2018年主管药师考试生物化学考点精讲

第 1 页生物化学第一节 蛋白质的结构与功能一、蛋白质的分子组成1.组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫。各种蛋白质中含氮量相近，平均为 16%，因此测定生物样品中的含氮量可得出蛋白质的大致含量：每克样品含氮的克数6.25=蛋白质的克数克样品。2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位人体内组成蛋白质的氨基酸共有 20 种，均为 L- 氨基酸（甘氨酸不含手性碳原子，无旋光性）。氨基酸按侧链的理化性质分为 4 类：非极性疏水性氨基酸：色氨酸、缬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）和丙氨酸；极性中性氨基酸：半胱氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、苏氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺和丝氨酸；（此处与教材不一致，教材有误，以老师讲解为准）酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸。3.氨基酸属于两性电解质为兼性离子 色氨酸和酪氨酸在 280nm 波长处有最大光吸收，而绝大多数蛋白质都含有色氨酸和酪氨酸，因此紫外吸收法是分析溶液中蛋白质含量的简便方法。4.肽与肽键一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱去 1 分子水，所形成的酰胺键称为肽键。氨基酸通过肽键相连而成肽链，少于 10 个氨基酸的肽链称为寡肽，多于 10 个氨基酸的肽链称为多肽。多肽链中氨基末端写在左侧，羧基末端写在肽链的右侧，以氨基末端的氨基酸为 1 号对多肽链进行编号，从左向右顺序排列。二、蛋白质的分子结构1.蛋白质的一级结构多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，蛋白质一级结构中的主要化学键是肽键。2.蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置。蛋白质二级结构包括 -螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲。维持蛋白质二级结构的化学键是氢键。3.蛋白质的三级结构整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三第 2 页级结构的形成和稳定主要靠次级键疏水作用力、离子键、氢键和范德华力等。4.蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。维系四级结构的作用力主要是疏水作用力，氢键和离子键也参与维持四级结构。并非所有蛋白质都有四级结构。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能。5.蛋白质的空间构象蛋白质的空间构象由一级结构决定，常需分子伴侣（帮助多肽链正确折叠）的参与。其作用：可逆地与未折叠肽段结合防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠；与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠；促进对蛋白质分子中二硫键的正确形成。（1）肽单元：参与肽键的 6 个原子C 1 、C、0、N、H、C 2 位于同一平面，C 1 和 C2 在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的 6 个原子构成肽单元。（2）模体在许多蛋白质分子中，2 个或 3 个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间结构，称为模体。（3）结构域分子量大的蛋白质三级结构常可分割成 1 个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，具有独立的生物学功能，称为结构域。三、蛋白质结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系 1.一级结构是空间构象的基础蛋白质变性后，空间结构被破坏，但一级结构不变，复性后空间结构再次形成，生物学活性恢复。2.镰刀形红细胞贫血人血红蛋白 亚基的第 6 位氨基酸的谷氨酸，被缬氨酸所取代。（记忆：镰刀割谷子，累了歇一会儿）（二）蛋白质空间结构与功能的关系血红蛋白（Hb）由 2 条 链和 2 条 链与辅基组成，通过血红蛋白中的 Fe2+与氧结合，发挥运输氧的作用。1.协同效应 一个寡聚体亚基与其配体结合后，影响另一亚基与配体的结合能力，如果是促进作用，则称为正协同效应，反之则为负协同效应。如，Hb 的第一个亚基与 O2结合以后，促进了后续亚基与 O2结第 3 页合，即为正协同效应。2.别构效应 又称变构效应。一个蛋白质与它的配体（或其他蛋白质）结合后，蛋白质的构象发生变化，使它更适于功能需要，这一类变化称为别构效应。例如 Hb 是别构蛋白，小分子 O2是 Hb 的别构剂或称为效应剂。四、蛋白质的理化性质（一）蛋白质的两性电离蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，此时 pH 称为等电点（pI）。pHpI，蛋白质带负电荷；pHpI，蛋白质带正电荷。（二）蛋白质的胶体性质维持蛋白质溶液稳定的因素有两个：水化膜：蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质的沉淀析出。同种电荷：在 pHpI 的溶液中，蛋白质带有同种电荷。同种电荷相互排斥，阻止蛋白质颗粒相互聚集、沉淀。（三）蛋白质的变性与复性在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，其理化性质改变和生物活性丧失，称为变性。变性后，其溶解度降低，黏度增加，结晶能力消失，易被蛋白酶水解。变性的蛋白质易于沉淀，但是沉淀的蛋白质不一定变性。变性的蛋白质，只要其一级结构仍完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也重现，这称为复性。（四）蛋白质的紫外吸收在 280nm 波长处有特征性吸收峰，可作蛋白质定量测定。（五）蛋白质的呈色反应有茚三酮反应，双缩脲反应等。组成人体蛋白质多肽链的基本单位是A.L-氨基酸B.D-氨基酸 C.L-氨基酸 D.D-氨基酸 E.以上都不是正确答案A下列氨基酸，无 L 型或 D 型之分的是A.苏氨酸B.谷氨酸C.丝氨酸D.甘氨酸E.酰胺酸正确答案DA.蛋白质一级结构B.蛋白质二级结构C.蛋白质三级结构D.蛋白质四级结构E.单个亚基结构1.不属于空间结构的是2.整条肽链中全部氨基酸的相对空间位置正确答案A、C第 4 页变性蛋白质的主要特点是A.不易被蛋白水解酶水解B.一级结构被破坏C.溶解性增加D.生物学活性丧失E.分子量降低正确答案DHb 的第一个亚基与 O2结合后促进其他亚基与 O2结合称为A.正协同效应B.变构效应C.不可逆性抑制D.竞争性抑制E.负协同效应正确答案A第二节 核酸的结构与功能一、核酸的化学组成及一级结构核酸包括，脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）。核苷酸是核酸的基本组成单位。1.核苷酸中的成分（1）碱基：嘌呤（A、G），嘧啶（T、C、U）（2）戊糖：脱氧核糖、核糖（3）磷酸2.戊糖与核苷（1）碱基和戊糖通过糖苷键构成核苷。（2）核苷（脱氧核苷）与磷酸通过酯键构成核苷酸（脱氧核苷酸）。3.核苷酸的结构与命名核苷一磷酸（NMP）、核苷二磷酸（NDP）、核苷三磷酸（NTP）、环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）4.一级结构在核苷酸链中，核苷酸的排列顺序，称为核酸的一级结构。核苷酸之间通过 3，5磷酸二酯键。书写应从 5到 3。第 5 页5.DNA 与 RNA 的区别（后述）二、DNA 的空间结构与功能1.DNA 的二级结构双螺旋模型反向平行双链右手螺旋结构，脱氧核糖和磷酸骨架位于双链的外侧，碱基位于内侧，两条链的碱基之间以氢键相连接。A=T，GC。螺旋一周包含 1Obp，每个碱基的旋转角度为 36。碱基平面之间相距 0.34nm，螺距为 3.4nm，螺旋直径为 2nm。双螺旋分子存在一个大沟和一个小沟。维持双螺旋稳定的主要力是碱基堆积力（疏水性堆积力）（纵向）和氢键（横向）。2.DNA 的超螺旋结构DNA 的三级结构为二级结构紧密盘曲形成的超螺旋，其意义在于压缩分子体积，减少所占空间。原核生物的 DNA 大多是以共价封闭的环状双螺旋分子形式存在于细胞中。真核生物细胞中 DNA 和蛋白质构成核小体。3.DNA 的功能作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，它是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。一个生物体的全部基因序列称为基因组。三、RNA 的结构与功能1.信使 RNA（mRNA）半衰期最短的 RNA转录核内 DNA 遗传信息碱基排列顺序作为蛋白质合成的模板。2.转运 RNA（tRNA）分子量最小的 RNA二级结构为三叶草形第 6 页各种氨基酸的转运载体在蛋白质合成中转运氨基酸原料。3.核蛋白体 RNA（rRNA）细胞内含量最多的 RNA与核蛋白体蛋白组成核蛋白体，在细胞质作为蛋白质的合成场所。rRNA 二级结构的特点是含有大量茎环结构。小亚基 大亚基 真核生物 18S 5S、5.8S、28S 原核生物 16S 5S、23S 四、核酸的理化性质1.DNA 变性双螺旋 DNA 经加热及化学处理（如有机溶剂、酸、碱等），使互补碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构松散，变成单链的过程。DNA 变性后，生物活性丧失，但共价键不被破坏，一级结构没有改变。热变性的 DNA 经缓慢冷却后，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，称为复性，也称退火。2.增色效应DNA 和 RNA 溶液均具有 260nm 紫外吸收峰，这是 DNA 和 RNA 定量最常用的方法。变性时双螺旋松解，碱基暴露，对 260nm 紫外吸收将增加，OD 260值增高称之为增色效应；复性后，OD260值减小称为减色效应。3.T m值紫外光吸收值达到最大值的 50%时的温度称为 DNA 的融解温度（解链温度）（T m）。GC 含量越高，T m值越大；另外核酸分子越大，T m值也越大。4.探针一小段已知序列的单链核苷酸用放射性核素（如 32P、 35S）或生物素标记其末端或全链，可依碱基配对规律与具有互补序列的待测核酸进行杂交，以探测它们的同源程度，这段核苷酸链称为探针。DNA 碱基组成的规律是A.A=C，T=GB.A+T=C+GC.A=T；C=GD.（A+T）/（C+G）=1E.A=G=T=C第 7 页正确答案C组成多聚核苷酸的骨架成分是A.碱基与戊糖B.碱基与磷酸C.碱基与碱基D.戊糖与磷酸E.戊糖与戊糖正确答案D下列有关 DNA 二级结构的叙述哪一项是不正确的A.双螺旋中的两条 DNA 链的方向相反B.双螺旋以左手方式盘绕为主C.碱基 A 与 T 配对，C 与 G 配对D.双螺旋的的直径大约是 2nmE.双螺旋每周含有 10 对碱基正确答案BDNA 变性时其结构变化表现为A.磷酸二酯键断裂B.N-C 糖苷键断裂C.戊糖内 C-C 键断裂D.碱基内 C-C 键断裂E.对应碱基间氢键断裂正确答案E下列有关 RNA 的叙述错误的是A.主要有 mRNA，tRNA 和 rRNA 三类B.胞质中只有 mRNA 和 tRNAC.tRNA 是细胞内分子量最小的一种 RNAD.rRNA 可与蛋白质结合E.RNA 并不全是单链结构正确答案B双链 DNA 的 Tm较高是因为那组碱基含量较高所导致的A.A+GB.C+TC.A+TD.G+CE.A+C正确答案D第三节 酶一、酶的分子结构与功能1.酶的分子组成第 8 页（1）单纯酶：仅由氨基酸残基构成。（2）结合酶：由蛋白质和非蛋白质组成，全酶=酶蛋白+辅助因子。辅助因子包括小分子有机化合物（维生素或维生素类物质）和金属离子。辅酶：与酶蛋白以非共价键疏松结合，可用透析等简单方法分离；辅基：与酶蛋白以共价键牢固结合，不能用透析等简单方法分离。主要作用：参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。金属离子多为酶的辅基。常见的有 K+、Na +、Mg 2+等。2.酶的活性中心酶分子中与酶活性密切相关的基团称作酶的必需基团，其组成特定空间结构区域，该区域称酶的活性中心。活性中心的必需基团有两种：结合基团（结合底物，形成底物酶复合物）及催化基团（影响底物中某些化学键的稳定性，催化底物转化为产物）。对结合酶来说，辅酶或辅基也参与活性中心的组成。二、酶促反应的特点1.酶与普通催化剂的共同特点反应前后的质和量不变；只催化热力学允许的反应；只能加速可逆反应的进程，不改变反应的平衡点2.酶促反应的特点（1）高效性：降低反应的活化能（2）特异性（3）可调节性三、酶促反应动力学1.底物浓度对反应速度的影响底物浓度很低时，反应速度与底物浓度成正比；底物浓度再增加，反应速度的增加趋缓；当底物浓度达某一值后，反应速度达到最大，反应速度不再增加。（1）米-曼方程式：简称米氏方程=V maxS（K m+S）， S为底物浓度。（2）K m与 Vmax的意义：V max为最大反应速度，是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶总浓度成正比。K m为米氏常数，等于反应速度为最大速度一半时的底物浓度。K m为酶的特征性常数，与酶的浓度无关。单位为 mmolL。K m可表示酶与底物的亲和力。K m值大，酶与底物的亲和力低。2.酶浓度对反应速度的影响当底物浓度远大于酶浓度，使酶达饱和时，反应速度与酶浓度的变化近似成正比关系。3.温度、pH 值对反应速度的影响 升高温度可加快酶促反应速度，同时也会加速酶蛋白变性，酶促反应速度降低。酶促反应速度最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。酶促反应速度最快时的环境 pH 称为酶促反应的最适 pH。4.抑制剂对反应速度的影响能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。抑制剂与酶活性中心内、外的必需基团结合而抑制酶的活性。包括：（1）不可逆性抑制作用：抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团牢固结合，使酶失活，不能用透析超滤等简单方法去除。（2）可逆性抑制作用：抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物疏松结合，利用透析或超滤等简单方法可除去其抑制，使酶恢复活性。包括竞争性抑制、非竞争性抑制作用和反竞争性抑制作用。竞争性抑制作用：抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶与底物结合形成中间产物，抑制酶的活性。增加底物浓度，可减弱竞争性抑制剂的抑制作用。竞争性抑制存在时 Vmax不变、K m值增大。如丙二酸与琥珀酸的结构相似，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。磺胺类药物的作用机制：细菌核苷酸的合成需要 FH4, FH4由 FH2还原生成。FH 2可在二氢叶酸合成酶作用下以对氨基苯甲酸、蝶呤、谷氨酸为底物合成。磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，能作为二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，阻断 FH2合成。细菌因核苷酸与核酸的合成受阻而生长繁殖减弱。第 9 页四、酶的调节1.酶活性的调节（1）酶原与酶原激活：酶的无活性前体，称为酶原。酶原转变为活性酶的过程称为酶原激活，实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。意义：消化管内蛋白酶以酶原形式分泌，保护消化器官不受酶的破坏，且保证酶在特定部位发挥作用。酶原还可以视为酶的储存形式，如凝血酶和纤溶酶等以酶原形式存在。（2）变构调节与变构酶：变构效应剂与酶活性中心外的调节部位非共价可逆地结合，使酶发生构象及催化活性改变。这一方式称为变构调节。受变构调节的酶称变构酶。以变构酶反应速度对底物浓度作图，其动力学曲线为“S”形曲线。变构酶通常是代谢过程中的关键酶。酶的变构调节属酶活性的快速调节。（3）酶的共价修饰调节：某些酶蛋白肽链上的侧链基团在另一酶的催化下可与某种化学基团发生共价结合或解离，从而改变酶的活性，这一调节酶活性的方式称为酶的共价修饰。酶的共价修饰以磷酸化修饰最为常见。酶的共价修饰属于体内酶活性快速调节的另一种重要方式。2.含量的调节（1）酶蛋白合成的诱导与阻遏：能促进酶蛋白的基因转录，增加酶蛋白生物合成的物质称为诱导剂，反之为阻遏剂。某些内源底物、反应产物、激素或外源药物等可作为诱导剂或阻遏剂。这种调节酶活性的方式属于酶活性的缓慢而长效的调节方式。（2）酶的降解调控：减低或加快酶蛋白的降解速度，也可使细胞酶含量增多或减少。3.同工酶 指催化相同的化学反应，但酶的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶。如，乳酸脱氢酶（LDH）共有 5 种同工酶，其中心肌中主要是 LDH1，肝脏中主要是 LDH5K m值是指反应速度为 0.5Vmax时的A.酶浓度B.底物浓度C.抑制剂浓度D.激活剂浓度E.产物浓度正确答案B下列关于酶结构与功能的描述，正确的是A.酶只在体内发挥作用 B.酶的催化作用与温度无关 C.酶能改变反应的平衡点D.酶能大大降低反应的活化能 E.酶的催化作用不受控制正确答案D有关酶原激活的概念，正确的是A.初分泌的酶原即有酶活性B.酶原转变为酶是可逆反应过程C.无活性酶原转变为有活性酶D.酶原激活无重要生理意义E.酶原激活是酶原蛋白质变性正确答案C关于酶分子组成的叙述，错误的是第 10 页A.单纯酶仅有氨基酸残基构成B.结合酶由蛋白质和非蛋白质构成C.辅酶与酶蛋白以非共价键疏松结合，可用透析等简单方法分离D.辅基与酶蛋白以共价键牢固结合，不能通过透析等简单方法分离E.辅助因子参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子