高职高专生物化学课件

高职高专系列教材配套电子教案 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 主编 张邦建 （1版） 高职高专系列配套电子教案 第二章 酶 第三章 维生素与辅酶 第四章 核酸的化学 第五章 生物氧化 第六章 糖及糖代谢 第七章 脂与脂代谢 第八章 氨基酸代谢 第九章 基因信息的传递与表达 第十章 物质代谢的调节与控制 高职高专系列配套电子教案 目 录 绪论 第一章 蛋白质 绪 论 主要内容 一、生物化学的概念及研究内容 二、生物化学的研究内容 三、生物化学的发展历程及发展前景 四、生物化学与其他学科的关系 五、生物化学的学习方法 高职高专系列配套电子教案 目录高职高专系列配套电子教案 一、生物化学的概念 生物化学是运用化学的原理和方法研究生物有机体的化 学组成和生命过程中的化学变化及规律的学科，是研究生命活 动化学本质的科学。 二、生物化学的研究内容 主要包括静态生物化学和动态生物化学两大部分。 1、静态生物化学：主要研究生物体化学物质（水分、 无机盐离子、糖类、核酸、蛋白质、脂类、维生素、激素、等 ）的组成、结构、性质和功能。 2、动态生物化学：主要研究组成生物体的化学物质在 生物体内进行的分解与合成，相互转化与制约，以及物质转化 过程中伴随的能量转换等。 高职高专系列配套电子教案 1、系统性、条理性学习 2、细心耐心、循序渐进 3、分清主次，抓住重点 4、做好预习，多做习题 三、生物化学的发展历程及发展前景 四、生物化学与其他学科的关系 五、学习生物化学的方法 高职高专系列配套电子教案 第一章 蛋白质 知识目标 了解蛋白质的组成及功能 掌握氨基酸的结构、种类及性质 掌握蛋白质的分类、结构与理化性质 熟悉蛋白质分子量的常用测量方法 能力目标 理解蛋白质的高级结构与功能的关系 能运用氨基酸和蛋白质的性质指导实践 高职高专系列配套电子教案 目录高职高专系列配套电子教案 第一节 蛋白质概念、组成及分类 一、蛋白质的概念 蛋白质是细胞组分中含量丰富、功能强大的生物大分子，广 泛存在于所有的生物细胞中，并在生命活动过程中承担着各种重要 的生理功能，是生命活动的物质基础。 二、蛋白质的元素组成 C、H、O、N（主要元素）、S、P、Fe、Cu、Zn等。其中N 的含量相对稳定在16%18%之间，据此可测定样品中粗蛋白质的 含量，其计算公式如下： 粗蛋白含量(%)=N的含量(%) 6.25 高职高专系列配套电子教案 三、蛋白质的基本组成单位：氨基酸，其通式如下： 共性: 构成蛋白质的氨基酸除了脯氨酸是一种-亚氨基酸外，其余 的都是-氨基酸； 除没有手性碳原子的甘氨酸外，其它氨基酸均为L-型氨基酸； 除甘氨酸外，其它氨基酸都具有旋光性。 高职高专系列配套电子教案 四、蛋白质的分类 1、按组成分: （1）单纯蛋白质：如清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇蛋白、 组蛋白、精蛋白、硬蛋白等） （2）结合蛋白质（如糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、核蛋白、 金属蛋白、血红蛋白、黄素蛋白等） 高职高专系列配套电子教案 高职高专系列配套电子教案 目录 类别功能代表 催化蛋白（酶）高效专一地催化体内化学反应蛋白酶、DNA聚合酶等各种酶 调节 蛋白调节 体内代谢的活动胰岛素、生长激素、钙调 蛋白等 结构蛋白机体结构的构成成分角蛋白、胶原蛋白、核糖体蛋白等 运输蛋白运送各种小分子物质血红蛋白、载脂蛋白、葡萄糖运载蛋白等 贮藏蛋白贮存物质成分酪蛋白、卵清蛋白、醇溶蛋白、铁蛋白等 运动蛋白机体运动肌动蛋白、肌球蛋白 防御蛋白抵御异体侵害抗体、干扰素、植物毒蛋白、细菌毒素等 电子传递 蛋白在氧化还原反应中传递电 子细胞色素 2、按功能分 见下表所示： 高职高专系列配套电子教案 第二节 氨基酸化学 知识点 氨基酸结构、分类 、氨基酸酸碱性质 一、氨基酸的结构 构成蛋白质的基本组成单位。天然氨基酸有20种。其结构如下： 共性: 构成蛋白质的氨基酸除了脯氨酸是一种-亚氨基酸外，其余的都是-氨基酸； 除没有手性碳原子的甘氨酸外，其它氨基酸均为L-型氨基酸； 除甘氨酸外，其它氨基酸都具有旋光性。 高职高专系列配套电子教案 二、氨基酸的分类 氨基酸的分类 按R基团的结构分类 1、脂肪族氨基酸 2、芳香族氨基酸 3、杂环族氨基酸 按R基团的性质分类 1、非极性R 基团氨基酸 2、极性不带电荷R 基团氨基酸 3、R 基团带负电荷的氨基酸 4、R 基团带正电荷的氨基酸 按酸碱性分 1、中性氨基酸 2、酸性氨基酸 3、碱性氨基酸 高职高专系列配套电子教案 高职高专系列配套电子教案 目录高职高专系列配套电子教案 （一）氨基酸的物理性质 三、氨基酸的性质 1、溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或 稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中 沉淀析出。 2、 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。 3、 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味 苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 4、旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左 或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。 5、光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在 远紫外区(pI 氨基酸带负电，向阳极移动 pH pI 氨基酸带正电，向阴极移动 pH= pI 氨基酸不带电，不移动且溶解度最小 高职高专系列配套电子教案 目录 （二）氨基酸的酸碱性 高职高专系列配套电子教案 1、氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。 水合茚三酮变为还原型茚三酮。 2、加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚 三酮变为还原型茚三酮。 3、NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。 （三）与茚三酮的反应 高职高专系列配套电子教案 第三节 蛋白质的分子结构 蛋白质分子结构 一级结构：蛋白质分子中氨基酸的排列顺序和连接方式。 高级结构 1、二级结构：肽链主链不同肽段通过自身 的相互作用、形成氢键，沿某一主轴盘旋折 叠而形成的局部空间结构。 2、三级结构：多肽链在二级结构的基础上 ，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠 ，借助次级键维系使-螺旋、-折叠片、- 转角等二级结构相互配置而形成的特定的构 象。 3、四级结构：由相同或不同亚基按照一定 排布方式聚合而成的蛋白结构。 高职高专系列配套电子教案 一、蛋白质的一级结构 知识点氨基酸残基 肽（键） 小分子活性肽 1、肽键：在适当条件下，一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基通过脱水 缩合而形成的酰胺键，称为“肽键” 。如下图所示： 其中的肽键是指C与N之间的连接键，虽然表面上看是一单键，但它不 能自由旋转，具有双键的性质，同时C、N、O、H、C1、C2同处于一个平 面内，故又将此平面称为“酰胺面” ，并具有如下性质： 具有部分双键的性质 肽键比一般碳-氮单键短 与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式构型 肽键不可自由旋转 肽键的性质 高职高专系列配套电子教案 2、肽：由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化合物。肽 有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基 ，称为N-末端，而另一端含有一个游离的末端羧基称为C-末端。 （1）二肽：由两个氨基酸通过一个肽键连接而成的结构。是最简单 的肽。 （2）小分子活性肽：具有特殊的生理功能的肽段，如谷胱甘肽、脑 啡肽、短杆菌肽S 等。如谷胱甘肽普遍存在于动物和微生物细胞中 ，小麦胚和酵母中含量特别高。它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸 所形成的三肽，其结构如下： 谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅助因子 ，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累等。 高职高专系列配套电子教案 3、氨基酸残基：肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而 不在是原来 完整的分子，称为氨基酸残基。 又 脑啡肽是高等动物脑中发现的比吗啡具有更强镇痛作用的五肽。从猪 脑中分离出2种类型的脑啡肽，它们仅C端氨基酸不同，分别为甲硫氨酸 （Met脑啡肽）和亮氨酸（Leu脑非肽）。 Met脑啡肽：TyrGlyGlyPheMet Leu脑啡肽：TyrGlyGlyPheLeu 1982年中国科学院上海生物化学研究所利用蛋白质工程技术合成了Leu脑 啡肽，可作为既有镇痛作用又不会像吗啡那样上瘾的药物，为分子神经 生物学的研究开辟了道路 二、蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用、形 成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，因此是蛋白质结 构的构象单元，主要有-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲等。 高职高专系列配套电子教案 1、-螺旋：其结构要点： 多肽链中的各个肽平面围绕同 一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋 一周，沿轴上升的距离即螺距为 0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个 氨基酸之间的距离0.15nm. 肽链内形成氢键，氢键的取向 几乎与轴平行，第一个氨基酸残 基的酰胺基团的-CO基与第四个 氨基酸残基酰胺基团的-NH基形 成氢键。 蛋白质分子为右手-螺旋。 高职高专系列配套电子教案 说明： 角蛋白经充分伸展后可转变成角蛋白，即折叠片结构。 2、折叠片 -折叠是由两条或多条 几乎完全伸展的肽链平行排列，通 过链间的氢键交联而形成的。肽链 的主链呈锯齿桩折叠构象。 在-折叠中，-碳原子总是处于折叠 的角上，氨基酸的R基团处于折叠的 棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸 之间的轴心距为0.35nm. -折叠结构的氢键主要是由两条肽链 之间形成的；也可以在同一肽链的 不同部分之间形成。几乎所有肽键 都参与链内氢键的交联，氢键与链 的长轴接近垂直。 -折叠有两种类型。一种为平行式， 即所有肽链的N-端都在同一边。另 一种为反平行式，即相邻两条肽链 的方向相反。 高职高专系列配套电子教案 3、纤维状蛋白质：动物体的基本支架和外保护成分，分子具规则的线 性结构。 纤维状 蛋白质 不溶性 （硬蛋白） 可溶性蛋白 3、角蛋白 2、胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）大 量存在 1、弹性蛋白：存在于结缔组织 角蛋白：主要存在于毛发中 角蛋白：天然存在于丝中 4、其它 1、肌球蛋白 2、血纤蛋白原 3、其它 说明： 角蛋白经充分伸展后可转变成角蛋白，即折叠片结构。 高职高专系列配套电子教案 4、球状蛋白质：其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复 杂性和功能的多样性主要体现在球状蛋白质。 球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有 多种二级结构元件如螺旋、折叠片、无规卷曲等，由此构建的 三级结构结构域，并将球状蛋白质分成4大类。其三维结构具有 明显的 折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水侧链暴露在分 子表面多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。 5、-转角：多肽链中残基第n个的CO基与残基第n3的NH 基形成氢键，使一个多肽链急剧地扭转它的走向。 高职高专系列配套电子教案 6、超二级结构：由若干相邻的二级结构元件组合在一起 ，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的 二级结构串，并 在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构。已 知有3种基本形式：、 高职高专系列配套电子教案 7、结构域 对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独 立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构域。 （1）结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结 构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。 （2）结构域一般由100-200 个氨基酸残基组成，但大小范围可达 40-400 个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的 （3）结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部 位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上 （4）结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构 域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。 （5）在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水 解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性 高职高专系列配套电子教案 三、蛋白质的三级结构 多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相 互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使-螺旋、 -折叠片、-转角等二级结构相互配置而形成的特定的 构象。 维持三级结构稳定的作用力：疏水键 四、蛋白质的四级结构： 许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构 通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋 白中的每个独立三级结构单元称为亚基。 蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各 个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用 。维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键 、范德华力。 注意：亚基单独存在时通常没有生物学活性或者活性低，只 有缔合形成特定的四级结构时才具有生理功能 高职高专系列配套电子教案 五、蛋白质构象的概念与稳定蛋白质构象的作用力 1、构型：是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间 结构排布。 2、构象：是指与碳原子相连的各原子或取代基团在单键旋转时 形成的相对空间排布。 3、稳定蛋白质构象的作用力 ： （1）维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键 （2）维系蛋白质分子的二级结构：氢键 （3）维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德 华力、盐键 （4）维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、金属键等。 高职高专系列配套电子教案 a盐键（离子键 ） b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键 f 酯键 维持蛋白质构象的键型如下图所示： 高职高专系列配套电子教案 六、蛋白质结构与功能的关系 1、蛋白质的一级结构与功能的关系 （1）一级结构决定种间差异性 不变残基 可变残基 （2）一级结构决定蛋白质功能（分子病） 2、蛋白质的高级结构与功能的关系 （1）蛋白质的变性与空间结构的关系 （2）蛋白质的变构效应 高职高专系列配套电子教案 第四节 蛋白质的理化性质及其分离、纯化 一、蛋白质的理化性质 1、蛋白质的两性解离及等电点 （1）蛋白质是两性电解质 在蛋白质分子中，可解离基团主 要来自侧链上的功能团，此外还有少数的末端-羧基和-氨基。 其解离过程如下： 蛋白质的阴离子蛋白质的阳离子蛋白质的兼性离子（等电点） 高职高专系列配套电子教案 （2）蛋白质的等电点（pI） 当蛋白质在某一pH溶液中，酸性基团带的负电荷恰 好等于碱性基团带的正电荷，蛋白质分子净电荷为零，在电 场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的pH值称 为该蛋白质的等电点（pI），此时蛋白质的溶解度最小，极 易形成沉淀析出。同时粘度、渗透压、膨胀性和导电能力均 为最小。 （3）电泳 蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向 电荷性质相反的电极移动，这种现象称为电泳。电泳的速度 取决于电荷的大小、相对分子质量、颗粒的大小及形状等。 高职高专系列配套电子教案 （3）电泳 蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向电荷性 质相反的电极移动，这种现象称为电泳。电泳的速度取决于电荷 的大小、相对分子质量、颗粒的大小及形状等。 高职高专系列配套电子教案 聚丙烯酰胺凝胶电泳装置 聚丙烯酰胺凝胶电泳示意图 2、蛋白质的胶体性质 蛋白质是高分子化合物，其相对分子量很大，小的 在1万以上，大的数百万乃至千万。其分子大小已达到胶 体的范围（1100 nm），所以蛋白质溶液是胶体溶液， 具有胶体的特征，如布朗运动、丁达尔效应以及不能透 过半透膜等性质。 维持蛋白质胶体溶液稳定的重要因素有两个： 蛋白质颗粒表面形成一层水化膜蛋白质颗粒表面形成一层水化膜水水 蛋白质胶体表面带有同种电荷，产生排斥作用蛋白质胶体表面带有同种电荷，产生排斥作用 （重点） 3 、 蛋白质的沉淀反应 在蛋白质胶体中，加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状 态或失去水化层，蛋白质的胶体溶液就不再稳定并可产生沉淀。造 成蛋白质胶体溶液发生沉淀的试剂有： 高职高专系列配套电子教案 沉淀剂 1、高浓度中性盐 ：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，可有 效地破坏蛋白质颗粒的水化层，同时又中和了蛋白质 的电荷，从而使蛋白质生成沉淀。这种加入中性盐使 蛋白质沉淀析出的现象称为盐析（salting out），常用 于蛋白质的分离制备。 2、有机溶剂：如丙酮、乙醇等有机溶剂有较强的亲水 能力，一般作为脱水剂，也能破坏蛋白质分子周围的 水化层，导致蛋白质沉淀析出。 3、重金属盐 Hg2、Ag、Pb2等重金属离子可与蛋 白质中带负电荷的基团形成不易溶解的盐而沉淀 。 4、生物碱和某些酸类：如苦味酸、三氯乙酸、钼酸、 钨酸、磷钨酸、单宁酸等生物碱试剂，可与蛋白质中 带正电荷的基团生成不溶性的盐而析出。 注：蛋白质在极稀的盐溶液中，可发生盐溶现象。 高职高专系列配套电子教案 4、蛋白质的变性与复性 （1）蛋白质的变性的概念 当天然蛋白质受到某些物理或化学因素的影响，使其 分子内部原有的高级结构发生变化时，蛋白质的理化性质和生 物学功能都随之改变或丧失，但并未导致蛋白质一级结构的变 化，这种现象叫变性作用，变性后的蛋白质称为变性蛋白。 （2）蛋白质变性因素 物理因素 加热 紫外线等射线照射 超声波或高压处理 化学因素 强酸、强碱、脲胍 去垢剂 重金属盐 生物碱试剂及有机溶剂 高职高专系列配套电子教案 （3）蛋白质变性的表现 (1)丧失其生物活性，如酶失去催化活性，血红蛋白丧失载氧能力，调节 蛋白丧失其调节功能，抗体丧失其识别与结合抗原的能力等。 (2)溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小等。 (3)某些原来埋藏在蛋白质分子内部的疏水侧链基因暴露于变性蛋白质表 面，导致光学性质变化。 (4)对蛋白酶降解的敏感性增大。 （4）蛋白质变性的实质 蛋白质变性后一级结构不变，组成成分和相对分子质量也不变、但高级 结构发生巨大改变或破坏（破坏了氢键等次级键） ，致使蛋白质分子表面 的结构发生变化，亲水基团相对减少，原来埋藏在分子内部的疏水基团外露 产生沉淀，导致生物活性的丧失以及物理化学性质的异常变化。 高职高专系列配套电子教案 （5）蛋白质的复性：高级结构松散了的变性蛋白质通常在除去 变性因素后，可缓慢地重新自发折叠形成原来的构象，恢复原有 的理化性质和生物活性，这种现象称为复性。 5、蛋白质的紫外吸收特征 (1)蛋白质中的Tyr、Trp和Phe三种氨基酸残基在近紫外区有光吸 收，致使 蛋白质在280 nm处有最大特征光吸收。 (2)大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 (3)利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。 高职高专系列配套电子教案 6、蛋白质的呈色反应 反应应 名称 试剂颜试剂颜 色 反应应基 米伦伦反应应 HgNO3及Hg(NO3)2混合物 红红色 酚基 黄色反应应 浓浓硝酸及碱 黄色 苯基 乙醛醛酸反应应 乙醛醛酸 紫色 吲哚吲哚 基 茚茚三酮酮反应应 茚茚三酮酮 蓝蓝色 自由氨基及羧羧基 酚试剂试剂 反应应 硫酸铜铜及磷钼钼酸钼钼酸 蓝蓝色 酚基、吲哚吲哚 基 -萘萘酚-次氯氯酸盐盐反应应 -萘萘酚、次氯氯酸盐盐 红红色 胍基 高职高专系列配套电子教案 第五节 蛋白质的分离和提纯技术 一、蛋白质分离、提纯的一般程序 粗分级 细分级 前处理 破碎细胞 盐析、等电点沉淀 凝胶过滤、吸附层析、 亲和层析、凝胶电泳 高职高专系列配套电子教案 二、蛋白质分离、纯化的常用方法 1 1根据蛋白质分子质量大小进行分离的方法：根据蛋白质分子质量大小进行分离的方法： （1）透析和超滤法 （2）密度梯度离心法 （3）凝胶过滤法 2 2利用蛋白质溶解度差异进行分离利用蛋白质溶解度差异进行分离 （1）等电点沉淀法 （2）盐析法 （3）有机溶剂分级分离法 3 3根据蛋白质所带电荷差异进行分离根据蛋白质所带电荷差异进行分离 （1）电泳法；（2）等电聚焦法 （3）离子交换层析法 高职高专系列配套电子教案 三、多肽链中氨基酸序列分析 一般程序： 蛋白质样品预处理 测定氨基酸组成 肽链末端氨基酸 的测定 专一性部分裂解 肽片断的分离纯化 各个肽段的氨基酸 序列测定 确定整个肽链的 氨基酸序列 高职高专系列配套电子教案 第二章 酶 知识目标 了解酶的概念、作用特点和分类、命名 掌握酶的结构特征和酶的作用机理及影响酶活性的主要 因素 掌握酶的分离、提纯及保存的方法 了解酶制剂工业的发展状况 能力目标 培养学生在酶分离、纯化及酶的应用过程中的操作能力 高职高专系列配套电子教案 第一节 酶概述 概 念: 酶：是由活细胞产生的一类具有催化功能的生物大分子物 质，又称生物催化剂。 酶促反应：酶催化的生物化学反应。 底物：在酶的催化下发生化学变化的物质称为底物。 产物：反应后生成的物质称为产物。 高职高专系列配套电子教案 其中：蛋白质部分叫做酶蛋白，辅助因子部分叫做辅酶或辅基。 注意：当酶蛋白和辅助因子单独存在时，都不具有催化活力， 只有两者结合在一起后，才能起到酶的催化作用，这种完整的 酶分子叫做全酶，即：全酶=酶蛋白+辅助因子 3功能： 酶蛋白：决定酶反应的专一性及高效性 辅助因子：作为电子、原子或某些化学基团的载体起 传递作用，参与反应并促进整个催化过程 简单酶：只由蛋白质组成，不含任何其它物 质，如胃蛋白酶、脂酶、脲酶等 结合酶：由蛋白质与辅助因子组成，如乳酸 脱氢酶、转氨酶等。 一、酶的化学本质与组成 1.酶的化学本质：是蛋白质 2.酶的化学组成： 高职高专系列配套电子教案 酶的催化特性 高效性 相对专一性 绝对专一性 立体化学专一性 键专一性 基团专一性 几何异构专一性 立体异构专一性 作用条件温和 容易失活 活性可调控 二、酶的催化特性 专一性 高职高专系列配套电子教案 三、酶的命名和分类 1、酶的命名酶的命名 A、习惯命名法 根据酶催化反应的性质来命名，如水 解酶 根据被作用的底物兼顾反应的性质来 命名如蛋白酶、淀粉酶 结合上述1、2两点，并根据酶的来源 命名 如胃蛋白酶 B、系统命名法 高职高专系列配套电子教案 2、酶的分类： A、根据酶促反应性质分类 氧化还原酶类 转移酶类 水解酶类 裂合酶类 异构酶类 连接酶类 简单酶类 结合酶类 B、按酶的化学组成分类 高职高专系列配套电子教案 C、根据酶的分子结构特点分类 单体酶：一般由一条肽链组成。 寡聚酶：由两个或两个以上相同或不同的亚基结合 而组成的酶。 多酶体系 ：由几种酶依靠非共价键彼此嵌合而成。 高职高专系列配套电子教案 第二节、酶的分子结构与功能 1、酶的活性中心 ：由酶分子中的某些特殊基团通过多肽 链的盘曲折叠组成一个在酶分子表面形成具有三维空间结构的区 域（有时也称孔穴或裂隙）称为酶的活性中心。 活性部位 结合部位：与底物的特异性结合，决定酶的专一 性，也称特异性结合部位。 催化部位：直接参与催化反应，决定酶分子的催 化效率。 高职高专系列配套电子教案 酶活性部位的共同特点： 酶活性部位在酶分子的总体积中只占相当小的部分，通常只占整个酶分 子体积的1%2%； 酶的活性部位是一个三维实体（空间概念）；不是点、线、面的概念； 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是在结合过程中二者发 生一定的构象变化后才互补的；此动态的辨认过程称为诱导契合； 酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的 一部分结合到裂缝内并发生催化作用； 底物通过次级键结合到酶上： 酶与底物形成 ES 复合物主要靠氢键、盐 键、范德华力和疏水相互作用； 酶活性部位具有柔性或可运动性：活性部位更易被破坏。 高职高专系列配套电子教案 2、酶的分子结构与催化活性的关系： 酶的分子结构的基础是其氨基酸的序列，它决定着酶的 空间结构和活性中心的形成以及酶催化的专一性。 如：酶原的激活 酶原：在体内处于无活性状态的酶前体称为酶原。 酶原的激活：酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激 活。 酶原激活的本质：是切断酶原分子中特异肽键或去除部分 肽段后有利于酶活性中心的形成 。 高职高专系列配套电子教案 (1)同工酶：是指能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理 化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。 (2)别构酶：是具有四级结构的多亚基的寡聚酶，在细胞物质代谢上的 调节中发挥重要作用，又称调节酶。 (3)修饰酶：生物体内有些酶需在其它酶作用下，对酶分子结构进行修 饰后才具催化活性，这类酶称为修饰酶，其中以共价修饰为多见。 (4)多酶复合体：生物体内有些酶彼此聚合在一起，组成一个物理的结 合体，此结合体称为多酶复合体。 (5)多酶体系：体内物质代谢的各条途径往往有许多酶共同参与，依次 完成反应过程，这些酶不同于多酶复合体，在结构上无彼此关联，故 称为多酶体系。 (6)多功能酶：分子中存在多种催化活性部位的酶称为多功能酶或串联 酶 几种重要的酶类 高职高专系列配套电子教案 第三节、酶促反应作用机制 1、酶的催化本质 : （一）酶促反应具有高度的催化速率 （二）酶催化具有高度专一性 （三）酶活性的可调节性 2、酶促作用机理 ： 锁钥学说 诱导契合学说 张力学说(应变效应) （一）酶作用专一性的机制 高职高专系列配套电子教案 （二）酶作用高效率的机制 中间产物学说：S + E ES P + E 活化能降低：降低反应活化能，从而起到提高反应速度的作用 。 邻近效应和定向效应 ：邻近效应指酶与底物结合成中间复合物 后，使底物与底物之间，酶的催化基团与底物之间的有效浓度 大大提高；定向效应指底物的反应基团之间和酶的催化基团与 底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。 与反应过渡状态结合作用 多功能催化作用 酸碱催化 共价催化 金属离子催化作用 高职高专系列配套电子教案 第四节、酶促反应动力学 一、酶活力的测定 酶活力：也称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力，用在一定 条件下，酶所催化某一反应的速度表示。 （一）酶促反应速度的测定方法：单位时间内底物浓度的减少 量，或表示为单位时间内产物浓度的增加量。（多用产物浓度的增加作 为反应速度的量度） （二）酶活力单位（U）：在一定条件下，一定时间内将一定量 的底物转化为产物所需的酶量。 （三）比活力(性)：是酶纯度的量度，即指在固定条件下，每1mg 酶蛋白所具有酶的活力单位数，一般用U/mg酶蛋白来表示。 一般来说，酶的比活力越高，酶的纯度越高。 高职高专系列配套电子教案 二、影响酶促反应速度的因素 ： 温度、pH值、酶浓度、底物浓度、抑制剂和激活剂等。 （一）温度的影响 酶促反应速度一般是随着温度升高，反 应速度加快，直至某一温度时，反应速度达 到最大，这一温度称为该酶的最适温度。 最适温度受底物的种类和浓度、酶的种类 和浓度及缓冲液成分等因素的影响，它并不 是酶的特征常数，只是在一定条件下才有意 义。当温度高于最适温度后，由于酶的变性 ，反应速度会迅速降低 。 高职高专系列配套电子教案 （二）pH值的影响 绝大部分酶的活力受其环境的pH 值影响，在一定pH值条件下，酶促反应具 有最大速度，高于或低于此pH值，反应速 度都会下降，通常将酶表现最大活力时的 pH值称为酶促反应的最适pH值。 注意：酶的最适pH值并不是酶的特征 常数，它只是在一定条件下才有意义 。 pH值影响酶促反应速度的原因如下： （1）环境过酸、过碱会影响酶蛋白构象，使酶本身变性失活。 （2）pH值影响酶分子侧链上极性基团的解离，改变它们的带电状态，从 而使酶活性中心的结构发生变化。 （3）pH值能影响底物分子的解离。 高职高专系列配套电子教案 （三）酶浓度的影响 1.前提：酶促反应体系的温 度、pH值不变，底物浓度足够大 ，足以使酶饱和，则反应速度与 酶浓度成正比关系。 2.解释：因为在酶促反应中，酶分子首先与底物分子作用 ，生成活化的中间产物（或活化络合物），而后再转变为 最终产物。在底物充分过量的情况下，可以设想，酶的数 量越多，则生成的中间产物越多，反应速度也就越快（中 间产物学说） 。 高职高专系列配套电子教案 （四）底物浓度的影响 1.前提：温度、pH值、酶浓度不变，底物浓度与酶促反应 速率的关系呈双曲线，即当底物浓度较低时，反应速率与底物 浓度呈正比关系，表现为一级反应；当底物浓度逐渐增加时， 反应速率不再按正比关系升高，反应表现为混合级反应；当底 物浓度达到 足够高时，反应速率与底物浓度几乎无关，反应达 到最大反应速率，表现为零级 反应。 高职高专系列配套电子教案 2.米氏方程1913年Michaelis和Menten在前人工作基础上，根 据酶反应的中间复合物学说，即： E S ES E P 假定 E S ES 迅速建立平衡，底物浓度远大于酶浓度 下，ES 分解成产 物的逆反应忽略不计，推导出一个数学方程式来 表示底物与酶反应速率之间的定量关系，称为米氏方程，表达式 如下： Vmax S/ (Km S) 式中Km为米氏常数，其物理意义是当酶反应速率达到最大反应 速率一半时的底物浓度，单位是mol/L，与底物浓度的单位一样。 高职高专系列配套电子教案 3.米氏常数Km的意义如下： Km是酶的一个特征常数，其大小只与酶的性质有关，而与酶的浓 度无关； Km值随测定的底物、反应温度、pH及离子强度而改变，即Km作为 常数只是针对一定的底物、温度、pH和离子强度而言； Km值可以判断酶的专一性和天然底物：有的酶可作用于几种底物， 因此就有几个Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物 ，Km值随不同底物而异的现象可以帮助判断酶的专一性； 若已知某个酶的Km值，可以计算出在某一底物浓度时的反应速率相 当Vmax的比例； Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：同一种底物往往可 以被几种酶作用，催化不同的反应走不同的途径，究竟走哪一条途径决定于 Km值最小的酶，只有Km值小的酶反应比较占优势。 高职高专系列配套电子教案 高职高专系列配套电子教案 目录 4.利用作图法测定Km和Vmax值： Km和Vmax可根据实验数据通过作图法直接求得：即将米 氏方程进行变换，使其成为直线方程，然后用图解法求出 Km与Vmax值。例如，Lineweaver-Burk双倒数作图法： 1/ Km/Vmax 1/S1/Vmax ，横轴截距为-1/Km， 纵轴截距为1/Vmax 高职高专系列配套电子教案 （五）抑制剂：指能使酶的必需基团或酶活性部位中基团的化学性质 改变而降低酶的催化活性，甚至使酶催化活性完全丧失的物质。 抑制剂能使酶的催化活性降低或丧失，而不引起酶蛋白变性的作用称为 抑制作用。由酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为变性作用，又称失活 作用，所以抑制作用与变性作用是不同的。 不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团以共价键结合， 不能用物理方法除去抑制剂。 可逆抑制： （以非共价键结合） 竞争性抑制：竞争酶的结合部位 非竞争性抑制：同时和酶的不同部位结合 反竞争性抑制：酶与底物结合后，才可与抑制剂结合 竞争性抑制，Vmax不变，Km增加； 可逆抑制动力学 非竞争性抑制，Vmax减小，Km不变； 反竞争性抑制，Vmax减小，Km减小； 抑制类型 高职高专系列配套电子教案 （六）激活剂 有些物质，能够增强酶的活性，这些物质就叫 做酶的激活剂。 例如：NaCl(更准确地说是其中的Cl-)就是唾液 淀粉酶的激活剂。 高职高专系列配套电子教案 第五节、酶的分离、提纯和保存 酶的分离、提纯一般包括三个基本环节 ： 抽提，即把酶从材料转入溶剂中 制成酶溶液 纯化，即把杂质从酶溶液中除掉 或从酶溶液中把酶分离出来 制剂，即将酶制成各种剂型 高职高专系列配套电子教案 在分离纯化工作中必须注意的问题： (1)要注意防止酶的变性失活。 (2)酶的分离纯化的目的是将酶以外的所有杂质 尽可能地除去，因此在不破坏所需酶的条件下，可 使用各种“激烈”的手段。 (3)酶具有催化活性 检测酶活性，跟踪酶的来龙 去脉，为选择适当方法和条件提供直接依据。 高职高专系列配套电子教案 酶溶液的制备 (一)材料预处理及破碎细胞： 破碎细胞 物理粉碎法 化学法 研磨：用石英砂或氧化铝作助磨剂来制备无细胞抽提液 机械捣碎：匀浆器和高速组织捣碎器 高压法：215下，于活塞上加压冲击，以破碎细胞 爆破性减压法 ：N2/CO2高压下平衡，37振荡数分钟 快速冰冻融化法： 渗透作用 干燥处理 自溶 溶菌酶处理 酶处理 表面活性剂处理 其他 高职高专系列配套电子教案 (二)抽提 : pH值 ：酸性蛋白宜用碱性溶液抽提，碱性蛋白 宜用酸性溶液抽提 盐 ：抽提液一般采用等渗溶液 温度 ：温度通常控制在04左右 抽提液用量 ：常采用原料量的15倍 其它：例如为防止氧化，加入Lys或维生素C、 惰性蛋白及底物等 高职高专系列配套电子教案 (三)酶溶液的净化与脱色： 净化：絮凝剂 离心或过滤 絮凝剂种类 无机物：铅盐、铁盐 、醋酸钙、磷酸钙等钙盐及锌盐 有机物：是一些聚合物，多为水溶性直链状的大分子 天然高分子：壳聚糖，壳聚糖与钙盐或铝盐 阳离子型 阴离子型 非离子型 脱色：工业上常用的脱色剂是活性炭，活性炭的用量一般 为0.1%1.5%，根据色素的多少而增减。另外，离子交换树脂 也用于脱色，其中大孔径的树脂效果较好。 高职高专系列配套电子教案 (四)浓缩 冷冻干燥法 蒸发法 超过滤 胶过滤 平面膜 管式膜 中空纤维 高职高专系列配套电子教案 (五)、酶分离纯化的基本过程： 1 1酶分离纯化酶分离纯化 方法的选择方法的选择 根据分子大小、轻重设计的方法 如离心分离法、筛膜分 离法、凝胶过滤法等 根据溶解度大小分离的方法 如盐析法、有机溶剂沉淀法 、共沉淀法、选择性沉淀法、等电点沉淀法等 按分子所带正负电荷多少分离的方法 如离子交换分离法 、电泳分离法、聚焦层析法等 按稳定性差异建立的分离方法 如选择性热变性法、表面 变性法等 按亲和作用的差异建立的分离方法 如亲和层析法等 2酶分离纯化过程中要获得的一些数据：测定酶活力(U/mL)； 测定蛋白质含量(mg/mL)；测量体积(mL) 。然后将测得的数据加 以整理。 高职高专系列配套电子教案 3结晶： （1）结晶的基本原理：结晶形成的过程是自由能降至最小的过 程。 （2）结晶条件 ： 酶的纯度：一般来说，酶越纯，越容易获得结晶 酶蛋白的浓度：对大多数酶来说，蛋白质浓度在350mg/mL 较好 晶种： 有些不易结晶的酶，需加入微量的晶种才能形成结晶 温度： 一般控制在04范围内 pH值 ：一般选择在被结晶酶的pI值附近 金属离子 ：许多金属能引起或有助于酶的结晶，不同酶选用 不同金属离子 其它： 防止微生物的生长及蛋白酶的水解 高职高专系列配套电子教案 （3 3）结晶的方法）结晶的方法 盐析法 有机溶剂法 微量蒸发扩散法 透析平衡法 等电点法 其他方法 高职高专系列配套电子教案 （六）酶的制剂与保存 1、酶制剂 类型： 液体配制剂 ：稀酶液和浓缩酶液 固体配制剂 ：发酵液经杀菌后直接浓缩或喷雾干燥制成 纯配制剂 ：结晶酶 固定化酶制剂 ：经物理或化学的方法处理，将酶与某些 不溶性大分子载体结合，使酶变成不易随水流失即运动 受限制，而又能发挥催化作用的酶制剂 高职高专系列配套电子教案 2、酶的保存 (1)影响酶稳定性的因素 温度 pH值与缓冲液 酶蛋白浓度 氧 （2）稳定剂 底物、抑制剂和辅酶 对巯基酶可加入SH保护剂，如巯基乙醇 ，GSH(谷胱甘肽)，DTT(二硫苏糖醇)等 其他：如Ca2+能保护-淀粉酶，Mn2+能稳定 溶菌酶，Cl-能稳定透明质酸酶 高职高专系列配套电子教案 第六节、酶制剂工业 固定化酶和固定化细胞 固定化酶：被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。 酶经过固定化后，比较能耐受温度及pH值的变化 。 固定化细胞：要求被固定化细胞仍能进行正常的新陈代谢，也能 进行增殖，故也称固定化增殖（或活）细胞。 细胞固定化技术：将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为 细胞固定化技术 。 酶的固定化方法 载体结合法 交联法 包埋法 网格型 微囊型 高职高专系列配套电子教案 目录高职高专系列配套电子教案 第三章 维生素与辅酶 知识目标 掌握维生素的概念、特点和分类 了解维生素各自的结构、生理功能、性质、主要来源及 缺乏症 了解维生素参加组成的重要辅酶或辅基的名称、结构和 功能 能力目标 学会根据疾病症状判断所缺乏的维生素 高职高专系列配套电子教案 1.维生素：是指维持机体正常生理功能所必需的一类微量的 、生物体不能合成或只能自行合成一部分，不能满足正常生 理活动所需要的，大多数需从食物中摄取的小分子有机物。 高职高专系列配套电子教案 第一节 概 述 一、维生素的概念及特点 2.维生素特点 ： （1）维生素或其前体一般在天然食物中存在，但是没有一 种天然食物含有人体所需的全部维生素。 （2）维生素在体内不提供热能，也不是机体的组成成分。 （3）维生素一般不能在体内合成或合成量甚少，不能满足 机体需要，必须经常由食物供给。 （4）维生素参与维持机体正常生理功能，需要量极少，通 常以毫克甚至微克计，但却不可缺少，如缺少则会发生相应 的维生素缺乏症。 高职高专系列配套电子教案 维生素缺乏症: 由于各种维生素的生理功能不同，因而缺乏不同 的维生素将产生不同的疾病，即由于维生素缺乏而引起的疾 病称为维生素缺乏症。如缺乏维生素A导致夜盲症，缺乏维 生素B1导致脚气病，维生素C缺乏导致坏血病等等。 高职高专系列配套电子教案 1.维生素的命名规则: （1）按其被发现的先后以拉丁字母顺序命名，如A、B 、C、D等 （2）根据它们的化学结构特点和生理功能命名的，如 硫胺素、抗癞皮病维生素等 （3）发现时以为是一种，后来证明是多种维生素混合 存在，便又在拉丁字母下方注1、2、3等数字加以区 别，如B1、B2、B6、B12等 高职高专系列配套电子教案 目录高职高专系列配套电子教案 二、维生素的命名与分类 维生素 水溶性维生素 硫胺素（VB1）、 核黄素（VB2）、 烟酸和烟酰胺（VB5或VPP）、 吡哆素（VB6）、 泛酸（VB3）、 生物素（VH）、 叶酸（VB11）、 氰钴胺素（VB12） 抗坏血酸（VC） 2.维生素的分类 : 脂溶性维生素：维生素A、D、E、K 高职高专系列配套电子教案 高职高专系列配套电子教案 第二节 水溶性维生素和辅酶 一、维生素B1和焦磷酸硫胺素 1来源:维生素B1在植物中分布广泛。主要存在于种子的外皮和胚芽中 维生素 B1又称抗神经炎维生素又称硫胺素 2生理功能 (1)作为脱羧酶的辅酶，参与一些-酮酸（丙酮酸或-酮戊二酸）氧化脱 羧反应。 (2)作为转酮醇酶的辅酶，参加磷酸戊糖代谢途径的转酮醇反应。 3理化性质:维生素B1为白色结晶，易溶于水，在酸性条件中较稳定，中 性或碱性易破坏。 4缺乏症:脚气病 高职高专系列配套电子教案 二、维生素B2和黄素辅酶 1来源:维生素B2在自然界中分布很广，动物的肝、肾、心含量最多; 其次 牛奶、干酪、蛋类和酵母；豆类、发芽种子、绿叶蔬菜 及水果中含量也很丰富 2化学结构: 维生素B2在生物 体内是以黄素单 核苷酸（FMN） 和黄素腺嘌呤二 核苷酸（FAD） 的形式存在的， 可作为多种氧化 还原酶（黄素蛋 白）的辅基。 核黄素（维生素B2） 黄素单核苷酸（FMN） 高职高专系列配套电子教案 2化学结构: 维生素B2在生 物体内是以黄 素单核苷酸（ FMN）和黄素 腺嘌呤二核苷 酸（FAD）的 形式存在的， 可作为多种氧 化还原酶（黄 素蛋白）的辅 基。 核黄素（维生素B2） 黄素单核苷酸（FMN） 高职高专系列配套电子教案 3生理功能 维生素B2可作为许多氧化还原酶的辅酶，参与生物体内多种 氧化还原反应。维生素B2能促进糖、脂肪、特别是蛋白质的 代谢。维生素B2对维持皮肤、粘膜和视觉的正常机能有一定 的作用。膳食中维生素B2在小肠近段，容易被机体吸收，最 后以其原形或代谢物形式通过尿液排出体外。 高职高专系列配套电子教案 4理化性质 维生素B2为橙黄色晶体，在282开始熔化分解，味苦，微溶 于水，不溶于乙醚、丙酮、苯及氯仿，易溶于碱性溶液。水 溶液呈黄绿色荧光，在波长565nm，pH范围在48之间荧光 最大，可作为定量分析的依据。在酸性溶液中稳定，在碱性 溶液中易被破坏，对光辐射敏感，对热稳定，但不耐高热。 食品中热烫和曝光均可引起大量损失。 高职高专系列配套电子教案 5缺乏症 缺乏维生素B2时，会导致细胞代谢失调，主要症状是唇 炎、舌炎、口角炎、结膜炎、脂溢性皮炎、视觉模糊等，严 重时能引起组织呼吸能力减弱及整个代谢发生故障。除此之 外，维生素B2还可用作食品的着色剂。 类 别辅酶、辅基或其活性形式主要功能 水 溶 性 维维 生 素 维生素B1(硫胺素)硫胺素焦磷酸（TPP)转醛基和-酮酸脱羧 维生素B2(核黄素)黄素单核苷酸（FMN）氧化还原反应 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD ） 氧化还原反应 维生素PP(烟酸和烟酰胺)NAD和NADP氢原子（电子）转移 泛酸辅酶A(CoA)转醛基 维生素B6(吡哆醛、胺、醇)磷酸吡哆醛、胺氨基酸转氨基、脱羧 生物素生物胞素传递CO2 叶酸四氢叶酸传递一碳单位 维生素B12(钴胺素)甲基钴胺素等甲基化、氢原子重排 硫辛酸硫辛酸赖氨酸转醛基、氧化还原反应 维生素C(抗坏血酸)羟基化反应 脂 溶 性 维 生 素 维生素A(视黄醇)11-顺视黄醛视循环 维生素D1、25-二羟胆钙甾醇调节钙、磷代谢 维生素E(生育酚)抗氧化 维生素K羧基化、氧化还原反应 各种维生素构成的辅酶（辅基）及其主要功能 第四章 核 酸 化 学 知识目标 了解核酸的化学本质及DNA和RNA在组分、结构和功能 上的差异 掌握核酸的结构及它们的性质、功能 能力目标 培养学生在核酸分离、纯化和测定中的操作能力 高职高专系列配套电子教案 第一节 核酸的种类、分布、功能 1. 种类 脱氧核糖核酸（DNA）：是主要的遗传物质。 核糖核酸（RNA） tRNA (15%) mRNA (3-5%) rRNA (80%) 其它RNA：如反义RN