生物化学复习课课件

生物化学复习课 广西民族师范学院化生系 Biochemistry 研究生物体的化学生命机体的结构层次在分子水平揭示生物体深层次内在规律的学科 生物化学是一门什么课程 一 生物分子的结构 性质与功能 二 物质代谢 调节及控制 三 遗传信息传递及调控 一 生物化学的研究内容 地球上存在的天然元素中 只有约30种在生物体内被发现 第一类元素 C H O N P S六种元素是组成生命体最基本的元素 约占生物体总质量的97 以上 第二类元素 Cl Ca K Na Mg是组成生命体的基本元素 常量元素 第三类元素 Fe I Zn Mn Co Mo Cu Se Cr F是生物体内存在的不可缺少的微量元素 必需微量元素 第四类元素 V Ni B Sn Si等 微量元素 1 生命物质主要元素组成的规律性 三 生物化学的知识框架 两大类 生物大分子是生物体和生命现象的结构和功能的基础 是生物化学研究的基本对象 大分子 多糖脂质核酸蛋白质 小分子 维生素 辅酶 激素 核苷酸 氨基酸 糖 脂肪酸和甘油等 2 生物大分子组成的规律性 蛋白质核酸脂质多糖氨基酸核苷酸甘油 脂肪酸单糖肽键3 5 磷酸二酯键 糖苷键氨基端 羧基端5 磷酸 3 羟基 非还原端 还原端N C5 3 非还原端 还原端 四种生物大分子结构特点 一 元素组成 在任何生物样品中 每克氮的存在 大约表示该样品含100 16 6 25g蛋白质 凯氏定氮法以生物样品中的含氮量计算蛋白质含量 质量分数 每克样品中氮含量g 6 25 100 主要元素 C O N H S 微量元素 P Fe Zn Cu Mo I 1克氮相当于6 25克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据 第一节蛋白质的分类 为什么不法商家在牛奶中掺入三聚氰胺 一 氨基酸 aminoacid 的结构通式 除脯氨酸 亚氨基酸 外 其他19种均具有如下结构通式 不变部分 侧链 可变部分 蛋白质是由20种基本氨基酸组成的 第二节蛋白质的组成单位 氨基酸 不同的aa在于R基团的不同 基本氨基酸中 除脯氨酸和甘氨酸外其余均属于L 氨基酸 例外 Pro 亚氨基酸 Gly 没有手性 几种特殊氨基酸 必须氨基酸共八种 蛋氨酸 Met 苏氨酸 Thr 色氨酸 Trp 缬氨酸 Val 赖氨酸 Lys 苯丙氨酸 Phe 异亮氨酸 Ile 亮氨酸 Leu 4 按营养状况分 人的必需氨基酸MetTrpLysValIleLeuPheThr假设来借一两本书Arg HisTrp Cys 中性AA 15种 有极性与非极性3 按R基的性质分三类酸性AA 2种 天冬氨酸 谷氨酸碱性AA 3种 组 赖 精 三 氨基酸的理化性质 1 两性解离和等电点 两性离子 偶极离子 是指在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的 NH3 正离子和能接受质子的 COO 负离子 氨基酸同时含有氨基和羧基 氨基具有碱性 羧基具有酸性 氨基酸是两性电解质 氨基酸的两性解离性质及等电点 pI pH pI净电荷 0 pH pI净电荷为正 pH pI净电荷为负 pK 1 pK 2 当氨基酸溶液在某一定pH值时 使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等 成为两性离子 在电场中既不向阳极也不向阴极移动 此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点 isoelctricpoint 氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的pH值 所带净电荷为零 氨基酸主要是两性离子形式 氨基酸的电解 或解离 处于动态平衡 氨基酸水溶液一般不呈中性 中性氨基酸的等电点一般在5 0 6 3 酸性氨基酸约在2 8 3 2碱性氨基酸为7 6 10 9 在等电点时氨基酸的偶极离子浓度最大 溶解度最小 可根据等电点分离氨基酸的混合物 等电点时氨基酸的特性 混合氨基酸的分离或制备 判断在某一pH值下氨基酸的带电性 pH pI时 氨基酸带净负电荷 在电场中将向正极移动 pH pI时 氨基酸带净正电荷 在电场中将向负极移动 pH pI时 氨基酸所带净电荷为零 在电场中在原点不动 当 pH pH pI 则 pH 越大 氨基酸所带电量越高 氨基酸等电点特征的应用 2 氨基酸的化学性质 1 茚三酮反应 反应分2步 茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析 在弱碱溶液中 氨基酸的 氨基与2 4 二硝基氟苯 DNFB 反应 生成黄色的二硝基苯氨基酸 DNP AA 此反应最初被Sanger用于测定胰岛素一级结构 3 2 4 二硝基氟苯 DNFB 反应 Sanger反应 1918 英国生物化学家 曾获1958年诺贝尔化学奖 丹黄酰氯代替 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物 两分子氨基酸缩合形成二肽 三分子氨基酸缩合则形成三肽 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全 被称为氨基酸残基 多肽链 主链 侧链 侧链 N末端 多肽链中有自由氨基的一端C末端 多肽链中有自由羧基的一端多肽链的表示方法 从N端开始到C端 多肽有两端 氨基末端 羧基末端 第四节蛋白质的结构 蛋白质的分子结构包括 一级结构 primarystructure 二级结构 secondarystructure 三级结构 tertiarystructure 四级结构 quaternarystructure 一 蛋白质的一级结构 多肽链中氨基酸的排列顺序 包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构 primarystructure 这是蛋白质最基本的结构 它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息 例 牛胰岛素的一级结构 1定义 主要化学键 肽键二硫键 离子键 氢键 范德华力 疏水相互作用力 二 蛋白质的空间结构 肽键是连接各个氨基酸之间的共价键 很强且稳定 不易受破坏 氢键 范德华力 疏水作用力 盐键 均为次级键 1 稳定蛋白质空间结构的作用力 维系蛋白质分子的一级结构 肽键 二硫键维系蛋白质分子的二级结构 氢键维系蛋白质分子的三级结构 疏水相互作用力 氢键 范德华力 盐键维系蛋白质分子的四级结构 范德华力 盐键 2 蛋白质的二级结构 蛋白质多肽链主链有一定的周期性的 由氢键维持的局部空间结构 定义 蛋白质二级结构的主要形式 螺旋 helix 折叠 pleatedsheet 转角 turn 凸起 bugle 无规卷曲 randomcoil 3 超二级结构和结构域 在蛋白质分子中 由若干相邻的二级结构单元组合在一起 彼此相互作用 形成有规则的 在空间上能辨认的二级结构组合体 几种类型的超二级结构 结构域是指多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠称紧密的近似球状 具有部分生物功能的结构 3 超二级结构和结构域 4 蛋白质的三级结构 疏水键 多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链避开水相自相粘附聚集在一起 形成空穴 离子键 盐健 由蛋白质中正 负电荷的侧链基团相互接近 通过静电吸引而形成的基团之间的作用力 氢键 一个电负性原子上共价连接的氢 与另一个电负性原子之间的静电作用力 稳定因素 球状蛋白的多肽链在二级结构 超二级结构和结构域等结构层次的基础上 组装而成的完整的结构单元 定义 亚基之间的结合力主要是氢键和离子键 4 蛋白质的四级结构 由多条多肽链组成的蛋白质 肽链间相互以非共价键联结成一个活性单位 这种肽链就称为该蛋白质的亚基 蛋白质的四级结构 蛋白质分子中各亚基的空间排布 亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象 第六节蛋白质的性质与分离 分析技术 蛋白质的相对分子质量很大 一般在10000 1000000之间 或更大一些 测定蛋白质相对分子质量的方法常用渗透压法 超离心法 凝胶过滤法 聚丙酰胺凝胶电泳法等 沉降系数 s 单位离心场的沉降速度 1 蛋白质的相对分子质量 一 蛋白质的性质 为了比较起见 在不同温度和溶剂中测得的沉降系数需要换算成标准条件下的s值 沉降系数的标准条件定为20 C 溶剂为水 校正后的沉降系数用s20 w表示 大部分生物大分子的沉降系数介于1 10 13到200 10 13秒的范围 因此 把10 13秒作为一个单位 称为斯维得贝格单位或称沉降系数单位 用S 大写 来表示 即 1S 10 13秒 3 蛋白质的变性 在某些物理或化学因素的作用下 天然蛋白质严格的空间结构被破坏 肽键不断裂 一级结构不变 从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变 称为蛋白质的变性 蛋白质变性的可逆性 复性 某些蛋白质变性后可以在一定的条件下重新形成原来的空间结构 并恢复原来部分理化特性和生物学活性 这个过程称为蛋白质的复性 renaturation 3 蛋白质变性的可逆性与复性 蛋白质在体外变性后 绝大多数情况下不能复性 如变性程度浅 蛋白质分子的构象未被严重破坏 或蛋白质具有特殊的分子结构 并经特殊处理则可以复性 使蛋白质沉淀的试剂 1 高浓度中性盐 NH4 2SO4 Na2SO4 NaCl这种加入盐中和蛋白质的电荷 使蛋白质沉淀析出的现象称为盐析 用于蛋白质分离制备 2 有机溶剂丙酮 乙醇破坏蛋白质水膜3 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4 生物碱试剂苦味酸 三氯乙酸 钨酸等与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性盐 5 蛋白质的沉淀 6 蛋白质的颜色反应 二 蛋白质的分离和分析技术 主要是根据蛋白质在溶液中的性质不同对蛋白质进行分离 1 溶解度 2 分子大小 2 分子大小 3 带电荷性质 4 对配体的特异性 一 根据蛋白质溶解度不同 主要方法 1 盐析2 等电点沉淀法3 低温有机溶剂沉淀法 盐析 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 透析 利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法 盐析法是分离纯化蛋白质的过程中最常用的方法之一 盐析出的蛋白质仍然保持蛋白的天然构象 1 盐析 常用的中性盐 2 等电点沉淀法 蛋白质是两性电解质 在不同的PH条件下 蛋白质分子的电荷性质和数量会发生变化 当pH pI 净电荷为零 相邻蛋白质分子之间失去了静电斥力而趋向于聚集沉淀 即在不改变其它条件的情况下 PH处于等电点时的蛋白质溶解度达到最低点 而位于等电点两侧的PH条件下蛋白质的溶解度迅速上升 3 低温有机溶剂沉淀法 与水互溶的有机溶剂 如甲醇 乙醇和丙酮等 能使蛋白质在水中的溶解度显著降低 在室温下 这些有机溶剂不仅能引起蛋白质沉淀 而且伴随着变性 一般蛋白质的分级分离操作一般都在0 4oC温度下进行 第三章核酸 广西民族师范学院化生系 核酸 nucleicacid 由核苷酸组成的具有复杂三维结构的生物大分子 在生物体内负责生命信息的储存和传递 核酸与蛋白质一样 是一切生物机体不可缺少的组成部分 核酸不仅对于生命的延续 生物物种遗传特性的保持 生长发育 细胞分化等起着重要的作用 而且与生物变异也有密切相关 一 核酸的元素组成基本元素 CHONP核酸的元素组成有两个特点 1 一般不含S2 P含量较多 并且恒定 9 10 因此 实验室中用定磷法进行核酸的定量分析 DNA9 9 RNA9 5 第一节核酸的组成成分 任何核酸都含磷酸 所以核酸呈酸性 核酸 核苷酸 水解 二 核酸的分子组成 2 含氮碱嘧啶碱 尿嘧啶 U 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 嘌呤碱 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 T 嘧啶环嘌呤环 3 核苷 nucleoside 核苷 含氮碱基与戊糖缩合而成的糖苷 核苷 戊糖 碱基 C N糖苷键 核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸 核苷 磷酸核苷中戊糖C2 C3 C5羟基被磷酸酯化 核苷酸都是核酸的基本结构单位 生物体内多是5 核苷酸 1 核苷酸的结构和功能 4 核苷酸 构成DNA的核苷酸 5 脱氧核苷酸 构成RNA的核苷酸 5 核苷酸 八种核苷酸如下表所示 M 一 D 二 T 三 P 磷酸RNA的名称为某 一 二 三 苷酸 DNA在某 一 二 三 前加脱氧两字 如AMP称腺苷一磷酸 或腺苷酸 dAMP称为脱氧腺苷一磷酸 脱氧腺苷酸 稀有核苷酸与上类似 游离核苷酸及其衍生物的形式 1 继续磷酸化 一 DNA的结构 一级结构 脱氧核苷酸分子间连接方式及排列顺序 二级结构 两条DNA多聚核苷酸链间通过氢键形成的双螺旋结构 三级结构 DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象 第二节核酸的一级结构 一 DNA的分子结构 一 DNA的一级结构 1 定义 DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸 dAMP dGMP dCMP dTMP 按一定顺序 通过3 5 磷酸二酯键连成的直线形或环形分子 2 DNA的书写顺序是5 3 第二节核酸的一级结构 第三节DNA的二级结构 双螺旋 1 定义 DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构 1953年 沃森 J Watson 和克里克 F Crick 在前人研究工作的基础上 根据DNA纤维和DNA结晶的X 衍射图谱分析及DNA碱基组成的定量分析以及DNA中碱基的物化数据测定 提出了著名的DNA双螺旋结构模型 并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测 这是20世纪生物学上最辉煌的成就 1 DNA是一反向平行的互补双链结构 在双链结构中糖 磷酸骨架居外侧 而碱基位于内侧 两条链之间的碱基以氢键相结合 碱基互补配对 A T G C 一条链的走向为5 3 另一条为3 5 3 双螺旋结构模型要点 2 DNA双螺旋为右手螺旋 螺旋直径为2nm 螺旋每旋转一周为10对碱基 螺距为3 4nm 每个碱基平面之间的距离为0 34nm 并形成大沟和小沟 小沟 大沟 3 糖 磷酸主链在螺旋外侧 碱基对平面在内侧且平面与螺旋轴垂直 螺旋表面有一条大沟和一条小沟 4 碱基平面与纵轴垂直 糖环平面与纵轴平行 5 螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持 3 双螺旋结构模型要点 4 双螺旋结构的稳定因素 DNA双螺旋在生理状态下十分稳定 结构不发生变化 稳定DNA双螺旋结构的主要作用力 1 碱基堆积力 主要因素 是双螺旋中垂直方向的作用力 维持双链的纵向稳定性 2 氢键为双螺旋中水平方向的作用力 3 离子键磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子或阳离子化合物之间所形成的盐键 5 DNA双螺旋的类型 1 B DNA螺旋 DNA在92 相对湿度的钠盐中的构型 标准的右手双螺旋 细胞正常状态下DNA存在的构型 2 A DNA螺旋 DNA在75 相对湿度的钠盐中的构型 3 Z DNA螺旋 左手的DNA螺旋 这种螺旋可能在基因表达的调控中起作用 4 H DNA螺旋 三螺旋结构 又称三链DNA tsDNA DNA双螺旋的可变性 1 环状DNA的超螺旋结构 1 线形的双螺旋 真核生物染色体DNA 2 环状的双螺旋 细菌 细菌质粒 线粒体 叶绿体以及一些病毒的DNA 第四节DNA的高级结构 DNA在双螺旋的基础上通过扭曲和折叠形成的构象 超螺旋是DNA三级结构的主要形式 双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构 也就是比双螺旋更为复杂的构象 主要是指双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋 1 环状DNA的超螺旋结构 超螺旋即DNA双螺旋的螺旋 2 真核细胞染色体DNA念珠状 线形 三级结构真核生物染色体是由DNA和蛋白质构成 其基本的结构单元是核小体 核小体的组成 DNA约200bp组蛋白H1H2A H2BH3H4 基因 DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称 是DNA分子中最小的功能单位 基因位于染色体上 并在染色体上呈线性排列 基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代 还可以使遗传信息得到表达 第五节DNA和基因组 一 基因和基因组的概念 基因组 一个细胞或生物体所含的全套基因称基因组 RNA的特点及分类 结构特点 1 碱基组成 A G C U A U G C 2 稀有碱基较多 稳定性较差 易水解 3 多为单链结构 少数局部形成螺旋 发夹结构 4 分子较小 分类 1 信使RNA mRNA 2 转运RNA tRNA 3 核糖体RNA rRNA 二 病毒和细菌基因组的特点 共同点 基因组较小 基因组大部分序列用来编码蛋白质 间隔序列短 具有操纵子结构 病毒 细菌 多个功能相关的结构基因成簇串联排列 与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因表达单位 操纵子operon 三 真核生物基因组的特点 基因组较大 不存在操纵子结构 存在大量的重复序列 有断裂基因 RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸 AMP GMP CMP UMP 按一定顺序 通过3 5 磷酸二酯键连成的线形分子 其表示方法与DNA相同 RNA的二级结构是短的 不完全螺旋的多核苷酸链 天然RNA并不像DNA一样都是双螺旋结构 而是单链线形分子 只有局部区域为双螺旋结构 双螺旋区约占RNA分子的50 RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构 第六节RNA的结构和功能 这种由单链自身折叠形成的结构称为茎环结构 茎环结构是各种RNA的共同的二级结构特征 一 tRNA的结构 tRNA的一级结构1 由74 93个 多为76个 核苷酸组成单链 沉降系数为4S 沉降系数又称为沉降常数 指离心力场中沉降分子下沉的速度 1S 1x10 13秒 S常用来表示核酸分子 蛋白质分子和糖体等的大小 2 具有不变的 恒定的 核苷酸 U8 G18 G193 含较多的修饰核苷酸 稀有碱基 4 5 端多为PG 3 端多为CCAOH 用来接受活化的氨基酸 又称为接受末端 2 tRNA的二级结构 三叶草结构具有四臂四环3 端为CCAOH序列 5 端为PG3 tRNA的三级结构 倒L形结构 tRNA的三叶草型二级结构 1 2 4 叶子 反密码子环 反密码子 载运氨基酸 氨基酸臂 稀有碱基 RNA中的碱基配对原则A UG C 3 可变环 二氢尿嘧啶环 次黄嘌呤 不同的tRNA具有不同的可变环 所以可变环是tRNA分类的重要指标 假尿嘧啶核苷 胸腺嘧啶核糖核苷环 D环 T C环 tRNA的 倒L 型三级结构 mRNA的成熟过程 3 真核生物mRNA是单顺反子的 而原核生物的mRNA是多顺反子的 顺反子 是由顺反试验所规定的遗传单位相当于一个基因 含有决定一种蛋白质氨基酸序列的全部核苷酸序列 多顺反子 是指携带一种以上蛋白质合成信息的mRNA也就是说 原核生物mRNA可编码几条不同的多肽链 单顺反子 只编码一条多肽链 一 一般理化性质 1 为两性电解质 通常表现为酸性 2 DNA为白色纤维状固体 RNA为白色粉末 均微溶于水 不溶于有机溶剂 3 DNA溶液的粘度极高 而RNA溶液要小得多 4 RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定 第七节核酸的性质 二 核酸的紫外吸收性质 核酸的碱基具有共共轭双键 因而有紫外吸收性质 吸收峰在260nm 蛋白质的紫外吸收峰在280nm 核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30 40 当核酸变性或降解时光吸收值显著增加 增色效应 但核酸复性后 光吸收值又回复到原有水平 减色效应 三 核酸的变性 复性和分子杂交一 核酸的变性 1 核酸 DNA 变性的概念 双螺旋区氢键断裂 空间结构破坏 形成单链无规则线团状态的过程 监测指标为A260的变化 判断依据 产生增色效应 黏度下降 浮力密度升高 生物学功能部分或全部丧失 常用的变性方法为加热 区分核酸降解 2 变性温度通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称为DNA的熔点或熔解温度 meltingtemperature Tm 用Tm表示 DNA的Tm值一般在70 85度之间 以加热为变性条件 使DNA分子双链解开50 所需温度 1 DNA复性的概念变性DNA在适当条件下 又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构 这一过程称为复性 热变性DNA经缓慢冷却后即可复性 也称为退火 DNA复性速度受温度的影响 复性时温度缓慢下降才可使其重新配对复性 如加热后将其迅速冷却至4 以下 则不可能发生复性 比Tm低25 为DNA复性的最佳条件 二 核酸的复性 减色效应 三 核酸的分子杂交定义 在退火条件下 不同来源的DNA互补区形成氢键 或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA RNA杂合双链的过程 3 一个双螺旋DNA分子中有一条链的成分 A 0 30 G 0 24 请推测这一条链上的 T 和 C 的情况 互补链的 A G T 和 C 的情况 解答 T C 1 0 30 0 24 0 46 T 0 30 C 0 24 A G 0 46 作业 P101 3 6 10 2 DNA的碱基组成特点 Chargaff定律 1 所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等 即A T 鸟嘌呤与胞嘌呤的摩尔含量相等 即G C 嘌呤碱总量 嘧啶碱总量 即A G T C 2 不同生物DNA的碱基组成有很大差异 可用不对称比率 A T G C表示 亲缘相近的生物 其DNA的碱基组成相近 即不对称比率相近 6 如果人体有1014个细胞 每个体细胞的DNA含量为6 4 109个碱基对 试计算人体DNA的总长度是多少 是太阳 地球之间距离 2 2 109km 的多少倍 已知双链DNA每1000个核苷酸重1 10 18g 求人体DNA的总质量 解答 每个体细胞的DNA的总长度为 6 4 109 0 34nm 2 176 109nm 2 176m 人体内所有体细胞的DNA的总长度为 2 176m 1014 2 176 1011km 长度与太阳 地球之间距离 2 2 109km 相比为 2 176 1011 2 2 109 99倍 每个核苷酸重1 10 18g 1000 10 21g 所以 总DNA6 4 1023 10 21 6 4 102 640g 10 真核生物基因组和原核生物基因组各有哪些特点 解答 原核生物基因组的特点 1 基因组较小 2 基因组大部分序列用来编码蛋白质 间隔序列短 3 具有操纵子结构 真核生物基因组的特点 1 基因组较大 2 不存在操纵子结构 3 存在大量的重复序列 4 有断裂基因 存在 普遍一 定义与组成1 定义 糖是多羟基醛或酮及其衍生物或缩聚物的总称 2 元素组成 C H O3 通式 Cn H2O m 过去称为碳水化合物 不准确 如鼠李糖 C6H12O5 脱氧核糖 C5H10O4 第四章糖类 根据羰基的存在形式 分为醛糖和酮糖 单糖 单糖是最简单的糖 不能再被水解为更简单的糖类物质 根据所含碳原子数目可分为以下几种 第一节单糖 最简单的糖是甘油醛和二羟基丙酮 三 单糖的椅式和船式构象 折叠成椅式和船式两种构象椅式比船式稳定 若干种单糖 寡糖 蔗糖 D 麦芽糖 型 乳糖 型 纤维二糖 型 油脂的化学本质是酰基甘油 其中主要是三酰甘油 TG 也称为甘油三酯 中性脂肪或脂肪 此外还有少量二酰甘油和单酰甘油 常温下呈液态的酰基甘油称为油 呈固态的称为脂 植物性酰基甘油多为油 动物性酰基甘油多为脂 第五章脂类和生物膜 2 三酰甘油的物理性质 溶解度 不溶于水 而溶于非极性有机溶剂 光学性质 甘油三酯的1 3上的脂肪酸不同时 有光学活性 熔点 甘油三酯的熔点由其脂肪酸的组成决定 常温下 动物中的三酰甘油饱和脂肪酸含量高 熔点亦高 常温下呈固态 称为脂 植物中的三酰甘油不饱和脂肪酸含量高 常温下呈液态 称为油 3 三脂酰甘油的化学性质 水解与皂化 卤化和碘价 氢化作用 酸败和酸值 水解反应与皂化反应 皂化反应 在碱性条件下生成脂肪酸盐和醇的反应 皂化值 皂化1g甘油三酯所需KOH的毫克数 可以衡量油脂的平均相对分子质量的大小 油脂的平均相对分子质量 式中 中和1mol三酰甘油需要3molKOH 56 1为KOH的分子量 水解反应与皂化反应 卤化作用和碘价 卤化作用 指油脂中不饱和双键与卤素发生加成 生成卤代脂肪酸的反应 碘价 指在油脂的卤化作用中 100g油脂与碘发生加成反应所需碘的克数 也称作碘值 不饱和程度越高 碘值越高 氢化作用 氢化 指在催化剂 如金属Ni 的作用下 甘油三酯中的不饱和双键与氢发生加成反应 不饱和甘油三酯 饱和甘油三酯 酸败和酸值 酸价 酸败 脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中会产生难闻的气味 原因是脂类长期在光和热的作用下 会发生水解反应而放出游离的脂肪酸 含不饱和键的游离脂肪酸被氧化 断裂生成醛 酮及低分子量脂肪酸 从而产生臭味 酸值 价 中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗的KOH的毫克数 二 天然脂肪酸的结构特点 1 天然脂肪酸骨架的碳原子数目在12 24之间 几乎都是偶数 最多见的是C16 C18等长链脂肪酸 2 在大多数单不饱和脂肪酸中双键的位置在C9和C10之间 3 天然脂肪酸中的双键多为顺式构型 少数是反式构型 三 必需脂肪酸 哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸 不能合成多不饱和脂肪酸 如亚油酸 亚麻酸 花生四烯酸等 我们把维持哺乳动物正常生长所必需的而体内又不能合成的脂肪酸称为必需脂肪酸 第一节酶的概念与特点 一 酶是生物催化剂 酶是由活细胞产生的 具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子 包括蛋白质和核酸 二 酶的特点 一般特性加快反应速度 而本身在反应前后没结构和性质的改变 只缩短反应达到平衡所需要的时间而不改变反应平衡常数 第六章酶 特殊性1 酶催化效率高比非催化高105 1017倍 2 酶具有高度专一性酶对反应的底物和产物都有极高的专一性 只作用于一类甚至是一种底物 3 酶易失活常温 常压 中性pH环境下反应 4 酶的催化活性可被调节控制酶抑制剂调节 反馈调节 酶原激活 共价修饰 激素控制等 一 酶的化学本质 绝大多数酶是蛋白质证据 1 酸水解的产物是氨基酸 能被蛋白酶水解失活 2 具有蛋白质的一切共性 凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性 3 1969年 人工合成牛胰核糖核酸酶 少数酶是RNA 核酶 ribozyme 第二节酶的化学本质与组成 第三节酶的命名和分类 二 国际系统分类法及编号 国际生物化学会酶学委员会 EnzymeCommsion 将酶分成六大类 1 氧还原酶类 2 移换酶类 3 水解酶类 4 裂合酶类 5 异构酶类 6 合成酶类 一 酶的专一性 1 结构专一性 structurespecificity 绝对专一性 只能作用于一个底物 或只催化一个反应 如 麦芽糖酶只作用于麦芽糖 脲酶只催化尿素水解 分为结构专一性和立体异构专一性 第四节酶的专一性 键专一性 只对底物分子中其所作用键要求严格 O如 R C O R RCOOH R OH 酯酶 基团专一性 要求底物具有一定的化学键 而且对键的某一端所连基团也有一定要求 如 D Glc苷酶 水解蔗糖和麦芽糖 2 立体异构专一性 stereospecificity 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度专一性 当底物具有立体异构体时 酶只能作用于其中的一种 如 L 氨基酸氧化酶只催化L 氨基酸的氧化脱氨基 试指出下列每种酶具有哪种类型的专一性 1 脲酶 只催化尿素NH2CONH2的水解 但不能作用于NH2CONHCH3 2 D 葡萄糖苷酶 只作用于 D 葡萄糖形成的各种糖苷 但不能作用于其他的糖苷 例如果糖苷 3 酯酶 作用于R1COOR2的水解反应 4 L 氨基酸氧化酶 只作用于L 氨基酸 而不能作用于D 氨基酸 二 酶专一性的假说 1 1894年 Fisher提出 锁与钥匙学说 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的 酶表面具有特定的形状 酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样 2 1958年 Koshland提出 诱导契合假说 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状 而只是由于底物的诱导才形成了互补形状 催化剂的作用是降低反应活化能 从而起到提高反应速度的作用 第五节酶的作用机制 活化能 底物分子从初态转变到活化态所需的能量 一 酶的活性中心 酶的活性中心 activecenter 酶分子中能直接与底物分子结合 并催化底物化学反应的部位 一种酶可有一个或多个活性中心 结合基团 Bindinggroup 催化基团 catalyticgroup 第五节酶的作用机制 活性部位的共同特点 1 酶的活性部位在酶分子的整体结构中只占很小的部分 占总体积的1 2 2 酶的活性部位具有三维立体结构 3 酶的活性部位含有特定的催化基团 4 酶的活性部位具有柔性 5 酶的活性部位通常是酶分子上的一个裂隙 二 中间产物学说 在酶催化的反应中 第一步是酶与底物形成酶 底物中间复合物 当底物分子在酶作用下发生化学变化后 中间复合物再分解成产物和酶 E SE SP E 许多实验事实证明了E S复合物的存在 如 已获得ES结晶X线衍射法描出ES图象同位素标记底物实验光谱分析分析 概念研究各种因素对酶促反应速率以及影响此速率的各种因素的科学 影响因素包括有酶浓度 底物浓度 pH 温度 抑制剂 激活剂等 研究一种因素的影响时 其余各因素均恒定 第六节酶促反应动力学 酶促反应速率一般在规定的反应条件下 用单位时间内底物浓度的减少量和产物浓度的增加量来表示 根据中间产物学说 E SE SP E1913年 Michaelis和Menten建立米氏方程 Km即为米氏常数Vmax为最大反应速度 前提 1 在初速度范围内 产物极少 2 S E ES形成不会明显降低底物的量 3 ES保持动态平衡 即E SE S 三 酶促反应的动力学方程式 当 S Km V Vmax 零级反应 S Km V Vmax 2 Km 米氏常数 定义 酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度 因此 米氏常数的单位为mol L 不可逆抑制 irreversibleinhibition 抑制剂与酶分子的必需基团以共价键结合 不能用透析或超滤的方法除去抑制剂而恢复酶活 酶的抑制剂的作用类型 可逆抑制 reversibleinhibition 抑制剂以非共价键与酶分子结合 一般用透析或超滤的方法可除去而恢复酶活 可分为 竞争性抑制作用 competitiveinhibition 非竞争性抑制作用 noncompetitiveinhibition 反竞争性抑制作用 uncompetitiveinhibition 一 维生素 vitamin 的概念定义 维持细胞正常功能所必需的 需要量很小 机体内不能合成或合成很少 需由食物供给的一类小分子有机化合物 特点 1 是一些结构各异的生物小分子 2 需要量很少 以mg g计 3 体内不能合成或合成量不足 必须直接或间接从食物中摄取 因缺乏维生素而产生的疾病统称为维生素缺乏症 avitaminosis 第七章维生素和辅酶 维生素种类很多 化学结构上无共同性 通常按溶解性质分为两大类 水溶性维生素 脂溶性维生素 维生素B族 B1 B2 泛酸 维生素PP B6 生物素 叶酸 B12 和维生素C等 维生素A D E K 二 维生素的分类 1 新陈代谢 metabolism 的概念 新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程 它包括生物体内所发生的一切合成 同化作用 耗能 和分解 异化作用 放能 作用 第八章新陈代谢总论和生物氧化 3 新陈代谢过程的特点 绝大多数代谢反应的条件比较温和 由酶所催化 反应相互配合 彼此协调 有严格的顺序性 生物体对内外环境有高度的适应性和灵敏的自动调节 反应途径一般都有严格的细胞定位 即代谢途径局限于细胞的特定区域 2 ATP的作用 ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂 ATP是能量的携带者或传递者 生物氧化 指有机物质在生物体内氧的作用下 生成CO2和水并释放能量的过程 高等动物通过肺部进行呼吸 吸入氧 排出CO2 故生物氧化也称为呼吸作用 一 生物氧化的特点 与体外氧化的异同 在细胞内进行 条件温和 有酶和许多中间传递体的参与 能量逐步释放 并以ATP形式捕获能量 总能量与体外氧化相同 生物氧化中CO2的生成是有机酸脱羧生成 水的生成是代谢产物脱下的氢经一系列的传递体与氧结合而生成的 有严格的细胞定位 真核生物在线粒体内进行 原核生物在细胞膜上进行 二 呼吸链的组成及电子传递顺序 1 呼吸链的概念代谢物上的H原子被脱氢酶激活后经过一系列的传递体 最后传递给被激活的氧分子而生成水的全部体系称呼吸链 也称电子传递体系或电子传递链 呼吸链的类型 NADH链 绝大多数 和FADH2链 1 底物水平磷酸化 在被氧化的底物上发生磷酸化作用 即底物被氧化过程中 形成了某些高能磷酸化合物的中间产物 通过酶的作用生成ATP X Pi ADP X ATP 2 电子传递体系磷酸化 主要形式 电子从NADH或FADH2经过电子传递体系传递给氧形成水时 同时伴有ADP磷酸化为ATP 这一过程称为电子传递体系磷酸化 电子传递 放能 和磷酸化作用 吸能 是耦联的 coupled 体内95 的ATP是经电子传递体系磷酸化途径产生的 糖代谢包括分解代谢和合成代谢 分解代谢 大分子 小分子 能量释放 合成代谢 小分子 大分子 能量消耗 分解代谢在有氧和无氧条件下均可进行 有氧呼吸 分解为CO2 水和放出能量 无氧呼吸 酵解 发酵 第九章糖代谢 丙酮酸3种主要去路 1 在大多数情况下 丙酮酸通过氧化脱羧形成乙酰CoA 然后乙酰CoA进入柠檬酸循环 2 在某些微生物中 丙酮酸可以转化为乙醇 称乙醇发酵 3 在某些环境条件下 如缺氧 它可以还原为乳酸 称糖酵解 糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应 是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径 1mol葡萄糖变成2mol丙酮酸并伴随ATP生成 简称 途径 第二节糖的分解代谢 一 糖酵解 glycolysis 糖酵解 是葡萄糖在无氧条件下在组织细胞中降解成丙酮酸 并释放出能量生成ATP的过程 它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程 也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径 无氧酵解的全部反应过程在细胞液中进行 从葡萄糖到丙酮酸的反应过程可分为活化 裂解 放能三个阶段 十步反应 总结如图示 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2 1 3 二磷酸甘油酸 2 3 磷酸甘油酸 2 2 磷酸甘油酸 2 磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸 第一阶段 第二阶段 第三阶段 葡萄糖 葡萄糖的活化 磷酸己糖的裂解 2 磷酸甘油酸和ATP生成 丙酮酸和ATP的生成 糖酵解过程 六碳糖 三碳糖 1ATP 1ATP 2 1NADH 2 1ATP 2 1ATP 7 糖酵解的调控 糖酵解反应速度主要受以下三种酶活性的调控 1 果糖磷酸激酶是最关键的限速酶 2 己糖激酶活性的调控 3 丙酮酸激酶活性的调节 二 糖的有氧分解 糖酵解是动物 植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径 在有氧条件下 糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体 经三羧酸循环 氧化磷酸化过程被氧化成CO2和H2O 酵解过程中产生的NADH 经呼吸链氧化产生ATP和H2O 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO2和H2O 并释放出大量能量的过程称为葡萄糖的有氧氧化 一 葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸 此阶段在细胞胞液 cytoplasm 中进行 一分子葡萄糖 glucose 分解后净生成2分子丙酮酸 2分子ATP 和2分子 NADH H 二 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 丙酮酸进入线粒体 mitochondrion 在丙酮酸脱氢酶系