生物化学(生科院开课)

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1、第一章 绪论,一、生物化学的概念 生物化学就是生命的化学，是研究微生物、植物、动物及人 体等的化学组成和生命过程的化学变化的一门科学。,二、发展概况和近代成就 1、18世纪下半叶前：“燃素说”； 2、18世纪下半叶：（1）拉瓦锡：证明燃烧是氧的作用；（2）舍勒：发现柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；,3、19世纪以后：（1）李比希（18031873，德国化学家）：首创大学化学实验的教学，首次提出新陈代谢；（2）霍佩-赛勒（1825-1895，德国医生）：建成独立的生物化学学科，并提出“Biochemie”和“蛋白质”一词；（3）寇南（1837-1900，德国化学家）：提出胰酶的名词，研究血红蛋

2、白和胰液对蛋白质的消化；,4、20世纪以后生物化学的发展（1）1902年德国艾贝尔首次获得结晶肾上腺素；（2）1904年英国哈顿分离出“辅酶”，还发现了磷酸基在生化中的重要作用；（3）19021907年德国埃费歇证明蛋白质由氨基酸组成，开始了蛋白质结构研究的时代；（4）1909年丹麦威约翰逊在精密遗传学原理一书中首次提出基因是遗传单位的概念；（5）1912年波兰的丰克分离出维生素B结晶，首次提出维生素的概念；（6）1925年英国凯林发现细胞色素，并指出生物氧化过程中的电子传递作用；（7）1926年美国萨姆纳首次制成尿素酶，开辟了酶化学的研究。同年美国的摩尔根发表基因论，使基因遗传理论系统化；,

3、（8）1929年美籍俄国人勒温发现核酸中的核糖和脱氧核糖，认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；同年德国罗曼发现ATP。（9）1937年美国罗思发现组成蛋白质的氨基酸分为两类，其中一类对营养无效，另一类是20余种基本氨基酸；同年英籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环；（10）1941年德国李普曼发现ATP高能键在代谢过程中的重要作用；并在1947-1951年发现乙酰CoA在TCA循环中的重要地位；（12）1953年美国华特森和英国克里克根据维尔肯做DNA的X光衍射资料，提出DNA一级双螺旋的分子结构模型；,（13）1954年美籍俄国人伽莫夫首次提出一个核苷酸编成一个遗传密码的“三联密码说”。19

4、61年克里克加以了证实；（14）19551956年美籍西班牙人奥巧阿和美国孔勃首次用酶促法人工合成核糖核酸RNA和DNA；（15）1961年法国雅各布和莫诺首次提出mRNA的存在，证实mRNA与DNA的碱基互补以及蛋白质的合成场所-核糖体，同时发现了操纵子的基因集团；（16）80年代发展了生物工程和生物技术。,第一章 蛋白质第一节 蛋白质通论一、蛋白质的化学组成碳、氢、氧，还有氮和少量硫等，其中含C量约为50%，含N量为16%凯氏定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量=蛋白氮6.25蛋白质是由20种L-型氨基酸组成的长链分子，包括：1、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；2、结合（缀合）蛋白质：还

5、有非蛋白质成份的辅基或配基。,二、蛋白质构象每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构，这称为蛋白质构象。蛋白质结构的不同组织层次：1、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；2、二级结构：多肽链以氢键排列成沿一维方向的周期性结构的构象，如纤维状蛋白质中的-螺旋和-折叠片；3、三级结构：多肽链以各次级键（非共价键）盘绕成具有特定走向的紧密球状构象；4、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合方式。,第二节 氨基酸一、氨基酸的通式结构：常见有20种氨基酸参与蛋白质组成。它们的结构模式是：,与羧基相邻的-碳（C）上都有一个氨基，因此称为-氨基酸。-碳上还连着一个H和一个可变的侧链R基，各种氨

6、基酸的区别在于R基的不同。 必需氨基酸：Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”,二、氨基酸的分类（一）按R基的化学结构分： 1、脂肪族氨基酸 1）含一氨基一羧基的中性氨基酸： （1）甘氨酸（氨基乙酸）：Gly（唯一含对称C原子的氨基酸，不具旋光性） （2）丙氨酸（-氨基丙酸）：Ala （3）缬氨酸（-氨基异戊酸）：Val （4）亮氨酸（-氨基异己酸）：Leu （5）异亮氨酸（-氨基-甲基戊酸）：Ile 2）含羟基氨基酸： （6）丝氨酸（-氨基-羟基丙酸）：Ser （7）苏氨酸（-氨基-羟基丁酸）：Thr ,Gly,Ala,Val,Le

7、u,Ile,Ser,Thr,3）含硫氨基酸： （8）半胱氨酸（-氨基-巯基丙酸）：Cys 常见胱氨酸型式 （9）甲硫氨酸（-氨基-甲硫基丁酸）：Met 4）含酰氨基氨基酸： （10）天冬酰氨：Asn （11）谷氨酰氨：Gln 5）含一氨基二羧基的酸性氨基酸： （12）天冬氨酸（-氨基丁二酸）：Asp （13）谷氨酸（-氨基戊二酸）：Glu 6）含二氨基一羧基的碱性氨基酸： （14）赖氨酸（、-二氨基己酸）：Lys （15）精氨酸（-氨基-胍基戊酸）：Arg ,Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg,2、芳香族氨基酸：（16）苯丙氨酸（-氨基-苯基丙酸）：Phe （17）

8、酪氨酸（-氨基-对羟基苯基丙酸）：Tyr 3、杂环族氨基酸：（18）色氨酸（-氨基-吲哚丙酸）：Trp （19）组氨酸（-氨基-咪唑基丙酸）：His （20）脯氨酸（-吡咯烷基-羧酸）：Pro 无自由的-氨基，只有-亚氨。 ,（二）按R基的极性分： （1）非极性R基（脂肪烃侧链）的氨基酸：在水中的溶解度较小，如 （2）不带电荷的极性R基（羟基、酰胺基、巯基）氨基酸：侧链含有不解离的极性基，能与水形成氢键，如 （3）带正电荷的R基（-氨基、胍基、咪唑基）氨基酸：碱性氨基酸，如 （4）带负电荷的R基（羧基）氨基酸：酸性氨基酸，如,Pro,His,Trp,Tyr,Phe,二、氨基酸的旋光性除甘氨酸外

9、，其余的-碳原子为不对称碳原子，其结合的四个不同的取代基在空间的排列可有两种形式：L型和D型。L型：氨基在左边 D型：氨基在右边D- -氨基酸 L- -氨基酸它们互为光学异构体（p.143，图3-14）。此外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对称碳原子，所以可存在4种光学异构体（p.143，图3-15）。,三、氨基酸的酸碱性质 （一）氨基酸的兼性离子形式：氨基酸能使水的介电常数增高，这是因为氨基酸在晶体和水中主要以兼性离子（偶极离子）的形式存在：偶极离子形式的氨基酸是强极性分子，这就增加了水的介电常数。,(二）氨基酸的两性解离：酸与碱的关系：HA（酸）A-（碱）+H+（质子）酸

10、是质子（H+）的供体，碱是质子的受体。氨基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用，也起碱（质子受体）的作用：因此是一类两性电解质。（三）氨基酸的等电点：氨基酸的带电状况与溶液的pH有关，改变pH可使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零的兼性离子状态。这时的溶液pH值即为该氨基酸的等电点（pI）（见p.131，图3-9）。,四、氨基酸的化学反应 （一）-氨基参加的反应 1、与亚硝酸反应：生成氮气可根据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定（生成的氮气只有一半来自氨基酸） 2、与酰化试剂反应：氨基被酰基化酰化试剂可被用作氨基的保护剂,3、烃基化反应：氨基中

11、的H原子被烃基取代可用来鉴定N-末端氨基酸4、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱是某些酶促反应的中间产物（如转NH2反应）,（二）-羧基参加的反应 1、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯2、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生成酰氯可使羧基活化，易与另一氨基酸的氨基结合，在人工多肽合成中使用。,3、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出CO2而生成相应的一级胺,（三）-氨基和-羧基共同参加的反应1、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引起脱氧、脱羧反应，最后茚三酮再与产生的NH3和还原茚三酮作用生成紫色物质可定性或定量测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应生成黄色物质

12、2、成肽反应：氨基酸与氨基酸之间的氨基与羧基可缩合成肽，形成肽键,第三节 蛋白质的共价结构一、肽和肽键结构蛋白质中氨基酸以共价键连接的两种方式：（1）肽键： 形成蛋白质的一级结构（2）二硫键： 两个半胱氨酸残基的侧链之间形成，分链间二硫键和链内二硫键，形成二、三级结构。,1）肽链的结构特点是： （1）肽链中的骨干是 单位规则地重复排列，称之为共价主链：（2）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称氨基酸残基。 （3）各种肽链的主链结构一样，但侧链R基即氨基酸残基的顺序不同。 （4）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称N端；另一端含一个游离的末端羧基，称C端。2）肽的命名：从

13、N端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰某氨基酸，如简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu。,3）肽键的平面结构：顺式构型中的两个 C彼此接近，引起 各R基之间的空间位 阻，造成结构不稳； 反式构型中两者相 距较远，结构比较稳 定。肽链中的肽键全 是反式构型。,4）肽键共振（p.164，图4-2）：肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这样肽链主链上的3种键（N-C键，C-C键，C-N肽键）都是单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转。,但在酰胺氮和羰基氧之间会发生共振相互作用，其结果表现两种极端形式：一是C和O之间有一个键和一个键连接，而酰胺N上留有一个孤电子对，这种结

14、构允许C-N键自由旋转（A）；二是C和N原子参与键的形成，在羰基O上留下一个孤e-对，带负电荷，酰胺N带正电荷，这样C-N键就成为一个双键，阻绕C-N键的自由旋转（B）。肽键共振的结果：（1）阻绕肽键C-N的自由旋转，只保留N-C键和C-C键的旋转；（2）组成肽基的4个原子和2个相邻的C原子倾向于共平面，形成多肽主链的酰胺平面。,二、肽的物理和化学性质1、物理性质在水溶液中以偶极离子存在，这决定与游离末端-NH2 ，-COOH以及酸性和碱性氨基酸侧链R基团上可解离的功能团。肽键中的亚氨基不解离。2、化学反应（1）游离的-NH2和-COOH及R基团可发生与氨基酸中相应的基团类似的反应；（2）N末

15、端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；（3）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有的一种颜色反应（紫红色或紫蓝色，与CuSO4碱性液反应），借助分光光度计可定量分析。,一、蛋白质的一级结构与功能一级结构的局部断裂与蛋白质激活有些蛋白质分子的部分肽链按特定方式断裂后才能呈现生物活性。 1、血液凝固的机理：凝血酶致活物 交联的纤维蛋白（血凝块） 纤维蛋白溶解致活物凝血酶原 不溶性纤维蛋白 纤维蛋白溶酶原凝血酶（活性） 纤维蛋白原 纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶解致活因子作用凝血酶原，使其分子中的二肽键断裂。释放出一个N端片段后成为有活性的凝血酶（p.187，图4-21）；纤维蛋白原由2条链、2条链和2条链组成，在凝血酶作用下，从2条链和2条链的N端各断裂一个-Arg-Gly-键，释放出2个纤维肽A和2个纤维肽B，而剩下的纤维蛋白分子成为形成网状结构的不溶性纤维蛋白（p.188，图4-22，23）。,