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1、生物化学备课录生物化学备课录绪论绪论一生物化学的定义和研究内容：生物化学是生命的化学，主要研究一切生物的化学组成成份的结构和功能生命活动过程中的物质和能量转化规律的科学。其中化学组成成份主要指四类生物大分子：蛋白质、核酸、糖类和脂类，还有某些小分子化合物如维生素、激素、抗生素等。而生物生命活动过程中四类生物大分子的代谢是生物化学的核心内容。二、生物化学的重要性：1、生化是许多重要学科的基础。如医学、生理学、分子生物学、细胞生物学、神经生物学、遗传学等。2、生化理论深奥，探索性强，对了解生命本质贡献大。如蛋白质的生物功能，酶的化学本质、遗传信息的贮存、传递等，诺贝尔化学奖和生理奖多数由生化学家获
2、得。3、生化知识在现代科技社会中具有重要的应用价值。如食品工业、医药工业、农业、生物技术工业等。总之，生化是生命科学中必不可少的基础学科。三、参考书目：生物化学习题集（科学出版社，张来群编）生物化学精要（英文版，SMITH）生物化学（沈同编，第二版）第一章第一章蛋白质蛋白质第一节氨基酸的化学结构和分类组成生物蛋白质的氨基酸有二十种，均为 L-氨基酸，围绕 C 原子连接 4个基团，分别是 H 原子，氨基（NH2） ，羧基（COOH） ，侧链基团（R） ，其结构通式为：氨基酸根据其 R 基团的不同，可分为疏水性氨基酸、极性氨基酸、带电性氨基酸三类。疏水性氨基酸包括Gly，Ala，Val，Leu，I
3、le，Met， ，Phe，Trp，Pro；极性性氨基酸包括Ser，Thr，Tyr，Cys, Asn，Gln；带电性氨基酸包括His，Arg，Lys，Glu，Asp。其中 His，Arg，Lys，为碱性氨基酸，Glu，Asp为酸性氨基酸，Phe，Tyr 为芳香族氨基酸，His，Trp，Pro 为杂环族氨基酸。生物中还有一些不组成蛋白质的氨基酸或其衍生物，如瓜氨酸（CIT） ，鸟氨酸，羟脯氨酸等。第二节氨基酸的理化性质氨基酸为无色结晶，不溶于有机溶剂，溶于稀酸稀碱。一、氨基酸的光吸收：氨基酸有手性碳原子，因而存在光学异构体。生物体内的组成蛋白质的氨基酸均为 L-型。二、氨基酸的两性解离和等电点：氨
4、基酸为两性电解质，其带电性由可电离的羧基、氨基和侧链基团决定。氨基酸所带净电荷为零时溶液的 PH 值称为等电点。三、氨基酸的化学性质：1与亚硝酸的反应：放出氮气，用于氨基酸定量测定。2与 DNFB 的反应（Sanger 反应）：形成 DNP-氨基酸，用于氨基酸定性测定和多肽链 N 端测定。3与 PITC 的反应（Edman 反应）：形成 PTH-氨基酸，用于氨基酸定性测定和多肽链 N 端测定。4与茚三酮的反应：形成紫色化合物，用于氨基酸定性测定。第三节氨基酸的分离技术1、纸层析：用滤纸分离氨基酸。2、纸电泳：根据带电荷不同分离。3、柱层析：支持介质为硅胶，淀粉。4、薄层层析：支持介质为硅胶5、
5、离子交换层析：以离子交换剂为介质。第四节肽1肽和肽键：氨基酸脱水缩合反应形成肽，其中的酰胺键称为肽键。2酰胺平面：构成肽键六个原子在空上形成的平面。3肽的等电点：肽所带净电荷为零时溶液的 PH 值称为等电点。4生物中常见的活性肽：催产素、加压素、脑啡肽等。第五节蛋白质的化学组成和分类1、什么叫蛋白质？广泛存在于生物体中，由二十种氨基酸为单体以肽键相连构成的高分子多聚物，有稳定的空间构象和多种多样的生物学功能。2、蛋白质的化学组成：C、H、O、N、P、S 等。3、蛋白质的分类：根据形状分为纤维蛋白和球蛋白。根据成分为简单蛋白和复合蛋白。第六节蛋白质的结构一、蛋白质的一级结构和氨基酸测序：氨基酸的
6、种类和排列顺序称为蛋白质的一级结构。氨基酸测序的策略为首先决定多肽链的数目，然后决定每条多肽链的 N 端和 C 端，接着将每条多肽链用不同的酶解方法切割为相互交叠的几组片段，拼凑出多肽链的顺序。二、蛋白质的二级结构：由于氨基酸残基之间形成有规律的氢键，使多肽链折叠成周期性的空间结构。三、蛋白质的超二级结构和结构域：由二级结构组合成的更高层次的结构为超二级结构，结构域是有独立生物学功能的三维实体。四、蛋白质的三级结构和四级结构：由一条多肽链构成一个或几个结构域构成蛋白质的三级结构。两条以上多肽链有四级结构。五、蛋白质与生物进化：趋同进化和趋异进化，有些蛋白质的氨基酸顺序在进化上相当保守，可用于生
7、物分类。第七节蛋白质的理化性质一、双缩脲反应：用于测定蛋白质的含量。二、与地衣酚反应：用于测定蛋白质的含量。三、蛋白质光吸收：紫外法测定含量。四、与考氏兰反应：测定蛋白质的含量。第八节蛋白质的功能和变性一、蛋白质具有八个主要功能，分别是结构功能、酶功能、贮藏功能、运输功能、运动功能、调节功能、防御功能。二、蛋白质的变性：在高温、强酸、强碱、紫外线、有机溶剂、重金属离子、无机盐溶液中蛋白质会失去生物学功能，称为变性，其实质是化学构象的改变。第九节蛋白质的分离及纯化一、组织和细胞的破碎：研磨、细菌磨匀浆器等。二、粗分级：离心、用无机盐沉淀。三、细分级：用各种层析法、电泳法、超速离心法等。第二章第二
8、章核酸核酸第一节核酸的发现和研究简史一、核酸在 19 世纪末发现，在 20 世纪中叶测定了结构，人们对生命的本质有新认识。核酸分为 DNA 和 RNA。核酸是遗传物质，含有生物生长发育的一切遗传信息。二、核苷酸：组成核酸的单体，由磷酸、核糖、碱基三种物质组成。碱基为含氮的生物碱，有 A、T、G、C、U 五种。第二节DNA 的结构一、双螺旋结构学说：由 WATSON 和 CRICK 提出，认为 DNA 由两条缠绕成双螺旋，磷酸与核糖组成骨架，位于内侧的碱基以氢键配对，在表面形成大沟与小沟，可于蛋白质相互作用。二、生物体内的 DNA 多为 B-DNA，还有 A-DNA 与 Z-DNA 等。三、双螺
9、旋稳定的力量为碱基堆积力、氢键等。第三节RNA一、生物含有三种 RNA二、MRNA 携带遗传信息，编码氨基酸。三、TRNA 转运氨基酸：具三叶草结构。四、RRNA 构成合成蛋白质的核糖体。第四节核酸的理化性质一、光吸收：用 OD260NM 测定核酸含量；二、DNA 的变性和复性第五节基因和基因组一、基因：编码单条多肽链的 DNA 片段称为一个基因。二、基因组：一种生物的单倍体中基因的总和，称为该生物的基因组。第六节DNA 限制酶图谱和分子杂交第三章第三章酶与维生素酶与维生素第一节酶的化学本质、组成和分类1926 年，SUMNER 首次得到脲酶结晶，证实了酶的化学本质是蛋白质，在 1983 年，
10、CECH 和 ALTMAN 发现了有酶活性的 RNA。两人于1987 年分享诺贝尔生理奖。有的酶仅由蛋白质部分组成，如脲酶；有的酶含有蛋白和非蛋白两种成分，称为全酶。非蛋白部分称为辅助因子，有辅酶和辅基之分。酶的分类方法很多，根据酶催化反应的性质不同，将酶分为六大类，依次分别是氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶。第二节酶的作用特点酶是生物催化剂具有一般无机催化剂性质，如用量少、效率高、不改变化学反应的平衡点、降低反应的活化能等。但酶有如下特点：1、极高的催化效率。相当于无机催化剂的一千万倍以上。2、高度的专一性。一种酶只作用于一种或一类底物。3、条件温和，易失活。4、酶活力可调
11、控。5、催化能力辅助因子有关。第三节酶的命名有习惯命名法与系统命名法之分，目前国际上常用系统分类法的编号表示，如 EC1.1.1.27 表示乳酸：NAD 脱氢酶，其中 EC 表示国际酶学委员会。首位 1 表示第一类酶（氧还酶） 。第四节酶的分离提纯及酶活力测定1酶的分离提纯类似于蛋白质，但要求低温操作（0-5） ，要加EDTA 和巯基乙醇，保存时要求低温、干燥。2酶活力测定：酶活力即酶的催化能力，用它催化某一化学反应的速度表示。有单位时间底物浓度的减少量或产物的增加量之分。但产物的增加量较灵敏。还要注意测定反应的初速度，因后期发生产物抑制，速度减小。3酶活力表示：特定条件下（25，其它最适）
12、，1 分钟转化 1 微摩尔底物或底物基团的酶量，称为一个酶活力单位（IU） ，1 秒钟转化 1 摩尔底物称为1KATAL，1KATAL=6*107IU。常用每秒每一个酶分子转化底物的微摩尔数（称为转换数）表示。比活力：每毫克蛋白具有的酶活力单位（IU） 。第五节酶的活性中心和专一性一、酶的活性中心：酶分子中直接与底物结合并和酶催化作用有关的部位。由几个在空间上相互靠近的氨基酸残基组成。分为结合部位和催化部位。二、常用化学修饰法研究酶的活性部位，如 DFP、TPCK、碘乙酸等。三、酶的专一性分为结构专一性与立体异构专一性。结构专一性又分为绝对专一性和相对专一性。四、酶作用专一性学说：锁与钥匙学说
13、；诱导契合学说。第六节酶促反应动力学酶促反应动力学研究影响酶促反应速度的各种因素1底物浓度与速度的关系：可用米氏方程表示，V=Vmax*S/（Km+S） ；二者为双曲线关系，Km称为米氏常数，其数值等城达到最大反应速度一半时的底物浓度，是酶的特征常数之一，与酶与底物的亲和力成反比。2酶浓度与速度的关系当酶被底物饱和时，呈正比。3PH 值与速度的关系：呈钟形曲线。4温度与速度的关系：呈偏钟形曲线。5激活剂和抑制剂与速度的关系：激活剂有金属离子，有机分子，抑制剂有不可逆和可逆之分。第七节酶的作用机理1定向和靠近效应：使局部底物分子浓度增高，反应基团取向利于反应。2张力效应：由于结合后，引起底物分子
14、中敏感键变形产生张力。3共价催化：亲核和亲电催化。4酸碱催化：提供质子或接受质子。5低介电效应：活性部位形成低介电区域。第八节酶活性的调节1酶原激活：酶原在蛋白质作用下，切除部分氨基酸残基而折叠成酶的活性构象。2共价修饰：酶活性中心的氨基酸残基侧链被磷酸、甲基、乙酰基、腺苷酸基修饰而改变活性。3别构调节：通过别构效应调节酶活性。别构酶是有活性中心和别构中心的酶类，活性中心负责酶的结合和催化，别构中心负责活性调节。当调节物与别构中心结合起来后，引起酶的活性中心构象改变，从而改变酶活性，有正调和负调之分。第九节抗体酶、同工酶、RNA 酶及多酶体系1具有酶活性的抗体，称为抗体酶，为人工制造。医学上用
15、来切割肿瘤。2具有相同的催化活性，分子结构与理化性质互不相同的一类酶，称为同工酶，同工酶的研究用于诊断疾病、育种、分类。3具有酶活性的 RNA，称为 RNA 酶。常见的有 L19RNA、锤头等。RNA 酶的发现对探讨生命的起源具有重要意义。4多酶体系：由多种酶构成的复合体，用于反应链体系的催化反应，如丙酮酸脱氢酶。第十节维生素概述维生素是人体不能合成，维持人体健康必需的一类小分子有机化合物的统称，经常用作酶的辅助成分，含量极少。维生素的发现是通过对一些病的研究。第十一节 脂溶性维生素1VA，化学名称为视黄醇，为 20C 的萜类衍生物，与人的视力有关，缺乏患夜盲症。2VD，固醇类物质，化学名称为
16、麦角钙化醇（VD2） ，胆钙化醇（VD3） 。与钙磷代谢有关，缺之患佝偻病。3VE，为 -生育酚，与生育有关，抗氧化剂。4VK，萘醌类物质，与凝血有关。第十二节 水溶性维生素1VC：抗坏血酸，抗氧化剂，缺之得坏血病。2VB1：化学名称为硫胺素，以 TPP 的形式用于各种脱羧酶的辅酶。缺乏得脚气病。3VB2：核黄素，以 FMN 和 FAD 形式作一些酶的辅酶。缺乏得口舌炎。4VPP：烟酸和烟酰胺。以 NAD 和 NADP 形式作脱氢酶的辅酶，缺乏得粗皮病。5VB6：吡哆醇（醛、胺） ，以 PLP 形式作脱羧和转氨反应的辅酶。6叶酸：蝶酰谷氨酸，以 THFA 传递一碳单位。第四章第四章生物膜及其受体蛋白生物膜及其受体蛋白第一节生物膜生物膜为生物体内各膜系统的统称。生物膜由蛋白质和脂类物质组成，在电镜下观察到两明一暗的结构（两层蛋白质一层脂类） ，称为单位膜，生物膜的主要成分为磷脂、固醇类、中性糖、氨基糖、唾液酸，外周蛋白和内嵌蛋白。目前为人们广泛接受的模型为 1972 年由 SINGER 和 N
