《生物化学生命物质的结构基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学生命物质的结构基础（121页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生 物 化 学,绪论,生物化学： 从分子水平来研究生物体的化学组成，和生命过程中化学变化规律的一门科学。,生命的化学，化学的生命,第一节 生命物质的结构基础 第二节 能量代谢生物氧化 第三节 物质代谢 糖代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢,第一节 生命物质的结构基础,蛋白质结构与功能 核酸化学 酶 维生素与临床,一、蛋白质结构与功能,蛋白质(protein)是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子。 蛋白质的生物学功能 1）作为生物催化剂 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 7）氧化供能,（一）、蛋白质的化学组成,1.元素组成 主要元素：
2、碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还含有少量硫、磷和金属元素。 特点：各种蛋白质含氮量接均为16% 定氮法测定蛋白质含量： 蛋白质含量6.25样品含氮量,三聚氰胺与食品安全,食品蛋白质含量是一个重要指标。可通过测定样品含氮量（凯氏定氮法），再乘以换算系数来测定蛋白质含量，即1g样品中蛋白质含量=系数1g样品含氮量。不同物质换算系数各异，例：奶制品类6.38、大米5.95，肉与肉制品为6.25。 三聚氰胺，化工原料，白色结晶粉末，分子式是C3H6N6，其含氮量高达66.7%。所以完全可以通过添加三聚氰胺伪造含氮量数据来造假！ 医学研究证明长期摄入三聚氰胺会导致生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾结石，并可进一
3、步诱发膀胱癌等疾病。,2.结构单位氨基酸（amino acid）,组成人体蛋白质的基本氨基酸有20多种; 所有生物都是利用这20多种基本氨基酸作为各种蛋白质的构件分子。(编码氨基酸) 氨基酸分子化学结构(通式)： 各种氨基酸的差别在于其侧链R的结构不同!,3.多肽结构,蛋白质是由许多AA按一定排列顺序通过肽腱连接起来的多肽链。 肽腱是由一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基缩合脱水而成的酰胺腱。 氨基酸之间缩合脱水的化合物称为肽。由2个氨基酸缩合成的肽称二肽; 由10个以下氨基酸连成的肽称寡肽;由10个以上氨基酸连成的肽称多肽。 多肽链的方向性：从N末端指向C末端。,（二）、蛋白质分子结
4、构,空间结构（高级结构）,基本结构,一级结构 (基本结构) 指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。 主要靠肽键维系。 一级结构是蛋白质分子结构的基础, 包含了决定蛋白质分子结构层次构象的全部信息和生物学功能。,胰岛素的一级结构,二级结构,指蛋白质分子中某一段链的局部空间结构。主要靠氢键维持。 主要包括a-螺旋、 B-折叠、 B-转角和无规卷曲等四种形式。,-折叠,蛋白质构象病 若蛋白质的折叠发生错误(一级结构不变)，蛋白质的构象发生改变，影响其功能，严重时导致疾病。 机理：有些蛋白质错误折叠后聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。 蛋白质构象病：疯牛病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病等
5、。,疯牛病的发生，从分子水平看，是朊病毒蛋白(PrPc)分子形态的改变。 PrPc富含-螺旋，在某种未知作用下PrPc -螺旋可转变成-折叠的PrPsc，PrPsc对蛋白水解酶的抗性增大，进而导致分子聚集，从而致病。 疯牛病可引起的人和动物神经退行性病变。,PrPc -螺旋,PrPsc -折叠,正常,疯牛病,未知机制,三级结构,整条多肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置 具有三级结构才具有生物学属性，三级结构一旦破坏，生物学特性便丧失。 主要靠次级键-疏水作用、离子键、氢键和Van der weals维持。,每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基。 蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布
6、局和相互作用称为四级结构，称为蛋白质的四级结构。 结合力主要是氢键和离子键。,四级结构,（三）蛋白质的变性与复性,1.蛋白质的变性(denaturation) 定义：在某些物理和化学因素作用下，其特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。 本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。 造成变性的因素：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。,蛋白质变性后的性质改变： 溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。 应用举例 医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,复
7、性(renaturation),定义：若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。 但是许多蛋白质变性后，空间构像严重被破坏不能复原，称不可逆变性。,二、核酸化学,核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。 天然核酸有两类： 1.脱氧核糖核酸DNA： 存在于细胞核线粒体内； 携带遗传信息，决定个体或细胞的基因型。 2.核糖核酸RNA: 存在于细胞质和细胞核内； 参与细胞内DNA遗传信息的表达。病毒中，可作为遗传信息的载体。,（一）、核酸的化学组成,核酸基本构成单位：核苷酸(nucleotide) 核苷酸由碱基、戊糖和磷酸三部分构成。,碱基,戊糖,
8、磷酸,核苷酸,核酸,1.碱基,构成核苷酸的碱基有5种,嘌呤,嘧啶,碱基,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,尿嘧啶（U）,DNA、RNA均有,DNA有,RNA有,2.戊糖,（构成RNA）,核糖(ribose),（构成DNA）,脱氧核糖(deoxyribose),3.核苷碱基戊糖（糖苷键） 核苷酸核苷磷酸（酯键）,A,（二） DNA结构和功能,1.DNA的一级结构 四种脱氧核苷酸按一定的排列顺序以3,5-磷酸二酯腱相连形成的多聚脱氧核苷酸链。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。,C,G,A,书写方法,2.DNA的二级结构-双螺旋结构模型,B型DNA双螺旋
9、结构模型特点,1.反向平行的互补双链结构。 2.碱基互补规则：两条链通过碱基间的氢键相连，A-T、C-G配对。 3.磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基位于内侧。 4. 维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。,3. DNA的高级结构,超螺旋结构 DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相反,自然界的闭合DNA主要以负超螺旋形式存在,(三)RNA结构与功能,结构特点 RNA分子中的戊糖是核糖,不是脱氧核糖； RNA分子中的碱基为尿嘧啶,而不含胸腺嘧啶; RNA主要是单链分子结构; RNA仅与基因的一条链互
10、补,因而碱基成分中U与A 或 G与C配对; RNA易被碱水解, DNA则不易。,DNA 与RNA的区别,1.信使RNA（mRNA）的结构与功能: mRNA为传递DNA信息并指导蛋白质合成的一类RNA分子。 2.转运RNA（tRNA）的结构与功能: tRNA分子量最小,功能是：在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体。 3.核蛋白体RNA（rRNA）的结构与功能: rRNA 占C中全部RNA的80%，与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体；核蛋白体是C内蛋白质的合成场所.,（四）核酸的理化性质及其应用,1.核酸的紫外吸收 在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、
11、定量分析。 2. DNA的变性：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。 变性因素：过量酸，碱，加热等。 理化性质的改变：粘度下降；OD260增高,DNA变性的本质是双链间氢键的断裂,DNA的紫外吸收光谱,增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。,解链温度（融解温度，Tm）： 紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度，其大小与G+C含量成正比。,DNA变性特点：爆发式！ DNA溶液加热到某温度时其紫外光吸收值突然迅速, 并在一个很窄的温度范围内达到最高值,3. DNA的复性与分子杂交,复性：在适当条件下，变性的DNA两条互补链可恢复双螺旋构象。 热变性的DNA经缓慢冷却后
12、即可复性，这一过程称为退火。 减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低。,核酸分子杂交,定义：热变性的DNA在复性过程中，具有碱基互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。即退火条件下能形成 DNA-DNA 异源双链 ; 或将变性的单链 DNA 与 RNA 经复性处理形成DNA-RNA杂合双链。 在分子生物学和分子遗传学的研究应用广泛，如镰刀型贫血的产前诊断。,变性,复性,复性,三、酶的作用 及 影响酶促反应的因素,Enzyme,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。,生命活动离不开酶的生物催化作用. 许多疾病与酶的异常密切相关; 许多药物也通过
13、对酶的作用来达到其疗效。,1.酶促反应的特点 酶促反应: 条件温和,一般为常压,37 水的环境; 高度催化效率: 常温条件下,比非酶催化反应高107-1012倍; 高度的特异性(专一性): 一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键, 催化一定的化学反应, 生成一定的 产物即称特异性 (分绝对/相对/立体异构三类); 酶活性的可调节性: 酶促反应受多种因素调控, 使机体适应内外环境变化。,（一）酶分子的结构特点,2.酶的分子组成 酶是蛋白质，具蛋白质结构。只由一条多肽链构成的酶 单体酶；由多个相同或不同亚基组成的酶 寡聚酶；由几个不同功能的酶相嵌合形成的复合体-多酶体系 酶的分子组成：单纯蛋白酶和
14、结合蛋白酶。结合蛋白酶=酶蛋白+辅助因子 辅助因子包括金属离子和小分子有机化合物（辅酶或辅基）,必需基团：活性中心的必需基团、活性中心以外的必需基团,3.活性中心：底物结合部位催化部位,活性中心是酶与底物结合并表现催化作用的空间区域。大多由肽链上远隔的氨基酸残基提供必需基团，经肽链盘绕折叠，使之在三维空间相互接近，构成特定的空间构象，起催化中心作用。在结合酶中，辅基与辅酶也参与活性中心的组成。,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,4.酶原及酶原激活 某些酶在C内合成或初分泌时是酶的无活性前体即酶原; 酶原活性酶的过程称酶原激活。 生物学意义: 消化管内蛋白酶以酶原形式
15、分泌 (既保护消化道本身免遭自身酶水解破坏, 又保证其在特定部位与环境下发挥作用) 凝血与纤维蛋白溶解酶类以酶原形式在血中运行,一旦需要便转化为有活性的酶起凝血作用,5.同工酶 指催化相同的化学反应, 但酶蛋白的分子结构 / 理化性质/ 反应活性/ 免疫学性质不同的一组酶,（三）酶促反应的可调节性,底物浓度的影响 酶浓度的影响 温度、pH的影响 抑制剂、激活剂的影响,1.底物浓度（s）对反应速度（v）的影响,矩形双曲线,其它因素不变情况下, S 与 V 呈矩形双曲线变化: -当 S 很低时, V 与 S 呈正线性关系 -当 S 到一定程度后, V 不再呈正比加速,而呈逐渐减弱趋势 -当 S 至
16、足够大时 , V便达到极限值,2.酶浓度对反应速度（V）的影响,-当T/pH不变, S足够大时，则V与酶浓度呈正比关系。,0,V,E,-每升高10 , V增快1-2倍数/ 但T过高导致酶失活,则V反而 最适温度：酶促反应速度最快时的环境温度。 低温的应用,3.温度对反应速度的影响,4.pH对反应速度的影响,0,酶 活 性,pH,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,酶促反应最快时的pH称最适pH 环境pH高于或低于最适pH,酶活性都,6.抑制剂对V的影响 酶的抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。,5. 激活剂对V的影响 凡能使酶活性的物质都称为激活剂; 大部分是金属离子或小分子有机化合物。,（三） 酶与医学的关系,一、酶与疾病的发生： 酶的数量、结构、位置及其调节改变,2、酶与疾病的诊断：血清酶活性测定,
