生物无机化学2

1、延安大学化学与化工学院教学方案章节名称第二章 重要的生物配体及其金属配合物备 注授课方式理论课（）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求1、掌握蛋白质空间结构。2、掌握DNA的结构的生物意义。3、学习金属配合物与核酸的相互作用。4、学习金属酶的配体性质与金属酶的催化活性的关系。教学内容提要时间分配第一节 氨基酸第二节 蛋白质第三节 氨基酸、肽和蛋白质的金属配合物第四节 核酸第五节 金属离子及其配合物与核苷酸和核酸的相互作用第六节 酶第七节 金属离子与酶的配合物0.50.50.50.50.50.250.25重点难点教学重点1、蛋白质的结构、蛋白质的性质。2、金属配合物与核酸的相互作用3、

2、金属酶的配体性质与金属酶的催化活性。教学难点1、蛋白质蛋白质结构与功能的关系。2、金属酶的配体性质与金属酶的催化活性。讨论思考作业讨论题目：人体发烧时为什么不想吃饭。思考题目：金属酶的催化活性的生物意义。练习作业：3道题。教学手段多媒体教学参考文献生物无机化学导论，计亮年、黄锦汪、莫庭焕等编著，中山大学出版社，2001。25【授课提纲】 第二章 重要的生物配体及其金属配合物第一节 氨基酸一、氨基酸的分类存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属-氨基酸， L-型。按R基团的结构特点：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。从营养学角度：必需氨基酸、非必需氨基酸

3、。按R基团的性质：非极性氨基酸、疏水氨基酸。 二、氨基酸的立体异构和旋光性三、肽：一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物叫肽。肽键：氨基酸之间脱水后形成的键叫肽键，又称为酰胺键，写作-CO-NH-。氨基酸残基：肽链中氨基酸由于参加肽键的形成已经不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基。 第二节 蛋白质一、蛋白质的分类（1）按照组成成分分类：单纯蛋白、结合蛋白质。（2）按照分子的形状或空间构象：纤维状蛋白和球状蛋白。（3）按照蛋白质的功能：酶蛋白、结合蛋白、运输蛋白、受体蛋白、调节蛋白、防御蛋白、贮存蛋白、毒蛋白等。二、蛋白质的一级结构指蛋白质多肽连中AA的排列顺序，包括二硫

4、键的位置。 三、维持蛋白质空间构象的作用力氢键、疏水作用力、范德华力、离子键、二硫键。四、蛋白质的二级结构通常是指蛋白质多肽链主链在空间中的走向。基本类型有-螺旋、-折叠、-转角和无规卷曲。 超二级结构：在蛋白质中，-螺旋、-折叠片和-转角等组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能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。、。 结构域：或称为辖区，是多肽链在超二级结构的基础上组装而成的。结构域是多肽链在超二级结构的基础上组装而成的，组装的基本方式有限。五、蛋白质的三级结构和四级结构指在一条多肽链（包括超二级结构和结构域）的基础上进一步盘曲或折叠，形成包括主、侧链在内的专

5、一性空间排布。维持蛋白质三级结构的力：疏水键、离子键、范得华力、共价键。 四级结构：所谓蛋白质的四级结构就是指各个亚基在寡聚蛋白质的天然构象中的几何位置和它们之间的相互关系。 亚基：具有四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。二聚体：由二个亚基组成的称为二（聚）体蛋白质。寡聚蛋白：由二个或多个亚基组成的蛋白质统称寡聚蛋白质或多体蛋白质。六、蛋白质的某些重要性质蛋白质的变性、蛋白质的复性。蛋白质的生物功能包括：生物催化功能、结构蛋白、运输功能、收缩功能、激素、免疫保护功能。近代分子生物学的研究还表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的记忆、识别机构等方面都起到重要作用。第三

6、节 氨基酸、肽和蛋白质的金属配合物一、氨基酸、肽的金属配合物就-氨基酸而言，最常见是二齿配体。肽与金属离子配位结构比较复杂。二、蛋白质的金属配合物 大多数金属离子与蛋白质的结合分为两类：一类是金属和蛋白质牢固地结合在一起，金属离子是蛋白质的组成部分，用强烈的化学反应或其它方法将金属离子移去或用其它离子取代时，金属蛋白的活性也就随之失去。另一类是金属和蛋白质结合较弱，金属极易通过渗析法被除去，且金属与蛋白质之比不恒定。第四节 核酸一、核酸的化学组成和分类基本结构单位核苷酸。核酸水解产物的结构。碱基、鸟嘌呤和腺嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。二、核酸降解产物的化学结构1核糖和脱氧核糖。2嘌呤碱和嘧

7、啶碱。3核苷。4核苷酸。三、体内重要的游离核苷酸四、核酸的结构1核酸的一级结构核酸的一级结构是指构成DNA的脱氧核苷酸按照一定的排列顺序。2DNA的双螺旋结构和三级结构DNA的二级结构：双螺旋结构。DNA双螺旋的不同构型：B-DNA螺旋、A-DNA螺旋、C-DNA螺旋。超螺旋是DNA三级结构的主要形式。第五节 金属离子及其配合物与核苷酸和核酸的相互作用一、金属离子与核苷酸的相互作用某些核苷酸的生物功能与金属离子有关，在核苷酸分子中的磷酸基、碱基、戊糖都可以作为金属离子的配位基团。其中以碱基的配位能力最强，戊糖的羟基最弱。二价金属离子与ATP 、ADP、AMP形成配合物的稳定常数顺序为：CuZn

8、CoMn MgSrBa。二、金属离子对DNA和RNA稳定性的影响在适当条件下，是两条因为受热分开的多聚核苷酸链恢复为双螺旋结构的过程称为重卷或复性。研究结果表明，金属离子对DNA的熔点和重卷都有一定影响。三、金属离子在DNA复制、遗传密码转录和翻译中的作用DNA需要Mg2+、Mn2+、Co2+和DNA聚合酶作用下进行复制。四、金属配合物与核酸的相互作用研究发现，金属离子与DNA作用时，不同类型的金属离子具有不同效应。如La3+等亲磷酸基离子在极低浓度下与磷酸基结合时，能使DNA螺旋稳定，但在较高浓度下，与碱基结合而降低其稳定性。蛋白质与金属离子的作用：目前，重要研究方向是金属与蛋白结合所引起的

9、蛋白质的构象变化、缔合及装配等对于生物效应有关的化学反应和它们之间的关系。第六节 酶一、酶的化学本质能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。二、酶的命名与分类1习惯命名法根据酶所催化的底物、有时还加上来源、根据酶所催化的反应类型、也有根据上述两项原则综合命名或加上酶的其它特点。2国际系统命名法酶的系统命名是以酶所催化的整体反应为基础的。规定，每种酶的名称应明确写出底物名称及其催化性质。若酶反应中有两种底物起反应，则这两种底物均需列出，当中用“：”分隔开。例如：谷丙转氨酶（习惯名称）写成系统名时为“L-丙氨酸：-酮戊二酸转氨酶”。.3国际系统分类法氧化还原

10、酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类。三、酶的催化功能1酶的活性中心通过多肽链的盘曲折叠，组成一个在酶分子表面、具有三维空间结构的孔穴或裂隙，以容纳进入的底物与之结合并催化底物转变为产物，这个区域即称为酶的活性中心。2酶的结构与催化功能的关系酶的催化作用。3酶作为生物催化剂的特性酶与无机催化剂比较：相同点、不同点。高效性、专一性、多样性、温和性、活性可调节性、易变性。四、酶促反应动力学酶动力学是研究酶结合底物能力和催化反应速率的科学。研究者通过酶反应分析法来获得用于酶动力学分析的反应速率数据。1底物浓度对酶促反应速度的影响及米氏公式米氏方程：=maxs/(Km+s) 。米氏常

11、数。2酶浓度、温度、pH对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响。温度对酶促反应速度的影响。pH对酶促反应速度的影响。3激活剂对酶促反应速度的影响能激活酶的物质称为酶的激活剂。激活剂种类：无机阳离子、无机阴离子、有机化合物。4抑制剂对酶促反应速度的影响能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。对酶促反应的抑制可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。第七节 金属离子与酶的配合物由金属离子参加催化反应的酶称为金属酶。金属酶又可再分为两类：第一类的金属离子作为酶的辅助因子与酶蛋白较牢固结合，其稳定常数108，仍然称金属酶；另一类的金属离子作为酶的激活剂与酶接合较为松弛，可以从酶中解离出来，其稳定

12、常数ZnCoMn MgSrBa。从研究组成DNA的小分子配体如核苷酸、核苷、碱基和金属离子及其配合物相互作用的研究入手，进一步阐明法分子DNA和配合物的作用机制，这将为设计和合成作为DNA的分子器件的配合物提供理论基础。二、金属离子对DNA和RNA稳定性的影响把DNA的稀盐溶液加热到一定温度时，DNA的双螺旋结构会解离为两条多聚核苷酸单链，变成无规线团，这一温度为DNA的熔点Tm。在适当条件下，是两条因为受热分开的多聚核苷酸链恢复为双螺旋结构的过程称为重卷或复性。研究结果表明，金属离子对DNA的熔点和重卷都有一定影响。图2-21显示Mg2+使熔DNA点升高。DNA分子中的磷酸基团带负电荷，而加

13、入的Mg2+抵消了一部分负电荷，使静电作用降低，有利于双螺旋结构稳定，因此提高了DNA的熔点。当DNA溶解后，Mg2+不能使得它重卷。添加Zn2+不仅使得DNA的熔点升高，熔解后在缓慢冷却重新形成双螺旋结构。这可能由于Zn2+与两条链的碱基连接，熔解时两条并为真正解离，只发生某些变形；缓慢冷却时， 变了形的双螺旋结构就可以复原。Cu2+则会使得DNA的熔点降低并抑制重卷。DNA与Cu2+配位有两种方式。Cu2+还可以同时与磷酸基和碱基形成配位键，由于链间的氢键数目减少，DNA双螺旋结构稳定性降低。另一种方式是Cu2+位于邻近的鸟嘌呤和胞嘧啶之间，它们配位就增加了碱基之间的堆积力，使双螺旋结构更稳定。各种金属离子对DNA重卷所起的作用不同。例如Mg2+不能使DNA重卷，Co2+和Ni2+只使部分DNA重卷，Mn2+使大部分DNA重卷，Zn2+则能使全部DNA重卷。天然RNA含有多种金属离子，如Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Cr3+、Mn2+和Zn2+等。用螯合剂或透析等一般方法很难把这些金属离子从RNA中分离出来。它们在RNA的生理功能还不清楚。一般推测Mn2+和Zn2