生化知识总结

1、蛋白质1. 蛋白质的元素组成：碳氢氧氮硫，有些含磷和其他金属元素如铁锰钴镍铜锌2. 蛋白质含量：细胞干重的百分之五十以上3. 凯氏定氮法的基础：蛋白质中氮含量接近16%。凯氏定氮法公式：蛋白质含量=含氮量×100/164. 蛋白质分子量：几千到几十万氨基酸1. 氨基酸碳原子编号：方法:羧基碳原子编号为C-1，侧链碳原子依次编号为C-2，C-3.方法：与羧基相连的碳原子标记为-碳（中心碳原子），侧链基团的其他碳原子依次编号为、等2. 氨基酸分类：R基团为非极性的氨基酸： R基团为极性不带电荷的氨基酸（较易溶于水） 特殊氨基酸：甘氨酸（不含手性碳），脯氨酸（唯一的亚氨基酸），半胱氨酸（巯

2、基氧化形成二硫键，二硫键可以在一条肽链内形成折叠，也可以在两条肽链间形成连接）R基团带电荷的氨基酸酸性氨基酸（生理条件下给出质子，自身带负电荷） 碱性氨基酸（生理条件下获得质子，自身带正电荷） 其他氨基酸分类方式：分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸；分为必需氨基酸和非必需氨基酸5. 蛋白质中的稀有氨基酸：概念：遗传密码只对应20种氨基酸，但蛋白质中还有很多种其他氨基酸，是翻译后经过加工而来，称为蛋白质的稀有氨基酸。两种重要的稀有氨基酸：4-羟基脯氨酸和5-羟基赖氨酸（是哺乳动物体内最丰富的蛋白质胶原蛋白的组成成分）N-甲酰甲硫氨酸是所有原核生物肽链N端的第一个氨基酸。蛋白质中稀有氨基酸

3、的存在会影响蛋白质的溶解性、稳定性以及与其他蛋白质的相互作用，从而使蛋白质的功能更加丰富。第二十一种氨基酸：硒代半胱氨酸。是丝氨酸的衍生物（硒代氧），是在蛋白质合成时进入肽链而非在肽链合成后修饰形成。它有自己的密码子和tRNA.某些古菌中还有第23种氨基酸。6. 非蛋白质氨基酸：非蛋白质氨基酸是常见氨基酸的衍生物，所以大多也是L-氨基酸（细菌蛋白、抗生素蛋白、放线菌素蛋白含有一些D-氨基酸），不参与蛋白合成但具有广泛的生理功能如毒蛋白、生化反应的前体或中间产物、植物抗逆性等。7. 氨基酸的酸碱性质：氨基酸分子含有氨基和羧基，在溶液中呈解离状态。氨基酸是两性电解质，同一种氨基酸在不同pH条件下可

4、以带正电荷、负电荷或净电荷为零。若某种氨基酸在某pH溶液中所带静电荷为零，此时整个分子呈电中性。此时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，用pI表示。用K1代表羧基的解离情况，K2代表氨基的解离情况，KR代表R基的解离情况。酸性氨基酸：PI=1/2（PK1+PKR)，碱性氨基酸：PI=1/2（PK2+PKR）。等电点的测定：在不同pH值溶液中对氨基酸进行电泳，样品在电场中不迁移时的电泳缓冲液的pH值为氨基酸的等电点。（蛋白质的等电聚焦电泳：在电泳时让凝胶中产生pH梯度，蛋白质样品在相当于该蛋白质等电点的pH值位点不再移动，凝集成一条带。组氨酸是生理条件下唯一具有明显的缓冲作用的氨基酸。8. 氨基酸的

5、立体化学：除甘氨酸外，常见氨基酸的-碳原子是一个不对称碳原子，即手性碳原子。9. 生物化学中立体异构的命名是根据绝对构型来命名的，不是由旋光性。L和D指的是四个基团的空间相对位置，与旋光值正负没有关系，旋光值正负是由旋光仪来测定的。10. 氨基酸的吸收光谱：酪氨酸Trp280nm，色氨酸Tyr275nm，苯丙氨酸Phe257nm。（主要是酪氨酸吸收，所以蛋白质的吸光值一般认为280nm）11. 氨基酸的重要化学反应：茚三酮反应：弱酸性条件下，氨基酸脱氨脱羧，还原茚三酮，生成蓝紫色产物水合茚三酮。（脯氨酸的茚三酮反应呈黄色）Sanger反应：在弱碱性条件下，氨基酸的氨基与2,4二硝基氟苯反应生成

6、二硝基苯氨基酸（肽链就生成2,4二硝基苯肽），然后用酸水解，所有氨基酸都被解离下来，只有氨基端的氨基酸因为连有疏水基团所以溶于乙酸乙酯（黄色的），所以可以用乙酸乙酯进行抽提，并用标准液进行对照，确定氨基端具体是哪种氨基酸。Edman降解反应：苯异硫氰酸酯和N末端氨基酸反应，使其脱去，暴露出新的N末端，所以可用于蛋白质N末端氨基酸的测定以及氨基酸序列的分析测定。肽1. 一个氨基酸分子的氨基与另一个氨基酸分子的羧基脱去一分子水形成的酰胺键称为肽键。肽是氨基酸通过肽键连接形成 的线性聚合物（十个以下的叫做寡肽）2. 肽的命名：按照由N端到C端的氨基酸残基的排列顺序进行命名。也可以根据其生物功能进行命

7、名。3. 天然活性多肽：谷胱甘肽，还原型谷胱甘肽是三肽，氧化时两个巯基脱氢成为二硫键，在体内作为氧化还原缓冲剂，起到抗氧化、抗自由基的作用，能够清除正常有氧代谢和生长中产生的对机体有毒性的氧化性物质。谷胱甘肽(GSH）可以维持蛋白质中的半胱氨酸残基维持还愿态，维持血红蛋白中的铁元素处于亚铁态。另外催产素、加压素（抗利尿激素）、缬氨霉素等抗生素也是天然活性肽。4. 肽平面：肽键的四个原子形成的共振杂化体。C-N键具有部分双键的性质。肽键的四个原子加上与之相连的两个碳原子共处一个平面，称为肽平面。-碳原子是肽平面间的连接点。5. 蛋白质的分子结构：一级结构：蛋白质的一级结构是蛋白质中氨基酸的排列顺

8、序。蛋白质的一级结构是蛋白质分子结构的基础，包含了蛋白质的全部结构信息。最早完成的一极结构测定：Sanger，胰岛素，Edman降解反应。蛋白质一级结构测定前的准备工作：纯化 测定分子量来确定氨基酸数目 断裂二硫键 分离纯化肽链或亚基 水解肽链以测定其氨基酸组成一级结构的序列测定：至少用两种方法，将肽链断裂成小肽段，得到两套肽段；用蛋白质自动测序仪测定肽段中的氨基酸序列；重建多肽结构，利用两套肽链的重叠部分，确定每个小肽段在整个肽链中的位置；确定二硫键的位置、酰胺的位置一级结构测定的具体方法介绍：测序：Sanger法和Edman法最常见，另外有新兴的方法：丹磺酰氯法：与Sanger法类似，但它

9、紫外线下自带荧光，不需提取，灵敏度高；氨肽酶法：可以从N末端逐个水解氨基酸，但水解速度不稳定，很难判断哪个先水解出来，所以局限性大。还有高端的可以从C末端开始：肼解法、还原法（使C-末端氨基酸与众不同）、羧肽酶法。二硫键断裂：氧化或还原。氧化：用过甲酸氧化使其断裂，肽链有伤；还原；-巯基乙醇还原使得二硫键形成两个巯基，但这样可能会变回二硫键，所以一般在还原后使用碘乙酸等氧化剂对其进行巯基封闭。二硫键位置的确定：胃蛋白酶将肽链水解成小肽段；对小肽段进行对角线电泳，含有二硫键的片段，在被过甲酸蒸汽熏蒸后产生两个不同肽段，就会偏离对角线。将这两个肽段分离出来并分别测序，就可以得到二硫键的位置。肽链的

10、断裂方法：酶解法：胰蛋白酶专一性强，切割得到的肽段大小合适。化学断裂法溴化氰能专一性断裂Met甲硫氨酸的羧基参与的肽键，专一性好，常用。现代新方法：基因序列辅助蛋白质测序，但不能完全替代。蛋白质一级结构举例：胰岛素（两条链，两个二硫键），牛胰核糖核酸酶（一条链，四对二硫键）二级结构1. 蛋白质的二级结构是指肽链主链有规律的折叠和盘绕，是肽链主链局部的空间构象，不涉及侧链构象和整个肽链的空间构型。维系二级结构的主要作用力是肽链上氨基酸残基非侧链基团之间形成的氢键。2. 多肽链主链构象的空间限制：肽平面是刚性平面，是一个共振杂化体，不能随意转动（而且肽平面以反式构象为主）；二面角、不是任意的。三种

11、重复单键N-C-C-N存在三种二面角，分别记为、，其中、可以有范围地运动（很多角度组合是不允许的，如0度，0度），而一般就是180度，因为肽平面一般都是反式构象。拉氏构象图：用于判断哪些、所决定的主链构象能稳定存在于蛋白质中，如今已成为蛋白质结构模型的验证。3. 二级结构的类型：二级结构包括螺旋、折叠、转角、无规卷曲等，被称为构象单元。螺旋：蛋白质中最常见，又叫3.613螺旋。参数：每圈螺旋由3.6个氨基酸构成，螺旋半径0.23nm，每圈上升0.54nm，第n个氨基酸的酰基与第n+4个氨基酸的氨基形成氢键，氢键的取向与中心轴几乎平行，氢键稳定了螺旋的结构；，R基团处于螺旋的外侧，其形状、大小和

12、电荷均影响螺旋的形状。折叠：较伸展的方式，肽链按层排列。平行式折叠股中两个氨基酸的轴心距为0.325nm，反平行折叠股是0.35nm.侧链基团交替分布在折叠片的两侧，所有肽键都参与链间氢键的交联，氢键取向与折叠的长轴近乎垂直，氢键的存在稳定了折叠片。脯氨酸因为不能参与氢键的形成，所以同样不利于折叠的形成。转角：球形蛋白得以形成的重要结构，由少数几个氨基酸构成的突环结构称为转角，转角是最常见的转角（型转角不稳定，因为中间肽平面的酰基氧和相邻两个氨基酸的侧链基团在同一方向，所以第三个氨基酸一般要是甘氨酸才稳定），脯氨酸常出现在转角中，一般出现在第二个氨基酸的位置，其环化侧链和固定的角有利于转角的形

13、成；转角含有相当比例的极性氨基酸，所以常出现在蛋白质分子表面。无规卷曲：没有规律性的主链骨架结构，具有较大的任意性，但也具有特定的结构。超二级结构1. 在各种作用力的平衡下，若干相邻的二级结构单元组合在一起，相互作用形成有规则的，在空间上可辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构，也称模体。2. 常见的超二级结构：组合：两个反向平行的螺旋缠绕形成的复绕螺旋，也称超螺旋结构，存在于许多角蛋白中；组合，也叫发夹；组合，是最常见的，两个折叠股通过两个小肽段连接在一个螺旋上；蛋白质的结构域1. 概念：对于较大的蛋白质分子，多肽链往往形成几个紧密的球形构象，这些球状结构之间以松散的肽链相

14、连接，这些球形构象被称为结构域。2. 这种装配方式使得蛋白质结构域之间可以做较大幅度的相对运动，有利于蛋白质功能的实现。结构域之间的肽链容易被水解而使结构域分离开，说明结构域是相对稳定的结构。3. 常见的结构域：全结构域，全结构域，/相间排列，、混合排列。蛋白质的三级结构概念：蛋白质的三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，但是不包括亚基间或分子间的空间排布。蛋白质折叠时，疏水残基常分布在分子内部，形成疏水核，而极性侧链的氨基酸残基常分布在分子表面。维持蛋白质三级结构的作用力：氢键、离子键，范德华力，疏水相互作用，二硫键，配位键蛋白质的四级结构概念：具有三级结构的球状蛋白质以共价键相

15、互缔合，形成一个高度有序的功能聚合体，称为蛋白质的四级结构四级结构包括：亚基种类、亚基数目、空间排布、亚基间相互作用，但不再考虑亚基本身的构象。一个亚基：单体蛋白；少数几个亚基：寡聚蛋白或称寡聚体；多个亚基：多聚蛋白或称多聚体。具有四级结构的蛋白质结构、功能更复杂，可以实现更加复杂的代谢调控。纤维状蛋白纤维状蛋白在生物体内常作为结构成分，例如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝心蛋白，不溶于水和稀盐溶液。角蛋白：组成毛发的主要蛋白质，两条螺旋形成左手超螺旋，多个超螺旋形成原纤丝，4条原纤丝再形成微纤丝；丝心蛋白属于角蛋白，主要由折叠片按层排列组成，不具弹性，但具有柔软的韧性和好的抗张能力；胶原蛋白：

16、结缔组织的主要成分，占哺乳动物体内总蛋白含量的25%-30%，具有好的抗张能力，保护骨骼和关节，由三股左手螺旋构成右手超螺旋，Gly甘氨酸的比例非常大，链间氢键能稳定胶原蛋白的结构。蛋白质结构与功能的关系一级结构与分子病：镰刀形细胞贫血症：甘氨酸突变为缬氨酸，使得Hbs在缺氧条件下形成刚性纤维，一级结构与生物进化：同源蛋白质的序列对比可以判断生物的亲缘关系。例如细胞色素c（Cyt c）是线粒体电子传递链的组成成分，存在于所有需氧生物中，通过对其序列比较，可以得出系统进化树。所以，一级结构是蛋白质功能的最终决定者，空间结构是蛋白质功能的直接承担者。血红蛋白的氧结合具有协同性，所以其氧结合曲线是S

17、型的而不是双曲线。朊病毒：蛋白质侵染颗粒，螺旋变为折叠。（构象病）蛋白质组学：以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，对不同时间和空间上发挥功能的特定的蛋白质组进行研究。蛋白质的重要性质1. 蛋白质具有胶体性质，分子直径2-20nm，表面亲水氨基酸残基形成水化层，不易靠拢；一定的pH条件下蛋白质分子带同种电荷，形成稳定的双电层。2. 蛋白质位于等电点时，溶解性最低，粘度、渗透压、导电性处于最小值。3. 蛋白质变性：理化性质改变，但肽键未断裂。引起变性的因素：加热。紫外线，高压，拉伸，有机溶剂、尿素、十二烷基硫酸钠、酸碱等。蛋白质变性分为可逆变性与不可逆变性。4. 蛋白质沉淀：高浓度中性

18、盐溶液，有机溶剂，金属离子，生物碱。5. 蛋白质的显色反应；双缩脲、福林酚、考马斯亮蓝、茚三酮6. 蛋白质的紫外吸收光谱：蛋白质溶液浓度=1.45A280-0.74A260蛋白质分离纯化技术1. 蛋白质纯化的一般步骤：前处理，粗分级分离，细分级分离，结晶。2. 前处理：使蛋白质从细胞中以溶解态释放出来，保持生物活性。3. 粗分级分离：分离过程包括盐析，等电点沉淀，有机溶剂沉淀；对其用超过滤、凝胶过滤、冷冻真空干燥等方法浓缩；4. 细分级分离可以用层析法或者电泳法。结晶是纯度的标志，是判断生物活性的指标，是X射线进行蛋白质晶体分析的要求。5. 蛋白质分离的一般方法有：透析和超过滤，凝胶电泳，密度

19、梯度离心（常用蔗糖密度梯度离心）；等电点沉淀，盐溶盐析；各种层析：（离子交换层析，亲和层析，凝胶过滤层析）。蛋白质双向电泳是目前最精准的蛋白质分离技术。6. SDS的作用：使得蛋白质分子带上完全相同的电荷量；使蛋白质分子变成粗细均匀的椭圆棒状。最终使得SDS-PAGE电泳时，蛋白质复合体的迁移率不受原有电荷、分子形状等影响，从而单一地由蛋白质的分子量来决定电泳的程度。核酸化学综述：核酸占细胞干重的5%15%，艾弗里肺炎双球菌实验和赫胥黎噬菌体实验证实了DNA是遗传物质核酸的化学组成1. 两种核酸：DNA和RNA，病毒只有一种核酸；2. DNA的分布：原核生物钟DNA主要存在于拟核区；真核生物钟

20、98%的DNA存在于细胞核中，与多种蛋白质（组蛋白）结合，以染色体的形式存在。真核生物线粒体和叶绿体中也存在DNA。真核生物的染色体DNA为线状双链DNA，而原核生物的染色体DNA、质粒DNA以及真核生物的细胞质DNA都是环状双链DNA；动物病毒的DNA常是双链DNA，而植物病毒的基因组常是RNA。3. RNA的分布：RNA主要存在于细胞质中（90%），与DNA相比有较多的含量和较多的拷贝数。rRNA占总RNA数目的80%，tRNA占15%4. 核苷酸：核酸是由多个核苷酸残基组成的不分支的长链分子。核苷酸的组成：磷酸+核苷（核糖或脱氧核糖+碱基），碱基平面垂直于糖平面。5. 碱基：嘧啶是1,3

21、含氮杂环，嘌呤是1,3,7,9含氮杂环（嘌呤大）；嘧啶中胸腺嘧啶含有甲基，胞嘧啶含有氨基；嘌呤中鸟嘌呤含有羰基。注意：胸腺嘧啶主要存在于DNA中。6. 嘧啶碱和嘌呤碱都存在氨基和亚氨基、酮式和烯醇式的互变异构体。核苷：1. 嘧啶与嘌呤碱基以糖苷键相连，具体是-D-N-糖苷键，由嘧啶中的N-1或嘌呤中的N-9与戊糖上的C-1连接。2. 缩写：核糖核苷的缩写与碱基的缩写相同，而脱氧核苷的缩写在前面加d，例如如dA表示脱氧腺苷。因为核苷中的糖苷键可以旋转，所以核苷具有顺式和反式构象，但一般都是反式为主3. 稀有核苷有些是重排而来，因此形成的是C-C键而不是C-N键。核苷酸：1. 核糖中戊糖的羟基被磷

22、酸酯化生成核苷酸。多个位点的羟基都可以被磷酸酯化，但细胞中普遍存在的核苷酸是C5羟基被磷酸酯化的单核苷酸。称为5-核苷-一磷酸，如5腺苷-一磷酸，简称5腺甘酸，缩写为5-AMP，脱氧则为dAMP。2. 细胞中除了存在5NMP外，还含有2NMP和3NMP，它们主要存在于RNA中。3. 稀有核苷也可以形成稀有核苷酸4. 生理条件下，核苷酸所带的静电荷为-25. 环化核苷酸：核苷酸中的磷酸基团可以和戊糖中的羟基酯化生成环化核苷酸，每种核苷酸的环化由特定的酶催化。环化核苷酸在细胞内起到代谢调控的作用（还有一种奇葩的核苷酸叫做四磷酸鸟嘌呤核苷，能移植蛋白质的合成）6. 核苷二磷酸与核苷三磷酸：NDP、N

23、TP都是存在的，与戊糖羟基直接相连的磷酸叫做磷酸，之后用酸酐键连接磷酸和磷酸。酸酐键较容易被水解。酸酯键储存了大量能量，DTP中两个都是高能磷酸键。NDP和NTP是较强的多元酸，细胞生理环境下带负电，所以与细胞中二价阳离子结合较多（尤其是与镁离子）7. 核苷酸的衍生物：核苷酸可以参与许多辅酶的形成，尤其是腺甘酸；核苷酸还可以参与糖核苷酸的形成；所以核苷酸参与细胞中几乎所有的代谢反应。8. 核苷酸的功能总结：（1） 核苷酸是核酸的结构单元，由核苷酸形成的核酸 在遗传信息的储存、传递和表达中起着核心作用（2） 大多数放能代谢途径中产生的能量最终是储存在核苷三磷酸中，主要是ATP中。利用储存于核苷酸

24、磷酸中的能量又驱动了许多需能反应的进行（3） 大多数代谢途径都受到核苷酸水平的调节，有些核苷酸，如cAMP（环化腺苷酸），能够起到信号传递的作用（4） 某些核苷酸的衍生物作为辅酶参与了酶的催化过程。DNA的结构DNA分子特定的碱基构成Chargaff规则：（1） 所有生物细胞的DNA中，A+G=T+C，嘧啶数等于嘌呤数，被称为当量定律。这个定律暗示了互补配对的可能性（2） DNA的碱基组成具有物种特异性。不同种生物具有不同的不对称比率。不对称比率=（A+T)/(G+C)（3） 同种生物不同组织DNA中的碱基组成相同Chargaff规则是解开DNA双螺旋结构的关键之一，某些病毒的DNA以单链形式

25、存在，单链DNA的碱基组成不符合上诉规则DNA分子的一级结构DNA由四种脱氧核苷酸组成，一个核苷酸3-羟基与另一个核苷酸5羟基上的磷酸基团形成3，5磷酸二酯键，核苷酸以这种磷酸二酯键形成了不分支的多聚核苷酸长链的DNA分子。DNA的一极结构是指DNA中碱基的排列顺序。DNA具有以下特性：多核苷酸具有方向性，一端带有游离的5磷酸，一端带有游离的3羟基；每条核苷酸链都是独一无二的，因为碱基排列顺序不同。DNA一级结构的表示方法：线条式或字母式。主要用字母式。一定要从5端写到3端DNA分子的双螺旋结构双螺旋结构的基本要点：（1） DNA是由两条反向平行的右手螺旋构成的。反向平行的双链具有同一中心轴（

26、2） 两条由脱氧核糖和磷酸交替构成的主链位于双螺旋结构的外侧，碱基位于双螺旋结构的内侧（3） 两条链的碱基之间可以形成氢键，碱基之间的特异配对关系叫做碱基互补。通过碱基配对使两条核苷酸链连在一起，配对的碱基处于同一平面（4） 双螺旋的平均直径2nm，螺距3.4nm，每圈螺旋包含10个碱基对（5） 碱基平面与螺旋纵轴接近垂直，糖环平面与纵轴接近平行（6） 具有大沟和小沟，大沟宽而深，小沟浅而窄，DNA结合蛋白质常在大沟中。维持双螺旋结构稳定的因素：1. 氢键2.碱基堆积力3.离子键（DNA分子与带正电荷的碱性蛋白质结合在一起以消除DNA分子内部的静电排斥力）DNA双螺旋结构的多态性：细胞中最常见，也最理想的是B-DNA，而细胞中还存在矮胖的A-DNA