生物化学辅导ppt课件

欢迎 各位同学参加 2011年 清北学堂生物学奥林匹克培训 ! 关于我的一点自我介绍 n 姓名：杨荣武 n 性别：男 n 职称：教授 n 工作单位：南京大学生命科学学院 n 电子信箱： n 主讲课程：生物化学 n 主要成绩：发了几篇论文，出了几本书 奥赛动向分析与预测 与高中生物学内容结合的越来越密切 与生活的实际结合的越来越密切 关心和追踪最新进展 生化、分子与细胞这三门见真功夫！ 身边的生物化学 4肉碱能否减肥？ 4“皮革奶 ” 4“瘦肉精 ” 2-肾上腺素激动剂，能加 强脂肪的分解，促进蛋白质的合成，化 学性质十分稳定，主要经尿和胆汁以原 型排出，会在脏器中残留，有毒副作用 。 瘦肉精的化学结构 去年两大生化发现与 诺贝尔医学及生理学奖 JSynthia（辛西娅） JGFAJ-1 J试管婴儿 谁是 Craig Venter？ NASA发现生命新可能 -砷元素或能形成生命体 J以剧毒砷生长的菌株 GFAJ-1，将改写生物教科书，使地球 外寻找生命的范围得以拓展 J美国宇航局天体生物学家费丽莎 乌尔夫 -西蒙 (Felisa Wolfe-Simon)，将从加利福尼亚州莫纳湖湖底收集而来的 微生物，置于实验室含有砷的混合试剂内培殖了数月，结 果发现微生物体内的磷原子被砷原子置换出来了。 J 乌尔夫 -西蒙表示，每天去实验室的时候都会摒住呼吸， 生怕这些微生物会死去，但它们没有。如果这一结果被确 认，那么 “ 生命及生命存在于何处 ” 的定义将被扩大。 J 碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球所有已知生命形式的六 大基本构建元素。磷是携带生命基因的 DNA和 RNA的化学成 分之一，被认为是所有活细胞的必需元素。 J砷在化学元素周期表的位置正好位于磷的下方，正是由于 两者化学习性相近，所以砷很容易被细胞吸收导致中毒。 记忆必需氨基酸 J 人体八种必需氨基酸，外加二种半必需 氨基酸，此为谐音记忆，非常有效：笨 （苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精（精氨酸 ）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨 酸）住（组氨酸）亮（亮氨酸）凉（异 亮氨酸）鞋（缬氨酸）。 无处不在的生物化学 J 为什么多吃西瓜，特别是西瓜皮有利于心血管的健康？ J 近朱者赤，近墨者黑！ J 反式脂肪与 -3脂肪酸 J 为什么狗急了跳墙，人急中生智？ J 为什么喝咖啡或绿茶能减肥？ J 农夫与蛇的故事 J 肉碱能减肥吗？ J 骗人的珍奥核酸 J 甲醇中毒了怎么办？ J 为什么过夜的韭菜不能吃？ J 太阳的好处与坏处 J 为什么路边的野蘑菇不要采？ J 我们人有多少个基因 ? J 先有 DNA，还是先有蛋白质？ J 世界上有不怕艾滋病毒的人吗？ J西瓜里面有瓜氨酸 J瓜氨酸在体内可以转变为精氨酸 J精氨酸是合成 NO的原料 JNO能够扩张血管 小心近墨者黑！ PrPc与 PrPsc在构象上的主要差别：（ 1） PrPc；（ 2） PrPsc 氨基酸考点分析 4蛋白质氨基酸 vs 非蛋白质氨基酸 4D型氨基酸 vs L型氨基酸 4必需氨基酸 vs 非必需氨基酸：联想到 必需脂肪酸和非必需脂肪酸以及维生素 4疏水氨基酸和亲水氨基酸 4氨基酸的性质：两性解离与等电点（如 何计算）；茚三酮反应；脯氨酸的特殊 性 蛋白质考点分析 4蛋白质一级结构的定义及表示方法：联想到核 酸的一级结构及其表示方法 4蛋白质的二级结构与主链上的氢键 4模体与结构域 4三级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键 、二硫键 4四级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键 、 4纤维状蛋白、球状蛋白与膜蛋白 4蛋白质的性质：紫外吸收、两性解离、变性与 复性、颜色反应；联想到核酸的相应的性质 核酸考点分析 4DNA与 RNA三大差别及其原因和生物学意 义 4几种比较重要的 RNA 4核酸的二级结构：三种双螺旋 ABZ的异同 4核酸的三级结构 4核酸的性质 核酸的分类核酸的分类 ? DNA 一种类型，一种功能 ? RNA 多种类型，多种功能 编码 RNA和非编码 (NcRNA) 性 质 RNA DNA 戊糖 D-核糖 2-D-脱氧核糖 碱基 A、 G、 C、 U A、 G、 C、 T 多聚核苷酸 链 的数 目 多 为单链 多 为 双 链 双螺旋 A型 B型和 Z型 种 类 多种 只有一种 功能 功能多 样 一种功能 :充当 遗传 物 质 碱溶液下的 稳 定性 不 稳 定，很容易水 解 稳 定 DNA和 RNA的结构异同 英文缩写 全称 功能 存在 mRNA 信使 RNA 翻译模板 所有的细胞 tRNA 转移 RNA 携带氨基酸，参与翻译 同上 rRNA 核糖体 RNA 核糖体组分，参与翻译 同上 SnRNA 核小 RNA 参与真核 mRNA前体的剪接 真核细胞 SnoRNA 核仁小 RNA 参与真核 rRNA前体的后加工 真核细胞 7SLRNA 7S长 RNA 参与蛋白质的定向和分泌 真核细胞 tmRNA 转移信使 RNA 兼有 mRNA和 tRNA的功能 原核细胞 gRNA 指导 RNA 参与真核 mRNA的编辑 某些真核细胞 RNAi（ microRNA和 siRNA) 干扰 RNA 调节基因的表达 真核细胞 Ribozyme 核酶 催化特定的生化反应 原核细胞、真核细胞 和某些 RNA病毒 Xist RNA 调节 雌性哺乳动物 一条 X染色体 转变成巴氏小体 哺乳动物 DNA & RNA 的差别的差别 ? 为什么 DNA含有 T? L C自发脱氨基变成 U L 修复酶能够识别这些突变，以用 C取代这 些 U。 L 如何区分正常的 U和突变而来的 U? L 使用 T就很容易解决以上问题。 DNA & RNA 的差别的差别 ? 为什么 DNA 2-脱氧， RNA不是 ? L RNA临近的 -OH使其更容易 L DNA缺乏 2-OH更加稳定 L 遗传物质必须更加稳定 L RNA需要的时候合成，不需要的时候 需要迅速降解。 为什么 DNA通常是 双链 的 ,RNA通 常是 单链 的 ? n 互补的双链结构使 DNA很容易进行复 制、修复和重组 n 单链的结构使得 RNA能够形成丰富多 彩的三维结构 AT和 GC碱基对的配对性质 B-型 DNA双螺旋结构的主要特征 双螺旋稳定的因素 （ 1）氢键 氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性 作用的是碱基的堆集力。 （ 2）碱基堆集力 这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻 碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之 间 嘌呤与嘧啶之间 嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化 能提高碱基的堆积力。 （ 3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和。 核酸的理化性质 n 紫外吸收 n 酸碱解离 n 变性 n 复性和杂交 DNA的变性和复性 酶学考点 4酶的化学本质：主要是蛋白质，少数是 RNA； 区分核酸酶和核酶；为什么 DNA不能充当酶？ 4细胞里有哪些反应由核酶催化？ 4酶的性质：与非酶催化剂的共同性质；酶的特 有性质 4米氏酶与别构酶 4米氏常数（ Km）、最大反应速度（ Vm）与 kcat 及 kcat/Km 4酶活性的调节 代谢考点 4真核细胞代谢的分室化 4NADH、 FADH2、 NADPH、 ATP 4几种重要的代谢途径：糖酵解、三羧酸 循环、糖异生、磷酸戊糖途径、卡尔文 循环、尿素循环、核苷酸代谢 4如何计算 ATP的得与失？ 代谢途径的分室化 代 谢 途径 发 生区域 三 羧 酸循 环 、氧化磷酸化，脂肪酸氧化，氨基酸分 解 线 粒体 糖酵解、脂肪酸合成、磷酸戊糖途径、 细 胞液 DNA复制、 转录 、 转录 后加工 细 胞核、 线 粒体、叶 绿 体 膜蛋白和分泌蛋白的合成 粗面内 质 网 脂和胆固醇的合成 光面内 质 网 翻 译 后加工（糖基化） 高 尔 基体 尿素循 环 肝 细 胞 线 粒体和 细 胞液 分解代谢和合成代谢 细胞需要持续不断的能量供应 NADH, NADPH和 ATP ATP 通用的能量货币 NADPH 生物还原剂 代谢中的能量考虑代谢中的能量考虑 糖酵解 发生在所有的活细胞 位于细胞液 共有十步反应组成 在所有的细 胞都相同，但速率不同。 两个阶段： i) 第一个阶段 投资阶段或引发阶 段 : 葡萄糖 F-1,6-2P 2G-3-P ii) 第二个阶段 获利阶段：产生 2 丙酮酸 +2ATP 丙酮酸的三种命运 糖酵解的两阶段反应 糖酵解第一阶段的反应 第一步反应 葡萄糖的磷酸化 己糖激酶或葡萄糖激酶 引发反应 ATP 被消耗，以便后面得到更多 的 ATP 葡萄糖的磷酸化至少有两个意义：首先葡萄糖 因此带上负电荷，极性猛增，很难再从细胞中 “逃逸 ”出去；其次葡萄糖由此变得不稳定，有 利于它在细胞内的进一步代谢。 葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞 反应 3: 磷酸果糖激酶 是糖酵解的限速步骤 ! L 糖酵解第二次引发反应 L 有大的自由能降低，受到高度的调控 糖酵解 -第二个阶段的反应 产生 4 ATP 导致糖酵解净产生 2ATP 涉及两个高能磷酸化合物 . 1,3 BPG PEP 反应反应 6: 甘油醛甘油醛 -3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 甘油醛 -3-磷酸被氧化成甘油酸 -1,3-二磷酸 这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 产生 1,3-BPG和 NADH 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能 够抑制此酶活性。 砷酸在化学结构和化学性质与 Pi极为相似，因此 可以代替无机磷酸参加反应，形成甘油酸 -1-砷酸 -3-磷酸，但这样的产物很不稳定，很快就自发地 水解成为甘油酸 -3-磷酸并产生热，无法进入下一 步底物水平磷酸化反应。由于甘油酸 -1-砷酸 -3-磷 酸的自发水解，将导致 ATP合成受阻，影响细胞 的正常代谢，这就是砷酸有毒性的原因。 反应 10: 丙酮酸激酶 PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP 产生两个 ATP，可被视为糖酵解途径最后的 能量回报。 G为 大的 负值 受到调控 ! NADH和丙酮酸的去向 有氧还是无氧？ 在有氧状态下 NADH和丙酮酸的命运 （ 1） NADH的命运 NADH在呼吸链被彻底氧化成 H2O并产生更多的 ATP。 （ 2）丙酮酸的命运 丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输体与质子一起进入 线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰 - CoA 在缺氧状态或无氧状态下 NADH和丙酮酸的命运 （ 1）乳酸发酵 （ 2）酒精发酵 线粒体内膜上的甘油 -3-磷酸和苹果酸 -天冬氨酸穿梭系统 糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义 产生 ATP 提供生物合成的原料 糖酵解与肿瘤 缺氧与缺氧诱导的转录因子 糖异生 泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成 葡萄糖的过程。它主要发生在动物的肝脏 （ 80）和肾脏（ 20），是动物细胞自 身合成葡萄糖的唯一手段。植物和某些微 生物也可以进行糖异生。 糖异生与糖酵解途径的比较 糖异生的底物 (动物 ) 丙酮酸 , 乳酸 , 甘油 , 生糖氨基酸，所 有 TCA循环的中间物 $偶数脂肪酸不行 ! $因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰 CoA，而乙酰 CoA不能提供葡萄糖的 净合成 丙酮酸羧化酶 糖异生的第一步反应 存在于线粒体基质，需要生物素辅基 由 ATP驱动羧化反应 果糖 -1,6-二磷酸酶 将 F-1,6-P水解成 F-6-P 葡糖 -6-磷酸酶 催化葡糖 -6-磷酸水解成葡萄糖 存在于肝、肾细胞内质网膜上。 肌肉和脑细胞没有这种酶，故不能进行糖 异生 G-6-P需要进入内质网腔才能水解 TCA 循环循环 是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 也称为柠檬酸循环和 Krebs循环 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酸） 被降解成 CO2 产生一些 ATP 产生更多的 NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的 ATP。 完整的三羧酸循环 乙酰 CoA的形成 脂肪酸的 氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧 由丙酮酸脱氢酶 系催化 砒霜的毒性机理 TCA 循环总结 总反应： 乙酰 -CoA+3NAD +FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+ GTP+2H +CoA 1个乙酰 -CoA通过三羧酸循环产生 2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH2 2H2O被使用作为底物 绝对需要 O2 吵， 您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！ TCA循环的功能循环的功能 $产生更多的 ATP $提供生物合成的原料 $ 是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分 解途径 $某些代谢中间我作为其他代谢途径的别 构效应物 $产生 CO2 一分子葡萄糖彻底氧化过程中的 ATP 收支情况 与 ATP合成相关的反应 合成 ATP的方式 合成 ATP的量 糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛 -3-磷酸脱氢酶 （ NADH） 消耗 ATP 消耗 ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 5或 6或 7 1 1 2 2 3或 4或 5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链） 丙酮酸脱氢酶系 氧化磷氧化磷酸化酸化 22.5 5 三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（ NADH） -酮戊二酸脱氢酶系（ NADH） 琥珀酰 -CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（ FADH2）