植物生理生化课件.doc

植物生理生化（生化部分）绪论（一）目的要求： 掌握植物生化的定义、内容和任务，了解植物生化的发展和现状，了解植物生化与其它学科的关系二）重点 植物生化的定义、内容和任务（三）难点 植物生化与其它学科的关系（四）学时 1一、生物化学的定义生物：是指自然界里存在的植物、动物和微生物这些生物千差万别，种类极其丰富，如以微米计的病毒、细菌，大到百米高的参天大树，把这些客观存在统称为生物的条件就是：他们的组成成分与新陈代谢的同一性，即所有生物在物质组成及物质转化过程中具有相同或相近的规律性生物化学：研究物质组成的化学本质与物质转化的化学性质的学科，就是生物化学简单说就是研究生命现象本质的科学生物化学研究的内容：1.静态生化：是研究生物体内物质的化学组成、结构、性质和功能这些物质有：蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类化合物等----四大生物分子，这些物质的静态生化前四章我们要讲2.动态生化：研究生物体内物质代谢、能量转化及其调节--------新陈代谢研究生物体生命现象的信息传递与表达（第九章以后的内容）俗话说种瓜得瓜，种豆得豆生化就是探讨子代具有亲代相同或相似得这种化学特性，主要内容有：DNA复制、转录、翻译过程。

二、生物化学的历史简介三、生物化学的重要性工业上：工业生物化学研究生化在各领域如轻纺、酿造及食品加工中的应用农业上：生化为栽培、育种、遗传、施肥及植保各方面提供了理论基础和实践技术，如生物农药医药业：无论是医疗还是医药都受生化知识的影响，了解一个病理的机理和治疗都依靠生化知识另外，国防上，生化战争（武器）都是从生化学角度出发的-----病毒、细菌如美伊战争美国总认为伊拉克有生化核武器四、要求1、弄懂基本的理论知识，这门课理论性较强，必须理解记忆2、必须认真听课，做好笔记3、及时复习和预习五、主要参考书：聂剑初等主编《生物化学简明教程》、阎龙飞等主编《基础生物化学》沈同等主编 《生物化学》 阎龙飞等主编《分子生物化学》 第一章 蛋白质（一）目的要求：掌握蛋白质的基本组成单位——氨基酸的结构特点、性质以及蛋白质的结构、性质和功能，理解蛋白质的结构与功能的关系二）重点 氨基酸的结构特点和性质；蛋白质的结构和性质（三）难点 氨基酸的酸碱性和等电点 蛋白质的结构 蛋白质结构与功能的关系（四）学时 4一. 蛋白质的生物学意义1.是一切生物体的细胞和组织的主要组成成分；2.催化新陈代谢的各种反应的酶多数是蛋白质；3.在遗传信息的控制、细胞膜的透性、高等动物的记忆和识别等方面起重要作用；4. 生物体的防御体系——抗体就是一类高度专一性的蛋白质如免疫球蛋白；5. 以干扰素的形式存在于细胞内，以消灭在抗体作用下漏网的病毒；6. 生命活动所需的许多小分子物质和离子都是靠蛋白质来运输的；7. 生物的运动离不开蛋白质。

如肌肉收缩是由肌球蛋白和肌动蛋白作相对滑动来实现的第一节 氨基酸------蛋白质的基本组成单位氨基酸是指含氨基的羧酸，也就是说氨基酸是由氨基和羧基构成的参与蛋白质组成的有20种氨基酸，他们也称标准氨基酸除脯氨酸为亚氨基酸外，其它均为α—氨基酸，即羧酸的α—C原子上的一个H被氨基取代；构型均为L型的除甘氨酸R为H，α—C不是手性碳外，其他的α—C原子都是不对称碳原子，因此具有旋光性（L—型、D型） α—氨基酸的结构通式为：R—CH—COO- +3NH R为侧链基团，方框内的基团为各种氨基酸所共有的R不同，就成为各种不同的氨基酸不同的蛋白质所含氨基酸种类和数目不同脯氨酸 （图） 甘氨酸 （图）一、氨基酸的分类及化学结构（一）常见的蛋白质氨基酸由于组成蛋白质的20种常见的氨基酸的差异主要表现在侧链R基团上，因此根据组成蛋白质的20种氨基酸R基团的极性不同，将氨基酸分成四大类：1、具有非极性或疏水的R基团的氨基酸这类氨基酸共8种，R基团包括脂肪烃、芳香环、仲胺，不易溶于水它们是Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Try(Trp)、Met。

这里面有两个特殊的氨基酸是脯氨酸（α-亚氨酸），另一个是蛋氨酸（含硫氨基酸）结构如下：2、不带电荷的R基团的极性氨基酸这些氨基酸的R基团虽然带有极性基团，如—OH、—SH、酰氨基等但它们并不解离或解离极弱，所以不带电荷比疏水氨基酸较易溶于水共7种：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Gln其中极性最小的是甘氨酸，最大的是酪氨酸（Tyr）和半胱氨酸（Cys）结构如下：甘氨酸 3、带负电荷的R基团氨基酸（又称酸性氨基酸）这类氨基酸都含有一个完全解离的第二羧基，所以在PH7时带负电荷共2种：Asp、Glu结构如下：图4、带正点荷的R基团氨基酸这类氨基酸在pH7时带正电荷，共3种：Lys、Arg、His结构如下：图在20种氨基酸中，Val、Leu、Ile、Met、Phe、Lys、Thr、Try、在人和动物体内不能合成，必须从食物中得到，称为必需氨基酸二）稀有的蛋白质氨基酸除了这20种氨基酸外，还有一些稀有氨基酸，它们都是这些氨基酸的衍生物，只存在于个别蛋白质中如：4—羟脯氨酸 （ 图 ） 5—羟赖氨酸 （ 图）它们没有相应的遗传密码，在多肽链合成中由其前体（Pro）（Lys）修饰而成。

三） 非蛋白质氨基酸除了蛋白质中的20种氨基酸和少数稀有氨基酸外，还有一些决不参与蛋白质组成的氨基酸呈游离或结合态存在于细胞或组织中，称为非蛋白氨基酸如：β—丙氨酸 鸟氨酸（Orn） 瓜氨酸（Cit）二、氨基酸的重要理化性质（一）氨基酸的酸碱性与等氨电点由于氨基酸中同时存在NH2和COOH，所以在水溶液中或在晶体状态下都以离子形式存在与无机盐不同的是它以两性离子形式存在这些两性离子既可作酸提供质子，又可以作为碱接受H+：作为酸：（图） 作为碱：（图） 所以这类化合物叫两性电解质，当其完全质子化时可以作为一个二元酸：（1）两性离子：同时带有正负两种电荷的离子两性离子的概念不同与两性电解质前者为离子，后者为分子2）两性电解质：既能解离出正离子又能解离出负离子的电解质氨基酸分子上带有能释放出质子的氨基正离子和能接受质子的羧基负离子，因此氨基酸是两性电解质作为二元酸的氨基酸的电离情况：图 从上式可以看出氨基酸的带电状态与溶液的pH值有关，改变pH可以使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可以使它处于正负电荷数相等即静电荷为零的兼性离子状态，在电场中既不向阳极移也不向阴极移动，此时外界的pH值称为等电点pI,[A+]=[A-]适用于R基团不解离的中性氨基酸,对于有三个可解离基团的氨基酸如谷氨酸和赖氨酸,取等电兼性离子两边的pKa值的平均值即为pI。

任意氨基酸在pI以上的任一pH时，氨基酸带负电荷在电场中向正极移动，反之易然溶液pH离pI越远，氨基酸所带净电荷越大方程式：（图） 处于等电点状态的氨基酸，由于静电作用，溶解度最小，容易沉淀析出，利用这一性质可以分离制备某些氨基酸由于氨基酸都有特定的等电点，所以在某一pH条件下，各种氨基酸所带的电荷各不相同，根据这一性质，可通过电泳法、离子交换法等对混合氨基酸进行分离或制备二）氨基酸的光学性质1、氨基酸的光学活性 除甘氨酸所有天然α-氨基酸的α-碳原子上三个基团都不相同，这样的碳原子叫不对称碳原子，从而产生两种不同的对映体，而且具有旋光性，在偏振计上检查时，它们能使平面偏振光发生偏转，向右（+），向左（—）属于右旋的氨基酸有：Ala、Ile 、Glu、Asp、Val、Lys、Arg等以符号+属于左旋的氨基酸有：Ser、Leu、Pro、Trp、Ile、Phe、等2、氨基酸的立体化学由于氨基酸的手性碳的存在，也可用异构体D、L型来区分，一般氨基酸只有D、L两种异构体另外Thr、Ile 、共有四种异构体一般的氨基酸只有D、L两种异构体，以甘油醛为标准D-甘油醛 L-甘油醛 D-丙氨酸 L-丙氨酸其中α-NH2相当-OH，R基团相当于-CH2OH2、氨基酸的吸收光谱蛋白质中的20种氨基酸都不吸收可见光（380-760nm），所以都是无色的，但酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸都具有芳香环，因此能显著地吸收紫外光（220-300nm）。

由于大多数蛋白质都含有酪氨酸，其吸收峰在280nm，故可测定样品在280nm的消光值来快速测定蛋白质的含量三）氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应主要是指α-NH2和α-COOH以及R基团所参与的反应1、与茚三酮的反应是一个广泛使用的α-NH2反应，能用于极微量的氨基酸的定性和定量的测定其试剂是茚三酮，茚三酮与氨基酸一起加热，产生一种蓝紫色的物质 脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应不释放氨，产生黄色物质2、桑格反应（Sanger反应）：与2，4-二硝基氟苯的反应在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成稳定的黄色2，4二硝基苯氨基酸（DNP-氨基酸）见图）3、Edman反应：与异硫氰酸苯酯反应在弱碱性条件下，氨基酸中的α-氨基可与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，产生相应的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸），在无水氢氟酸中，PTC-氨基酸即环化为苯硫乙内酰脲（PTH），这种物质在酸中极稳定见图）Sanger和Edman在分析蛋白质一级结构中都做出了很大贡献，也为此获得了诺贝尔奖氨基酸还有一些特殊的反应，可以参看沈同主编的教材第二节 蛋白质的结构一、 蛋白质的一级结构定义：根据国际理论化学和应用化学协会的确定蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置又叫化学结构。

那么什么叫多肽链呢？（一）肽键与肽1. 肽键蛋白质是由许多氨基酸通过肽键连接形成的生物大分子肽键是一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-羧基脱水而成，又叫酰胺键2. 肽以肽键相连而成的化合物叫肽，如上面的这个叫二肽（由两个氨基酸残基组成的肽叫二肽）组成蛋白质的氨基酸单位已不是完整的分子，因此每一个氨基酸单位称为氨基酸残基由两个氨基酸残基形成的肽叫二肽，由三个氨基酸残基形成的肽叫三肽一般含氨基酸残基少于10个的肽叫寡肽，超过10个的叫多肽多肽为链状结构，所以也叫多肽链蛋白质就是由几十到几百甚至几千个氨基酸形成的多肽链通常每个肽分子都有一个游离的α-NH2和α-COOH前者叫N末端（习惯写在左边），后者叫C-末端（写在右边）二）活性肽当蛋白质水解时会产生长短不一的各种肽段外，生物体内还存在着许多游离状态的天然肽，它们具有特殊的生物学功能，称之为活性肽如谷胱甘肽是由Glu,Cys,Gly形成的三肽，谷胱甘肽在氧化还原过程中作为某些酶的辅酶由于GSH中含有一个活泼的巯基，很容易氧化，两分子的GSH脱氢以二硫键相连成氧化型谷胱甘肽（GSSG）二、蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构是指肽链沿一定的方向折叠盘绕，通过氢键作用形成的空间构象。

由于二级结构是肽链主链沿一定的方向折叠盘绕而成，然而肽链是不能任意旋转的多肽链折叠的空间限制肽键形式上是单键，但X射线衍射技术研究发现，它是刚性的，并且具有平面结构肽键具有部分双键的性质，其键长（1.32A。