生物化学备课录

1、生物化学备课录绪论一生物化学的定义和研究内容：生物化学是生命的化学，主要研究一切生物的化学组成成份的结构和功能生命活动过程中的物质和能量转化规律的科学。其中化学组成成份主要指四类生物大分子：蛋白质、核酸、糖类和脂类，还有某些小分子化合物如维生素、激素、抗生素等。而生物生命活动过程中四类生物大分子的代谢是生物化学的核心内容。二、生物化学的重要性：1、 生化是许多重要学科的基础。如医学、生理学、分子生物学、细胞生物学、神经生物学、遗传学等。2、 生化理论深奥，探索性强，对了解生命本质贡献大。如蛋白质的生物功能，酶的化学本质、遗传信息的贮存、传递等，诺贝尔化学奖和生理奖多数由生化学家获得。3、 生化

2、知识在现代科技社会中具有重要的应用价值。如食品工业、医药工业、农业、生物技术工业等。总之，生化是生命科学中必不可少的基础学科。三、参考书目： 生物化学习题集（科学出版社，张来群编） 生物化学精要（英文版，SMITH） 生物化学（沈同编，第二版） 第一章 蛋白质第一节 氨基酸的化学结构和分类 组成生物蛋白质的氨基酸有二十种，均为L-氨基酸，围绕C原子连接4个基团，分别是H原子，氨基（NH2），羧基（COOH），侧链基团（R），其结构通式为： 氨基酸根据其R基团的不同，可分为疏水性氨基酸、极性氨基酸、带电性氨基酸三类。疏水性氨基酸包括Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Met，Phe，Trp，

3、Pro；极性性氨基酸包括Ser，Thr，Tyr，Cys, Asn，Gln；带电性氨基酸包括His，Arg，Lys，Glu，Asp。其中His，Arg，Lys，为碱性氨基酸，Glu，Asp为酸性氨基酸，Phe，Tyr为芳香族氨基酸，His，Trp，Pro为杂环族氨基酸。 生物中还有一些不组成蛋白质的氨基酸或其衍生物，如瓜氨酸（CIT），鸟氨酸，羟脯氨酸等。第二节 氨基酸的理化性质 氨基酸为无色结晶，不溶于有机溶剂，溶于稀酸稀碱。一、 氨基酸的光吸收：氨基酸有手性碳原子，因而存在光学异构体。生物体内的组成蛋白质的氨基酸均为L-型。二、 氨基酸的两性解离和等电点：氨基酸为两性电解质，其带电性由可电离

4、的羧基、氨基和侧链基团决定。氨基酸所带净电荷为零时溶液的PH值称为等电点。三、 氨基酸的化学性质：1 与亚硝酸的反应：放出氮气，用于氨基酸定量测定。2 与DNFB的反应（Sanger反应）：形成DNP-氨基酸，用于氨基酸定性测定和多肽链N端测定。3 与PITC的反应（Edman反应）：形成PTH-氨基酸，用于氨基酸定性测定和多肽链N端测定。4 与茚三酮的反应：形成紫色化合物，用于氨基酸定性测定。第三节 氨基酸的分离技术1、 纸层析：用滤纸分离氨基酸。2、 纸电泳：根据带电荷不同分离。3、 柱层析：支持介质为硅胶，淀粉。4、 薄层层析：支持介质为硅胶5、 离子交换层析：以离子交换剂为介质。第四节

5、 肽1 肽和肽键：氨基酸脱水缩合反应形成肽，其中的酰胺键称为肽键。2 酰胺平面：构成肽键六个原子在空上形成的平面。3 肽的等电点：肽所带净电荷为零时溶液的PH值称为等电点。4 生物中常见的活性肽：催产素、加压素、脑啡肽等。第五节 蛋白质的化学组成和分类1、 什么叫蛋白质？广泛存在于生物体中，由二十种氨基酸为单体以肽键相连构成的高分子多聚物，有稳定的空间构象和多种多样的生物学功能。2、 蛋白质的化学组成：C、H、O、N、P、S等。3、 蛋白质的分类：根据形状分为纤维蛋白和球蛋白。根据成分为简单蛋白和复合蛋白。第六节 蛋白质的结构一、 蛋白质的一级结构和氨基酸测序：氨基酸的种类和排列顺序称为蛋白质

6、的一级结构。氨基酸测序的策略为首先决定多肽链的数目，然后决定每条多肽链的N端和C端，接着将每条多肽链用不同的酶解方法切割为相互交叠的几组片段，拼凑出多肽链的顺序。二、 蛋白质的二级结构：由于氨基酸残基之间形成有规律的氢键，使多肽链折叠成周期性的空间结构。三、 蛋白质的超二级结构和结构域：由二级结构组合成的更高层次的结构为超二级结构，结构域是有独立生物学功能的三维实体。四、 蛋白质的三级结构和四级结构：由一条多肽链构成一个或几个结构域构成蛋白质的三级结构。两条以上多肽链有四级结构。五、 蛋白质与生物进化：趋同进化和趋异进化，有些蛋白质的氨基酸顺序在进化上相当保守，可用于生物分类。第七节 蛋白质的

7、理化性质一、 双缩脲反应：用于测定蛋白质的含量。二、 与地衣酚反应：用于测定蛋白质的含量。三、 蛋白质光吸收：紫外法测定含量。四、 与考氏兰反应：测定蛋白质的含量。第八节 蛋白质的功能和变性一、 蛋白质具有八个主要功能，分别是结构功能、酶功能、贮藏功能、运输功能、运动功能、调节功能、防御功能。二、 蛋白质的变性：在高温、强酸、强碱、紫外线、有机溶剂、重金属离子、无机盐溶液中蛋白质会失去生物学功能，称为变性，其实质是化学构象的改变。第九节 蛋白质的分离及纯化一、 组织和细胞的破碎：研磨、细菌磨匀浆器等。二、 粗分级：离心、用无机盐沉淀。三、 细分级：用各种层析法、电泳法、超速离心法等。第二章 核

8、酸第一节 核酸的发现和研究简史一、核酸在19世纪末发现，在20世纪中叶测定了结构，人们对生命的本质有新认识。核酸分为DNA和RNA。核酸是遗传物质，含有生物生长发育的一切遗传信息。二、核苷酸：组成核酸的单体，由磷酸、核糖、碱基三种物质组成。碱基为含氮的生物碱，有A、T、G、C、U五种。第二节 DNA的结构一、 双螺旋结构学说：由WATSON和CRICK提出，认为DNA由两条缠绕成双螺旋，磷酸与核糖组成骨架，位于内侧的碱基以氢键配对，在表面形成大沟与小沟，可于蛋白质相互作用。二、 生物体内的DNA多为B-DNA，还有A-DNA与Z-DNA等。三、 双螺旋稳定的力量为碱基堆积力、氢键等。第三节 R

9、NA一、 生物含有三种RNA二、 MRNA携带遗传信息，编码氨基酸。三、 TRNA转运氨基酸：具三叶草结构。四、 RRNA构成合成蛋白质的核糖体。第四节 核酸的理化性质一、 光吸收：用OD260NM测定核酸含量；二、 DNA的变性和复性第五节 基因和基因组一、 基因：编码单条多肽链的DNA片段称为一个基因。二、 基因组：一种生物的单倍体中基因的总和，称为该生物的基因组。第六节 DNA限制酶图谱和分子杂交第三章 酶与维生素第一节 酶的化学本质、组成和分类1926年，SUMNER首次得到脲酶结晶，证实了酶的化学本质是蛋白质，在1983年，CECH和ALTMAN发现了有酶活性的RNA。两人于1987

10、年分享诺贝尔生理奖。有的酶仅由蛋白质部分组成，如脲酶；有的酶含有蛋白和非蛋白两种成分，称为全酶。非蛋白部分称为辅助因子，有辅酶和辅基之分。酶的分类方法很多，根据酶催化反应的性质不同，将酶分为六大类，依次分别是氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶。第二节 酶的作用特点酶是生物催化剂具有一般无机催化剂性质，如用量少、效率高、不改变化学反应的平衡点、降低反应的活化能等。但酶有如下特点：1、 极高的催化效率。相当于无机催化剂的一千万倍以上。2、 高度的专一性。一种酶只作用于一种或一类底物。3、 条件温和，易失活。4、 酶活力可调控。5、 催化能力辅助因子有关。第三节 酶的命名有习惯命名法

11、与系统命名法之分，目前国际上常用系统分类法的编号表示，如EC.27表示乳酸：NAD脱氢酶，其中EC表示国际酶学委员会。首位1表示第一类酶（氧还酶）。第四节 酶的分离提纯及酶活力测定1 酶的分离提纯类似于蛋白质，但要求低温操作（0-5），要加EDTA和巯基乙醇，保存时要求低温、干燥。2 酶活力测定：酶活力即酶的催化能力，用它催化某一化学反应的速度表示。有单位时间底物浓度的减少量或产物的增加量之分。但产物的增加量较灵敏。还要注意测定反应的初速度，因后期发生产物抑制，速度减小。3 酶活力表示：特定条件下（25，其它最适），1分钟转化1微摩尔底物或底物基团的酶量，称为一个酶活力单位（IU），1秒钟转化

12、1摩尔底物称为1KATAL，1KATAL=6*107IU。常用每秒每一个酶分子转化底物的微摩尔数（称为转换数）表示。比活力：每毫克蛋白具有的酶活力单位（IU）。第五节 酶的活性中心和专一性一、 酶的活性中心：酶分子中直接与底物结合并和酶催化作用有关的部位。由几个在空间上相互靠近的氨基酸残基组成。分为结合部位和催化部位。二、 常用化学修饰法研究酶的活性部位，如DFP、TPCK、碘乙酸等。三、 酶的专一性分为结构专一性与立体异构专一性。结构专一性又分为绝对专一性和相对专一性。四、 酶作用专一性学说：锁与钥匙学说；诱导契合学说。第六节 酶促反应动力学 酶促反应动力学研究影响酶促反应速度的各种因素1

13、底物浓度与速度的关系：可用米氏方程表示，V=Vmax*S/（Km+S）；二者为双曲线关系，Km称为米氏常数，其数值等城达到最大反应速度一半时的底物浓度，是酶的特征常数之一，与酶与底物的亲和力成反比。2 酶浓度与速度的关系当酶被底物饱和时，呈正比。3 PH值与速度的关系：呈钟形曲线。4 温度与速度的关系：呈偏钟形曲线。5 激活剂和抑制剂与速度的关系：激活剂有金属离子，有机分子，抑制剂有不可逆和可逆之分。第七节 酶的作用机理1 定向和靠近效应：使局部底物分子浓度增高，反应基团取向利于反应。2 张力效应：由于结合后，引起底物分子中敏感键变形产生张力。3 共价催化：亲核和亲电催化。4 酸碱催化：提供质

14、子或接受质子。5 低介电效应：活性部位形成低介电区域。第八节 酶活性的调节1 酶原激活：酶原在蛋白质作用下，切除部分氨基酸残基而折叠成酶的活性构象。2 共价修饰：酶活性中心的氨基酸残基侧链被磷酸、甲基、乙酰基、腺苷酸基修饰而改变活性。3 别构调节：通过别构效应调节酶活性。别构酶是有活性中心和别构中心的酶类，活性中心负责酶的结合和催化，别构中心负责活性调节。当调节物与别构中心结合起来后，引起酶的活性中心构象改变，从而改变酶活性，有正调和负调之分。第九节 抗体酶、同工酶、RNA酶及多酶体系1 具有酶活性的抗体，称为抗体酶，为人工制造。医学上用来切割肿瘤。2 具有相同的催化活性，分子结构与理化性质互

15、不相同的一类酶，称为同工酶，同工酶的研究用于诊断疾病、育种、分类。3 具有酶活性的RNA，称为RNA酶。常见的有L19RNA、锤头等。RNA酶的发现对探讨生命的起源具有重要意义。4 多酶体系：由多种酶构成的复合体，用于反应链体系的催化反应，如丙酮酸脱氢酶。第十节 维生素概述 维生素是人体不能合成，维持人体健康必需的一类小分子有机化合物的统称，经常用作酶的辅助成分，含量极少。 维生素的发现是通过对一些病的研究。第十一节 脂溶性维生素1 VA，化学名称为视黄醇，为20C的萜类衍生物，与人的视力有关，缺乏患夜盲症。2 VD，固醇类物质，化学名称为麦角钙化醇（VD2），胆钙化醇（VD3）。与钙磷代谢有

16、关，缺之患佝偻病。3 VE，为-生育酚，与生育有关，抗氧化剂。4 VK，萘醌类物质，与凝血有关。第十二节 水溶性维生素1 VC：抗坏血酸，抗氧化剂，缺之得坏血病。2 VB1：化学名称为硫胺素，以TPP的形式用于各种脱羧酶的辅酶。缺乏得脚气病。3 VB2：核黄素，以FMN和FAD形式作一些酶的辅酶。缺乏得口舌炎。4 VPP：烟酸和烟酰胺。以NAD和NADP形式作脱氢酶的辅酶，缺乏得粗皮病。5 VB6：吡哆醇（醛、胺），以PLP形式作脱羧和转氨反应的辅酶。6 叶酸：蝶酰谷氨酸，以THFA传递一碳单位。第四章 生物膜及其受体蛋白第一节 生物膜生物膜为生物体内各膜系统的统称。生物膜由蛋白质和脂类物质组

17、成，在电镜下观察到两明一暗的结构（两层蛋白质一层脂类），称为单位膜，生物膜的主要成分为磷脂、固醇类、中性糖、氨基糖、唾液酸，外周蛋白和内嵌蛋白。目前为人们广泛接受的模型为1972年由SINGER和NICOLSON提出的流动镶嵌模型，该学说认为，膜由脂质双分子层构成连续主体，由于不饱和脂肪酸的存在，有流动性，蛋白质有表在和内嵌之分，蛋白质和脂质均可运动。人工用磷脂分散于水相构建的脂质双分子层构成的封闭囊泡称为脂质体，其理理化特性接近于天然生物膜，是研究生物膜结构和功能的良好材料，目前可用于药物的载体。第二节 受体的结构第三节 四种信号传导途经：1） CAMP途径：受体结构，G蛋白，CAMP，肾上

18、腺素的信号级联放大作用。2） 钙及肌醇三磷酸途径：激素+受体G蛋白激活磷脂酶C激活PIP2分解产生IP3与DAG IP3可开启钙通道，激活CAM，引起生理效应；DAG活化蛋白激酶C。 CAM与EF手构象。3） 受体的酷氨酸激酶途径：胰岛素受体。4） 固醇类受体途径第五章 生物能学第一节 生物体的新陈代谢1 代谢是活细胞中所有化学变化的总称。包括同化作用与异化作用，二者相互依赖，同化为消耗能量（ATP和NADPH）合成各种生物大分子的过程，异化为分解生物大分子，合成能量的过程。2 生物代谢的要略为：A 生物大分子首先分解为其单体，以糖代谢为中心，进一步分解为乙酰辅酶A，然后进入TCA环，以CO2

19、形式脱去C，以NADH或FADH去氢，最后进入呼吸链，放出ATP。生成多种中间体。B 合成和分解往往为互逆反应。C 合成的动力为ATP与NADPH。第二节 生物能学1 氧化还原电势与自由能：常用PH为7，温度25°C，一个大气压时的自由能（称为标准自由能）表示。G°= -nFE°，F为法拉弟常数，等于96491J/V.MOL.2 生物体中能自发进行的反应为自由能降低的反应。于是要求氧化还原电势为正值，即电子自发从低电势（强还原剂）流向高电势（强氧化剂）。第三节 高能化合物 水解时释放能量大于5000卡/摩尔的化合物，称为高能化合物。常见的有ATP、肌酸磷酸，乙酰C

20、OA，SAM等，其中ATP最重要，ATP为能量的携带者和传递者，也是磷酸基团的传递者。第四节 生物氧化1生物体能量的主要来源是糖、脂和蛋白质等有机物质的氧化，有机物质在生物体细胞内的氧化称为生物氧化。高等动物靠吸入氧氧化摄入体内的营养物质，故生物氧化也称呼吸作用。生物氧化的本质是电子的传递无论是电子的直接转移，还是氢原子的转移或是有机物质直接加氧，都涉及到电子的转移。2生物氧化中二氧化碳的形成，是由于糖、脂和蛋白质转变为含羧基的中间产物脱羧的结果。如丙酮酸、-酮戊二酸等的脱羧反应。3生物氧化中水的形成：生物氧化生成的NADH和FADH等物质，在线粒体内膜上通过一系列的电子传递体，将电子传给氧，

21、生成水。电子呼吸链的组成为：NADFMNCOQCYTBC1CAA3-O23氧化磷酸化作用：伴随着电子呼吸链进行的磷酸化作用。形成ATP的部位在NAD-COQ，CYTB-C1，AA3-O2。每分子NADH氧化形成3分子ATP，每分子FADH则形成2分子ATP。4氧化磷酸化作用机理：P.MITCHELL提出的化学渗透学说。电子传递过程中形成质子梯度，推动ATP的合成。第六章 糖代谢第一节 糖的定义、功能和分类多羟基的醛或酮类物质为糖类化合物。功能主要是结构、能量。分为单糖、双糖、寡糖和多糖。第二节 重要单糖及其理化性质一、 葡萄糖的结构：葡萄糖有链式结构（FISHER式）和环式结构（HAWORTH

22、 式），有32种异构体。葡萄糖的构象有船式和椅式两类。二、 光学异构体：多数单糖有手性碳原子，因而存在光学异构体。光学异构体又有对映体、非对映体和差向异构体之分。光学异体可使平面偏振光旋转，因而有左旋（-）和右旋（+）之分。葡萄糖溶于水之后，由于左旋体和右旋体之间的相互转换，因而有变旋现象存在。三、 单糖的化学性质：1 与浓盐酸反应形成糠醛2 与酸反应形成酯3 在弱碱溶液中，可与果糖相互转化。4 与其它物质形成糖苷。5 氧化反应6 还原反应7 与三分子苯肼反应形成糖脎，用于鉴定糖。第三节 双糖和多糖生物中常见的单糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖。其中蔗糖不具还原性。常见均一多糖为淀粉、纤维素、糖原。淀粉

23、的结构单元为-D-葡萄糖，有直链和支链之分；纤维素的结构单元为-D-葡萄糖，主要存在于植物中，糖原的结构单元与淀粉相同，主要存在于动物中。常见不均一多糖为糖胺聚糖（粘多糖）如透明质酸、肝素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素等。第四节 结合糖主要有糖化酶蛋白、粘蛋白。第五节 多糖的初步分解淀粉在淀粉酶作用下分解为麦芽糖，进一步分解为葡萄糖。糖原在糖原磷酸化酶作用下分解为1-磷酸葡萄糖。第六节 糖酵解1 在细胞质中葡萄糖经过一系列的反应分解为丙酮酸的过程，称为糖酵解，不需要氧气。此后，在有氧条件下，丙酮酸进入三羧酸循环继续氧化为二氧化碳与水。在无氧条件下，在肌肉中，丙酮酸还原为乳酸

24、，称为乳酸发酵；在酵母中，脱羧还原为乙醇，称为乙醇发酵，是酿酒业的基础。2 糖酵解途径由10步反应组成，分为两个阶段。第一阶段消耗能量形成高能磷酸化合物，第二阶段通过化合物的相互转换，生成ATP和NADH。其中有三步限速反应为单向反应，最为重要。催化限速反应的酶为己糖激酶、果糖磷酸化酶和丙酮酸激酶。这三种酶均为调节酶。第七节 TCA环1 由丙酮酸脱氢酶复合体催化形成的乙酰辅酶A与草酰乙酸结合为柠檬酸，经过一系列的脱羧和氧化，再形成草酰乙酸，产物为两分子二氧化碳和NADH、FADH，形成一个循环，称为TCA环。TCA环是有氧条件下丙酮酸进入的反应，部位在线粒体的基质中。2 重要的限速酶为异柠檬酸

25、脱氢酶、柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶。第八节 PPP途径： 由G-6-P经过两步脱氢和一步脱羧，形成NADPH和核酮糖-5-P，然后是各种糖相互转化，最后为核酮糖-5-P再生。在此途径中，会形成与脂代谢有关的NADPH，多存在于植物中。第九节 糖异生途径 由丙酮酸和乳酸等非糖物质经过反应生成葡萄糖的过程，基本为糖酵解的逆反应。第七章 脂代谢第一节 脂类的分类和功能脂类为生物体中不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂的一大类有机化合物，大体分为单纯脂、复合脂、萜类、脂类衍生物等。脂类生物学功能主要为：构成生物膜、贮存能量、构成维生素、调节、保护、细胞识别等。第二节 脂酰甘油类由脂肪酸和甘油形成的化合物

26、，以甘油三酯在生物中分布最为广泛。1、 脂肪酸：含14-20个偶数碳原子，有饱和与不饱和之分。常见的有硬脂酸（20：0）、软脂酸（18：0）、油酸（18：1）、亚油酸（18：2）、亚麻酸（18：3）、花生四烯酸（20：4）。其中亚油酸和亚麻酸人体不能合成，必须由食物供应，称为必需脂肪酸。2、 甘油磷脂类：由甘油三酯与磷酸、氨基醇或肌醇构成，常见的有磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇。3、 鞘氨醇磷脂：甘油酯2位为鞘氨醇。第三节 其它脂类（自学）萜类、类固醇、前列腺素、结合脂。第四节 脂肪酸的分解代谢脂肪酸是生物体重要的能源，每克脂肪燃烧可产生热量39KJ，为

27、糖的2-3倍。1 脂肪首先由脂肪酶水解为脂肪酸和甘油，甘油通过转化为磷酸二羟丙酮进入EMP，脂肪酸在线粒体中氧化。2 脂肪酸-氧化时，首先形成脂酰COA，然后经过脱氢、水化、硫解形成乙酰COA。乙酰COA进入TCA环，彻底氧化为二氧化碳和水。3 酮体代谢：乙酰乙酸、-D-羟丁酸和丙酮合称为酮体，酮体可作为动物的燃料分子，当饥饿时，酮体上升。4乙醛酸循环第五节 脂肪酸的合成：为分解反应的逆反应，存在着于细胞质中。第六节 与脂代谢有关的疾病:高血脂,心脏病,脂肪肝等.第八章 氨基酸和核苷酸代谢第一节 氨基酸概述人体有八种必需氨基酸分别为T、K、M、W、F、V、L、I。生酮氨基酸：F、Y、L、K、W生糖氨基酸：其余15种氨基酸。第二节 氨基酸的分解1 脱羧基作用：在脱羧酶的作用下，氨基酸脱去二氧化碳形成胺。这个反应可形成许多重要的中间产物，如神经递质氨基丁酸、组胺等。2 脱氨基作用：最重要的是氧化脱氨基作用，由L-GLU脱氢酶催化，形成酮酸和氨。辅酶是NAD。3 转氨基作用：谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT）催化。受体通常为酮戊二酸。4 联合脱氨基作用：由脱氢酶和转氨酶联合作用脱氨基。5 氨基氮的排泄：氨是神经毒素，必须排除。原生动物、两栖类动物、鱼类等可