第03章大分子和酶
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小分子DNA—E47的作用，可将两个DNA底
物连接起来（具磷酸酯酶活性）
（Cuenoud B等人设计的体外选择技术，分离
出E47）
酶的类型
3、酶的类型（按国际系统命名法原则，依酶 促反 应性质分为六类）：
1)氧化还原酶类（催化氧化还原反应） 2)转移酶类（催化功能基团的转移反应） 3)水解酶类（催化水解反应） 4)裂和酶类或裂解酶（催化底物移去一个基团而 形成双键的反应或逆反应） 5)异构酶类（催化同分异构体的相互转变） 6)连接酶类或合成酶（催化一切由两种物质 合成为一种物质的反应）
变性后的蛋白质分子还能复性（一定条件下）
核酸
3、 核酸的高级结构
（1） DNA双螺旋 A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖 －磷酸－糖构成螺旋主链；
B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直
C、两条链对应碱基呈配对关系：
A＝T
G≡C
D、螺旋直径 2nm，螺距 3.4nm， 每一螺距中包含 10 bp； DNA 双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构，DNA 的三级结构 的形成需要蛋白质帮助。
然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底
物分子，使底物分子活化起来。
酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一
性的体现。
底物分子结合在酶的底物结合中心
a)使底物靠拢
b)使底物分 c)使底物分 子产生应力 子电荷变化
酶的活性如何调节？
5、酶的活性可以调控
在代谢途径中调节酶活性
几个酶或十几个酶前后配合，完成一系
蛋白质的四级结构是指各条肽链之 四级结构 间的位置和结构。四级结构只存在 于由两条肽链以上组成的蛋白质。
血红蛋 白的三 级结构 和四级 结构
2、 维持生物大分子高级结构的重要因素
－－非共价键 C＝O H－O 氢 键 C－N H
C－O
6. 影响酶活性的因素
辅助因子（暴露酶的活性部位）
无机离子和有机物（辅酶等）
酶的抑制剂（与酶以共价/弱键形式结合）
包括不可逆抑制剂和可逆抑制剂；
有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分 子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心， 亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况 称为酶的竞争性抑制。
底 物
列代谢反应，形成一条代谢途径。 在一条代谢途径中，常常是前一个酶促
反应的产物，便是下一个酶促反应的底物。
第 一 个 酶 有 活 性 第 一 个 酶 无 活 性
终产物
终产物（调 节物）结合 在调节中心
共价调节
共价调节
有时候，酶蛋白分子可以和一个基团形成共价结
合，结合的结果，是酶蛋白分子结构发生改变，进 而使酶活性发生改变。 例如，酶与 磷酸根 的结合（酶的磷酸化 / 脱磷酸化 调节的代谢反应）。 这种调节酶活性的情况称为酶的共价（修饰）调 节。
是酶活性所必须的，称为辅酶/辅基或辅助因子。
牛胰 核糖核酸酶 （RNase）
由蛋白质组成
（黄色圆球是Zn2+） 铁卟啉辅基
羧基肽酶以二价锌离子 （Zn2+）为辅助因子
过氧化氢酶以铁卟 啉环为辅助因子
酶的化学本质
2、酶的化学本质——
蛋白质和具有催化活性的DNA或RNA
核酶（酶性RNA和DNA）：
-酶的催化下进行的。
这一章先介绍酶的性质，下次着重介
绍生命活动所需的能量，从何而来。至于 新陈代谢中产生的大、小生物分子，种类
甚多，本课仅介绍蛋白质大分子是如何合
成的。
一、酶是生物催化剂
1、酶的催化特点
催化剂可以加快化学反应的速度，酶是 生物催化剂，它的反应特点是： 效率高（降低反应活化能显著）、
号传递)；
6）核苷酸：结构特点(碱基，核糖，磷酸）和功能
（参与组建核酸/细胞信号传递和能量代谢）； 7）脂类：磷脂/甘油三脂/固醇/共性？和结构特点？功 能（膜结构/燃料储存/激素和维生素/复合大分子）。
第二章 生命的物质基础
生命的元素组成，小分子和生物大分子的关系， 生物小分子简介、生物大分子的形成
RNA
（2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。 例如：转运 RNA （ tRNA ） 的三叶草结构
多糖链
4 、多糖链的高级结构
不同高级结构带来不同的生物学性能
多分支的糖原呈网状结构
糖 元
动物淀粉
α-糖苷键使 整个分子呈 螺旋状
淀 粉
能源 贮存
纤 结构 维 素 支架
β-糖苷键使整个分子呈长纤维状
生物体细胞)，内聚力和表面张力(溶解性，极性， 较高的比热/蒸发热) ，生命的介质； 2）无机盐：存在形式/作用(渗透压/缓冲/酶调节和激 活因子/有机物原料)； 3）碳原子：生命存在的真正基础原因?
4）氨基酸：结构特点和功能(蛋白质，代谢调节如激 素，神经递质，20/8/其他)；
5）单糖：结构特点/生物功能(多糖/燃料/寡糖细胞信
上次课小结
1、生命的元素组成： 26种/11种(6种)/15种； 确定必需微量元素的方法(缺失/添加→病症/消失，进 一步研究代谢的机理)；
Ca，Zn，Se，Cr；
2、生物小分子与大分子之间的关系： 为数不多的小分子构成三类生物大分子/复合生物大分 子。
3、生物小分子的种类和功能：
1）水：生物体重量60%以上(地球上生命/哺乳动物/
氨基末端
磷酸化位点
糖原颗 粒结合 位点
磷酸吡哆醛 结合位点
糖 元 磷 酸 化 酶
有 磷 酸 化 位 点
活性位点
催化糖原的非 还原端不断地 进行水解
促进糖原分解的激素激活磷酸化酶b分解糖元的过程：
肾上腺素 或 胰高血糖素 ←（第一信使） ↘ ↙ ①腺苷酸环化酶 (1) ↓ ATP cAMP + PPi （cAMP作为第二信使） ↓ ②蛋白激酶 蛋白激酶 (2) （无活力） （有活力） ↓ATP ③磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P + ADP (3) （无活力） （有活力） ↓ATP ④磷酸化酶b 磷酸化酶a +ADP (4) （无活力） （有活力） ↓ 连锁的酶促反应过程： 糖原 1-磷酸葡萄糖 ①前一反应产物是后一反应催化 或6-磷酸葡萄糖 剂。②每进行一次修饰反应，信 ↓ 号放大一次。③经过四次放大， 如10倍/次，放大104倍. 葡萄糖
作用的机理
4、酶催化作用的机理是降低活化能
催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快 其反应速度。
即使对可以进行的反应来说，反应物分
应越过一个活化能才能发生反应。 酶作为催化剂的作用是降低活化能。
子
酶的催化机理是降低活化能
酶是如何降低活化能的呢 ?
首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构 中有底物结合中心/活性中心。
专一性。
③
聚合酶活性
“C6”至“C10”（L19:聚合酶） “C3”或“C4” (L19：核酸水解酶）
“C5” L19
核酸酶活性
酶性DNA（deoxyribosyme）
E47：是最小的DNA催化剂，(仅由47个核
苷酸组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ链DNA)
在酶性RNA发现十九年后（1995 Nature）报
道酶性DNA的研究结果。发现：
20世纪80年代后发现某些RNA 和DNA
分子也具催化能力，
更正了酶的化学本质是蛋白质的概念。
酶性RNA（ribosyme） L19RNA（395个核苷酸组成的RNA分子）
①原生生物四膜虫26S rRNA前体经自身拼接所
释放出的内含子的缩短形式，（最初发现）。
②能将五聚胞苷转化成或长或短的聚合物，且具
第三章 生物的新陈代谢
一、酶是生物催化剂 二、生命世界的能量源泉是太阳能
三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量
四、生物体内有一个复杂的代谢网络
生命活动的原动力在于生物体内一刻不停 的新陈代谢。 通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮存 的能量，转化为可供生命活动利用的能量，不 断制造出各种大、小分子以供生命活动所需要。 体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂---
专一性强（只作用一类或一种物质） 、
易失活（要求温和条件）。
催化效率高
用简单的实验证明酶的催化效率：
铁屑
肝糜 肝糜（煮）
2 H2O2
2 H2 O + O 2
目前发现的大部分酶中：
有的酶仅仅由蛋白质组成，如：核糖核酸酶； 有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些金
属离子或小分子参与；这些金属离子或小分子
子整体形状。
1、蛋白质的高级结构
蛋白质的一级结构是指肽链中氨基
酸的排列顺序。 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨 基酸形成的一定的结构形状。 如：α－螺旋和β－折叠
一级结构
二级结构
β－折叠
α－螺旋
蛋白质的三级结构是指整 条肽链盘绕折叠形成一定 三级结构 的空间结构形状。如纤维 蛋白和球状蛋白。
竞争性 抑制剂
竞争性抑制剂
在结构上与 底物相似
磺胺类药物 竞争性抑制 细菌体内的酶
（合成叶酸的酶） 对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酸 （细菌生长因子） （磺胺药）
青霉素抑制细菌合成细胞壁的酶
有些杀虫剂的机理：抑制昆虫胆碱酯酶，导
至神经细胞中的神经递质处于持续兴奋中，
机体震颤死亡。
此外，合适的温度和pH 亦是保证酶发挥最 佳作用的重要因素。
O —
+
H3 N－ 盐 键
？
非共价键的键强度很小，所以 A、需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳定； B、高级结构不很稳定。生物大分子变性就是因为高级结构破 坏，大分子性质改变，生物活性丧失。但是， 一级结构尚 未破坏。
RNase
的变性和复性
注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用。
蛋白质变性使高级结构破坏
五、生物大分子的高级结构
第三章 生物的新陈代谢
一、酶是生物催化剂
二、生命世界的能量源泉是太阳能
三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量
四、生物体内有一个复杂的代谢网络
五、生物大分子的高级结构
由生物小分子到生物大分子，分子 增大，出现新的性质。 其中最主要的特点是：生物大分 子有独特的立体结构、空间构型和分
能量源泉
思考题
1、简述三类生物大分子的结构特征和功能？
2、酶的化学本质及催化特点？ 3、影响酶活性的因素你知道有几方面？
下次讲： 第3章（二~四） 生命世界的能量源泉 生物体主要从有机分子的氧化取得能量 生物体内有一个复杂的代谢网络
物连接起来（具磷酸酯酶活性）
（Cuenoud B等人设计的体外选择技术，分离
出E47）
酶的类型
3、酶的类型（按国际系统命名法原则，依酶 促反 应性质分为六类）：
1)氧化还原酶类（催化氧化还原反应） 2)转移酶类（催化功能基团的转移反应） 3)水解酶类（催化水解反应） 4)裂和酶类或裂解酶（催化底物移去一个基团而 形成双键的反应或逆反应） 5)异构酶类（催化同分异构体的相互转变） 6)连接酶类或合成酶（催化一切由两种物质 合成为一种物质的反应）
变性后的蛋白质分子还能复性（一定条件下）
核酸
3、 核酸的高级结构
（1） DNA双螺旋 A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖 －磷酸－糖构成螺旋主链；
B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直
C、两条链对应碱基呈配对关系：
A＝T
G≡C
D、螺旋直径 2nm，螺距 3.4nm， 每一螺距中包含 10 bp； DNA 双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构，DNA 的三级结构 的形成需要蛋白质帮助。
然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底
物分子，使底物分子活化起来。
酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一
性的体现。
底物分子结合在酶的底物结合中心
a)使底物靠拢
b)使底物分 c)使底物分 子产生应力 子电荷变化
酶的活性如何调节？
5、酶的活性可以调控
在代谢途径中调节酶活性
几个酶或十几个酶前后配合，完成一系
蛋白质的四级结构是指各条肽链之 四级结构 间的位置和结构。四级结构只存在 于由两条肽链以上组成的蛋白质。
血红蛋 白的三 级结构 和四级 结构
2、 维持生物大分子高级结构的重要因素
－－非共价键 C＝O H－O 氢 键 C－N H
C－O
6. 影响酶活性的因素
辅助因子（暴露酶的活性部位）
无机离子和有机物（辅酶等）
酶的抑制剂（与酶以共价/弱键形式结合）
包括不可逆抑制剂和可逆抑制剂；
有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分 子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心， 亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况 称为酶的竞争性抑制。
底 物
列代谢反应，形成一条代谢途径。 在一条代谢途径中，常常是前一个酶促
反应的产物，便是下一个酶促反应的底物。
第 一 个 酶 有 活 性 第 一 个 酶 无 活 性
终产物
终产物（调 节物）结合 在调节中心
共价调节
共价调节
有时候，酶蛋白分子可以和一个基团形成共价结
合，结合的结果，是酶蛋白分子结构发生改变，进 而使酶活性发生改变。 例如，酶与 磷酸根 的结合（酶的磷酸化 / 脱磷酸化 调节的代谢反应）。 这种调节酶活性的情况称为酶的共价（修饰）调 节。
是酶活性所必须的，称为辅酶/辅基或辅助因子。
牛胰 核糖核酸酶 （RNase）
由蛋白质组成
（黄色圆球是Zn2+） 铁卟啉辅基
羧基肽酶以二价锌离子 （Zn2+）为辅助因子
过氧化氢酶以铁卟 啉环为辅助因子
酶的化学本质
2、酶的化学本质——
蛋白质和具有催化活性的DNA或RNA
核酶（酶性RNA和DNA）：
-酶的催化下进行的。
这一章先介绍酶的性质，下次着重介
绍生命活动所需的能量，从何而来。至于 新陈代谢中产生的大、小生物分子，种类
甚多，本课仅介绍蛋白质大分子是如何合
成的。
一、酶是生物催化剂
1、酶的催化特点
催化剂可以加快化学反应的速度，酶是 生物催化剂，它的反应特点是： 效率高（降低反应活化能显著）、
号传递)；
6）核苷酸：结构特点(碱基，核糖，磷酸）和功能
（参与组建核酸/细胞信号传递和能量代谢）； 7）脂类：磷脂/甘油三脂/固醇/共性？和结构特点？功 能（膜结构/燃料储存/激素和维生素/复合大分子）。
第二章 生命的物质基础
生命的元素组成，小分子和生物大分子的关系， 生物小分子简介、生物大分子的形成
RNA
（2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。 例如：转运 RNA （ tRNA ） 的三叶草结构
多糖链
4 、多糖链的高级结构
不同高级结构带来不同的生物学性能
多分支的糖原呈网状结构
糖 元
动物淀粉
α-糖苷键使 整个分子呈 螺旋状
淀 粉
能源 贮存
纤 结构 维 素 支架
β-糖苷键使整个分子呈长纤维状
生物体细胞)，内聚力和表面张力(溶解性，极性， 较高的比热/蒸发热) ，生命的介质； 2）无机盐：存在形式/作用(渗透压/缓冲/酶调节和激 活因子/有机物原料)； 3）碳原子：生命存在的真正基础原因?
4）氨基酸：结构特点和功能(蛋白质，代谢调节如激 素，神经递质，20/8/其他)；
5）单糖：结构特点/生物功能(多糖/燃料/寡糖细胞信
上次课小结
1、生命的元素组成： 26种/11种(6种)/15种； 确定必需微量元素的方法(缺失/添加→病症/消失，进 一步研究代谢的机理)；
Ca，Zn，Se，Cr；
2、生物小分子与大分子之间的关系： 为数不多的小分子构成三类生物大分子/复合生物大分 子。
3、生物小分子的种类和功能：
1）水：生物体重量60%以上(地球上生命/哺乳动物/
氨基末端
磷酸化位点
糖原颗 粒结合 位点
磷酸吡哆醛 结合位点
糖 元 磷 酸 化 酶
有 磷 酸 化 位 点
活性位点
催化糖原的非 还原端不断地 进行水解
促进糖原分解的激素激活磷酸化酶b分解糖元的过程：
肾上腺素 或 胰高血糖素 ←（第一信使） ↘ ↙ ①腺苷酸环化酶 (1) ↓ ATP cAMP + PPi （cAMP作为第二信使） ↓ ②蛋白激酶 蛋白激酶 (2) （无活力） （有活力） ↓ATP ③磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P + ADP (3) （无活力） （有活力） ↓ATP ④磷酸化酶b 磷酸化酶a +ADP (4) （无活力） （有活力） ↓ 连锁的酶促反应过程： 糖原 1-磷酸葡萄糖 ①前一反应产物是后一反应催化 或6-磷酸葡萄糖 剂。②每进行一次修饰反应，信 ↓ 号放大一次。③经过四次放大， 如10倍/次，放大104倍. 葡萄糖
作用的机理
4、酶催化作用的机理是降低活化能
催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快 其反应速度。
即使对可以进行的反应来说，反应物分
应越过一个活化能才能发生反应。 酶作为催化剂的作用是降低活化能。
子
酶的催化机理是降低活化能
酶是如何降低活化能的呢 ?
首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构 中有底物结合中心/活性中心。
专一性。
③
聚合酶活性
“C6”至“C10”（L19:聚合酶） “C3”或“C4” (L19：核酸水解酶）
“C5” L19
核酸酶活性
酶性DNA（deoxyribosyme）
E47：是最小的DNA催化剂，(仅由47个核
苷酸组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ链DNA)
在酶性RNA发现十九年后（1995 Nature）报
道酶性DNA的研究结果。发现：
20世纪80年代后发现某些RNA 和DNA
分子也具催化能力，
更正了酶的化学本质是蛋白质的概念。
酶性RNA（ribosyme） L19RNA（395个核苷酸组成的RNA分子）
①原生生物四膜虫26S rRNA前体经自身拼接所
释放出的内含子的缩短形式，（最初发现）。
②能将五聚胞苷转化成或长或短的聚合物，且具
第三章 生物的新陈代谢
一、酶是生物催化剂 二、生命世界的能量源泉是太阳能
三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量
四、生物体内有一个复杂的代谢网络
生命活动的原动力在于生物体内一刻不停 的新陈代谢。 通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮存 的能量，转化为可供生命活动利用的能量，不 断制造出各种大、小分子以供生命活动所需要。 体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂---
专一性强（只作用一类或一种物质） 、
易失活（要求温和条件）。
催化效率高
用简单的实验证明酶的催化效率：
铁屑
肝糜 肝糜（煮）
2 H2O2
2 H2 O + O 2
目前发现的大部分酶中：
有的酶仅仅由蛋白质组成，如：核糖核酸酶； 有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些金
属离子或小分子参与；这些金属离子或小分子
子整体形状。
1、蛋白质的高级结构
蛋白质的一级结构是指肽链中氨基
酸的排列顺序。 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨 基酸形成的一定的结构形状。 如：α－螺旋和β－折叠
一级结构
二级结构
β－折叠
α－螺旋
蛋白质的三级结构是指整 条肽链盘绕折叠形成一定 三级结构 的空间结构形状。如纤维 蛋白和球状蛋白。
竞争性 抑制剂
竞争性抑制剂
在结构上与 底物相似
磺胺类药物 竞争性抑制 细菌体内的酶
（合成叶酸的酶） 对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酸 （细菌生长因子） （磺胺药）
青霉素抑制细菌合成细胞壁的酶
有些杀虫剂的机理：抑制昆虫胆碱酯酶，导
至神经细胞中的神经递质处于持续兴奋中，
机体震颤死亡。
此外，合适的温度和pH 亦是保证酶发挥最 佳作用的重要因素。
O —
+
H3 N－ 盐 键
？
非共价键的键强度很小，所以 A、需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳定； B、高级结构不很稳定。生物大分子变性就是因为高级结构破 坏，大分子性质改变，生物活性丧失。但是， 一级结构尚 未破坏。
RNase
的变性和复性
注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用。
蛋白质变性使高级结构破坏
五、生物大分子的高级结构
第三章 生物的新陈代谢
一、酶是生物催化剂
二、生命世界的能量源泉是太阳能
三、生物体主要从有机分子的氧化取得能量
四、生物体内有一个复杂的代谢网络
五、生物大分子的高级结构
由生物小分子到生物大分子，分子 增大，出现新的性质。 其中最主要的特点是：生物大分 子有独特的立体结构、空间构型和分
能量源泉
思考题
1、简述三类生物大分子的结构特征和功能？
2、酶的化学本质及催化特点？ 3、影响酶活性的因素你知道有几方面？
下次讲： 第3章（二~四） 生命世界的能量源泉 生物体主要从有机分子的氧化取得能量 生物体内有一个复杂的代谢网络