生物化学精要1.doc

生物化学精要（与多媒体课件配套）第○章 绪论一、生物化学概念生物化学是运用化学的原理和措施，研究生物体的物质构成和遵循化学规律所发生的一系列化学变化，进而进一步揭示生命现象本质的一门科学，有生命的化学之称二、生物化学研究内容1. 生物体物质的化学构成、构造、性质和功能2. 生物体内的物质代谢、能量转换和代谢调控3. 生物体的信息代谢4. 运用生物化学原理和措施，为农业、工业、医药卫生、环保等服务，开拓富有经济价值的生物资源（酶制剂、药物、食品添加剂、杀虫剂……）三、生物化学的发展1 静态生物化学时期（二十世纪二十年代此前）：研究内容以分析生物体内物质的化学构成、性质和含量为主2 动态生物化学时期（二十世纪前半叶）：物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合伙用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢 3 机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五十年代后来）：生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理 第一章 蛋白质化学一．蛋白质的生物学意义生物体的构成成分； 酶； 运送； 运动； 抗体； 干扰素； 遗传信息的控制； 细胞膜的通透性； 高等动物的记忆、辨认机构。

二．蛋白质的元素构成 C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、 S（0~4%）、…N的含量平均为16%——凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基本：蛋白质含量＝ 蛋白氮×6.25三．蛋白质的构成氨基酸是蛋白质的基本构成单位从细菌到人类，所有蛋白质都由20种原则氨基酸构成（牢记三字符号和构造式）Cα如是不对称C（除Gly），则：（1）具有两种立体异构体 [D-型和L-型]；（2）具有旋光性（手性） [左旋（-）或右旋（+）]氨基酸的重要理化性质：（1）一般物理性质：无色晶体，熔点极高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂具有紫外吸取性质（280nm）2）两性解离和等电点：氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一种氨基酸分子上带有能放出质子的—NH3+正离子和能接受质子的—COO-负离子，为两性电解质调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离限度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）3）化学性质：①与茚三酮的反映：Pro产生黄色物质，其他为蓝紫色。

在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几μg）；②与甲醛的反映：氨基酸的甲醛滴定法，可以用来直接测定氨基酸的浓度和蛋白质水解限度；③与异硫氰酸苯酯（PITC）的反映，反复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”四．肽肽是一种氨基酸的α-羧基和另一种氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）肽链写法：游离α-氨基在左，游离α-羧基在右，氨基酸之间用“－”表达肽键五．蛋白质的构造蛋白质是氨基酸以肽键互相连接的线性序列在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）在构造中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定蛋白质有四种构造层次：一级构造，二级构造，三级构造和四级构造（不总是有）一）蛋白质的一级构造一级构造就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的一级构造中涉及的共价键重要指肽键和二硫键二）蛋白质的空间构造是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向由于羰基碳-氧双键的靠拢，容许存在共振构造，碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个α-碳原子多处在同一种平面上。

蛋白质构象稳定的因素：（1）酰胺平面；（2）侧链基团R的影响1. 蛋白质的二级构造：指蛋白质多肽链自身的折叠和盘绕方式1）α-螺旋：Pauling和Corey于1965年提出构造要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键，氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成3)R侧链基团伸向螺旋的外侧4）Pro的N上缺少H，不能形成氢键，常常出目前α-螺旋的端头，它变化多肽链的方向并终结螺旋2）β-折叠构造：是一种肽链相称伸展的构造肽链按层排列，依托相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持构造的稳定性肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面β-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）3）β-转角：为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状一种氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上4）自由回转：没有一定规律的松散肽链构造酶的活性部位2. 蛋白质的三级构造指多肽链上的所有原子（涉及主链和侧链）在三维空间的分布3. 蛋白质的四级构造多肽亚基的空间排布和互相作用。

亚基间以非共价键连接三）蛋白质构造中的共价健和次级键六．蛋白质分子构造与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学构造，还需要一定的空间构象一）蛋白质一级构造与功能的关系1. 种属差别蛋白质一级构造的种属差别十分明显，但相似部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用根据蛋白质构造上的差别，可以断定它们在亲缘关系上的远近2. 分子病蛋白质分子一级构造的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病二）蛋白质构象与功能的关系别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一种亚基的构象变化而引起其他亚基和整个分子构象、性质和功能发生变化的作用因别构而产生的效应称别构效应如血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一种亚基上后来，影响与其他亚基的互相作用七．蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量蛋白质相对分子量在10 000~1 000 000之间测定分子量的重要措施有渗入压法、超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等最精确可靠的措施是超离心法（Svedberg于1940年设计）：蛋白质颗粒在25~50×104 g离心力作用下从溶液中沉降下来沉降系数的单位常用S，1S=1×10-13（s）（二）蛋白质的两性电离及等电点蛋白质在偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点时为两性离子。

电泳：带电颗粒在电场中移动的现象分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开三）蛋白质的胶体性质布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力蛋白质溶液稳定的因素：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相似电荷四）蛋白质的变性天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或所有丧失，称为蛋白质的变性变性蛋白质重要标志是生物学功能的丧失溶解度减少，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状变化，肽链松散，反映基团增长，易被酶消化变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经合适解决后，可重新变为天然蛋白质第二章 核酸的化学一．核酸的概念和重要性1869年，Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了核酸的构成及在细胞中的分布1944年，Avery 等成功进行肺炎球菌转化实验1952年，Hershey等的实验表白32P-DNA可进入噬菌体内，证明DNA是遗传物质。

除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是DNA不同有机体遗传物质（信息分子）的构造差别，使得其所含蛋白质（体现分子）的种类和数量有所差别，有机体体现出不同的形态构造和代谢类型RNA的重要作用是从DNA转录遗传信息，并指引蛋白质的合成二．核酸的构成成分碱基（熟记腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶的构造式）、戊糖（核糖或脱氧核糖）、磷酸多种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料在体内能量代谢中的作用：ATP——能量“货币”；UTP——参与糖的互相转化与合成；CTP——参与磷脂的合成；GTP——参与蛋白质和嘌呤的合成第二信使——cAMP、cGMP三．DNA的构造（一）DNA的一级构造由于DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，因此脱氧核苷酸的序列常被觉得是碱基序列一般碱基序列由DNA链的5′→3′方向写DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸构成的DNA链中也许有的不同序列总数为4n二）DNA的双螺旋构造1953年，Watson 和Crick 提出DNA的双螺旋模型特点：（1）两条反向平行的多聚核苷酸链沿一种假设的中心轴右旋互相盘绕而形成。

2）磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架构成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋构造每隔10个碱基对（bp）反复一次，间隔为3.4nm4）碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行；（5）两条核苷酸链之间依托碱基间的氢链结合在一起（G-C三个氢键，A-T二个氢键）；（6）螺圈之间重要靠碱基平面间的堆积力维持DNA的双螺旋构造的意义：该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特性，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基本，亦是遗传信息传递和体现的分子基本该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石DNA双螺旋的构象类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA四．DNA与基因组织基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位涉及构造基因与调节基因基因组是指细胞内遗传信息的携带者－DNA的总体基因组的特点：1. 原核生物基因组的特点：（1）DNA大部分为构造基因，每个基因浮现频率低2）功能有关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。

3）有基因重叠现象2. 真核生物基因组的特点：（1）具有反复序列2）有断裂基因（由于内含子有存在）内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中浮现外显子（exons）：为多肽编码的基因片段例外：组蛋白基因和干扰素基因没有内含子五．RNA的构造与功能RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链一）tRNAtRNA约占RNA总量的15%，重要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定AlatRNA一级构造，提出三叶草二级构造模型重要特性：1.四臂四环；2.氨基酸臂3′端有CCAOH的共有构造；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA互相作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TψC环具有T和ψ；7.具有修饰碱基和不变核苷酸二）rRNA占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同构成核糖体三）mRNA与hnRNAmRNA约占细胞RNA总量的3~5%，是蛋白质合成的模板真核生物mRNA的前体在核内合成，涉及整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子。