2019生物竞赛-生物化学-12酶活性的调节-杨荣武《生物化学原理(一)》
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生物竞赛生物化学00引言和绪论杨荣武《生物化学原理(一)》(27张PPT)
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
仔细观看和听下面的 英文短片，简述其大意。
关键词: cystic fibrosis (囊性纤维变性) glutathione(谷胱甘肽) Mucus(粘液) tdy_curry_fibrosis_030617.asf
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
进化 庞卡赫猜想的证据
人类遗传变异 细胞再编程（Cellular reprogramming
） 拉密达猿人（Ardipithecus ramidus）
第一个量子机器 口服抗艾药物可防止HIV在异性之间
的转播 ？
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
2012年的诺贝尔医学或生理学奖
英国的约翰·戈登（John B. Gurdon）和日本 的山中伸弥（Shinya Yamanaka）因在诱导多 功能干细胞领域的贡献共同分享这一奖项 。
☺ 乌尔夫-西蒙表示，每天去实验室的时候都会摒住呼吸， 生怕这些微生物会死去，但它们没有。如果这一结果被确 认，那么“生命及生命存在于何处”的定义将被扩大。
☺ 碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球所有已知生命形式的六 大基本构建元素。磷是携带生命基因的DNA和RNA的化 学成分之一，被认为是所有活细胞的必需元素。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/8/312021/8/312021/8/312021/8/318/31/2021 •14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年8月31日星期二2021/8/312021/8/312021/8/31 •15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年8月2021/8/312021/8/312021/8/318/31/2021 •16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/8/312021/8/31August 31, 2021 •17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/8/312021/8/312021/8/312021/8/31
2019生物竞赛-生物化学-15糖类-杨荣武《生物化学原理(一)》
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
单糖的环状结构与异头体
醇羟基很容易与醛或酮形成半缩醛或半缩酮。 直链的单糖分子在分子内也能够发生类似的反应，形成 环状结构，其中醛糖环化形成环式半缩醛，酮糖环化形 成环式半缩酮。 在单糖由直链变成环状结构以后，原来的羰基C便成为 一个新手性中心，从而产生α和β两种异构体。这种在半 缩醛C上形成的差向异构体称为异头体，新出现的手性C 称为异头体C。半缩醛羟基与编号最高的手性C原子上的 羟基具有相同取向的异头体称为α异头体，反之就称为β 异头体。由于β异头体比α异头体稳定，因此在葡萄糖溶 液之中，β-D-葡萄糖要比α-D-葡萄糖多。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
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单糖的构象
以葡萄糖为例，其半缩醛环上的C-O-C键角为 111º ，与环己烷的键角（109º ）相近，故葡萄糖 的吡喃环和环己烷环相似，也有椅式构象和船式 构象，其中椅式构象使各单键的扭张强度降低到 最小因而较稳定。在两种椅式结构之中，I型上的 -OH和-CH2OH这两种较大的基团均为平伏键，所 以在热力学上I型比II型稳定。
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二羟丙酮和甘油醛的Fischer投影结构式
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果糖的对应异构体
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更多的立体化学
在各种旋光异构体之中，互为镜像的一对异构体称 为对映异构体； 一个或一个以上的手性C原子构型相反，但并不呈镜 像关系的一对异构体称为非对映异构体； 只有一个手性C原子的构型不同的一对异构体称为差 向异构体，如D-葡萄糖与D-甘露糖，D-葡萄糖与D半乳糖就互为差向异构体。
2019生物竞赛-生物化学-05核苷酸-杨荣武《生物化学原理(一)》(17页)
② ③
④ ⑤ ⑥
⑦
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嘧啶环和嘌呤环的编号以及各种碱基的化学结构
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茶碱和咖啡因的化学结构
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碱基的性质
碱基几乎不溶于水，这与其芳香族的杂 环结构有关。 互变异构 酸碱解离 强烈的紫外吸收，其最大吸收值在 260nm。
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常见的核糖核苷酸的化学பைடு நூலகம்构
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AMP、ADP和ATP
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环核苷酸的化学结构
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核苷酸的生物功能
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嘧啶核苷和嘌呤核苷的化学结构
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几种修饰核苷
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核苷酸
核苷酸是核苷的戊糖羟基的磷酸酯。核糖核苷的 磷酸酯为核糖核苷酸，脱氧核苷的磷酸酯为脱氧 核苷酸。理论上，核苷的5′-OH、3′-OH和2′-OH 均可以被磷酸化而分别形成核苷-5′-磷酸、核苷3′-磷酸和核苷-2′-磷酸。但是，自然界的核苷酸 多为核苷-5′-磷酸。 核苷单磷酸（NMP）是指核苷的单磷酸酯。核 苷单磷酸可以通过一次成酐反应形成核苷二磷酸 （NDP）。核苷二磷酸再通过一次成酐反应生成 核苷三磷酸（NTP）。为了将核苷二磷酸和核苷 三磷酸上不同的磷酸根区分开来，将直接与戊糖 5′-羟基相连的磷酸定为α磷酸根，其余两个磷酸 根从里到外依次被称为β磷酸根和γ磷酸根。
(杨荣武)生物竞赛讲义-生物化学-30胆固醇代谢-《生物化学原理(第二版)(代谢生物化学)》(33P
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
胆固醇合成的四个阶段反应
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HMG-CoA 还原酶
内质网膜整合蛋白 催化的是不可逆反应 胆固醇合成的限速酶
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主要 成分
主要载 脂蛋白
主要功能
脂肪
脂肪
脂肪， 胆固醇
A,B-48, CI,II,III, E
B-100, C-I,II,III, E
B-100, E
运输食物中的脂肪 和胆固醇 运输内源的脂肪
一部分被肝吸收， 一部分转变为LDL
胆固醇 B-100
蛋白质 A, CI,II,III, D, E
将胆固醇转运到外 周组织
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
胆固醇合成的第二个阶段的反应
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
第三阶段：6个异戊二烯单位→鲨烯
此阶段主要包括三步反应，首先在二甲烯丙基 转移酶的催化下，一个二甲烯丙基与一个异戊 二烯焦磷酸头尾缩合成牻牛儿焦磷酸；随后在 牻牛儿转移酶催化下，牻牛儿焦磷酸与另一个 异戊二烯焦磷酸头尾缩合成法尼焦磷酸；最后， 在法尼转移酶或鲨烯合酶催化下，两个法尼焦 磷酸头头缩合并被NADPH还原为含有30个碳 的碳氢化合物——鲨烯。
的激活剂 参与胆固醇的逆向运输 （好胆固醇） 通过受体介导的内吞被肝细胞吸收
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
胆固醇代谢的调节
胆固醇合成的限速酶是HMG-CoA还原酶 调节的方式包括
生物化学原理杨荣武
生物化学原理杨荣武生物化学原理。
生物化学是研究生物体内化学反应和物质代谢的科学，它是生物学和化学的交叉学科，对于理解生命现象和生物体内部的化学过程至关重要。
本文将围绕生物化学的基本原理展开讨论，希望能够对读者有所帮助。
首先，我们来谈谈生物化学的基本概念。
生物体内的化学反应和物质代谢是由一系列生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖、脂类）构成的，这些分子在生物体内发挥着重要的功能。
生物化学的研究对象包括生物大分子的结构、功能和代谢途径等，通过对这些内容的研究，我们可以深入理解生物体内的化学过程。
其次，我们来介绍一下生物大分子的结构和功能。
蛋白质是生物体内最重要的大分子之一，它们参与了几乎所有的生物化学反应和物质代谢过程。
蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，不同的结构决定了蛋白质的功能。
另外，核酸是生物体内储存和传递遗传信息的分子，它们包括DNA和RNA两种类型，分别承担着遗传信息的传递和转录、翻译等功能。
多糖和脂类也是生物体内重要的大分子，它们在细胞结构、能量储存和信号传导等方面发挥着重要作用。
再者，我们来探讨一下生物体内的化学反应和能量代谢。
生物体内的化学反应包括合成反应和分解反应两种类型，合成反应是指生物体内分子的合成过程，而分解反应则是指生物体内分子的降解过程。
这些化学反应需要消耗能量，而能量的来源主要是细胞内的三磷酸腺苷（ATP）。
ATP是细胞内的能量储存分子，它通过水解反应释放能量，为细胞内的化学反应提供动力。
最后，我们来谈谈生物体内的代谢途径。
代谢是生物体维持生命活动所必需的化学反应过程，包括物质的合成代谢和分解代谢两种类型。
合成代谢是指生物体内分子的合成过程，它需要消耗能量；而分解代谢则是指生物体内分子的降解过程，它释放能量。
生物体内的代谢途径是一个复杂的网络，各种代谢反应相互联系，共同维持着生物体内的稳态。
总的来说，生物化学是一个重要的学科，它对于理解生命现象和生物体内的化学过程具有重要意义。
2019生物竞赛-生物化学-08酶学概论-杨荣武《生物化学原理(一)》
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
研究酶的医学重要性
许多疾病是缺乏某一种酶或者一种酶不合适表达引起的。 酶是许多药物作用的目标。 酶有时可直接被用来治疗某种疾病。 存在一种酶或缺乏一种酶经常被用来诊断某些疾病。 病毒性肝炎——谷丙转氨酶 心肌梗塞——谷草转氨酶、肌酸激酶、LDH（H4） 急性胰腺炎——淀粉酶、脂肪酶
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第八章 酶学概论
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提纲
一． 酶的化学本质 二． 酶的催化性质
1. 2. 酶与非酶催化剂的共同性质 酶催化的特有性质
三. 酶的分类和命名
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酶催化底物转变成产物
醛缩酶
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酶与非酶催化剂的共同性质
只能催化热力学允许的反应 反应完成后本身不被消耗或变化，即可以重复使用 对正反应和逆反应的催化作用相同 不改变平衡常数，只加快到达平衡的速度或缩短到达 平衡的时间。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
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酶的分类及其实例
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胰凝乳蛋白酶的活性中心
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
解释酶专一性的三种模型： （1）锁与钥匙学说
（2）诱导契合学说 （3）“三点附着”模型
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2019生物竞赛-生物化学-14维生素与辅酶-杨荣武《生物化学原理(一)》
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四氢叶酸转移的“一碳单位”
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生物素
又名维生素H，为带有戊酸的噻吩与尿酸结合的骈环。 辅酶——作为多种羧化酶的辅酶参与CO2的固定。在细 胞内，生物素通过其戊酸侧链与羧化酶的赖氨酸残基上 的ε-NH2形成的酰胺键相连。 缺乏症：鳞状皮炎、精神忧郁、脱发和无食欲等。
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维生素
定义：是维持生物体正常生命活动必不可少的一类小分 子有机化合物。尽管机体对它们需要量甚少(一个人每日 需要量常以mg或μg计)，但由于它们不能在体内合成， 或者虽能合成但所合成的量难以满足机体的需要，所以 必须从食物中获取。如果机体长期缺乏某种维生素，就 会导致相应的维生素缺乏病。 分类：按溶解性质将其分为脂溶性维生素和水溶性维生 素两大类。
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第十四章 维生素与辅酶
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提纲
一、水溶性维生素
1. B 族维生素 2. 维生素C
二、脂溶性维生素
1. 2. 3. 4. 维生素A 维生素D 维生素E 维生素K
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维生素D的化学结构
佝偻病 患者
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维生素E
又称为生育酚，有α、β、γ和δ四种，其中α-生育酚的 生理效用最强。它们都是苯骈二氢吡喃的衍生物。 维生素E的主要生理功能是在体内作为一种强抗氧化剂 与维生素A、β-胡萝卜素和维生素C一起防止脂类或脂 溶性物质氧化、保护细胞膜免受氧化损伤以及维护红 细胞的完整。 此外，维生素E还参与生物氧化，在呼吸链中既可以稳 定辅酶Q，又可以协助电子传递给辅酶Q。
2019生物竞赛-生物化学-07核酸的性质及研究方法-杨荣武《生物化学原理(一)》
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第七章 核酸的性质 及研究方法
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
提要
一、核酸的理化性质 二、核酸研究的技术和方法
1. 核酸的化学合成 2. 核酸的分离、纯化和定量
三、核酸一级结构的测定
原理：ddNTP参入可导致DNA复制的末端终止 步骤：
进行四组平行反应 每一组反应混合物含有四种ddNTP 每一组反应含有一种少量的ddNTP 在多数情况下，聚合酶使用正常的核苷酸，DNA合成正常延伸 有时，聚合酶使用ddNTP，而导致末端终止 每一组反应中ddNTP的随机插入留下一系列长度不等的以该双 脱氧核苷酸结尾的DNA链。 对每一组反应混合物走凝胶电泳 片段越短，走的越快，就越靠近凝胶的底部 从凝胶的底部向上读出序列 将读出的序列转化成互补链的序列
1. DNA一级结构的测定 2. RNA一级结构的测定
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
核酸的理化性质
1. 2. 3. 4.
紫外吸收 酸碱解离 变性 复性和杂交
DNA的变性和复性
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
变性
定义：是指核酸受到加热、极端的pH或离子强度降 低等因素或特殊的化学试剂的作用，其双螺旋区的 氢键断裂，变成单链的过程。其中并不涉及共价键 断裂。 表征：核酸在变性时，紫外吸收和浮力密度升高， 黏度降低，生物活性（主要是RNA）不变、降低或 丧失，其中紫外吸收增加的现象称为增色效应。 Tm：双链DNA热变性是在很窄的温度内发生的，与 晶体在熔点时突然熔化的情形相似，因此DNA也具 有“熔点”，用Tm表示。Tm实际是DNA的双螺旋 有一半发生热变性时相应的温度。 DNA的Tm值受到DNA的均一性、G-C含量、离子强 度和特殊的化学试剂的影响。
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第七章 核酸的性质 及研究方法
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
提要
一、核酸的理化性质 二、核酸研究的技术和方法
1. 核酸的化学合成 2. 核酸的分离、纯化和定量
三、核酸一级结构的测定
原理：ddNTP参入可导致DNA复制的末端终止 步骤：
进行四组平行反应 每一组反应混合物含有四种ddNTP 每一组反应含有一种少量的ddNTP 在多数情况下，聚合酶使用正常的核苷酸，DNA合成正常延伸 有时，聚合酶使用ddNTP，而导致末端终止 每一组反应中ddNTP的随机插入留下一系列长度不等的以该双 脱氧核苷酸结尾的DNA链。 对每一组反应混合物走凝胶电泳 片段越短，走的越快，就越靠近凝胶的底部 从凝胶的底部向上读出序列 将读出的序列转化成互补链的序列
1. DNA一级结构的测定 2. RNA一级结构的测定
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核酸的理化性质
1. 2. 3. 4.
紫外吸收 酸碱解离 变性 复性和杂交
DNA的变性和复性
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变性
定义：是指核酸受到加热、极端的pH或离子强度降 低等因素或特殊的化学试剂的作用，其双螺旋区的 氢键断裂，变成单链的过程。其中并不涉及共价键 断裂。 表征：核酸在变性时，紫外吸收和浮力密度升高， 黏度降低，生物活性（主要是RNA）不变、降低或 丧失，其中紫外吸收增加的现象称为增色效应。 Tm：双链DNA热变性是在很窄的温度内发生的，与 晶体在熔点时突然熔化的情形相似，因此DNA也具 有“熔点”，用Tm表示。Tm实际是DNA的双螺旋 有一半发生热变性时相应的温度。 DNA的Tm值受到DNA的均一性、G-C含量、离子强 度和特殊的化学试剂的影响。
酶活力的调节名词解释
酶活力的调节名词解释酶活力是指酶催化反应的效率和速度。
酶作为生物催化剂，在细胞内起着至关重要的作用。
然而，细胞内的生化环境是复杂多变的，为了适应不同的生理和环境条件，酶活力需要不断进行调节。
酶活力的调节可以通过多种方式实现，其中包括底物浓度、温度、pH值、共价修饰和非共价结合等。
1. 底物浓度的调节底物浓度是调节酶活力的重要因素之一。
当底物浓度较低时，酶与底物之间的结合较弱，反应速率较慢；而当底物浓度增加时，底物与酶的结合增强，酶活力得到增强，反应速率也会随之增加。
然而，当底物浓度达到饱和时，酶活力会达到极限，此时再增加底物浓度也无法进一步提高酶的活性。
2. 温度的调节温度是影响酶活性的另一个重要因素。
一般来说，酶活力随着温度的升高而增强，因为温度升高会提高酶分子的运动速率，增加与底物碰撞的机会。
然而，当温度超过酶的适宜工作温度时，酶分子的三维结构会发生变化，使其失去活性，这种现象称为酶的热变性。
3. pH值的调节pH值是指溶液的酸碱程度，也是影响酶活力的关键因素之一。
不同酶对pH值的适应范围存在差异，一般来说，大部分酶的最适pH值在中性或略偏碱性范围内。
当溶液的pH偏离酶的最适pH值时，酶分子的电荷状态会发生变化，导致与底物结合的能力下降，从而影响酶的活性。
4. 共价修饰的调节共价修饰是指在酶分子上加上化学基团，从而改变酶分子的结构和功能。
共价修饰可以通过磷酸化、乙酰化、甲基化等方式实现。
这些修饰可以激活或抑制酶的活性，从而调节酶的催化反应。
共价修饰对酶的调节起着非常重要的作用，可以根据细胞内的需求来对特定的酶进行调节。
5. 非共价结合的调节非共价结合是指酶与其他分子之间通过非共价相互作用而发生结合，从而影响酶的活性。
例如，酶与辅因子结合后形成酶复合物，这可以提高酶的活力。
此外，酶还可以与抑制剂结合，从而降低酶的活性。
非共价结合是一个重要的酶活性调控机制，不同分子的结合方式和强度会对酶的催化速率和效率产生重要影响。
2019生物竞赛-生物化学-03蛋白质的功能及其与结构之间的关系-杨荣武《生物化学原理(一)》
肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
Hb的正协同效应
Hb的正协同效应是指Hb分子有一个亚基结合O2后， 其构象会发生变化，使得其他亚基对O2的亲和力突 然增强。 协同效应可使用齐变或序变模型来解释。两种模型 都假定Hb存在两种构象，即紧张态（T态）和松弛 态（R态）。在没有结合氧气时，Hb的四条链之间 结合紧密，这种构象称为T态，这种紧密结合是由 盐键以及结合在2条β链之间缝隙中的甘油酸-2,3-二 磷酸（2,3-BPG）造成的，它们屏蔽了分子表面疏 水的空穴，使得Hb结合O2的能力降低。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
根据细胞色素c一级结构绘制出来的进化树
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
蛋白质进化的四种情形
① 类似物（analog）。专指具有相同的功能，但起源于 不同的祖先基因的蛋白质，它们是基因趋同进化的产 物（convergent evolution）。 ② 同源物（homolog）。专指存在于不同生物或者同种 生物，来源于某一共同祖先基因的蛋白质。 ③ 种间同源物（ortholog），也称为直向同源物或直系 同源物，属于同源物中的一种，专指来自于不同物种 的由垂直家系（物种形成）进化而来的蛋白质，它们 通常保留与原始蛋白相同的功能，但也不尽然。 ④ 种内同源物或旁系同源物（paralog）。属于同源物中 的另外一种，专指同一物种内由于基因复制、分离产 生的同源物。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
细胞色素c
相似的序列-相似的结构-相同的功能
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
不同物种的细胞色素c一级结构的比较
2019生物竞赛-生物化学-13酶的应用及研究方法-杨荣武《生物化学原理(一)》
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酶的活力
酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶的催化 能力。 酶活力单位的定义：1个U是指在最适条件下每分钟催化1 微摩尔底物转化的酶量,或者1个katal（kat）被定义为每秒 钟催化1分子底物转化的酶量（1 kat = 6×107U， 1U=16.67×10-9kat）。 比活性或比活力（specific activity）来表示，它是指单位 重量（通常是每毫克）酶所含有的活力单位数
酶纯化表示例
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
固定化酶
是指将一种可溶性酶与不溶性的有机或无机基质结 合，或者将其包埋到特殊的具有选择透过性的膜内， 从而提高酶的稳定性、便于重复和持续使用。与可 溶性酶相比，固定化酶具有方便、经济和稳定等优 点。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
酶纯化表（purification table）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 酶溶液体积（ml） 酶溶液蛋白质含量（mg/ml） 酶溶液活性（U/ml） 酶总量或酶总活性（U）=酶活力（U/ml）×体积（ml） 比活性（U/mg）=酶活力（U/ml）/蛋白质量（mg/ml） 总蛋白（mg）=酶溶液蛋白质含量（mg/ml）×体积（ml） 得率（%）=每一步纯化后的酶总量/每一步纯化之前的酶总 量×100%； ⑧ 纯化倍数（purification factor）=每一步纯化后的酶比活性/每 一步纯化之前的酶比活性。
衍生于葡萄球菌核酸酶的蛋白质/核酸杂交酶
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某些蛋白质能够作为配体与特定的酶结合而调节 被结合酶的活性，这些调节酶活性的蛋白质称为 调节蛋白，其中，激活酶活性的调节蛋白称为激 活蛋白，抑制酶活性的蛋白称为抑制蛋白。抑制 蛋白通常结合在酶的活性中心阻止底物与活性中 心结合而达到抑制的效果。
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乙酰CoA羧化酶的聚合和解离
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
序变模型
该模型认为同一个酶分子既有R亚基，又有T亚基， 也就是溶液中的R态酶（R4）和T态酶（T4）之间存 在多种混合体（R3T1、R2T2、R1T3），各种状态 的酶处于动态平衡之中。 此外，该模型还肯定了底物对酶构象有更直接的影 响。在没有底物时，酶差不多都以T态存在，这时活 性中心的构象不适合与酶结合。一旦底物进入活性 中心，因为“诱导契合”导致与底物结合的亚基从T 态转变成R态。 序变模型还认为相邻亚基之间存在相互作用，并且 这种相互作用可以影响到其他亚基的构象状态。
酶需要在正确的时间 和正确的地点有活性
不合适的表达 或激活导致细 胞的癌变或死 亡！
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
酶的“量变”和“质变”的比较
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酶的“量变”
改变酶量的方式有两种，一种是通过同工酶， 另外一种是通过控制酶基因的表达和酶分子的 降解。
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氨甲酰转移酶的结构及其催化的反应
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ATP和CTP对ATC活性的调节
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大肠杆菌ATC的T态和R态的互变
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生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
同工酶
定义：是指催化相同的反应但性质不同（Vmax和/或Km不同） 的酶。它们可能以不同的量出现在一种动物不同的组织或器 官，也可能出现在任何真核生物细胞不同的细胞器。 实例：高等动物的乳酸脱氢酶（LDH）有五种形式—M4、 M3H、M2H2、MH3和M4。M4由四个M亚基组成，主要存 在于骨骼肌，H4由四个H亚基组成，主要存在于心脏。
蛋白酶与蛋白酶抑制剂
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
各种CDK与其周期蛋白搭档
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
抑制蛋白对酶活性的抑制
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吸烟对α1-抗胰蛋白酶的损伤
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蛋白质的“可逆磷酸化”
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水解激活
大多数蛋白酶以无活性的酶原形式被合成，需要通过 水解（由其它蛋白酶催化或自我催化）去除一些氨基 酸序列以后才会有活性，这种调节酶活性的方式被称 为水解激活。 与共价修饰一样，水解激活是也一种全或无的调节方 式，酶原状态没有活性，但与共价修饰不同的是，它 是不可逆的，即一旦被激活就不可能回到原来的非活 性的酶原状态。
酶的共价修饰调节
是指酶活性因其分子内的某些氨基酸残 基发生共价修饰而发生变化的过程。这 种调节方式比别构调节要慢。共价修饰 的方式有：磷酸化、腺苷酸化、尿苷酸 化、ADP-核糖基化和甲基化，其中磷酸 化是最为常见的形式。
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酶共价修饰的几种形式
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酶的“质变”
——在不改变酶浓度的前提下，对已有的酶 的活性进行的调控
酶活性的别构调节、共价修饰和水解激活调节的异同
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别构调节
别构调节的原理在于一些酶除了活性中心以外，还含有别构中心，该中 心能够结合一些特殊的配体分子（有时为底物）。当别构中心结合配体 以后，酶构象发生改变，从而影响到活性中心与底物的亲和力，并最终 导致酶活性发生变化。 能够进行别构调节的酶称为别构酶，与别构中心结合调节酶活性的配体 分子称为别构效应物。起抑制作用的别构效应物称为别构抑制剂，起激 活作用的别构效应物称为别构激活剂。由底物作为别构效应物产生的别 构效应称为同促效应，否则，就称为异促效应。许多别构酶具有多个别 构中心，能够与不同的别构效应物结合。 具有协同效应的酶和无协同效应的酶都可以受到别构调节 别构调节最多出现在代谢途径中的反馈抑制（feedback inhibition），有 时候还有前馈激活（feed-forward activation）和底物激活（substrate activation）。
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胰蛋白酶和其他蛋白酶的水解激活
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糜蛋白酶的水解激活
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某些凝血因子的水解激活
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调节蛋白的激活或抑制
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酶活性的别构调节
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具有正协同效应的别构酶
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具有正协同效应别构酶
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无协同效应的别构酶
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第十二章 酶活性的调节机制
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提纲
一、酶的“量变”
1. 酶的“量变”和“质变”的主要差别 2. 同工酶 3. 酶的合成和降解
二、酶的“质变”
1. 2. 3. 4. 5. 别构调节 共价修饰调节 水解激活 调节蛋白的激活或抑制 聚合与解离
解释别构酶别构效应和与底物 结合的协同效应的两个模型
齐变模型（MWC模型） 序变模型（KNF模型）
生物竞赛-生物化学原理（结构生物 该模型认为构成别构酶的亚基能够以两种不同的构象 形式存在，一种构象为R态，另外一种构象为T态。在 一个特定的酶分子内部，构成亚基之间的相互作用致 使每一个酶分子的每一个亚基在某一个时候采取同一 种构象，即要么都是R态，要么都是T态。 在溶液中，两种构象可以相互转变，并处于动态的平 衡中，但转变的方式为齐变，即构成它们的亚基要么 一齐从R态变成T态，要么一齐从T态变成R态。
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别构调节最多出现 在代谢途径中的反 馈抑制，它是指一 条代谢途径（通常 是合成代谢途径） 的终产物作为别构 抑制剂抑制代谢途 径前面限速酶的活 性，因此也被称为 终产物抑制。
酶活性的反馈抑制
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别构酶实例——氨甲酰转移酶
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATC）是大肠杆菌嘧啶核 苷酸从头合成途径中的限速酶，它催化氨甲酰磷 酸和Asp形成N-氨甲酰天冬氨酸和无机磷酸，其活 性受到严格的调控。 对大肠杆菌ATC的动力学研究表明，其动力学曲 线为S型，活性受到嘧啶合成的终产物CTP的反馈 抑制，但受到嘌呤核苷酸ATP的激活。S型曲线表 明该酶与底物结合具有正协同性。 ATP和CTP作为别构效应物对ATC活性调节的生理 意义在于有利于平衡胞内的嘌呤核苷酸库和嘧啶 核苷酸库。
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乙酰CoA羧化酶的聚合和解离
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序变模型
该模型认为同一个酶分子既有R亚基，又有T亚基， 也就是溶液中的R态酶（R4）和T态酶（T4）之间存 在多种混合体（R3T1、R2T2、R1T3），各种状态 的酶处于动态平衡之中。 此外，该模型还肯定了底物对酶构象有更直接的影 响。在没有底物时，酶差不多都以T态存在，这时活 性中心的构象不适合与酶结合。一旦底物进入活性 中心，因为“诱导契合”导致与底物结合的亚基从T 态转变成R态。 序变模型还认为相邻亚基之间存在相互作用，并且 这种相互作用可以影响到其他亚基的构象状态。
酶需要在正确的时间 和正确的地点有活性
不合适的表达 或激活导致细 胞的癌变或死 亡！
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酶的“量变”和“质变”的比较
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酶的“量变”
改变酶量的方式有两种，一种是通过同工酶， 另外一种是通过控制酶基因的表达和酶分子的 降解。
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氨甲酰转移酶的结构及其催化的反应
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ATP和CTP对ATC活性的调节
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大肠杆菌ATC的T态和R态的互变
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同工酶
定义：是指催化相同的反应但性质不同（Vmax和/或Km不同） 的酶。它们可能以不同的量出现在一种动物不同的组织或器 官，也可能出现在任何真核生物细胞不同的细胞器。 实例：高等动物的乳酸脱氢酶（LDH）有五种形式—M4、 M3H、M2H2、MH3和M4。M4由四个M亚基组成，主要存 在于骨骼肌，H4由四个H亚基组成，主要存在于心脏。
蛋白酶与蛋白酶抑制剂
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各种CDK与其周期蛋白搭档
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抑制蛋白对酶活性的抑制
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吸烟对α1-抗胰蛋白酶的损伤
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蛋白质的“可逆磷酸化”
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水解激活
大多数蛋白酶以无活性的酶原形式被合成，需要通过 水解（由其它蛋白酶催化或自我催化）去除一些氨基 酸序列以后才会有活性，这种调节酶活性的方式被称 为水解激活。 与共价修饰一样，水解激活是也一种全或无的调节方 式，酶原状态没有活性，但与共价修饰不同的是，它 是不可逆的，即一旦被激活就不可能回到原来的非活 性的酶原状态。
酶的共价修饰调节
是指酶活性因其分子内的某些氨基酸残 基发生共价修饰而发生变化的过程。这 种调节方式比别构调节要慢。共价修饰 的方式有：磷酸化、腺苷酸化、尿苷酸 化、ADP-核糖基化和甲基化，其中磷酸 化是最为常见的形式。
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酶共价修饰的几种形式
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酶的“质变”
——在不改变酶浓度的前提下，对已有的酶 的活性进行的调控
酶活性的别构调节、共价修饰和水解激活调节的异同
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别构调节
别构调节的原理在于一些酶除了活性中心以外，还含有别构中心，该中 心能够结合一些特殊的配体分子（有时为底物）。当别构中心结合配体 以后，酶构象发生改变，从而影响到活性中心与底物的亲和力，并最终 导致酶活性发生变化。 能够进行别构调节的酶称为别构酶，与别构中心结合调节酶活性的配体 分子称为别构效应物。起抑制作用的别构效应物称为别构抑制剂，起激 活作用的别构效应物称为别构激活剂。由底物作为别构效应物产生的别 构效应称为同促效应，否则，就称为异促效应。许多别构酶具有多个别 构中心，能够与不同的别构效应物结合。 具有协同效应的酶和无协同效应的酶都可以受到别构调节 别构调节最多出现在代谢途径中的反馈抑制（feedback inhibition），有 时候还有前馈激活（feed-forward activation）和底物激活（substrate activation）。
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胰蛋白酶和其他蛋白酶的水解激活
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糜蛋白酶的水解激活
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某些凝血因子的水解激活
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调节蛋白的激活或抑制
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酶活性的别构调节
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具有正协同效应的别构酶
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具有正协同效应别构酶
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无协同效应的别构酶
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第十二章 酶活性的调节机制
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提纲
一、酶的“量变”
1. 酶的“量变”和“质变”的主要差别 2. 同工酶 3. 酶的合成和降解
二、酶的“质变”
1. 2. 3. 4. 5. 别构调节 共价修饰调节 水解激活 调节蛋白的激活或抑制 聚合与解离
解释别构酶别构效应和与底物 结合的协同效应的两个模型
齐变模型（MWC模型） 序变模型（KNF模型）
生物竞赛-生物化学原理（结构生物 该模型认为构成别构酶的亚基能够以两种不同的构象 形式存在，一种构象为R态，另外一种构象为T态。在 一个特定的酶分子内部，构成亚基之间的相互作用致 使每一个酶分子的每一个亚基在某一个时候采取同一 种构象，即要么都是R态，要么都是T态。 在溶液中，两种构象可以相互转变，并处于动态的平 衡中，但转变的方式为齐变，即构成它们的亚基要么 一齐从R态变成T态，要么一齐从T态变成R态。
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
别构调节最多出现 在代谢途径中的反 馈抑制，它是指一 条代谢途径（通常 是合成代谢途径） 的终产物作为别构 抑制剂抑制代谢途 径前面限速酶的活 性，因此也被称为 终产物抑制。
酶活性的反馈抑制
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生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
别构酶实例——氨甲酰转移酶
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATC）是大肠杆菌嘧啶核 苷酸从头合成途径中的限速酶，它催化氨甲酰磷 酸和Asp形成N-氨甲酰天冬氨酸和无机磷酸，其活 性受到严格的调控。 对大肠杆菌ATC的动力学研究表明，其动力学曲 线为S型，活性受到嘧啶合成的终产物CTP的反馈 抑制，但受到嘌呤核苷酸ATP的激活。S型曲线表 明该酶与底物结合具有正协同性。 ATP和CTP作为别构效应物对ATC活性调节的生理 意义在于有利于平衡胞内的嘌呤核苷酸库和嘧啶 核苷酸库。