医学生物化学期末复习指导

医学生物化学期末复习指导 第一章蛋白质化学 本章应掌握内容如下 1 蛋白质的分子组成 蛋白质的元素组成 主要元素有碳 氢 氧 氮 氮的平均含量及其换算 每克样品中蛋白质的含量 每克样品的含氮量 6 25 蛋白质分子组成的基本单位 L 氨基酸的结构通式 氨基酸的分类及侧链特点 1 非极性疏水性氨基酸甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸 2 不带电荷的极性氨基酸色氨酸 酪氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 蛋氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺 苏氨酸 3 酸性氨基酸 天冬氨酸 谷氨酸 4 碱性氨基酸 赖氨酸 精氨酸 组氨酸 氨基酸在结晶形态或在水溶液中 并不是以游离的羧基或氨基形式存在 而是离解成两性离子 在两性离子中 氨基是以质子化 NH3 形式存在 羧基是以离解状态 COO 存在 pHpI 氨基酸的两性解离 氨基酸的等电点 在某一pH溶液中 氨基酸解离成正 负离子的趋势相等 即成为兼性离子 氨基酸所带的正电荷和负电荷相等 净电荷为零 此溶液的pH值称为该氨基酸的等电点 pI 2 蛋白质的分子结构 肽键 肽链和氨基酸残基的概念 肽键的特点 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 肽链 氨基酸之间通过肽键连接而形成的化合物称为肽 蛋白质就是数十个到数百个氨基酸分别借肽键连接起来的多肽链 丙氨酸 苯丙氨酸 肽键 二肽 丙苯氨丙氨酸 氨基酸残基 氨基酸在形成肽链时丢失了一分子水 肽链中的氨基酸分子已不是完整的氨基酸分子 所以成为氨基酸残基 NH CH CO R 肽键平面 肽键是一个刚性平面 肽链中的C N键长比相邻的C N单键短 但比C N双键键长 因此其带有 部分 双键的性质 近似于 键 肽键中的四个原子 C H O N 和它相邻的两个 碳原子都处在同一平面上 这一平面称之为肽键平面 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用 组成肽键的原子处于同一平面 肽键中的C N键具有部分双键性质 不能自由旋转 在大多数情况下 以反式结构存在 蛋白质的分子结构 蛋白质分子的一级 二级 三级及四级结构的概念 维持蛋白质一级结构和空间结构的化学键 肽键 二硫键 氢键 盐键 疏水键和范德华引力 螺旋和 折叠结构的特点 一级结构 蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序称为蛋白质的一级结构 一级结构的主要化学键 肽键 二硫键 一级结构的书写方式 从N端到C端 标出 S S 的位置 二级结构 是指多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象 主要有 螺旋 折叠 转角和无规卷曲 维持蛋白质二级结构的化学键是氢键 1 以肽键平面为单位 以 碳原子为转折盘旋形成右手螺旋 螺旋 2 每3 6个氨基酸残基绕成一个螺旋 3600 螺距为0 54nm每个氨基酸上升0 15nm肽键平面与中心轴平行 3 主链原子构成螺旋的主体 侧链在其外部 4 肽键的CO和NH都形成氢键 氢键的方向与中心轴大致平行 是稳定螺旋的主要作用力 折叠 1 多肽链在一定空间平面内伸展 各肽键平面之间折叠成锯齿状 或折扇形 结构 2 片层可以由一条肽链折返而成 也可以由两条以上多肽链顺向或逆向平行 排列而成 3 当两条肽链接近时 彼此的肽链相互形成氢键使结构稳定 氢键的方向与肽键长轴相垂直 4 肽链中氨基酸侧链R伸出在片层 锯齿 上下 三级结构 蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上 肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕 折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构 三级结构的特点 1 进一步盘曲 折叠的多肽链分子在空间长度大大缩短 呈棒状 纤维状 球状 2 多肽侧链上各种功能基团之间所形成的次级键来维持结构的稳定性 其中疏水键最为重要 3 疏水基团多聚积在分子的内部 而亲水基团多分布在分子的表面 4 多肽链经过盘曲后 在分子表面或某些部位形成了发挥生物功能的特定区域 如酶的活性中心 受体分子的配基结合部位等 四级结构 蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一 二 三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式 各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系 亚基 每个具有三级结构的多肽链单位称为亚基或亚单位 两个亚基的结构 3蛋白质的理化性质 两性电离及等电点 电泳原理 蛋白质的高分子性质 透析原理 蛋白质的紫外吸收特征 蛋白质的沉淀 1 蛋白质是两性电解质 在溶液中的带电状况主要取决于溶液的pH值 当蛋白质溶液在某一定pH值时 使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等 成为两性离子 在电场中既不向阳极也不向阴极移动 此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点 电泳的原理 在同一pH溶液中 由于各种蛋白质所带电荷性质和数量不同 分子量的大小不同 因此它们在同一电场中移动的速率不同 2 高分子性质 蛋白质分子颗粒大小1 100nm之间 属胶体颗粒范围 在溶液中能形成稳定的胶体 具有半通透性 丁达尔效应和具有布朗运动 透析的原理 因为蛋白质的分子量大 在溶液中形成的颗粒较大 因此 不能通过半透膜 利用这种性质可将蛋白质和一些小分子物质分开 这种分离方法称为透析 3 蛋白质的紫外吸收特征 蛋白质在远紫外光区 200 230nm 有较大的吸收 在280nm有一特征吸收峰 可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定 4 蛋白质的沉淀 当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至蛋白质的构象时 蛋白质就会从溶液中析出 这种现象称为蛋白质的沉淀 方法 盐析法 有机溶剂沉淀 某些酸类沉淀 重金属盐沉淀 加热凝固 熟悉内容 蛋白质结构功能的关系 蛋白质一级结构与功能的关系 蛋白质空间结构与功能的关系 1 蛋白质一级结构与功能的关系相似结构表现相似功能 不同脊椎动物的胰岛素 不同结构具有不同功能 血红蛋白不同于肌红蛋白 一级结构的改变与分子病 镰刀状红细胞性贫血患者的血红蛋白 链N端氨基酸排列顺序12345678Hb A 正常人 Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Hb S 患者 Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys 2 蛋白质分子构象与功能的关系 巯基乙醇 透析 尿素或盐酸胍 有活性 无活性 124个氨基酸组成的核糖核酸酶分子中4个 S S 的变化 了解内容 1 蛋白质的分类 2 蛋白质在生命活动的重要作用 本章应掌握内容如下 1 核酸的生理功能 DNA是遗传的物质基础 RNA参与蛋白质生物合成 mRNA tRNA及rRNA的含义及功能 第二章核酸化学 核酸 脱氧核糖核酸 DNA 和核糖核酸 RNA DNA是遗传的物质基础 RNA在蛋白质的生物合成中起着重要作用 DNA是遗传信息的携带者 生物体的遗传特征主要由DNA决定 在RNA和蛋白质的参与下 DNA可将遗传信息复制 转录并指导特定蛋白质的生物合成 2 核酸的化学组成 核酸的元素组成 C H O N P 核酸的基本化学组成 碱基 戊糖和磷酸 碱基结构特点及简写符号 DNA与RNA分子组成的异同点 碱基 1 嘧啶碱 U C T 2 嘌呤碱 A G 戊糖 9 1 核苷 核酸的基本组成单位 核苷酸 核苷酸 腺嘌呤核苷三磷酸 ATP 环化核苷酸 3 核酸的分子结构 核酸的一级结构 核苷酸的组成和排列顺序 核苷酸的连接方式 3 5 磷酸二酯键 多核苷酸链的方向及表示简式 化学式 RNA5 pApGpCpU OH3 或5 AGCU3 DNA5 pApGpCpT OH3 或5 AGCT3 线条式 文字式 核酸的二级结构 DNA的双螺旋结构特点 碱基互补规律 维持双螺旋结构的作用力 RNA单链结构 局部双螺旋碱基互补规律 mRNA和tRNA结构的特点 DNA双螺旋结构的特点 1 由两条反向平行的脱氧多核苷酸 两条链的走向为5 3 和3 5 围绕一中心轴构成右手双螺旋结构 2 碱基在双螺旋内侧 双链中相对的碱基按 和 通过氢键配对连接 形成互补 磷酸基与脱氧核糖在外侧 彼此间以磷酸二酯键相连 构成 的骨架 3 碱基平面与中心轴垂直 各相邻平面部分重叠 糖环平面与中心轴平行 4 双螺旋的直径为2nm 沿轴向 每个碱基平面的距离为0 34nm 每圈螺旋含有10对核苷酸 其轴向距为3 4nm 3 离子键 维持DNA双螺旋稳定的作用力 1 互补碱基间的氢键 2 使碱基平面堆积的平面间范德华力 又称碱基堆积力 1 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等 A T 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等 G C 嘌呤总数 嘧啶总数A G C T 2 DNA的组成具有种的特异性 3 DNA的碱基组成没有组织的特异性 且较为稳定 不随年龄 营养状态 环境改变的影响 Chargaff碱基组成规律 RNA的分子结构 RNA的种类 核蛋白体RNA rRNA 蛋白质合成的场所 转运RNA tRNA 蛋白质合成中选择性转运氨基酸到核蛋白体上 信使RNA mRNA 蛋白质合成时传递遗传信息 决定所合成的肽链中氨基酸排列顺序 是蛋白质合成的直接模板 RNA结构的主要特征 1 RNA的基本组成单位是AMP GMP CMP UMP 有的含有稀有碱基 2 核苷酸之间彼此通过3 5 磷酸二酯键连接而成多核苷酸链 3 RNA为单链结构 但局部区域由于自身回折 遇有碱基互补结构时也形成双螺旋结构 双链部位通过氢键而相互配对 即A U G C 不参与配对的碱基所形成的单链被排斥在双链之外 形成环状突起 tRNA的结构 1 氨基酸臂 由7个碱基对组成 含G较多 3 CCA OH末端的羟基可与活化的氨基酸结合 2 DHU环 二氢尿嘧啶环与氨基酰tRNA合成酶的结合有关 3 反密码环 由7个核苷酸组成 中间三个为反密码子 4 额外环 可变环 是tRNA分类的标志 5 T C环 mRNA的结构 rRNA的结构 rRNA是核蛋白体的组成成分 核酸的三级结构 DNA核小体和tRNA的倒L型结构 DNA的三级结构指双螺旋进一步扭曲 真核细胞染色质的基本结构是核小体 核小体是由组蛋白八聚体 外绕DNA构成核心颗粒 再加组蛋白H1和10 100个碱基对的DNA片段形成的连接区共同构成 一个个核小体连接成串珠状结构 染色单体 折叠 折叠 4 DNA的变性 复性和核酸的紫外吸收 在一定条件下 DNA双螺旋可以彻底地解链 分离成两条互补的单链 这种现象称为DNA变性 而分开的两条单链还可以重新形成双螺旋DNA 称为复性 在260nm波长 单链DNA的吸收要比双链DNA的吸收高12 40 因为双链DNA中堆积的碱基对之间的相互作用降低了吸收 由核酸变性而引起紫外吸收增加的现象 称为增色效应 熔解温度 Tm 以加热为变性条件 使DNA分子双链解开50 所需温度 核酸分子杂交的原理 第三章酶 1 酶的概念 酶是由活细胞产生的具有催化功能的蛋白质 是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂 酶作用的主要特点 高效率 高特异性 高度不稳定性 酶活性的可调性 重点掌握以下内容 2酶的分子结构 酶的分子组成 单纯酶 只由氨基酸组成的单纯蛋白质 结合酶 由酶蛋白和辅助因子结合成全酶 全酶 辅基和辅酶的概念 辅酶与维生素的关系 酶蛋白 辅助因子 全酶 有催化活性 无催化活性 无催化活性 常见 维生素及其衍生物 常见 K Na Mg2 Cu2 Zn2 Fe2 金属离子 辅基 结合紧密 辅酶 结合疏松 需要金属离子的一些酶 金属离子酶 Mo6 黄嘌呤氧化酶Fe3 Fe2 细胞色素酶 过氧化氢酶类 过氧化物类Cu2 Cu 细胞色素氧化酶 氨酸酶Zn2 碳酸酐酶 羧肽酶Mg2 激酶类 磷氨酸酶Mn2 精氨酸酶 超氧化物歧化酶Na 质膜ATP酶 也需K 和Mg2 K 丙酮酸激酶 也需Mg2 和Mn2 酶的分子结构 酶的活性中心 指酶分子与底物结合并发挥作用的部位 酶原 酶原激活 同功酶及变构酶的概念 S S 活性中心外必需基团 结合基团催化基团 活性中心必需基团 底物 肽链 活性中心 酶活性中心示意图 酶原与酶原的激活 酶原 酶 激活 无活性 有活性 酶原激活的机理是在专一的蛋白酶或其他离子如 H 的作用下 酶原分子内的某处或多处被切除部分肽段后 使分子构象发生改变 从而形成酶的活性中心 胰蛋白酶原的激活过程 变构剂与某些酶分子活性中心以外的亚基可逆地结合 使酶发生变构并改变其催化活性 受变构调节的酶称做变构酶 变构酶亚基 变构酶 同工酶 在同一种属 同一机体的不同组织 甚至在同一组织细胞的不同细胞器中存在着催化相同的化学反应 而分子结构 理化性质和免疫学性质不同的一组酶 如乳酸脱氢酶 举例 乳酸脱氢酶 LD 3酶促反应动力学 1 底物浓度对反应速度的影响 根据中间产物学说 推导出 S 和v之间的关系 称为米 曼氏方程 Km值的意义 Km值等于酶促反应速度 V 为最大速度 Vm 一半时的底物浓度 Km值可表示酶对底物的亲和力 Km与亲和力成反比关系 Km值是酶的特征性常数之一 只与酶的结构 酶催化的底物和反应环境 如温度 pH 离子强度 有关 与酶浓度无关 双倒数作图法求得Km 2 酶浓度对反应速度的影响 3 温度对反应速度的影响 4 PH的影响 5 激活剂对反应速度的影响 激活剂 使酶由无活性变