《生物化学》第七版教案(完整)

湖北医药学院 教教 案案 单单 位位 基础医学院 教教 研研 室室 生物化学教研室 姓姓 名名 李 强 课程名称课程名称 生物化学 时间 2010 8 29 中文名称生物化学 课程 名称 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 HOUSE 2 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 4 http 202 198 0 22 jiaowu swhx lilunjiaoxue html 授课章节绪论绪论 第一章第一章 蛋白质的结构与功能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 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 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 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 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 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 第一章第一章 蛋白质的结构与功能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 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 绪论绪论 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 第一章第一章 蛋白质的结构与功能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 20mins 5 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 25 2 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 羧基与另一个氨基酸的 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 5 mins 25 mins 20 mins 5 mins 20 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 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 10 mins 10 mins 5 mins 10 mins 5 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 20 mins 10 mins 10mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 0 4 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 5 mins 20 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 反向遗传学方法 20mins 15 mins 分离编码蛋白质的基因 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 授课章节 第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能 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 按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列 教学 目的 要求 掌握 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 熟悉 核酸的高级结构 核酸酶 了解 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 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 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 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 9 10 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 5mins 10mins 5 mins 10mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 5 3 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 2 chargaff 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 5 3 另一条链是 3 5 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 10 mins 20 mins 10 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 4 snmRNA 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 10 mins 10 mins 5 mins 5 mins 10 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 10 mins 10mins 10 mins 10 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 结构 这一过程就是核酸杂交过程 包括 DNA DNA 杂交 DNA RNA 杂交 RNA RNA 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 5 3 或 3 5 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 6 mRNA 的结构特点有哪些 10 mins 授课章节第三章第三章 酶酶 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 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 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 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 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 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 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 15mins 5mins 5mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 15mins 10mins 10 mins 15 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 108 1020倍 比一般催化 剂高 107 1013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 15 mins 20mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 Vmax S 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 S E 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 5 mins 5 mins 5mins 25mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 5mins 10 mins 15 mins 10mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 10mins 10mins 15mins 15mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 授课章节第四章第四章 糖代谢糖代谢 授课对象 普教 2007 级 临床 口腔本科 学时10时 间 2008 年 9 25 10 14 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 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 20mins 15 mins 10 mins 15 mins 5mins 5mins 15 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 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 ATP 11 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 2 2 2 2ATP 从 Gn 开始 2 2 1 3ATP 5 终产物乳酸的去路 释放入血进入肝脏再发生转变 糖酵解的生理意义 1 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 2 是某些细胞在氧供正常情况下的重要供能途径 无线粒体的细胞 如 红细胞 代谢活跃的细胞 如 白细胞 神经元 骨髓细胞 三 糖的有氧氧化 概念 糖的有氧氧化 aerobic oxidation 指在机体氧供充足 时 葡萄糖彻底氧化成 H2O 和 CO2 并释放出能量的过程 是机体主要供能方式 反应部位 胞液及线粒体 反应过程 10 mins 15 mins 5 mins 10 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 第一阶段 酵解途径 第二阶段 丙酮酸的氧化脱羧为乙酰 CoA 第三阶段 乙酰 CoA 进入三羧酸循环 第四阶段 进入呼吸链进行氧化磷酸化 1 丙酮酸的生成 酵解途径 2 丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰 CoA 3 三羧酸循环与氧化磷酸化 三羧酸循环的概念 指乙酰 CoA 和草酰乙酸缩合生成含三 个羧基的柠檬酸 反复的进行脱氢脱羧 又生成草酰乙酸 再 重复循环反应的过程 三羧酸循环 Tricarboxylic acid Cycle TAC 也称为柠檬酸循环 这是因为循环反应中的第一个中间产 物是一个含三个羧基的柠檬酸 由于 Krebs 正式提出了三羧酸 循环的学说 故此循环又称为 Krebs 循环 它由一连串反应组 成 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环 消耗一分子乙酰 CoA 经四次脱氢 二次脱羧 一次底物水平磷酸化 生成 1 分子 FADH2 3 分子 NADH H 2 分子 CO2 1 分子 GTP 关键酶有 柠檬酸合酶 酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶 三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的最后共同途径 是产生能 量的主要阶段 是三大营养物质代谢联系的枢纽 为其它物质代谢提供小分子前体 为呼吸链提供 H e 有氧氧化的能量生成情况 H e 进入呼吸链彻底氧化生成 H2O 的同时 ADP 偶联 25 mins 10 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 磷酸化生成 ATP 一分子葡萄糖经过有氧氧化净生成 30 或 32 分子 ATP 有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能最主要的 途径 它不仅产能效率高 而且由于产生的能量逐步分次释放 相当一部分形成 ATP 所以能量的利用率也高 有氧氧化的调节 特点 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现 ATP ADP 或 ATP AMP 比值全程调节 该比值升高 所有关键酶均被抑制 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环 前者速率降低 则 后者速率也减慢 三羧酸循环与酵解途径互相协调 三羧酸循环需要多 少乙酰 CoA 则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰 CoA 巴斯德效应 概念 指有氧氧化抑制糖酵解的现象 机制 有氧时 NADH H 进入线粒体内氧化 丙酮酸进 入线粒体进一步氧化而不生成乳酸 缺氧时 酵解途径加强 NADH H 在胞浆浓度升高 丙酮酸作为氢接受体生成乳酸 四 葡萄糖的其他代谢途径 一 磷酸戊糖途径 概念 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及 NADPH H 前者再进一步转变成 3 磷酸甘油醛和 6 磷酸果 糖的反应过程 细胞定位 胞液 过程 第一阶段 氧化反应 生成磷酸戊糖 NADPH H 及 CO2 第二阶段 基团转移反应 磷酸戊糖的转变阶段 在一系列反应中 通过 3C 4C 6C 7C 等演变阶段 最 终生成 3 磷酸甘油醛和 6 磷酸果糖 每 3 分子 6 磷酸葡萄糖 20 mins 5 mins 25 mins 教教 学学 主主 要要 内内 容容备备 注注 通过磷酸戊糖途径代谢后 转变为一分子的 3 磷酸甘油醛和二 分子的 6 磷酸葡萄糖 调节 6 磷酸葡萄糖脱氢酶为磷酸戊糖途径的关键酶 其活性的 高低决定 6 磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量 此酶活性主 要受 NADPH NADP 比例的影响 比例升高则被抑制 降低 则被启动 另外 NADPH 对该酶有强烈抑制作用 生理意义 1 为核酸 核苷酸的生成提供 磷酸核糖 2 提供 NADPH 作为供氢体参与多种代谢反应 NADPH 是体内许多合成代谢的供氢体 NADPH 参与体内的羟化反应 与生物合成或生物转化 有关 NADPH 可维持 GSH 的还原性