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生物化学讲义 第一章 蛋白质化学（12学时）【基本要求】:1. 掌握蛋白质的基本单位-氨基酸的种类、结构特征及其主要的理化性质。2. 掌握蛋白质的一二三四级结构以及稳定其结构的重要作用力。3. 掌握蛋白质的重要性质（两性解离、变性、沉淀、紫外吸收、颜色反应）。【内容提要与学时分配】 1蛋白质的生物学功能（1） 2蛋白质的元素组成与分子组成（2） 3蛋白质的分子结构（4） 4蛋白质结构与功能的关系（2） 5蛋白质的理化性质（2） 6蛋白质的分类与分离纯化简介（1）第一节 蛋白质通论一、蛋白质的生物学意义（160）蛋白质是生命的体现者恩格斯语。Protein “第一重要的”，“最原初的”。概括起来，蛋白质主要有以下功能：1.催化功能(Enzyme) 2.调节功能 3. 运动功能 4. 运输和跨膜转运功能5. 保护和防御功能 6. 信息传递与识别功能 7. 贮存功能 8. 结构功能二、蛋白质的分类（158）（一）按分子形状分类 1.球状蛋白 2.纤维状蛋白 （二）按分子组成分类简单蛋白：清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。缀合蛋白：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白和金属蛋白。三、蛋白质的元素组成与分子量（157）1. 元素组成 蛋白质平均含碳50，氢7，氧23，氮16。其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以常通过测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量。如常用的凯氏定氮法：蛋白质含量蛋白氮6.25（即100/16）。2.蛋白质的分子量 蛋白质的分子量变化范围很大，从6000到100万或更大。四、蛋白质的水解（123）蛋白质的水解主要有三种方法：1.酸水解 2.碱水解 3.酶水解 第二节 氨基酸( amino acid)一、氨基酸的结构与分类（124）（一）基本氨基酸组成蛋白质的20种氨基酸称为基本氨基酸，或称为常见氨基酸、蛋白质氨基酸。基本氨基酸都符合通式，都有单字母和三字母缩写符号。 一般结构特征：I. 它们中除脯氨酸外都是-氨基酸，即在-碳原子上有一个氨基。II. 不同的氨基酸，其R侧链不同，对氨基酸的理化性质和在结构中的影响也不同。III. 天然氨基酸都是L-构型的，即羧基在上，氨基在左端。若氨基在右为D-构型（与标准甘油醛的构型参照得出的）。A按照氨基酸侧链的极性分类（127）：非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种带正电荷：Arg, Lys, His带负电荷：Asp, GluB 按照氨基酸侧链的化学结构，分为三类：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。1.脂肪族氨基酸 共15种。侧链只是烃链：Gly, Ala, Val, Leu, Ile。侧链含有羟基：Ser, Thr侧链含硫原子：Cys, Met 侧链含有羧基：Asp（D）, Glu（E）侧链含酰胺基：Asn（N）, Gln（Q） 侧链显碱性：Arg（R）, Lys（K）2.芳香族氨基酸 包括苯丙氨酸（Phe,F）、色氨酸(Trp,W)和酪氨酸(Tyr,Y)三种。 3.杂环氨基酸 包括组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)种。（B是指Asx，即Asp或Asn； Z是指Glx，即Glu或Gln。）C 照酸碱性分类：酸性氨基酸：Asp, Glu碱性氨基酸：Arg, Lys, His中性氨基酸：15种还有两种新发现的氨基酸: 硒代半胱氨酸（Sci 2002.5.24） 吡咯赖氨酸小结：2酸3碱3芳香2含S2含OH2酰胺甘Gly（最特殊，唯一无旋光性）、丙Ala（顾名思义）/苯丙Phe（顾名思义）、酪Tyr（有-苯酚基）、色Trp（-吲哚基P66） / 甲硫Met（-甲硫基）、半胱Cys（-巯基）、丝Ser（-羟基）、苏Thr（-羟基） / 天冬Asp（酸性氨基酸，-羧基）、天冬酰氨Asn（-酰氨）、谷Glu（酸性氨基酸，-羧基）、谷氨酰氨Gln（-酰氨）/ 精Arg（-胍基P66）、赖Lys（-氨基）、组His（-咪唑基P66）/缬Val、亮Leu、异亮Ile：都是烷烃链 / 脯Pro（亚氨基）。（二）不常见的蛋白质氨基酸(128)某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，它们是基本氨基酸在蛋白质合成以后经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、锁链素等。其中羟脯氨酸和羟赖氨酸在胶原和弹性蛋白中含量较多。在甲状腺素中还有3,5-二碘酪氨酸。凝血酶原种含有-羧基谷氨酸。（三）非蛋白质氨基酸(129)自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸，它们大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或、-氨基酸，多数以游离态存在。这些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间产物，如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物，-丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体，-氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。荧光素含有D-半胱氨酸，青霉素中D-赖氨酸。二、氨基酸的性质（一）物理性质1、水溶性 -氨基酸都是白色晶体，每种氨基酸都有特殊的结晶形状，可以用来鉴别各种氨基酸。一般都溶于水，不溶于有机溶剂。（除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中；脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中）2、旋光性 除甘氨酸外，-氨基酸都有旋光性，-碳原子具有手性。苏氨酸和异亮氨酸有两个手性碳原子。3、光谱性质(143) 三个带苯环的氨基酸有紫外吸收，F:257nm,; Y:275nm,; W:280nm。通常蛋白质的紫外吸收主要是后两个氨基酸决定的，一般在280nm,可以定量测定蛋白质.（二）酸碱性质(129) 氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，所以氨基酸是两性电解质(ampholyte)。在水溶液和结晶态中都以偶极离子的形式存在。氨基酸在溶液中的解离方向和解离的程度取决于溶液的PH值。当氨基酸分子所带的净电荷为零时的pH称为氨基酸的等电点(pI)。等电点的值是它在等电点前后的两个pK值的算术平均值。pI=（pK1 + pK2）/2 注意：pI时净电荷为零，但不是不带电荷；此时其溶解度最小，最容易沉淀析出。pHpI时，氨基酸带负电荷，-COOH解离成-COO-，向正极移动。pH=pI时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小pH11.3）下，DNA发生碱变性。2、变性因素：尿素、有机溶剂、纯水、甚至脱盐都可引起DNA变性。3、DNA变性后,粘度降低，密度和吸光度升高,活性部分或全部丧失。增色效应：当DNA从双螺旋结构变为无规则的单链线团状态时,它在260nm的吸收值增加的现象. 4、熔解温度：通常将50%DNA分子变性时的温度称为熔点（Tm）。一般DNA在生理下的熔点在82-95度之间。也定义为双螺旋结构失去一半时的温度，或紫外吸收值达到总增加值一半时的温度；或发生热变性的温度区间的中点。熔点主要取决于(1)碱基组成，G-C对含量越高，熔点越高。一般G-C对含量40%时熔点是87度，每增加1%，熔点增加约0.4度。（G+C）%=（Tm-69.3）2.44(2)离子强度，因为离子能与DNA结合，使其稳定，所以离子强度越低，熔点越低，熔解范围越窄。因此DNA应保存在高盐溶液中。/(3)纯度,如果DNA不纯，则变性温度范围也会扩大。/（4）变性剂,甲酰胺可以使碱基对之间的氢键不稳定，降低熔点。所以分子生物实验中经常用甲酰胺使DNA变性，以避免高温引起DNA断裂。乙醇、丙酮、尿素等也可促进DNA变性。5、复性：除去变性因素后，互补的单链DNA又可以重新结合为双链DNA，称为复性(renaturation)或退火(annealing )。DNA复性由局部序列配对形成双链核心的慢速成核反应开始，然后经过快速的所谓拉链反应而完成。DNA的复性速度与其初始浓度C0及复杂度有关。当温度、离子强度等其他条件固定时，一半DNA复性时的C0t值只与其复杂度有关，可用来计算基因组的复杂度。五、核酸的分子杂交(hybridization)(510)变性后的单链DNA与具有同一性序列的DNA链或RNA分子结合形成双链的DNADNA或DNARNA杂交分子的过程称为杂交或分子杂交(hybridization)。分子杂交技术的发展和应用，对分子生物学和生物高技术的发展起到了重要的推动作用。其中标记的互补DNA或RNA称为探针(probe)。它可以在实验室里化学合成。【思考题与作业题】1. 比较DNA与RNA在组成、结构和功能上的差异。2. 计算题：人体内所有的DNA的总长度与地球和太阳之间的距离相比如何？（共1014个细胞，每个细胞中DNA为6.4109碱基对，2.2109公里）3.论述三种主要RNA在蛋白质生物合成中的作用以及RNA的新功能。第三章 酶化学（8学时）【基本要求】1.掌握酶的作用特点（高效性、专一性、敏感性和可调节性），掌握酶的命名与分类。2. 掌握酶的结构特点（活性中心与必需基团），熟悉酶的作用机制。3. 熟悉酶促反应动力学的内容，掌握底物浓度和抑制剂对反应速度的影响。4. 掌握一些重要的酶类（变构酶、同工酶、共价修饰酶和酶原）。【内容提要与学时分配】1酶的概念、研究简史与作用特点（1） 2酶的命名与分类（1）3酶的结构与作用机制（2） 4. 酶促反应的动力学（2） 5酶的调节（1） 6酶活性测定与酶工程（1） 第一节 概述一、酶是一种生物催化剂，是有催化功能的蛋白质。二、研究简史（319）三、酶催化作用的特性（320）1.催化效率高 酶的催化效率可比一般催化剂高1061020倍。2.专一性强:一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性，也称专一性。（332） 各种酶的专一性不同，包括结构专一性和立体专一性两大类，结构专一性又有绝对专一性和相对专一性之分。 绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性，如琥珀酸脱氢酶。/相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性，如脂肪酶。/立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性，如L-精氨酸酶。3.反应条件温和(温和性) 酶促反应不需要高温高压及强酸强碱等剧烈条件，在常温常压下即可完成。4.酶的活性受多种因素调节（敏感性） 如底物和产物的浓度、pH值以及各种激素的浓度都对酶活有较大影响。酶活的变化使酶能适应生物体内复杂多变的环境条件和多种多样的生理需要。5.稳定性差 酶是蛋白质，只能在常温、常压、近中性的条件下发挥作用。高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、超声波、剧烈搅拌、甚至泡沫的表面张力等都有可能使酶变性失活。第二节 酶的命名与分类一.命名（326）酶的命名法有两种：习惯命名与系统命名。习惯命名以酶的底物和反应类型命名，有时还加上酶的来源。习惯命名简单，常用，但缺乏系统性，不准确。 / 1961年国际酶学会议提出了酶的系统命名法。规定应标明酶的底物及反应类型，两个底物间用冒号隔开，水可省略。如乙醇脱氢酶的系统命名是：醇：NAD