《生物化学》第七版教案(完整).doc

湖北医药学院教 案单 位：基础医学院教 研 室：生物化学教研室姓 名：李 强课程名称：生物化学时间2010.8.29 课程名称中文名称生物化学英文名称Biochemistry课程简介生物化学是一门基础医学必修课程，是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，主要采用化学的原理和方法从分子水平探讨生命现象的本质。讲述正常人体的生物化学以及疾病过程中的生物化学相关问题，与医学有着紧密的联系。是生命科学中进展迅速的基础学科，其理论和技术已渗透至基础医学和临床医学的各个领域。随着近代医学的发展，越来越多地将生物化学的理论和技术应用于疾病的预防、诊断和治疗，从分子水平探讨各种疾病的发生发展机制，已成为当代医学研究的共同目标。近年来，对人们十分关注的恶性肿瘤、心脑血管疾病、免疫性疾病、神经系统疾病等重大疾病发病机制进行了分子水平的研究取得了丰硕成果。可以相信，随着生物化学与分子生物学（是生物化学的重要组成部分，是其发展和延续）进一步发展，将给临床医学的诊断和治疗带来全新的理念。因此，学习和掌握生物化学知识，除理解生命现象的本质与人体正常生理过程的分子机制外，更重要的是为进一步学习基础医学其它课程和临床医学打下扎实的生物化学基础。对教师的要求1、教师必需严肃认真地备课，精通本学科的内容，同时必需熟悉相关课程，教学中做到能宏观与微观相结合，形态与功能相结合，基础与临床相结合。2、教师必需深入研究教学法，根据各专业培养目标和课程设置目标认真研究教学内容，分层次分专业教学，充分发挥学生的主体作用，激发其求知欲望，培养学生的自学能力。3、在教学过程中，教师应注重学生综合分析、解决问题能力和实践技能的培养，注重学生创新意识和思想品德的培养。教材选用查锡良主编.生物化学.第7版.人民卫生出版社参考书籍与常用网地址参考书籍：1.Feng Zuohua,Qu Shen.Biochemistry and Molecular Biology. PEOPLE, S MEDICAL PUBLISHING HOUSE2.GERALD KARP.CELL AND MOLECULAR BIOLOGY (CONCEPTS AND EXPERIMENTS).4th edition.Higher Education Press 3.宋今丹.医学细胞细胞生物学.人民卫生出版社网络课件与常用网址：/curriculum/coursehome.asp?courseid=51221634/course/swhx/skja_0.htm2/jiaowu/swhx/lilunjiaoxue.html授课章节绪论 第一章 蛋白质的结构与功能授课对象2009级口腔、临本3班学时6时 间2010年8月30日9月1日授课地点5222、5226教室教 材见首页教学目的要求掌握：生物化学、生物大分子和分子生物学的概念。蛋白质元素组成及其特点；蛋白质基本组成单位-氨基酸的种类、基本结构及主要特点；蛋白质的分子结构；蛋白质结构与功能的关系；蛋白质的主要理化性质及其应用；蛋白质分离纯化的方法及其基本原理。熟悉：当代生物化学研究的主要内容。各种氨基酸的结构；蛋白质的分类。了解：生物化学的发展简史、生物化学与医学的关系。多肽链氨基酸序列分析；蛋白质空间结构测定。教学重点难点重点：蛋白质元素组成及其特点。氨基酸的种类、基本结构及理化性质。蛋白质的一级结构与高级结构，肽键、肽单元、肽平面的概念。蛋白质结构与功能的关系；蛋白质组学概念，蛋白质的主要理化性质及其应用。蛋白质分离纯化的方法及其基本原理难点：蛋白质结构与功能的关系；氨基酸序列分析及空间结构测定。教学方法大课系统讲授教具多媒体课件辅以板书授课提纲绪论第一节 生物化学发展简史一、叙述生物化学阶段二、动态生物化学阶段三、分子生物学时期四、我国科学家对生物化学发展的贡献第二节 当代生物化学研究的主要内容第三节 生物化学与医学一、生物化学已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互联系的共同语言二、生物化学为推动医学各学科发展作出了重要贡献第一章 蛋白质的结构与功能第一节 蛋白质的分子组成 一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-氨基酸 二、氨基酸可根据侧链接构和理化性质进行分类三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质 四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链 第二节 蛋白质的分子结构 一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构 二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构 三、在二级结构基础上多肽链进一步折迭形成蛋白质三级结构四、含有两条以上多肽链的蛋白质具有四级结构 五、蛋白质的分类 六、蛋白质组学 第三节 蛋白质结构与功能的关系一、 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础二、 蛋白质的功能依赖特定空间结构 第四节 蛋白质的理化性质一、 蛋白质具有两性电离性质二、 蛋白质具有胶体性质三、 蛋白质空间结构破坏而变性四、 蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰五、 应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析 一、 透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物二、 丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法三、 利用荷电性质可用电泳法将蛋白质分离四、 利用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离五、 利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离六、 应用化学或反向遗传学方法可分析多肽链的氨基酸序列七、 应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定教 学 主 要 内 容备 注绪论生物化学就是生命的化学。它是研究活细胞和有机体中存在的各种化学分子及其所参与的化学反应的科学。 分子生物学：是研究生物大分子结构、功能及其基因结构、表达与调控机制的科学。一、生物化学发展简史二、生物化学研究内容1生物分子的结构与功能2 物质代谢及其调节 3遗传信息的传递及其调控三、生物化学与医学1生物化学与分子生物学在生命科学中占有重要的地位 2生物化学的理论与技术已渗透到医学科学的各个领域3生物化学的发展促进了疾病病因、诊断和治疗的研究第一章 蛋白质的结构与功能一、蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质是细胞的重要组成部分，是功能最多的生物大分子物质，几乎在所有的生命过程中起着重要作用：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。二、蛋白质的分子组成1. 蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S，各种蛋白质的含N量很接近，平均16%。通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) 6.252. 组成蛋白质的基本单位L-a-氨基酸：种类、三字英文缩写符号、基本结构。分类（非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）。理化性质（两性解离及等电点、紫外吸收、茚三酮反应 ）。3. 肽键是由一个氨基酸的a-羧基与另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合而形成的化学键。肽、多肽链；肽链的主链及侧链；肽链的方向（N-末端与C-末端），氨基酸残基；生物活性肽：谷胱甘肽及其重要生理功能，多肽类激素及神经肽。三、蛋白质的分子结构1. 蛋白质一级结构概念：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。主要化学键肽键。二硫键的位置属于一级结构研究范畴。 2. 蛋白质的二级结构概念：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。主要化学键：氢键肽单元是指参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。元、 、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）、四种主要结构形式（螺旋、折叠、转角、无规卷曲）及影响因素。蛋白质分子中，二个或三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构象，被称为模体(motif)。3. 蛋白质的三级结构概念：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。主要次级键疏水作用、离子键（盐键）、氢键、范德华力等。结构域（domain）：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折迭得较为紧密，各行其功能，称为结构域。分子伴侣：通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折迭成天然构象或形成四级结构的一类蛋白质。4. 蛋白质的四级结构每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。蛋白质分子中各亚基的空间排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。各亚基之间的结合力疏水作用、氢键、离子键。5. 蛋白质的分类：根据组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质，根据形状分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。6. 蛋白质组学基本概念：一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。研究技术平台研究的科学意义。四、蛋白质结构与功能的关系1. 蛋白质一级结构与功能的关系一级结构是高级结构和功能的基础；一级结构相似其高级结构与功能也相似；氨基酸序列提供重要的生物进化信息；氨基酸序列改变可能引起疾病。2. 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的功能依赖特定空间结构；肌红蛋白的结构与功能。血红蛋白结构、运输O 2功能，氧饱和曲线。协同效应：一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 变构效应：凡蛋白质（或亚基）因与某小分子物质相互作用而发生构象变化，导致蛋白质（或亚基）功能的变化，称为蛋白质的变构效应。蛋白质构象改变可引起疾病如疯牛病等。五、蛋白质的理化性质1两性解离等电点：当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。2胶体性质3变性、复性、沉淀及凝固蛋白质的变性(denaturation)：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的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。变性的本质：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：如加热、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。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。蛋白质沉淀：在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) ：蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。 4紫外吸收（280nm）、5呈色反应（茚三酮反应、双缩脲反应）。六、蛋白质的分离纯化与结构分析1. 蛋白质的分离纯化透析(dialysis)：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。超滤法：应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。丙酮沉淀使用丙酮沉淀时，必须在04低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。 盐析：(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 免疫沉淀：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。 电泳：蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。层析 原理：待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。超速离心。2. 多肽链中氨基酸序列分析Sanger法：（1）分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（2）测定多肽链的N端与C端的氨基酸残基（3）把肽链水解成片段，分别进行分析（4.）测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法（5）经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。分离编码蛋白质的基因反向遗传学方法按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列测定DNA序列排列出mRNA序列3. 蛋白质空间结构测定：圆二色光谱、X射线晶体衍射法、磁共振技术。复习思考题1. 名词解释：蛋白质一级结构、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、蛋白质四级结构、肽单元、模体、结构域、分子伴侣、协同效应、变构效应、蛋白质等电点、电泳、层析2. 蛋白质变性的概念及本质是什么？有何实际应用？3. 蛋白质分离纯化常用的方法有哪些？其原理是什么？4. 举例说明蛋白质结构与功能的关系？20mins5 mins5 mins25 mins20 mins5 mins20 mins10 mins10 mins5 mins10 mins5 mins20 mins10 mins10mins5 mins20 mins20mins15 mins授课章节 第二章 核酸的结构与功能授课对象2009级口腔、临本3班学时4时 间2010年9月6日9月10日授课地点5222、5226教室教 材见首页教学目的要求掌握：核酸的分类、细胞分布，各类核酸的功能及生物学意义；核酸的化学组成；两类核酸（DNA与RNA）分子组成异同；核酸的一级结构及其主要化学键；DNA右手双螺旋结构要点及碱基配对规律；mRNA一级结构特点；tRNA二级结构特点；核酸的主要理化性质（紫外吸收、变性、复性），核酸分子杂交概念。熟悉：核酸的高级结构；核酸酶。了解：碱基和戊糖的结构；DNA其它二级结构形式；其它小分子RNA及RNA组学；人类基因组计划研究的主要内容；snmRNA参与基因表达调控。教学重点难点重点： 两类核酸（DNA与RNA）的细胞分布，功能及生物学意义；化学组成；两类核酸分子组成异同；核酸的一级结构及其主要化学键；DNA右手双螺旋结构要点及碱基配对规律；mRNA、tRNA的结构特点；核酸的主要理化性质（紫外吸收、变性、复性），核酸分子杂交概念。难点：DNA的空间结构。教学方法大课系统讲授教具多媒体课件辅以板书授课提纲第一节 核酸的化学组成及一级结构 一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位二、DNA是脱氧核苷酸通过3，5-磷酸二酯键连接形成的大分子三、RNA也是具有3，5-磷酸二酯键的线性大分子四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序第二节 DNA的空间结构与功能 一、DNA的二级结构是双螺旋结构 二、DNA的高级结构是超螺旋结构三、DNA是遗传信息的物质基础第三节 RNA的结构与功能 一、mRNA是蛋白质合成的模板 二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体 三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所 四、snmRNA参与了基因表达的调控。 五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性第四节 核酸的理化性质一、 核酸分子具有强烈的紫外吸收二、 DNA变性是双链解离为单链的过程三、 变性的核酸可以复性或形成杂交双链第五节 核酸酶教 学 主 要 内 容备 注核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类，前者90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。而RNA分布于胞核、胞液，参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。一. 核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成元素组成：C、H、O、N、P（910%）分子组成：碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）、戊糖（核糖，脱氧核糖）和磷酸1核苷酸中的碱基成分：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）。DNA中的碱基（A、G、C、T），RNA中的碱基（A、G、C、U）。2戊糖：D-核糖（RNA）、D-2-脱氧核糖（DNA）。3磷酸核酸及核苷酸：碱基及戊糖通过糖苷键连接形成核苷，核苷与磷酸连接形成核苷酸。重要游离核苷酸及环化核苷酸：NMP、NDP、NTP、cAMP、cGMP核酸的一级结构概念：核酸中核苷酸的排列顺序，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。核苷酸间的连接键3，5-磷酸二酯键、方向（53）及链书写方式。二、DNA的空间结构与功能1、 DNA的二级结构双螺旋结构2chargaff规则：Chargaff规则：腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数总是相等（=T），鸟嘌呤的含量总是与胞嘧啶相等（G=C）；不同生物种属的DNA碱基组成不同，同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。B-DNA结构要点：DNA是一反向平行的互补双链结构 亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧，两条链的碱基互补配对， A-T形成两个氢键，G-C形成三个氢键。堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。两条链呈反平行走向，一条链53，另一条链是35。）。DNA是右手螺旋结构 DNA线性长分子在小小的细胞核中折叠形成了一个右手螺旋式结构。螺旋直径为2nm。螺旋每旋转一周包含了10对碱基，每个碱基的旋转角度为36。螺距为3.4nm；碱基平面之间的距离为0.34nm。DNA双螺旋分子存在一个大沟（major groove）和一个小沟（minor groove），目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。DNA双螺旋结构稳定的维系 横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以碱基堆积力更为重要。Z-DNA、A-DNA。2、 DNA的高级结构超螺旋超螺旋结构(superhelix 或supercoil)：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 原核生物DNA的高级结构是环状超螺旋真核生物染色质(chromatin)DNA是线性双螺旋，它缠绕在组蛋白的八聚体上形成核小体。组蛋白：富含Lys和Arg的碱性蛋白质，包括H1、H2A、H2B、H3、H4。由许多核小体形成的串珠样结构又进一步盘曲成直径为 30nm 的中空的染色质纤维，称为螺线管。螺线管再经几次卷曲才能形成染色单体。人类细胞核中有 46条染色体，这些染色体的 DNA总长达1.7m,经过这样的折叠压缩，46 条染色体总长亦不过 200nm 左右。4、DNA的功能：DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。5、人类基因组计划研究的主要内容。三、RNA的结构与功能（一）mRNA：特点（含量最少（2-3%），种类多，代谢最快（寿命短） 结构：原核细胞mRNA整个分子分为三部分，即5非编码序列、编码序列、 3非编码序列。真核细胞mRNA分子分为五部分帽子、 5非编码序列（前导序列）、编码序列、 3非编码序列（拖尾序列）和尾巴（二）tRNA：10-15%，70-90个核苷酸 特点：（稀有碱基多，分子量小）结构：二级结构：三叶草形 主要组成:四臂三环三级结构：倒L形(三)、 rRNA：特点（含量最大70-80%，甲基化多）种类：原核：23S、16S、5S， 真核：28S、18S、5S、5.8S与多种蛋白质结合形成核糖体（大亚基、小亚基），是蛋白质合成场所。4snmRNA参与基因表达调控snmRNAs的种类：核内小RNA，核仁小RNA，胞质小RNA，催化性小RNA，小片段干涉 RNA snmRNAs的功能：参与hnRNA和rRNA的加工和转运。核酶：概念、化学本质（RNA）、作用底物（核酸）及应用。5、核酸在真核细胞和原核细胞中表现不同时空特性。四、DNA的理化性质及其应用（一）变性概念：在物理、化学因素的影响下，DNA双螺旋结构解为单链的现象称为变性。变性不会破坏DNA的共价键结构。只是破坏DNA的氢键和碱基堆积力。变性后的特点：特点：1.紫外吸收增加。增色效应:DNA变性过程中，其紫外吸收增加的现象。变性因素：强酸碱、有机溶剂、高温等等。影响因素：1.G+C含量。2.DNA的复杂程度（均一性）：均一性好，则熔解温度范围窄。3.介质的离子强度：离子强度高，则Tm值高。（二）复性：概念：变性DNA重新成为双螺旋结构的现象。特点：紫外吸收减少。减色效应：DNA复性过程中，紫外吸收减少的现象。常用的复性方法：退火。（温度缓慢降低，使变性的DNA重新形成双螺旋结构的过程）。 （三）核酸分子杂交。概念：不同来源的核酸链因存在互补序列而形成互补双链结构，这一过程就是核酸杂交过程。包括 DNADNA 杂交 。 DNARNA 杂交。 RNARNA 杂交。原因：不同核酸的碱基之间可以形成碱基配对。用途：是分子生物学研究与基因工程操作的常用技术。五、核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶。化学本质（蛋白质）作用底物（核酸）生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解复习思考题1. 名词解释：核酸、DNA变性、DNA复性、增色效应、解链温度（Tm）、核酶、脱氧核酶2简述核酸的元素组成及基本组成单位。3简述DNA的一级结构以及核苷酸的连接方式。4简述DNA双螺旋结构模型要点。5简述mRNA、tRNA、rRNA的功能。6mRNA的结构特点有哪些？5mins10mins5 mins10mins10 mins20 mins10 mins10 mins10 mins5 mins5 mins10 mins10 mins10mins10 mins10 mins10 mins授课章节第三章 酶授课对象2009级口腔、临本3班学时6时 间2010年9月13日9月16日授课地点5222、5226教室教 材见首页教学目的要求掌握：酶的概念、化学本质及生物学功能；酶的活性中心和必需基团；同工酶；酶促反应特点；各种因素对酶促反应速度的影响、特点及其应用；酶调节的方式；酶的变构调节和共价修饰调节的概念。熟悉：酶的组成、结构；酶活性测定及酶活性单位；酶含量的调节。了解：米-曼方程式的推导过程；酶的命名与分类；酶与医学的关系。教学重点难点重点：酶的概念、化学本质及生物学功能；同工酶；酶的活性中心和必需基团；酶促反应特点；影响酶促反应速度的因素；酶调节的方式；酶的变构调节和共价修饰调节的概念。难点：抑制剂对酶促反应速度的影响；酶活性的调节。教学方法大课系统讲授教具多媒体课件辅以板书授课提纲酶的概述第一节 酶的分子结构与功能 一、 酶的分子组成中常含有辅助因子二、 酶的活性中心是其执行其催化功能的部位三、 同工酶是催化相同化学反应但一级结构不同的一组酶 第二节 酶促反应的特点与机制 一、 酶反应特点二、 酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率 第三节 酶促反应动力学 一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线 二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系 三、温度对反应速率的影响具有双重性 四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率 五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率 六、激活剂可加快酶促反应速率 第四节 酶的调节 一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节 二、 酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节第五节 酶的命名与分类 一、酶可根据其催化的反应类型予以分类 二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称 第六节 酶与医学的关系 一、酶和疾病密切相关 二、酶在医学上的应用领域广泛教 学 主 要 内 容备 注一、酶的概念及其在生命活动中的重要性1概念：目前将生物催化剂分为两类：酶 、 核酶（脱氧核酶）。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。 2酶学研究简史。 3酶在生命活动中的重要性。二、酶的分子结构与功能。1酶的不同形式：单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶体系(multienzyme system)多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)2. 酶的分子组成：单纯酶和结合酶，全酶由蛋白质部分（酶蛋白）和辅助因子组成。辅助因子由小分子有机化合物和金属离子组成。辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度又可分为辅酶（与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。）和辅基 (与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。)常见含B族维生素的辅酶形式及其在酶促反应中的主要作用。3. 酶的活性中心：指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。必需基团：酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。活性中心内的必需基团：结合基团(binding group)：与底物相结合；催化基团（catalytic group）：催化底物转变成产物。 活性中心外的必需基团：位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需的基团。4. 同工酶：概念：同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。三、酶促反应的特点和机制1. 酶与一般催化剂的异同点：与一般催化剂的共同点： 在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶作用的特点：酶促反应具有极高的效率；酶促反应具有高度的特异性；酶促反应的可调节性；2酶促反应的特点：酶促反应具有极高的效率：酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍；酶的催化不需要较高的反应温度；酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能。酶促反应具有高度的特异性：酶的特异性(specificity)：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。分为以下3种类型：绝对特异性：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。 相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。立体异构特异性：作用于立体异构体中的一种。酶促反应的可调节性：酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节：对酶生成与降解量的调节；酶催化效率的调节；通过改变底物浓度对酶进行调节。3酶促反应的机制：酶-底物复合物的形成与诱导契合：酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 。酶促反应的机理：邻近效应与定向排列；多元催化；表面效应。四、酶促反应动力学1. 底物浓度的影响：当底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应；随着底物浓度的增高，反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应；当底物浓度高达一定程度，反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。米式方程：1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)：V=VmaxS/Km+S。Km和Vm的定义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。2. 酶浓度的影响及应用：当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。3. pH的影响及应用、最适pH值：最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH。4. 温度的影响及应用、最适温度：双重影响，温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 5. 酶的抑制作用：不可逆性抑制：抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。可逆性抑制：抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制：抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 非竞争性抑制：有些抑制剂不影响底物和酶结合，即抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂既与E结合，也与ES结合，但生成的ESI复合物是死端复合物，不能释放出产物(图1-5-24)，这种抑制称为非竞争性抑制作用 。反竞争性抑制：此类抑制剂只与ES复合物结合生成ESI复合物，使中间产物ES量下降，而不与游离酶结合，称为反竞争性抑制6. 激活剂的影响：激活剂(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。激活剂可分为：必需激活剂和非必需激活剂。7. 酶活性测定和酶活性单位酶活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、g、mol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。 五、酶的调节调节方式：酶活性的调节（快速调节）和酶含量的调节（缓慢调节）。调节对象：关键酶。1. 酶活性的调节：酶原与酶原的启动：酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的启动：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。酶原启动机理：形成或暴露出酶的活性中心。酶原启动的意义：避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。变构酶：受变构调节的酶称变构酶。变构调节：一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。共价修饰调节：在其它酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性此过程称为共价修饰调节。2. 酶含量的调节：酶蛋白合成的诱导与阻遏酶降解的调控六、酶的分类与命名1分类：六大类。2命名：习惯命名法推荐名称；系统命名法系统名称。七、酶与医学的关系。1酶与疾病的关系：酶与疾病的发生；酶与疾病的诊断酶与疾病的治疗2酶在医学上的其它应用酶作为试剂用于临床检验和科学研究 酶作为药物用于临床治疗酶的分子工程复习思考题1名词解释：酶、酶的活性中心和必需基团、竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用、催化部位、别构效应、共价修饰、同工酶、酶原、酶原的启动2试述酶原启动的机制及酶以酶原形式存在的生理意义。3试以竞争性抑制的原理说明磺胺类药物的作用机制。4什么是酶的活性？表示酶活性的国际单位和催量是如何规定的？5影响酶作用的因素有哪些？15mins5mins5mins15mins10mins10 mins15 mins15 mins20mins5 mins5 mins5mins25mins5mins10 mins15 mins10mins10mins10mins15mins15mins授课章节第四章 糖代谢授课对象普教2007级临床、口腔本科学时10时 间2008年9251014授课地点5-315、5-506、2-301教 材见首页教学目的要求1、 掌握：糖的主要生理功能；糖的无氧分解（酵解）、有氧氧化、糖原合成及分解、糖异生的基本反应过程、部位、关键酶（限速酶）、生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；血糖概念、正常值、血糖来源与去路、调节血糖浓度的主要激素。2、 熟悉：糖的消化吸收；糖代谢的概况；糖代谢各途径的调节。3、 了解：磷酸戊糖途径的基本过程；糖醛酸途径；多元醇的生成；果糖、半乳糖、甘露糖的代谢概况；血糖水平异常。教学重点难点教学重点 ：糖的主要生理功能；糖的无氧分解（酵解）、有氧氧化、糖原合成及分解、糖异生的基本反应过程、部位、关键酶（限速酶）、生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；血糖概念、正常值、血糖来源与去路、调节血糖浓度的主要激素。教学难点：糖代谢各途径的具体反应过程及其调节。教学方法大课系统讲授教具多媒体辅以板书授课提纲第一节 概述一、 糖的主要生理功能是氧化供能二、 糖的消化吸收主要是在小肠进行三、 糖代谢的概况第二节 糖的无氧分解一、 糖无氧氧化反应过程分为酵解途径和乳酸生成两个阶段二、 糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节三、 糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能第三节 糖的有氧氧化一、 糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化二、 三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统三、 糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式四、 糖有氧氧化的调节是基于能量的需求五、 巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象 六、 葡萄糖的其他代谢途径第四节 葡萄糖的其他代谢途径一、 磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖二、 糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸三、 多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等第五节 糖原的合成与分解一、 糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行二、 肝糖原分解产物葡萄糖可补充血糖三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节四、糖原积累症是由先天性酶缺陷所致第六节 糖异生 一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应二、糖异生的调节通过对2个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调三、糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环第七节 其它单糖的代谢一、果糖被磷酸化后进入糖酵解途径二、半乳糖可转变为1-磷酸葡萄糖成为糖酵解途径的中间产物三、甘露糖可转变为6-磷酸果糖进入糖酵解途径第八节 血糖及其调节一、 血糖的来源和去路是相对平衡的血糖水平的平衡主要是受到激素调节二、 血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱教 学 主 要 内 容备 注物质代谢概论一、 概述糖的概念:糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物。糖主要根据其水解产物的情况可分为四大类: 单糖、寡糖、多糖、结合糖。糖的生理功能1、提供碳源和能源 （这是糖的主要功能）2、提供合成体内其它物质的原料 糖可转变成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等。3、作为机体组织细胞的组成成分 如糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。糖的消化吸收糖的消化：人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位： 主要在小肠，少量在口腔糖的吸收吸收部位：小肠上段 吸收形式：单 糖 吸收机制：Na+依赖型葡萄糖转运体糖代谢概况二、糖的无氧分解(糖酵解)概念：糖的无氧分解指在机体缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸（lactate）的过程，也称为糖酵解（glycolysis)由葡萄糖分解成丙酮酸（pyruvate) 的过程，这一过程又称为糖酵解途径（glycolytic pathway)反应部位：胞液反应过程：第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸第二阶段：由丙酮酸转变成乳酸的过程。1、6-磷酸葡萄糖的生成2、6-磷酸葡萄糖转化为 6-磷酸果糖3、6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖4、磷酸己糖裂解成2个磷酸丙糖5、磷酸丙糖的同分异构化6、3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸7、1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸8、3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸9、2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸10、磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,并生成ATP11、丙酮酸转变成乳酸糖酵解特点：1. 反应部位：胞浆2. 糖酵解为一个不需氧的产能过程3. 反应全过程中有三步不可逆的反应4. 产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 数量：从G开始 22-2=2ATP 从Gn开始 22-1=3ATP5终产物乳酸的去路：释放入血进入肝脏再发生转变糖酵解的生理