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1、生物化学与分子生物学重点讲解生物化学与分子生物学重点讲解第一章 绪论一、生物化学的的概念：生物化学：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。4四级结构：指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等，其维系键为非共价键。亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。五、 蛋白质的理化性质：1两性解离与等电点：蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离的羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶液的 pH 值称为蛋白质的等电点。2蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的性质。蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。3蛋白
2、质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外光有吸收，以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为 280nm。4蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素的作用下，其特定的空间结构被破坏而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。引起蛋白质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。六、蛋白质的分离与纯化：1盐析与有机溶剂沉淀：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。盐析时，溶液的 pH 在蛋白质的等电点处效果最
3、好。凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。2电泳：蛋白质分子在高于或低于其 pI 的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大小。3透析：利用透析袋膜的超滤性质，可将大分子物质与小分子物质分离开。4层析：利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相之间的分布不同而进行分离。主要有离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。5超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数
4、 S 成正比。七、氨基酸顺序分析：蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有以下几个步骤：1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品；2. 取一定量的样品进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成；3. 分析蛋白质的 N-端和 C-端氨基酸；4. 采用特异性的酶或化学试剂将蛋白质处理为若干条肽段；5. 分离纯化单一肽段；6. 测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用 Edman 降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定；7. 至少用两种不同的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序；8. 将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。第
5、三章 核酸的结构与功能一、核酸的化学组成：1含氮碱：参与核酸和核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱和嘧啶碱两大类。组成核苷酸的嘧啶碱主要有三种尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶，它们都是嘧啶的衍生物。组成核苷酸的嘌呤碱主要有两种腺嘌呤和鸟嘌呤，它们都是嘌呤的衍生物。2戊糖：核苷酸中的戊糖主要有两种，即 -D-核糖与 -D-2-脱氧核糖，由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。3核苷：核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。通常是由核糖或脱氧核糖的 C1 -羟基与嘧啶碱 N1 或嘌呤碱 N9 进行缩合，故生成的化学键称为，N 糖苷键。其中由 D-核糖生成者称为核糖核苷，而由脱氧核糖生成者
6、则称为脱氧核糖核苷。由“稀有碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷” 。假尿苷就是由 D-核糖的C1 与尿嘧啶的 C5 相连而生成的核苷。二、核苷酸的结构与命名：核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核酸两大类。最常见的核苷酸为 5-核苷酸。5-核苷酸又可按其在 5位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷、二磷酸核苷和三磷酸核苷。此外，生物体内还存在一些特殊的环核苷酸，常见的为环一磷酸腺苷和环一磷酸鸟苷，它们通常是作为激素作用的第二信使。核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用小写字母 d 代表脱氧，第二位用大写字母代表碱基，第三位用大写字母代表磷酸基的数目，
7、第四位用大写字母 P 代表磷酸。三、核酸的一级结构：核苷酸通过 3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。核酸具有方向性，5-位上具有自由磷酸基的末端称为 5-端，3-位上具有自由羟基的末端称为 3-端。DNA 由 dAMP、dGMP、dCMP 和 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA 的一级结构就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。RNA 由AMP，GMP，CMP，UMP 四种核糖核苷酸组成。RNA 的一级结构就是指 RNA 分子中核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。四、DNA 的二级结构：DNA 双螺旋结构是 DN
8、A 二级结构的一种重要形式，它是Watson 和 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种结构模型，其主要实验依据是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学组成进行的分析研究，即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T、G=C、A+G=T+C，以及由 Wilkins 研究小组完成的DNA 晶体 X 线衍射图谱分析。天然 DNA 的二级结构以 B 型为主，其结构特征为：为右手双螺旋，两条链以反平行方式排列；主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且 A-T、G-C； 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；螺旋的螺距为，直径为 2nm。五、DNA 的超
9、螺旋结构：双螺旋的 DNA 分子进一步盘旋形成的超螺旋结构称为DNA 的三级结构。绝大多数原核生物的 DNA 都是共价封闭的环状双螺旋，其三级结构呈麻花状。在真核生物中，双螺旋的 DNA 分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于 DNA 的三级结构。六、DNA 的功能：DNA 的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。DNA 分子中具有特定生物学功能的片段称为基因。一个生物体的全部 DNA 序列称为基因组。基因组的大小与生物的复杂性有关。七、RNA 的空间结构与功能：RNA 分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多
10、样化。RNA 通常以单链存在，但也可形成局部的双螺旋结构。1mRNA 的结构与功能：mRNA 是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为 HnRNA。大多数真核成熟的 mRNA 分子具有典型的 5-端的 7-甲基鸟苷三磷酸帽子结构和 3-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。mRNA 的功能是为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。mRNA 分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码。2tRNA 的结构与功能：tRNA 是分子最小，但含有稀有碱基最多的 RNA。tRNA 的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三
11、叶草”结构，可分为五个部分：氨基酸臂：由 tRNA 的 5-端和 3-端构成的局部双螺旋，3-端都带有-CCA-OH 顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。DHU 臂：含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰 tRNA 合成酶的结合有关。反密码臂：其反密码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别 mRNA 上相应的密码，故称为反密码。 TC 臂：含保守的 TC 顺序，可以识别核蛋白体上的 rRNA，促使tRNA 与核蛋白体结合。可变臂：位于 TC 臂和反密码臂之间，功能不详。3rRNA 的结构与功能：rRNA 是细胞中含量最多的RNA，可与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所
12、。原核生物中的 rRNA 有三种：5S，16S，23S。真核生物中的 rRNA 有四种：5S， ，18S，28S。八、核酶：具有自身催化作用的 RNA 称为核酶，核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。九、核酸的一般理化性质：核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰为 260nm。十、DNA 的变性：在理化因素作用下，DNA 双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致 DNA 的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为 DNA 的变性。引起 DNA 变性的因素主要有：高温，强酸强碱，有机溶剂等。DNA 变性后的性质改变：增色效应：指DNA 变性后对 260nm 紫外光的光吸收度增加
13、的现象；旋光性下降；粘度降低；生物功能丧失或改变。加热 DNA 溶液，使其对 260nm 紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的温度，就是 DNA 的变性温度。Tm 的高低与 DNA 分子中 G+C 的含量有关，G+C 的含量越高，则 Tm 越高。十一、DNA 的复性与分子杂交：将变性 DNA 经退火处理，使其重新形成双螺旋结构的过程，称为 DNA 的复性。两条来源不同的单链核酸，只要它们有大致相同的互补碱基顺序，以退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。核酸杂交可以是 DNA-DNA，也可以是 DNA-RNA 杂交。不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。常用的核酸分子杂交技术有：原位杂交、斑点杂交、Southern 杂交及 Northern 杂交等。在核酸杂交分析过程中，常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记，这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。十二、核酸酶：凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶，凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶。
