酶结合牢固或疏松，分为可逆性抑制与不可逆性抑制。
１．不可逆性抑制作用：抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团牢固结合，使酶失活，不能用透析超滤等简单方法消除的称不可逆性抑制作用。有机磷化合物能共价结合胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基，胆碱酯酶失活。 重金属离子如Hg2+、Ag+ 及As3+可与酶分子的巯基共价结合，使酶失活。临床药物解磷定（PAM）可解除有机磷化合物对胆碱酯酶的抑制。二巯基丙醇（BAL）可解重金属盐引起的巯基酶中毒。
２．可逆性抑制作用：以非共价键与酶或酶-底物复合物疏松结合，利用透析或超滤等简单方法可除去其抑制，使酶恢复活性，称可逆性抑制作用。分为以下三种：（1）竞争性抑制作用：
抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶与底物结合形成中间产物，抑制酶的活性。增加底物浓度，可减弱竞争性抑制剂的抑制作用。竞争性抑制存在时Vmax不变、Km值增大。如丙二酸与琥珀酸的结构相似，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。 磺胺类药物的作用机理：细菌生长有赖于核苷酸及核酸的合成。核苷酸的合成需FH4，FH4由FH2还原生成。FH2可在二氢叶酸合成酶作用下以对氨基苯甲酸、蝶呤、谷氨酸为底物合成。磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，能作为二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，阻断FH2合成。细菌因核苷酸与核酸的合成受阻而生长繁殖减弱。（2）非竞争性抑制作用：抑制剂结合酶活性中心外必需基团，与底物无竞争关系，最终形成的酶-底物-抑制剂复合物不能释放出产物而抑制酶的活性。非竞争性抑制存在时Vmax降低、表观Km值不变。（3）反竞争性抑制作用：抑制剂与酶-底物中间复合物（ES）结合成难以解离的ESI复合物，ES的量、产物生成的量都相应减少，使酶促反应速度下降。反竞争性抑制存在时Vmax降低、Km值降低。
（六）激活剂对反应速度的影响：可使酶活性由无到有或由低到高的一类物质称为酶的激活剂。大多数激活剂为金属离子，如Mg2+、K+等；少数为阴离子，如Cl－等。还包括某些有机化合物，如胆汁酸盐等。使酶由无活性变为有活性的激活剂称为必需激活剂，大多数金属离子属于此类；能使酶由低活性变为高活性者为酶的非必需激活剂，如Cl－可增强唾液淀粉酶的活性，胆汁酸盐可增强胰脂肪酶的活性等。激活剂作用是能与酶、底物或酶-底物复合物结合参加反应，或参与酶活性中心的构成，加快酶促反应速度。
（七）酶活性的测定与酶活性单位：酶活性指酶催化某种化学反应的能力，以酶促反应速度表示。测定酶活性时，反应体系中应有足够的底物浓度及酶浓度，最适温度及最适pH，并应含有适宜的辅因子、激活剂等，以保证获得高的反应速度。另外，还要排除样品中非测定因素的干扰。
酶活性单位可衡量酶活性大小，指在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量产物或消耗一定量底物所需酶量。国际生化学会酶学委员会规定：在特定条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位（IU）。后又推荐以催量单位（katal）表示酶活性。1催量（1kat）指在特定条件下，每秒钟使1mol底物转化为产物所需的酶量。
基本概念：
基本要求：掌握米氏方程的表达式、Vmax及Km的意义；底物浓度、酶浓度、pH、温度、竞争性抑制剂、激活剂对酶促反应的影响；熟悉酶活性的测定与酶活性单位；了解米氏方程的推导，Vmax及Km值的测定，不可逆抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂对酶促反应速度的影响
四．酶的调节
要点：（一）酶活性的调节
１．酶原与酶原激活：有些酶刚合成或初分泌时是酶的无活性前体，称为酶原。酶原转变为活性酶的过程称为酶原激活。酶原激活通过水解一个或若干个特定的肽键，酶的构象发生改变，其多肽链发生进一步折叠、盘曲、形成活性中心必需的构象。酶原及酶原激活的生物学意义：消化管内蛋白酶以酶原形式分泌，不仅保护消化器管本身不受酶的水解破坏，而且保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用，酶原还可以视为酶的贮存性式，如凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原性式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。
２．变构调节：体内一些代谢物与某些酶活性中心外的调节部位非共价可逆地结合，使酶发生构象改变，引起催化活性改变。这一调节酶活性的方式称为变构调节（allosteric regulation）。受变构调节的酶称变构酶（allosteric enzyme）。引起变构效应的代谢物称变构效应剂。有时底物本身就是变构效应剂。变构效应剂引起酶活性的增强或减弱，分别称变构激活作用或变构抑制作用。变构酶常为寡聚酶，包括含有活性中心的催化亚基及含调节部位的调节亚基。以变构酶反应速度对底物浓度作图，其动力学曲线为S形曲线。变构酶通常是代谢过程中的关键酶。代谢终产物对代谢途径起始反应酶的变构抑制是最常见的变构调节。酶的变构调节属酶活性的快速调节。
３．酶的共价修饰调节：某些酶蛋白肽链上的侧链基团在另一酶的催化下可与某种化学基团发生共价结合或解离，从而改变酶的活性，这一调节酶活性的方式称为酶的共价修饰（covalent modification）。酶的共价修饰形式包括磷酸化与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化、酰苷化与去酰苷化等，其中以磷酸化修饰最为常见。酶的磷酸化和脱磷酸反应分别由两类酶催化。酶的共价修饰属于体内酶活性快速调节的另一种重要方式。
（二）酶含量的调节
１．酶蛋白合成的诱导与阻遏：酶蛋白的合成量主要在转录水平调节。能促进酶蛋白的基因转录，增加酶蛋白生物合成的物质为诱导剂，引起酶蛋白生物合成量增加的作用称为诱导作用；相反，抑制酶蛋白的基因转录，减少酶蛋白生物合成的物质称为辅阻遏剂。辅阻遏剂可促进阻遏蛋白的活化，使基因转录抑制，减少酶蛋白的产生量，这一作用称阻遏作用。这种调节属于缓慢而长效的调节。
２．酶的降解调控
（三）同工酶：指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶。同工酶的多肽链应由不同基因或等位基因编码，或由同一基因的不同mRNA转录产物翻译生成。不包括那些仅翻译后经不同修饰加工生成的酶。乳酸脱氢酶（LDH）同工酶是四聚体，由H型（心肌型）及M型（骨骼肌型）两种亚基组成四聚体蛋白，因而有五种不同的同工酶：LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4）。该组同工酶电泳中向正极泳动速度依次递减，对同一底物乳酸的脱氢表现出不同的Km值。LDH同工酶在不同组织中的含量与分布比例不同。
基本概念：酶原与酶原激活，酶的变构调节，酶的共价修饰调节，同工酶
基本要求：掌握酶活性调节的三种方式及各其调节特点；同工酶的概念；了解酶含量的调节
五．酶的命名与分类
要点：（一）酶的命名
（二）酶的分类
国际系统分类法将酶按其催化反应的性质分为六大类：1．氧化还原酶类：催化底物进行各种氧化还原反应。如：乳酸脱氢酶、过氧化物酶等。2．转移酶类：催化底物之间进行某些基团的转移或交换的反应。如：己糖激酶、磷酸化酶等。3．水解酶类：催化底物发生各种水解反应。如淀粉酶、蛋白酶等。4．裂解酶类：催化共价连接基团的转移并形成双键的反应或其逆反应。如：醛缩酶、柠檬酸合酶等。5．异构酶类：可催化各种同分异构体之间相互转化反应。如：磷酸己糖异构酶、消旋酶等。6．合成酶类：催化两分子底物合成为一分子化合物，并伴随ATP磷酸键断裂释能的反应。如：谷氨酰胺合成酶、DNA连接酶等。
基本要求：了解本节内容
六．酶与医学的关系
基本要求：了解本节内容
第五章 糖代谢（8学时）

本章重点：
糖的主要生理作用是为机体代谢提供所需的能量和碳源。葡萄糖有三个氧化途径，经糖酵解、有氧氧化途径分解并释放能量。经磷酸戊糖途径分解主要提供磷酸核糖及NADPH。糖原是体内糖的储存形式，有肝糖原和肌糖原，经糖原分解、糖原合成途径代谢。在肝、肾中某些非糖物质可经糖异生过程转变成葡萄糖。血液中葡萄糖称血糖，是葡萄糖各种来源、去路代谢的动态平衡。血糖主要受多种激素调节。
本章难点：
葡萄糖的酵解和有氧氧化反应过程、关键反应及能量产生的比较。磷酸戊糖途径的生理意义。肝糖原和肌糖原代谢、功能的特点。乳酸、丙酮酸、甘油、成糖氨基酸等糖异生的反应过程。糖代谢各途径的调节。胰岛素、胰高血糖素调节血糖水平的机制。
一、概述
要点：
1．糖的生理功能 糖的主要生理作用是为机体提供生命活动所需的能量，1mol葡萄糖完全氧化成CO2和H2O可释能2 840kJ（679kcal），人类所需能量的50%～70%来自糖的氧化分解；糖类是机体重要碳源，可转变氨基酸、脂肪酸、核苷等含碳化合物。糖还是组织细胞的结构重要成分，如蛋白聚糖和糖蛋白参与结缔组织、软骨、骨基质的构成，糖蛋白、糖脂是细胞膜的重要组分，还有多种糖蛋白，如激素、酶、抗体、受体、血浆蛋白等，具有特殊生理功能。葡萄糖是体内糖利用、代谢最重要的功能形式，而葡萄糖多聚体糖原是体内糖的储存形式。
2．糖的消化吸收 食物糖主要是植物淀粉，其分子含α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键，主要在小肠消化。经口腔，胰液α-淀粉酶作用后，多数α-1,4-糖苷键水解，生成麦芽糖、麦芽三糖和含分支的异麦芽糖和α-临界糊精（有4～9糖基）。最终，小肠粘膜刷状缘的α-葡萄糖苷酶水解无分支的麦芽寡糖，肠粘膜细胞的异麦芽糖酶和α-临界糊精酶可水解含分支寡糖的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键使变成葡萄糖。
糖代谢概况 葡萄糖吸收入血，经GLUT转运进细胞。葡萄糖可进入氧化、贮存、异生等代谢途径。
基本概念：
基本要求：掌握糖的生理功能，糖的消化吸收部位，肠消化糖酶类。了解糖代谢概况。
二、糖的分解代谢
要点：
1.糖酵解的反应过程 糖酵解途径发生在细胞液中，可分为两个阶段：
(1)葡萄糖生成2分子磷酸丙糖 ①葡萄糖在已糖激酶作用下，由ATP提供磷酸基，转化成6-磷酸葡萄糖（G-6-P），此反应释出较多自由能故为不可逆反应。肝中有已糖激酶的同工酶葡萄糖激酶，后者对葡萄糖底物专一性强，而亲和力低，Km值高，且活性受激素调控，在调节糖代谢中有重要作用。②G-6-P转变为6-磷酸果糖，后者在6-磷酸果糖激酶-l催化下，再消耗一分子ATP，磷酸化为1， 6-双磷酸果糖（F-1，6-BP），这也是一个不可逆反应。③1，6-双磷酸果糖在醛缩酶催化下分解为2分子磷酸丙糖，而磷酸二羟丙酮经异构酶作用可变成3-磷酸甘油醛。相当于一分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛。
（2）磷酸丙糖转变为丙酮酸 ①在3-磷酸甘油醛脱氢酶作用下，3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸，并使NAD+变成NADH+H+。1，3-二磷酸甘油酸含高能磷酸键，可经底物水平磷酸化使ADP转变为ATP，并产生3-磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸，后者由烯醇化酶催化脱水生成磷酸烯醇型丙酮酸，含有一高能磷酸键。③磷酸烯醇型丙酮酸（PEP）在丙酮酸激酶催化下，转变为丙酮酸，并经底物水平磷酸化使ADP磷酸化为ATP。
氧供应不足时，糖酵解途径生成的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下，由NADH+H+提供氢，还原成乳酸。反应产生的氧化型NAD+为上游的3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应提供辅酶，使整个途径能在无氧条件下不断运转。1mol葡萄糖经糖酵解途径氧化成2mol乳酸，净生成2molATP。
2. 糖酵解的调节 糖酵解途径有3个反应基本上是单向不可逆的，三个反应分别由己糖激酶（或葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-l和丙酮酸激酶催化，这三种酶是糖酵解过程中的关键酶，受到代谢物和激素的周密调控。如6-磷酸果糖激酶-1可被AMP、ADP、1，6-双磷酸果糖、2，6-双磷酸果糖激活，而被ATP和柠檬酸别构抑制；2，6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的激活剂， 6-磷酸果糖激酶-2和果糖双磷酸酶-2为双功能酶，分别催化其合成和分解。丙酮酸激酶受1，6-双磷酸果糖的别构激活，而被ATP别构抑制；己糖激酶可被6-磷酸葡萄糖别构抑制，而葡萄糖激酶被长链脂酰辅酶A别构抑制。
3．糖酵解的生理意义 糖酵解可在无氧、缺氧条件下为机体迅速提供能量：① 在剧烈运动，肌肉局部血流不足，肌肉收缩时相对缺氧，葡萄糖有氧氧化过程较长，供能较慢，可由糖酵解迅速提供能量。在缺氧、缺血性疾病时，机体供氧不足，也需由糖酵解迅速供能；②成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化，完全依赖糖酵解供应能量；③ 神经、白细胞、骨髓等代谢活跃组织，即使不缺氧也由糖酵解提供部分能量。
基本概念：
1．糖酵解途径 葡萄糖分解途径中，将葡萄糖转变到丙酮酸的阶段，为糖有氧氧化和糖酵解共有的过程，这一代谢过程称糖酵解途径。
2．糖酵解 葡萄糖在无氧条件下转化成乳酸的这一过程称糖酵解。
基本要求： 掌握糖酵解途径的主要过程，关键酶。糖酵解生理意义。熟悉糖酵解途径的过程，辅酶，能量产生。关键酶的调节方式。
三、糖有氧氧化
要点：
1．糖有氧氧化反应过程 有氧氧化需要氧将糖分解时脱下的氢氧化成水，主要过程发生在线粒体中，该途径可划分为三个阶段：
（1）糖酵解途径：葡萄糖转变成2分子丙酮酸，在胞液中进行。但3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H+不再用于将丙酮酸还原成乳酸，而是进入线粒体经呼吸链氧化成H2O并产生ATP。
（2）丙酮酸的氧化脱羧—乙酰辅酶A的生成： 丙酮酸进入线粒体，由丙酮酸脱氢酶复合体催化，经氧化脱羧基转化成乙酰CoA。丙酮酸脱氧酶复合体由3个酶和5个辅酶组成，三个酶是丙酮酸脱氢酶、转乙酰化酶、二氢硫辛酸脱氢酶。5种辅酶是TPP、CoASH、硫辛酸、FAD及NAD+。反应结果丙酮酸脱氢并脱羧，生成CO2、NADH+H+和乙酰CoA。
（3）三羧酸循环和氧化磷酸化： 三羧酸循环的生理作用是氧化分解乙酰辅酶A。每次三羧酸循环氧化 1分子乙酰 CoA，同时发生2次脱羧产生2分子CO2；有4次脱氢，