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1、第一章 绪论,生物化学：生物化学是研究生物体的物质组成、化学结构以及各种化学变化的科学，是从分子水平上解释一切生命现象的科学，是生命科学及医学的重要组成部分。 研究对象：研究生物体的物质组成新陈代谢生物大分子的结构与功能。,一、生物化学的内容,（一）研究生物体的物质组成生物体是由无机物和有机物两大类物质组成的。无机物有水和无机盐，有机物包括蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素蛋白质和核酸分别由氨基酸和核苷酸组成，因此氨基酸和核苷酸分别称为蛋白质和核酸的基本组成单位或构件分子。,（二）研究新陈代谢（物质代谢）新陈代谢:生命的存在有赖于所在环境的物质交换。新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。（三）研究生物
2、大分子的结构和功能,二、生物化学的发展过程,我国的生物化学家在生物化学的发展过程中作出了一定的贡献。吴宪先生首创了无蛋白血滤液的制备方法和血糖测定方法，并提出了蛋白质变性理论。 1956年中国科学院上海生化探究所科学家们首次用人工方法合成了具有生物活性的牛胰岛素。 1981年，我国科学家又成功的合成了酵母苯丙酰胺tRNA。此外我国科学家还在酶学、蛋白质结构、新基因的克隆和功能方面取得了重要成就。,三、生物化学与医学,（一）生物化学与疾病的发生DNA的结构改变可导致细胞变异癌变。血红蛋白结构异常会发生镰刀型红细胞贫血。胰岛素分泌不足可发生糖尿病。酪氨酸酶缺陷和苯丙氨酸羟化酶缺陷分别导致白化病和苯
3、丙酮酸尿。糖酵解速度过快可造成乳酸酸中毒。食物中缺乏叶酸或维生素B12会发生巨幼红细胞贫血。,（二）生物化学与疾病的诊断,临床上测定血清丙氨酸氨基转移酶，确定功能是否正常。 检测血清中甲胎蛋白，可协助诊断是否有肝癌的发生。 测定红细胞膜上的酸碱酯酶活性，可了解有机磷的中毒程度及评估治疗效果。,（三）生物化学与疾病的治疗,通过介入技术将链激酶或尿激酶注入冠状动脉血栓形成处，可将血栓溶解，血管再通。 使用基因敲除技术可将与癌发生有关的基因剔除，可防止癌的发生、控制癌的发展。 多晒太阳可促进佝偻病患者维生素D的合成，从而预防和治疗佝偻病或软骨病。,习题,1.蛋白质的构件分子是（）A.氨基酸 B.葡萄
4、糖 C.核苷酸 D.脂肪酸 2.核酸的构件分子是（）A.氨基酸 B.核苷 C.脂肪酸 D.淀粉 E.核苷酸 3.构成生命物质基础的是（）A.蛋白质、核酸和维生素 B.蛋白质和核酸 C.糖和脂类 D. 水、无机盐 E.维生素,4.我国在1965年首先合成的具有生物活性的蛋白质是（）A.RNA聚合酶 B.牛胰岛素 C.胰岛素基因 D.酵母丙胺酰tRNA E.酶 5.生物体是由和两大类组成。无机物有、。有机物包括、。 6.生物化学的主要内容为、。 7.生物化学的定义。,第二章 蛋白质与核酸化学,一、蛋白质的分子组成 元素组成氨基酸结构氨基酸分类基本结构 二、蛋白质的结构与功能 空间结构结构与功能的关
5、系三、蛋白质的理化性质和分类 四、核酸的化学,蛋白质与 核酸化学,什么是蛋白质?,蛋白质(protein)是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。,蛋白质的生物学重要性,1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,1）构成组织细胞 2）维持组织的更新和修复 3）参与肌肉收缩 4）调节物质代谢 5）运输化学成分 6）作为酶催化代谢反应 7）防御保护,2. 蛋白质具有重要的生物学功能,碳（C） 5055%氢（H） 67%氧（O
6、） 1924% 氮（N） 1319% 硫（S） 04其他（磷、铁、铜、锰、碘、锌、钴等）,含量较固定,第一节 蛋白质的分子组成,一、蛋白质的元素组成,蛋白质的基本组成单位氨基酸 （一）氨基酸的结构,1、结构通式,2、结构特点：, 每种氨基酸分子中至少都含有一个氨基和一个羧基，并且连接在同一个碳原子上，故称-氨基酸（脯氨酸除外）。 R基的不同，决定氨基酸的不同种类。,（二）氨基酸的分类,根据氨基酸的R侧链的酸碱性不同可将构成人体的20种氨基酸分成三类,甘氨酸 glycine Gly G 5.97,丙氨酸 alanine Ala A 6.00,缬氨酸 valine Val V 5.96,亮氨酸 l
7、eucine Leu L 5.98,异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02,苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48,脯氨酸 proline Pro P 6.30,中性氨基酸,色氨酸 tryptophan Try W 5.89,丝氨酸 serine Ser S 5.68,酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66,半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07,蛋氨酸 methionine Met M 5.74,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸 threonine Thr T
8、5.60,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,赖氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine Arg R 10.76,组氨酸 histidine His H 7.59,2. 酸性氨基酸,3. 碱性氨基酸,（三）氨基酸的理化性质,（1）氨基酸的旋光性（除Gly外）L型 （2）高熔点 一般在200以上 （3）除胱氨酸和酪氨酸外，一般均溶于水，脯氨酸还能溶于乙醇或乙醚中 （4）每种氨基酸都有特殊的结晶形状，利用这点可以鉴别各种氨基酸 （5）氨基酸一般有味,（6）紫外吸收,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰
9、在 280 nm 附近。,大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,（7）氨基酸的两性性质和等电点,氨基酸的兼性离子形式氨基酸在中性pH时，羧基以-COO-，氨基以-NH3+形式存在，这样的氨基酸分子含有一个正电荷和一个负电荷，称为兼性离子。 氨基酸的等电点（isoeletric point）当外液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0，这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。,pH=
10、pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,CH,NH,2,COO,-,R,CH,NH,2,COO,-,R,CH,NH,2,COOH,R,CH,NH,2,COOH,R,CH,NH,3,+,COO,-,R,CH,NH,3,+,COO,-,R,CH,COOH,R,NH,3,+,CH,COOH,R,NH,3,+,（四）氨基酸的化学反应,用途：常用于氨基酸的定性或定量分析；用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸；用于修饰蛋白质。,亚硝酸盐反应 烃基化反应 酰化反应 脱氨基反应 西佛碱反应,成盐成酯反应 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应,侧链反应,C,O,O,H,C,H,H,2,N,R,复
11、习回顾,1.写出氨基酸的结构通式。 2.肽键的结构式。 3. 4个氨基酸脱水缩合形成的肽称为，脱去分子水，形成了个肽键。,蛋白质的结构,2014年4月，中央电视台经济半小时曝光安徽阜阳假奶粉事件，全国各地惊现大头婴儿惨案。,蛋白质的结构,一级结构 基本结构 二级结构 三级结构 空间结构 四级结构,蛋白质的结构,一、蛋白质的一级结构定义：氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序。,主要的作用力： 肽键（-CO-NH-） 二硫键（-S-S-）：是由两个半胱氨酸残基上的巯基（-SH）脱氢形成的。,胰岛素的一级结构,二、蛋白质二级结构,二级结构：多肽链的主链原子沿长轴方向折叠或者盘曲所形成的有规律的、重复出现
12、的局部空间结构。作用力：氢键,重复结构：N（氨基氮）、C（-碳原子）和C（羧基碳）,蛋白质二级结构的表现形式,-螺旋 -折叠 -转角 无规则卷曲,a-螺旋,多个肽键平面通过-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。a-螺旋的主要作用力是氢键。螺旋上升一圈包含3.6个氨基酸残基，约为0.54nm，氨基酸的侧链伸向螺旋外侧。蛋白质的螺旋,b-折叠,b-折叠又叫b-片层，是多肽链中的一种有规律的、充分伸展的锯齿状结构。蛋白质的折叠,练习题,1.下列有关蛋白质一级结构的叙述，错误的是（）A.是多肽链中分子中氨基酸的排列顺序 B.氨基酸与氨基酸之间脱水缩合形成的肽键C.从N-末端到C-末端氨基酸残
13、基的排列顺序D.蛋白质一级结构不包括各原子的空间位置 2.蛋白质分子中无规则卷曲结构属于（）A.一级结构 B.二级结构 C.三级结构 D.四级结构,B,B,3.有关蛋白质a-螺旋的描述，正确的是（）A.多为左手螺旋B.螺旋方向与长轴方向垂直C.肽键平面充分伸展D.氨基酸侧链伸向螺旋外侧 4.关于蛋白质的二级结构的描述，错误的是（）A.具有活性的蛋白质都有二级结构B.a-螺旋和b-折叠结构是蛋白质二级结构的主要形式。C.a-螺旋和b-折叠结构一般不会同时出现。D.双螺旋结构不是蛋白质二级结构形式。E.二级结构是蛋白质的空间结构。,D,C,5. 维持蛋白质二级结构的主要化学键是（） A、盐键 B、
14、疏水键 C、二硫键 D、氢键；E、范德华力 6.蛋白质二级结构中四种存在形式是、。,D,-螺旋 -折叠 -转角 无规则卷曲,本节小结,重点： 1.蛋白质一级结构以及其作用力。 2.蛋白质二级结构以及维持二级结构的作用力。 难点： 3.二级结构的主要表现形式。,三、三级结构,定义：蛋白质的三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，既包括主链原子也包括侧链原子的三维空间排布。 作用力：疏水键（最重要）、氢键、离子键、范德华力、二硫键。,四、四级结构,蛋白质的四级结构是指由两条或者两条以上的具有三级结构的多肽链借非共价键连接所形成的空间构象。 作用力：氢键、盐键、疏水键和范德华力。,血红蛋白的四级结构,习题,1.有关蛋白质的三级结构的描述，错误的是（）A.具有三级结构的多肽链可能具有生物活性。B.亲水基团多位于三级结构的表面C.三级结构的稳定性主要由次级键维持D.三级结构是单体蛋白质或者亚基的空间结构。E.三级结构是由一条多肽链构成的。,2.正确的蛋白质四级结构的叙述应该为（）A.蛋白质四级结构的稳定性由二硫键维系B.蛋白质亚基间由次级键聚合C.蛋白质变性时其四级结构不一定受到破坏。 D.四级结构是蛋白质保持生物活性的必要条件E.四级结构是蛋白质发挥功能的先决条件。 3.每种完整具有活性的蛋白质分子必定具有（）A.四级结构 B.-折叠 C.三级结构D.-转角 E.-螺旋,
