高级生物化学复习重点

2011级生物化学2班复习资料高小龙王勃-1-2011级高级生化2班复习资料第一章蛋白质结构与功能关系蛋白质的二级结构（secondarystructure）指多肽链主链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象，包括依靠氢键维系的有规则构象和多肽链主链中的无规卷曲以及非氢键维系的规则结构，不涉及侧链结构和整个肽链的空间排布。（1）α-螺旋：3.613R，即每圈约3.6个残基，每个肽键N上的H与后面第四个残基上肽键羰基O之间形成氢键，其间包括13个原子，右手螺旋，是球蛋白中最常见的结构。（2）β-片层（β-pleatedsheet）：两股或多股几乎完全伸展的肽链并列聚集，靠主链肽键N上的H与相邻链羰基C上的O原子间规律的氢键，形成β-折叠片。β-折叠片有的是平行的，有的是反平行的.（3）回折（reverseturn）：肽链要折叠成坚实的球形，必须以某种方式多次改变其方向，如同一肽链形成的β-折叠股之间的连接肽。3~4个氨基酸残基通过特殊的氢键系统使肽链走向改变180°称为回折或转角。①β-回折：由4个氨基酸残基组成，即第一个残基的羰基O与第四个氨基酸残基α-氨基上的H之间形成氢键。③γ-回折：由3个氨基酸残基组成，第一个残基的羰基O与第三个残基的α-氨基H原子间形成氢键，常出现在反平行β-折叠股之间。（4）Ω环（Ωloop）：多肽链中由6~16个氨基酸残基（多于β-回折的残基数，少于复合环的残基数）组成的环状节段，两端距离小于0.1nm,状似Ω字形，因此得名。Ω环形成一个内部空腔，被环上残基的侧链基团包裹，成为致密的球状构象。（5）连接条带：伸展的肽链条带（straps）连接在结构元件之间，它们的长度、走向颇不规则，有的使肽链走向改变，有些使肽链微微弯曲，可使肽链密集，也可出现扭结，在蛋白质肽链的卷曲、折叠过程中具有明确的结构作用。超二级结构（super-secondarystructure）：相邻的二级结构往往形成某种有规律的、空间上可辩认的、更高层次的折叠单元，或称为折叠单元（foldingunit），主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集。结构域（structuraldomain）二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体。锌指结构(ZineFinger,ZF)：一种DNA结合蛋白中的结构基元，由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2+构成，其线性序列可概括为：-Xn–C(H)–X2-4–C(H)-X4-20–C(H)-X2-4-C(H)–Xn，中间的X4-20形成指状凸出。锌指蛋白与DNA相互作用时，锌指部分嵌入主槽，识别特定别特定的碱基序列，每个锌指大约识别5个碱基对。亮氨酸拉链（LeucineZipper,LZ）：LZ结构的C端为螺旋区，靠近N端一侧的一段螺旋富含碱性残基，其后的一段螺旋每隔6个残基就有一个Leu，每个这样的螺旋不少于4个Leu，且都处于螺旋的同一侧，这样，当含有LZ的蛋白形成同源或异源二聚体时，LZ结构中的Leu残基借助疏水作用彼此靠拢，形同拉链。EF手（EF-hand）：由两个α螺旋（E和F）与连接它们的环组成，E螺旋含9个残基，用右手食指表示；与Ca2+结合的环含12个残基，用弯曲的中指表示；F螺旋含18个残基，用拇指表示。蛋白质组学：通过直接研究某一物种、个体、器官、组织及细胞中全部蛋白质，获得整个体系内所有蛋白质组分的生物学和理化参数，从而揭示生命活动规律的科学。分子伴侣（molecularchaperone）：结合并稳定靶蛋白的不同的不稳定构象，通过控制与靶蛋白的结合与释放，拖动其在活体内正确折叠、组装、运输到位，或控制其在活化与钝化构象之间转换但并不构成靶蛋白组成部分的蛋白质。热激蛋白（heatshockprotein，Hsp）：广泛存在于原核细胞和真核细胞中的一类在生物体受到高温等逆境刺激后大量表达的保守性蛋白质家族。具有分子伴侣功能，参与蛋白质新生肽链的折叠和组装。可分Hsp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亚类。肌红蛋白的结构与功能（自己补充）2011级生物化学2班复习资料高小龙王勃-2-肌红蛋白的分子包括一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，即A.B.C.D.E.F.G.H，螺旋间的连接肽为无规卷曲，在侧链基团相互作用下盘曲形成扁园的球体。绝大多数亲水残基分布在分子表面，使肌红蛋白可溶于水；疏水残基则埋藏于分子内部，血红素结合于E与F螺旋之间的裂隙内。脱氧肌红蛋白中α-螺旋含量约60%，三维结构比较松散，稳定性下降。与血红素结合后，构象发生变化，α-螺旋含量恢复至75%，分子结构比较紧凑，稳定性也明显提高。这说明血红素辅基对肽链折叠也有影响。血红蛋白的结构与功能（自己补充）血红蛋白由四个亚基组成（α2β2），每个亚基含一条多肽链和1个血红素辅基。α亚基多肽有141个氨基酸残基，β亚基多肽链有146个氨基酸残基。Hb的亚基与Mb的氨基酸序列虽有明显不同，但血红素结合部却非常保守。血红蛋白的四个亚基按四面体排布，亚基间凹凸互补。两个α与两个β亚基按双重对称轴排布，沿X或Y轴旋转180°，外形相似；沿Y轴两个α与两个β亚基间均有空隙，形成中心空穴。Hb在体内的主要功能为运输氧气，而Hb的别位效应，极有利于它在肺部与O2结合及在周围组织释放O2.Hb是通过其辅基血红素的Fe++与氧发生可逆结合的，血红素的铁原子共有6个配位键，其中4个与血红素的吡咯环的N结合，一个与珠蛋白亚基F螺旋区的第8位组氨酸（F8）残基的咪唑基的N相连接，空着的一个配位键可与O2可逆地结合，结合物称氧合血红蛋白。在血红素中，四个吡咯环形成一个平面，在未与氧结合时Fe++的位置高于平面0.7，一旦O2进入某一个α亚基的疏水“口袋”时，与Fe++的结合会使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向该平面内移动约0.75，铁的位置的这一微小移动，牵动F8组氨酸残基连同F螺旋段的位移，再波及附近肽段构象，造成两个α亚基间盐键断裂，使亚基间结合变松，并促进第二亚基的变构并氧合，后者又促进第三亚基的氧合使Hb分子中第四亚基的氧合速度为第一亚基开始氧合时速度的数百倍。此种一个亚基的别构作用，促进另一亚基变构的现象，称为亚基间的协同效应（cooperativity），所以在不同氧分压下，Hb氧饱和曲线呈“S”型。第二章酶的结构与功能乒乓反应：在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。竞争性抑制：有些是底物类似物，通常与底物结合于同一部位；有些抑制剂与底物共用一部分结合位点，或因抑制剂结合部位与底物结合部位在空间上重叠，发生空间位阻，表现出竞争性抑制的特点。其Km减小，Vmax不变。酶的催化机制诱导契合机制：酶与底物靠近→定向→酶与底物相互诱导变形→契合成中间产物→产物脱离（1）底物的邻近效应与定向效应底物的邻近效应(proximity)：邻近效应是指酶与底物结合形成中间复合物，使底物与底物之间，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大的升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。定向效应(orientation)：定向效应是指反应物的反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。（2）底物的变形(distortion)和诱导契合(inducedfit)当酶遇到其专一性底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变。底物比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。（3）酸碱催化(acid-basecatalysis)：酸碱催化是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。（4）共价催化(covalentcatalysis)：如谷-丙转氨酶PQABEEF（EA-FP）（FB-EQ）2011级生物化学2班复习资料高小龙王勃-3-酶活性中心可提供非共用电子对的基团主要包括：上的羟基氧、上侧链羧基带负电荷的氧、Cys巯基硫、去质子化的咪唑基氮等，构成负电中心（或亲核剂，nucleophile），攻击底物分子中的缺电子中心（δ+），形成不稳定的共价中间产物，称为亲核催化。酶活性中心的羰基、质子化的氨基、质子化的羧基、质子化的咪唑基、金属离子、磷酸吡哆醛等，构成缺电子中心（或亲电子剂，electrophile），攻击底物分子中的负电中心（δ-），形成不稳定的共价复合物，称为亲电催化。迄今已知100多种酶在催化中形成共价中间产物。别构酶活性调节模型：1962年Gerhart&Pardee首次报道E.coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）的别构调节效应。这种酶分子由6个催化亚基和6个调节亚基组成（图2.18）。在饱和氨甲酰磷酸存在下，v对[Asp]作图呈S形；加入对-羟基汞苯甲酸使催化亚基与调节亚基分离，或加入饱和的ATP，v对[Asp]作图呈双曲线，表明ATCase的催化部位与调节部位在空间上是分开的。加入CTP，S形曲线右移，加入ATP，S形曲线左移。ATP和CTP结合于调节亚基，影响催化亚基上的酶促活性，称为别构效应剂，使酶催化活性增高的称正效应剂或别构激活剂，使酶活性降低的称为负效应剂或别构抑制剂。（1）齐变模型（concertedmodle）或对称（symmetry）模型1965年由Monod、Wyman和Chargeun提出，又称MWC模型。齐变模型假设：别构酶至少以两种构象存在，即松驰态（relaxedform）或R态和紧固态（tightform）或T态。一个酶分子中所有原体必需保持同一构象，或全为R态，或全为T态（图2.23）。未结合配体的R态与T态酶分子间保持动态平衡，即L=[T0]/[R0]。用S代表配体，KR和KT分别表示R态和T态结合S的解离常数，令α=[S]/KR，c=KR/KT，对于一个有n个原体的别构酶可推导出下式：nn1n1ncα1cα1Lcα1αcα1cLαY，当c很小，L很大时可简化为：n1ncα1Lcα1αYc很小、L很大，表明在无S时T0占优势，加入少量S因可供给结合的R0很少，Y增加平缓；但R0与S结合使平衡向T0→R0移动，R态原体增加n-1倍，使后续S结合变得越来越容易。随[S]增大，上式分子项迅速增大，分母项因L很大增加相对较慢，因此Y随[S]迅速增大。当T0均变为R态且S结合渐趋饱和时，S加入不再增加R态原体，Y随[S]缓慢增加渐近最大值。这样，就形成S型Y-[S]曲线。协同效应的大小取决于L和c；c值一定时，L增大呈S型曲线，L减小渐趋双曲线（图2.24）；L一定时，随c值增大渐趋双曲线（图2.25）。齐变模型对异促效应的解释是：别构抑制剂Ser/ThrAsp/Glu图2.24平衡常数（L）与别构酶速度曲线的关系VmaxvL=1L=10L=100L=1000L=10000c=0n=42510αVmaxc=0.04c=0.10L=1000n=4vc=05152010α图2.25C值对别构物酶速度曲线的影响2011级生物化学2班复习资料高小龙王勃-4-（I）只与T态原体结合，使平衡向R0→T0移动，相当于增大L，提高了酶与底物的同位协同效应，使[S]-v的S型曲线右移；别构激活剂（A）只与R态原体结合，使平衡向T0→R0移动，相当于减小L，使[S]-v的S型曲线左移且渐趋双曲线。（2）序变模型（sequentialmodle）1966年由Koshland、Nemetly和Filmer提出，又称KNF模型。序变模型认为不存在平衡，T→R的转变是在配体诱导下发生的，寡聚体内的原体逐个发生转变，因此同一分子中存在不同状态的原体。配体结合影响同一分子中其余空闲部位对配体的亲和力，如增强亲和力则表现为正协同，反之则为负协同（图2.26）。