Biochemistry Basics

細胞與分子 ． 胺基酸  ． 蛋白質 ． 酵 素 ． 核 酸

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Slide List

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本目錄列出所有上課用到的幻燈片，除了註明資料來源及出處，並加以簡短說明文字。有些自製的圖片 (標以 ■)，因為沒有版權的問題，可以公開在本網頁，請點選該幻燈片名稱描述即可連結；點選每列左端的 章節號碼，可以回到原講義的相關段落。而 ● 代表自製的動畫。

▲ 到 Protein Slide

章節

Reference

頁數

圖表

幻燈片描述

說 明

頁

PowerPoint

■

E101 

酵素講義總目錄

(1) 構造 (2) 性質

E1

●

0

Discover

22

埃及壁畫 (收麥子→醱酵→啤酒)

醱酵生產酒精 (未知的神奇力量)

E2

PowerPoint

■

E102

酵素的演進歷史

酵素是一種蛋白質

E3

Discover

82

Sumner 照片 (正進行酵素實驗)

酵素方面 Nobel laureate

E4

Discover

83-84

Urease crystal (第一個酵素結晶)

酵素是化學物質 (可結晶出來)

E6

CMB

1

細胞是如何運作的？

酵素在細胞中的角色與分佈

E7

Discover

250-252

中古世紀圖版 (四種 humor)

滅蚤劑事件 (AchEase inhibitor)

E8

看漫畫

112

酵素漫畫

非常神似的漫畫

E11

▽

Designer

■

E103

酵素的催化例︰ H₂O₂

a) 增加反應速率

E12

G&G

570

書白

大代謝圖 (細胞內的反應路線)

b) 每一步都有專一性酵素參與

E13

CMB

51

F2-16

Feedback inhibition 迴饋控制

c) 可調控 (有智慧)

E14

Designer

■

酵素印象

a → b → c → d

E15

Mathews

197

F6.27

四級構造： 無生物質 → 活性分子

d) 多為蛋白質 (但有 ribozyme)

E16

PowerPoint

■

E104

構形 conformation

構形是蛋白質活性的根本

E17

PowerPoint

■

E105

四級構造的意義

有智慧的分子

E18

▽

PowerPoint

■

E106

Ribozyme

具有催化能力的 RNA

E19

MBCell

109

F3-21

Self-splicing RNA (四膜虫)

可自我催化但需 G (輔脢前身？)

E20

MBCell

109

F3-22

Enzyme-like intron 切開特定序列

可再進行催化 (但仍需 G 輔助)

E20

MBCell

110

F3-24

3-D view (intron RNA)

RNA 有構形；為何 DNA 沒有？

E21

MBCell

7

F1-6

RNA 有 conformation (似人形)

此圖欠缺非 WC pairing

E22

PowerPoint

■↑

E106

Ribozyme, Why?

為何 RNA 有催化能力？

E19

MBCell

107

F3-18

Phe tRNA (non-WC pairing)

這並不稀奇，tRNA 也有功能

E23

PowerPoint

■

E107

目錄 第 1, 2 節

正式進入酵素本文

E24

●

1

PowerPoint

■

E108

酵素的命名：[催化反應]-ase

舊俗名還是常用

E25

●

2

Designer

■

E201

2.1 酵素的組成︰全脢 holoenzyme

但並非所有酵素都有輔脢

E26

G&G

460

Problem

Chymotrypsin 分成三段

並非長條狀；由一條基因生成！

E27

Stryer

592

F23-10

GP dimer (homodimer)

兩個次體都由同一基因而來

E28

▼

2.2

BioLab

■

E202

20 種胺基酸基團的樣子

官能基的強度、變化均不太夠

E29

PowerPoint

■

E203

為何要使用輔脢？

因為二十種胺基酸不夠使用

E30

MBCell

130

F3-58

Coenzyme TPP (vit B₁)

(3) 提供反應基團

E31

Stryer

219

F9-24

Zn in carboxylpeptidase A (CPA)

Zn 可吸住水分子

E32

Designer

■

E204

2.2.1 金屬離子可維持構形

可結合胺基酸 Glu, Asp, His, Cys

E33

Mathews

392

T11.6

Metals: 鐵鈷鎳銅鋅錳鈣鎂

用較輕金屬 (多 2⁺) 重金屬有毒

E34

MBCell

78

T2-2

Coenzymes

大多含有核酸成份→輔脢的演化

E35

MBCell

197

F5-3

Glucose help ATP bind to hexokinase

(1) 穩定分子構形

E36

▽

MBCell

122

F3-42

Glyceraldehyde-3-P deHase 構造

含兩個 domains

E37

PowerPoint

■

E205

輔脢 NADH

催化去氫反應的重要輔脢

E38

Bohinski

178

F5-3

NAD 及 deHase 的例子

(2) 轉移基團的暫存區

E39

MBCell

71

F2-24

NAD & NADH (還原態的能量分子)

Hydride ion 轉移 (質子 + 電子)

E40

PowerPoint

■

E206

Hydride, H^- (含有額外電子)

擁有電子才有化學能

E41

Designer

■

E207

Nucleotide 的構造

磷酸 - 核糖 - 鹽基

E42

▽

MBCell

109↑

F3-21

Self-splicing RNA

(1) RNA 有催化能力

E20

PowerPoint

■

E208

RNA world (三個理由)

可能是地球最早的巨分子

E43

Lehninger

328

F12-7

DNA vs RNA

二者差別何在？ 有無氧原子

E44

Starr

548

38.1

地球初生 (原始濃湯)

單元小分子生成 (Miller 實驗)

E45

MBCell

5

F1-3

初生巨分子 (可在原始地球產生)

蛋白質及核酸 (RNA)

E46

MBCell

6

F1-5

核酸複製

(2) RNA 可複製 (WC pairing)

E47

MBCell

11

F1-11

Cell evolution, RNA world

DNA←RNA→蛋白質 (酵素演化)

E48

PowerPoint

■

E209

Shelfish Gene 基因為何自私

Meme 的觀念 (R. Dawkins)

E49

●

3

PowerPoint

■

E301

目錄 第 3 節 酵素動力學

討論汽車的速度與汽油的效率

E50

Designer

■

E302

何為動力學？

酵素的效率決定於基質的濃度

E51

▼

3.1

Lehninger

206

F8-6

Stickase, transition state (a, b)

過渡狀態耗能；只結合基質無用

E52

Lehninger

206↑

F8-6

Stickase (c) 構形互補

酵素提供一穩定過渡狀態的空間

E52

PowerPoint

■

E303

3.1 酵素的催化反應

提供一催化表面 (輔助桌面)

E53

Mathews

367

F11.4

Activation energy plot

降低形成過渡狀態所需活化能

E54

▽

MBCell

1219

F23-34

IgG structure 抗體分子

Ab 可與 Ag 產生專一性的結合

E55

Sci Am

43

Mar 88

Catalytic Ab 的結合區

可結合但不夠深→催化效率低

E57

PowerPoint

■

E304

Abzyme 催化性抗體

[sp³]* 過度狀態

E58

Mathews

138

F5.8

Peptide formation

NH₂ + COOH → peptide bond

E59

MBCell

132

F3-62

Catalytic Ab, tetrahedral 中間體

水解過程 sp² → [sp³]* → sp²

E60

Lehninger

無

封裡

Rubisco 泡泡模型

活性區是一個深陷口袋

▽

Designer

■

E305

3.1 酵素活性區 (魔術口袋)

穩定, 隔離, 基團, 輔脢

E61

Lehninger

206↑

F8-6

穩定過渡狀態 Stickase

但只是穩定基質而不活動不行

E52

MBCell

196

F5-2

Hexokinase confomation change

酵素是活動的 (T → R) 且隔離水

E62

MBCell

129

F3-56

Competition for H-bond (water)

水分子的干擾 (帶電基團)

E63

MBGene

64

plate3

酵素內部多為非極性胺基酸

可穩定蛋白質的三級構造

E64

MBGene

64

plate3

可溶性酵素外側多極性胺基酸

使蛋白質容易溶入水中

E64

Stryer

554

F21-36

SOD active site (帶電荷的凹穴)

分子內部少數的極性胺基酸

E65

▼

3.2

Designer

■

E306

3 酵素動力學

考試評鑑：給予基質→看成效

E66

Lehninger

212

Michaelis and Menten

揭穿大學閥的 defensive enzyme

E67

PowerPoint

■

E307

Invertase reaction 轉化脢

還原糖的測定法︰利用還原力

E68

Discover

70

酵素反應速率會達飽和

基質過多速率下降結合飽和

E69

Discover

71

[Invertase + sucrose] 濃度恆定

酵素與基質要先結合 (ES complex)

E70

PowerPoint

■

E308

Steady state theory 最重要基本假設

有一 [ES] 濃度穩定狀態

E71

Mathews

376

F11.14

Steady state in enzyme reaction

的確，且最終 ES 濃度達恆定

E72

3.2.2

圖 1

■  

酵素動力學大綱 上半

由 [E + S] 開始 到 M-M 公式推出

Designer

■

E309

3.2.2 四個基本觀察式

由基本式推 ES, Et, v_o, V_max

E73

講義

M-M 公式推演 → 雙曲線

ES→K_m→v_o→Et→V_max→v_o

PowerPoint

■

E310

動力學實驗的操作例子

實驗也是如此操作

E74

CMB

46

F2-8

動力學實驗操作總圖解

實際操作例 → 雙倒數作圖

E75

Mathews

380

F11.16

Lineweaver-Burk plot (雙倒數)

座標都取倒數，即可得直線

E76

圖 1

■

酵素動力學大綱 全圖

M-M 公式應用 → 求 K_m; V_max

3.2.3

Designer

■

E311

3.2.3 M-M 公式意義 → K_m; V_max

1st, 0 order 兩區；[S] 固定

E77

3.2.4

Designer

■

E312

3.2.4.2 K_m: 基質親和力 (前半段)

1/2 V_max → K_m = [S]； K_m 大小

E78

Designer

■

E313

K_m hexokinase 的三種 substrates

基質立體構造的影響甚大

E79

Designer

■

E314

3.2.4.3 Turnover number k₃ (後半段)

基質極大 (k_cat)；基質極小 (2nd)

E80

Lehninger

217

T8-7

Turnover number (Kcat)

各種酵素相差甚大

E81

Mathews

379

F11.2

Chymotrypsin substrates 的比較

k_cat /K_m 專一性及速率 (前後段)

E82

Designer

■

E315

3.2.4.4 酵素活性單位 (IU)

有不同定義 比活性

E83

圖 1

■

酵素動力學大綱 下半

總結

▼

3.3

Designer

■

E316

3.3 雙基質反應

Hexokinase 也是雙基質反應

E84

MBCell

197↑

F5-3

Glucose + ATP → Glc-6-P

輔脢可看成基質之一

E36

看漫畫

112↑

酵素漫畫

此漫畫是一雙基質反應

E11

●

4

Designer

■

E401

酵素的抑制：可逆 vs 不可逆

好像汽車的煞車系統

E85

▼

4.1

圖 2

■

三種酵素抑制方式 (上半)

圖解說明

圖 2

■

三種酵素抑制方式 (下半)

動力學作圖

CMB

49

F2-11

Competitive inhibitors (succinate deHase)

構造相似但非基質 →無法反應

E86

Bohinski

197

F5-16

Sulfa drug 的 inhibition

假基質抑制細菌葉酸合成

E87

▽

PowerPoint

■

E402

酵素抑制劑在醫藥上的功用

一些重要實例

E88

Mathews

201

F6.32

Trypsin vs BPTI 構形完美契合

BPTI 確被切開但不離開活性區

E89

Discover

245

Alzheimer's disease

由 protease inhibitor 組成的斑點

E90

MBCell

279

F6-78

Viral life cycle

細胞合成病毒專用的蛋白及酵素

E91

G&G

1123

F34.24

各種 HIV peptides (protease, RT etc)

Polyprotein 轉譯後再切開來用

E92

Nature 384s

25

F3

HIV protease (a) vs pepsin (b) 構造

Pepsin 只有一條但含二 domains

E93

PowerPoint

■

E403

HIV protease vs acid protease 比較

利用構形對稱性的差別

E94

Stryer

228

F9-42

Asp protease (Asp x 2)

每 domains 各出一 Asp 與水結合

E95

Nature 384s

25↑

F3

HIV protease & inhibitor model

設計對稱性的 protease inhibitor

E93

Stryer

230

F9-46

HIV protease inhibitor (似過渡狀態)

如何只攻擊 HIV protease (對稱)

E96

▼

4.2

PowerPoint

■

E404

不可逆的抑制 (1)

抗生素 penicillin 例子

E97

Stryer

201

F8-29

細菌細胞壁的構造與生合成

需酵素把短鏈胺基酸接上多糖

E98

Stryer

202

F8-32

Penicilloyl-enzyme complex

青黴素結合酵素 Ser-OH (捕鼠器)

E99

Stryer

203

F8-33

青黴素似基質 D-Ala-D-Ala

細胞分子的木馬屠城記

E100

PowerPoint

■↑

E404

不可逆的抑制 (2)

供價性化學修飾劑

E97

Bohinski

200

F5-23

Enzyme inhibitor PCMB, PIPF

其它修飾活性區 aa 的反應試劑

E101

Discover

248

Nerve gas war (Sarin 毒氣)

照片 (WWI) 神經毒氣

E103

Reference

▼ 續 Enzyme Slide 5, 6, 7, 8

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