生物化学复习

第二章蛋白质化学它的元素组成主要包括C、H、O、N、S，有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Cu、Zn、I等。凯氏定氮法蛋白氮占蛋白质含量的16%蛋白质含量=蛋白氮*6.25功能：1)催化2)结构3)调节作用4)运动作用5)防御作用6)运输作用7)营养作用8)传递9)参与基因表达调控1、氨基酸的结构参与蛋白质组成的氨基酸有20种。除脯氨酸是一种α—亚氨基酸外，其于都是α—氨基酸，除没有手性碳原子的甘氨酸外，其于都是L-氨基酸。2、氨基酸的分类非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met酸性氨基酸（基团带负电荷）：Asp、Glu极性氨基酸碱性氨基酸（基团带正电荷）：Lys、Arg、His（含有咪唑环）非解离的极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Gln芳香族氨基酸：Phe、Trp（含有吲哚环）、Tyr；含硫元素氨基酸2种：Met、Cys；常见氨基酸的衍生物：4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等；3、氨基酸的两性性质和等电点侧链没有的可解离基团的中性氨基酸：pI=1/2（pK1'+pK2'）酸性氨基酸：pI=1/2（pK1'+pKR'）碱性氨基酸：pI=1/2（pK2'+pKR'）书P41表4-3记Asp、Glu、Lys、Arg、His、Cys的pI值，pK’R(要知道以上氨基酸的pI值的计算过程)含芳香环共轭双键系统的Trp、Tyr、Phe的最大吸收峰分别在279nm、278nm、159nm。蛋白质的最大吸收光波长为280nm。1、与茚三酮反应（反应条件：弱酸环境，要有a-氨基和a-羧基）在酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成一种紫色化合物。脯氨酸（无a-氨基）或羟脯氨酸生成黄色化合物。此反应常用于氨基酸的定性和定量分析。茚三酮（无色）+氨基酸→还原性茚三酮+NH3+CO2+RCHO、2还原性茚三酮+2NH3→紫色化合物+3H2O（反应方程式不要求记忆）2、与2，4-二硝基氟苯（DNFB，Sanger）反应在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与DNFB反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。此反应最初被Sanger用于测定肽链N-端氨基酸，又被称为Sanger反应。（理解记忆：本质是亲核取代反应）3、与异硫氰酸苯酯（PITC，Edman降解）反应在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与PITC反应，生成苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸），PTC-氨基酸在硝基甲烷与酸作用下环化，生成苯硫乙内酰脲氨基酸（PTH-AA）。PTH-AA用层析法鉴定N-末端氨基酸的种类。此反应又称为Edman反应，根据此原理设计了“蛋白质顺序测定仪”。（理解：每次循环少一个N端氨基酸）肽的方向性：从左往右，习惯上默认从N端到C端（氨基在左侧，羧基在右侧）4、肽的化学反应与茚三酮反应；与2，4-二硝基氟苯（DNFB）反应；与异硫氰酸苯酯（PITC）反应双缩脲反应：是肽和蛋白质所特有的、而为氨基酸所没有的颜色反应（理解记忆：肽键才能发生的反应）。含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液中与Cu2+生成紫红色到蓝紫色的络合物。5、重要的天然肽1）谷胱甘肽普遍存在动、植物核微生物细胞中，小麦胚和酵母中含量特别高。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因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物酶积累等（了解）蛋白质的一级结构（primarystructure）是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序，而蛋白质的化学结构包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫键的位置，又称共价结构。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定着蛋白质高级结构。蛋白酶切位点：1.α-chymotrypsin(胰凝乳蛋白酶，糜蛋白酶)在Trp，Tyr，Phe后切；2.Trypsin（胰蛋白酶）在Arg和Lys后切；3.CNBr在Met后切。P7513题答案：Gly-Tyr-Ser-Met-Thr-Lys-Ala-Gly1、构型和构象构型（configuration）是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。（D-构型、L-构型）构型的改变伴随着共价键的短裂和重新形成。构象（conformation）是指相同构型的化合物中，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。所以构象的改变不需要共价键的短裂和重新形成。2、蛋白质的构象X-射线衍射技术研究表明，肽键C-N键介于单键和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转，其中决大多数都形成刚性的酰胺平面结构（N-Ca-C）。理论上讲，蛋白质中的所有Cα-C单键和Cα-N单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。事实并非如此，一个天然蛋白质多态链在一定条件下只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。这是因为主链上由1/3之一具有部分双键性质的C-N键，不能自由旋转；此外，主链上由很多R侧链，其大小及电荷情况各异。它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应，制约着大量的构象形成。3、稳定蛋白质构象的作用力1）氢键2）范德华力3）疏水力指疏水基团避开水分子而相互聚集的作用4）离子键（盐键）正负电荷的静电引力5）二硫键Cys的-SH氧化形成，它是较强的共价键6）配位键两个原子之间由单方面提供共用电子对形成的共价键。金属离子往往以配位键与蛋白质相连。蛋白质的二级结构指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象。天然蛋白质包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等二级结构。1、α-螺旋(α-helix)（P51）α-螺旋结构的主要特点(记忆)：1）肽链中的酰胺平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋，并盘绕前进。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈；每圈间距0.54nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，旋转100°。2）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧；链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴；每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键。氢键几乎平行于中心轴。肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，因此α-螺旋相当稳定。3）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。*α-螺旋遇到脯氨酸就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。影响α-螺旋的因素，P51（R基团大小/空间位阻，同电荷/静电排斥，理解记忆）蛋白质的超二级结构和结构域，它们是介于二级结构和三级结构之间的结构。超二级结构（supersecondarystructure）：指的是多肽链上若干相邻的构象单元（如α-螺旋、β-折叠、β-转角等）彼此作用，进一步组合成有规则的结构组合体。（αα、βαβ、βββ）结构域(structuraldomain)：存在于球状蛋白质分子中的两个或多个相对独立的、在空间上能辨认的三维实体，每个由二级结构组合而成，充当三级结构的构件，其间由单肽链连接。三级结构（tertiarystructure）：指的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成的球状分子结构。肽链上的原子在空间上得到重新排布，原来相距甚远的原子可能在特定区域相互靠近。例：肌红蛋白维持三级结构的力：二硫键、疏水作用、氢键、离子键、范德华力四级结构（quaternarystructure）：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为亚基。例：血红蛋白—α2β2维持四级结构的力：疏水作用、氢键、离子键、范德华力1、同功能蛋白的种属特异性与一级结构的关系例：细胞色素C2、一级结构变异与分子病镰刀状细胞贫血病：Hb-A（正常人）：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHb-S（患者）：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys3、一级结构与蛋白质前体的激活核糖核酸酶S：实验表明，其链内二硫键的破坏使其功能丧失（变性剂6~8M尿素，β-巯基乙醇打开二硫键，理解记忆）。肌红蛋白与血红蛋白：两者三级结构相似，后者具有别构效应（P62,理解记忆）。1、相对分子质量的测定——沉降速度法对于球状蛋白质，一般而言，分子量越大，沉降系数越大2、凝胶过滤（分子量大的先出柱子，分子量小的后出柱子）3、SDS聚丙烯酰胺电泳（P70，了解SDS作用原理，P75，第16题）4.毛细管电泳法和质谱法（不做要求） 蛋白质具有胶体性质，如布朗运动、光散射、电泳、不能透过半透膜、具有吸附能力等。胶体形成原因蛋白质表面水化膜和带相同电荷.在某一pH值的溶液中，蛋白质所带正负电荷相等，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此溶液的pH值即为该蛋白的等电点。利用蛋白质的带电性可以电泳分离蛋白质。1、变性：蛋白质受到某些理化因素的影响，其空间结构发生改变，蛋白质的理化性质和生物学功能随之改变或丧失，但未导致蛋白质一级结构的改变（相对分子质量不变）变性后的表现：生物活性丧失（酶）；溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小（蛋清）；对蛋白酶敏感性增大。2、复性：蛋白质的变性作用若不过于剧烈，则是一种可逆过程。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(renaturation)。大多蛋白质变性后，很难复性。 3、沉淀：能使蛋白质沉淀的试剂有：高浓度中性盐(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl中和蛋白质的电荷。这种加入盐使蛋白质沉淀析出的现象称为盐析，用于蛋白质分离制备。盐溶(P68)有机溶剂丙酮、乙醇(破坏蛋白质水膜)；重金属盐Hg2+、Ag+、Pb+（与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐）；生物碱试剂苦味酸、三氯乙酸、目酸、钨酸等（与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性盐）蛋白质的最大吸收光波长为280nm。2、蛋白质的呈色反应P66双缩脲反应，Folin-酚反应，茚三酮反应前处理，粗分级，细分级，结晶（P67）分离纯化方法：（理解应用，P75第17题）根据分子量大小不同分离（透析，超滤，密度梯度离心，凝胶过滤）根据溶解度的差异分离（等电点沉淀，蛋白质盐溶和盐析）根据电荷不同分离（电泳，离子交换层析）根据蛋白质的配体专一性进行亲和层析分离第二章

核酸核苷酸在细胞内有许多重要功能：它们用于合成核酸以携带遗传信息；它们还是细胞中主要的化学能载体；是许多种酶的辅因子的结构成分，而且有些（如cAMP、cGMP）还是细胞的第二信使。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是3′,5′-磷酸二酯键。按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；不同类型的RNA分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区，形成二级结构，并折叠产生三级结构，RNA与蛋白质复合物则是四级结构。tRNA的二级结构为三叶草形，三级结构为倒L形。mRNA则是把遗传信息从DNA转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体。核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解。酸水解时，糖苷键比磷酸酯键易于水解；嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解；嘌呤碱与脱氧核糖的糖苷键最不稳定。RNA易被稀碱水解，产生2’-和3’-核苷酸，DNA对碱比较稳定。核酸的碱基具有共轭双键，因而有紫外吸收的性质。核酸的紫外吸收峰在260nm附近，可用于测定核酸。根据260nm与280nm的吸收光度（A260）可判断核酸纯度。变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，但共价键并未断裂。核酸变性时，表现出增色效应。热变性一半时的温度称为熔点或变性温度，以Tm来表示。DNA的G+C含量影响Tm值。由于G≡C比A＝T碱基对更稳定，因此富含G≡C的DNA比富含A＝T的DNA具有更高的熔解温度。根据经验公式xG+C=（Tm-69.3）×2.44可以由DNA的Tm值计算G+C含量，或由G+C含量计算Tm值。变性DNA在适当条件下可以复性，物化性质得到恢复，具有减色效应。第三章酶酶是生物细胞产生的，以蛋白质为主要成分的生物催化剂。酶的专一性的机理1958年D.E.Koshland提出“诱导契合学说”：由酶的组成成分，酶可分为两类：单纯酶——仅由蛋白质组成结合酶——除蛋白质外，还有非蛋白质成分。即全酶=酶蛋白+辅因子辅因子有两种：辅酶——与酶蛋白结合较松弛；辅基——与酶蛋白结合较紧密，常常以共价键结合由酶的聚合状态，酶可分为三类：单体酶——酶蛋白仅有一个共价单位。寡聚酶——酶蛋白是寡聚蛋白质。多酶复合体——由几个酶聚合而成的复合体。一般由在系列反应中功能相关的酶组成，它有利于一系列反应的连续进行。同工酶：指具有不同分子结构但却催化相同反应的一组酶。举例：乳酸脱氢酶氧化还原酶类(oxidoreductase)：琥珀酸脱氢酶、多酚氧化酶2、转移酶类(transferase)：谷丙转氨酶、已糖激酶3、水解酶类(hydrolase)：酯酶、蛋白酶、淀粉酶4、裂合酶类(lyase)：醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶5、异构酶类(isomerase)：差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶6、合成酶类(ligase)：羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶酶的活性中心的功能部位：结合部位：底物在此与酶分子结合。一个酶的结合部位又可以分为各种亚位点，分别与底物的不同部位结合。催化部位：底物的敏感键在此被打断或形成新的键，从而发生一定的化学反应。一个酶的催化部位可以不止一有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位——调节中心，它可以与小分子的代谢物相结合，使酶分子的构象发生改变，从而影响酶的活性。这种作用叫变构效应(又叫别构效应)，具有变构效应的酶叫变构酶，引起变构的小分子物质叫变构剂(调节物)。使酶活性升高的变构叫正变构，此时的变构剂叫正变构剂(正调节物)；使酶活性降低的变构叫负变构，此时的变构剂叫负变构剂(负调节物)。变构酶的特点：已知的变构酶都是寡聚酶；变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中心。变构酶的v-[S]的关系不符合米氏方程，所以其曲线不是双曲线型。生物氧化与氧化磷酸化

自由能：在恒温恒压下，体系可以用来对环境做功的那一部分能量△G〈0，体系未达平衡，反应可自发正向进行。标准自由能变化△G'=－2.303RTlgK'△G=△G'＋2.303RTlg[B]/[A]△E'=标准氧化电位-标准还原电位△E'值越小，电负性越大，还原能力越强；△G'=－nF△E'可以根据△E'计算出化学反应的自由能变化。高能化合物：在标准条件下(pH7，25℃，1mol/L)发生水解时，可释放出大量自由能的化合物。习惯上把“大量”定义为5kcal/mol(即20.92kJ/mol)以上。高能磷酸化合物：分子中含磷酸基团，它被水解下来时释放出大量的自由能，这类高能化合物。高能键：在高能化合物分子中，被水解断裂时释放出大量自由能的活泼共价键，常用符号“~”表示

注意：高能键并不是这个键集中了大量的能量，而是指水解这个键前后的分子结构存在着很大的自由能的改变。“高能键”≠“键能高”底物水平磷酸化：代谢物通过氧化形成的高能磷酸化合物直接将磷酸基团转移给ADP，使之磷酸化生成ATP。氧化磷酸化：NADH或FADH2将电子传递给O2的过程与ADP的磷酸化相偶联，使电子传递过程中释放出的能量用于ATP的生成。氧化磷酸化的过程需要氧气作为最终的电子受体，它是需氧生物合成ATP的主要途径。在光合作用的过程中也能形成ATP，这种ADP的磷酸化方式叫光合磷酸化。在生物细胞内，由ADP磷酸化形成ATP的方式有三种：底物水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化细胞的能量状态可用能荷表示，是细胞中高能磷酸状态一种数量上的衡量，它的大小可用下式表示：能荷=(ATP+0.5ADP)/(ATP+ADP+AMP)能荷的数值在0~1之间。大多数细胞维持的稳态能荷状态在0.8~0.95的范围内。

在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢(或电子)的载体有三种——NADH、NADPH和FADH2。其中NADPH不进入呼吸链合成ATP，而是作为生物合成的还原剂；只有NADH和FADH2进入呼吸链。所以呼吸链有两条：由NADH开始的呼吸链——NADH呼吸链；由FADH2开始的呼吸链——FADH2呼吸链。1.NAD+：它作为有关脱氢酶的辅酶，接受代谢物上脱下的氢，生成NADH；而后与酶蛋白脱离，扩散至线粒体内膜的内表面，将氢(电子)传递给下一个电子传递体，自身又再生成NAD+，返回线粒体基质继续参与