教学课件·生物化学

1、生 物 化 学（biochemistry）第一章 绪论 生物化学的概念、任务 生物化学的发展生物化学与药学 学习方法 认识生物化学人为什么要吃饭？这些物质进入体内如何转化？我们每天吃什么？糖脂肪蛋白质维生素第一节 生物化学的概念、任务第一章 绪论 生物化学生物化学（生命的化学）对象工具 化学构成物的化学组成、理化性质、结构与功能的关系物质在体内的变化规律静态生物化学动态生物化学1、静态生物化学 -生物体的化学组成、分子结构、理化性质、结构与功能的关系。 水无机物 无机盐 蛋白质氨基酸（肽键） 核 酸核苷酸（磷酸二酯键）有机物 脂 类脂肪酸+甘油 糖 类单 糖（糖苷键）一、生物化学的研究内容第一

2、章 绪论2、动态生物化学 -物质代谢及其调控研究物质代谢的过程、在代谢过程中能量的转换和代谢调节规律。由机体的调节控制机制完成的。若物质代谢发生紊乱则可引起疾病。 三、生物化学的研究内容第一章 绪论第二节 生物化学的发展一、古代生化的应用 1.饮食：酒、麦芽糖、醋、酱的制作（酶） 第一章 绪论2.医药：地方性甲状腺肿（瘿病） 脚气病 夜盲症（雀目 ）二、近代生化的发展分为三个阶段： 初期阶段 蓬勃发展阶段 分子生物学时代案例1、人类基因组计划(human genome project, HGP) 1990年启动，耗时10年；由美、英、法、德、日和我国共同参与；为30多亿个碱基对构成的人类基因组

3、精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。人类基因草图的完成，为基因诊断、基因治疗及基因工程药物的开发创造了前提。 第一章 绪论案例2、基因工程（DNA重组技术）第一章 绪论把某种生物的遗传物质分离出来，在体外进行切割、拼接和重组，然后导入另一更易生长、繁殖的受体细胞中，进行正常的复制和表达，改变他们的遗传性能，从而获得新物种的一种崭新技术 。转基因动植物：抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等；克隆：绵羊多利基因重组制成的药物，如基因工程胰岛素、基因乙肝疫苗等。 1937年，英国生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环,获1953年诺贝尔生理学奖。1、生化发展中的

4、重大事件案例第一章 绪论1953年，沃森-克里克（Watson-Crick）确定DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理、医学奖。案例1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。1980年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列的方法，获1980年诺贝尔化学奖。1965年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成猪胰岛素X射线晶体0.25nm及0.18nm的分析研究，表明我国生物大分子的X射线晶体结构研究跨入了世界先进行列。1981年首先人工合成了具有生物活性的酵母tRNAAla。2、我国在生化方面的重要成

5、就案例第一章 绪论在医学上，与疾病的病因、诊断和治疗有关。从生化角度来说，代谢过程的紊乱即表现为疾病。 测定血糖浓度和糖耐量曲线（糖尿病）； 血清中酸性磷酸酶活性增大（前列腺癌）； 碱性磷酸酶活性增大（骨癌） ； 血清和尿中淀粉酶活性增大（急性胰腺炎）。在预防医学上，适当的营养可预防、治疗疾病。 第三节 生物化学与药学第一章 绪论第三节 生物化学与药学与其它专业课： 微生物发酵- 药理学- 药物化学 药剂学-生化药物：用生物化学理论和技术从生物资源制取的具有治疗作用的生物活性物质。 脑磷脂、卵磷脂；胃蛋白酶、胶原蛋白酶；人血白蛋白、免疫球蛋白、人胰岛素、疫苗； 第一章 绪论第三节 生物化学与药

6、学发酵工业：利用微生物的菌体或代谢产物以制备化工、医药等方面的产品，同时还可以进一步用人工方法来改变微生物的代谢途径，使其按照人们的需要进行生产，以提高产量或生产新品种。农业方面：杀虫农药就是根据对酶的抑制作用来设计的，如有机磷农药就是胆碱酯酶抑制剂，核苷酸对农作物具有增产作用等。第四节 学习方法必须预习。抓住特点，建立以生物功能为轴线的思维体系。循序渐进，前后联系。归纳对比：概念性描述性的内容居多，很少有推导性或计算性的内容，因此，它不同于理科而更近似于文科，记忆的东西多 。第一章 绪论蛋白质是生命的物质基础 蛋白质的分子结构蛋白质的性质第二章 蛋白质的化学Protein蛋白质的化学组成蛋白

7、质类药物的工业生产蛋白质-由20种基本氨基酸组成的、具有复杂的结构和一定生理功能的大分子物质 。第二章 蛋白质的化学第一节 蛋白质是生命的物质基础蛋白质的主要功能：结构功能-例如：膜蛋白、糖蛋白催化功能-例如：酶运输、贮存功能-例如：血红蛋白、肌红蛋白运动功能-例如：肌球蛋白和肌动蛋白免疫功能-例如：抗体代谢调节功能-例如：激素 总之，人的皮肤、头发、肌肉、骨骼、韧带、血液等都是由蛋白质组成的。第二节 蛋白质的化学组成 一、蛋白质的元素组成蛋白质的N含量比较接近而恒定，平均为16% 。蛋白质含量 = 氮的含量 6.25其他（磷、铜、铁、钴、锰、钼）例题: 通过凯氏定氮法测得某细菌培养物的N含量

8、为1.25g, 问该细菌中蛋白质含量为多少?三鹿奶粉事件牛奶和奶粉添加三聚氰胺，主要是提升蛋白质含量指标 。三聚氰胺白色结晶粉末，没有气味和味道;含氮量为66 婴幼儿产生肾结石 氨基酸-含有氨基的羧酸，即羧酸分子中- 碳原子上的一个氢原子被氨基取代。 二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸酸、碱或酶水解 蛋白质氨基酸H-C-C-C-C-COOHHHHHHHHHNH2HHHHHHHNH2H-C-C-C-C-COOH氨基酸的结构通式结构特点不变部分脯氨酸是-亚氨基酸。侧链R不同，代表不同的氨基酸。除甘氨酸外的氨基酸都有旋光性。天然蛋白质都是L-氨基酸。可变部分根据侧链R的结构： 脂肪族、芳香族、杂环（亚

9、）氨基酸根据侧链R的极性： 非极性氨基酸（ R疏水） 极性氨基酸氨基酸的分类极性非电离（ R有极性但不电离）酸性氨基酸（ R含羧基）碱性氨基酸（ R含碱性基团）氨基酸的分类酸性氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸。碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸。极性非电离氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。非极性疏水氨基酸：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸和甘氨酸 必需氨基酸 体内不能生成的，必需从食物中供给 。赖氨酸、缬氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸8种：一 家 写 两 三 本 书 来一、肽键：-氨基与-羧基脱

10、水缩合形成的键 第三节 肽又称酰胺键，属于共价键。氨基酸之间通过肽键连接。氨基酸残基：蛋白质分子中氨基酸已脱水，结构不完整。 肽平面：肽键中的4个原子和它相邻的两个C 处于同一个平面上。C NO-H+CC肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转；N-C和C-C键都可以旋转。二、肽：氨基酸通过肽键连接起来的化合物。 二肽、三肽： 寡肽（10个） 多肽（10个），也叫多肽链N末端多肽链C 末端肽链写法：游离-氨基在左，-羧基在右。主链，侧链三、生物活性肽生物体内有许多游离的肽，具有很强的生物活性：谷胱甘肽：激素：催产素、加压素（9肽 ）脑啡肽：高等动物脑中，有镇痛作用，比吗啡强，且不会使人上

11、瘾。 骨骼肌：肌肽-鹅膏覃碱：毒蘑菇中的多肽 2G-SH还原型G-S-S-G氧化型-2H+2H多肽链多肽链卷曲、折叠空间结构蛋白质的结构层次： 一级结构-多肽链 二级结构 三级结构 四级结构第四节 蛋白质的分子结构空间结构一、蛋白质分子中重要的化学键 氢键：盐键（离子键）：NH+3 -OOC疏水键：疏水基团为了避开水相而相互接近的趋势。范德华力：分子间静电引力共价键次级键肽键二硫键：-S-S-氢键二、蛋白质的一级结构定义：多肽链中氨基酸残基的排列顺序。化学键：肽键和二硫键，都是共价键。举例：人胰岛素结构三、蛋白质的空间结构主要研究多肽链的走向及各原子和基团在空间的排列分布。包括二级、三级和四级

12、结构 （一）二级结构定义：多肽链主链螺旋或折叠所成的空间结构。主要形式：-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲；主要化学键：氢键；（1）-螺旋右手螺旋；螺旋一周，含3.6个氨基酸残基;肽链内形成氢键。R侧链均伸向螺旋外侧。稳定因素：链内氢键的形成影响因素：R基的空间形状、大小、电荷； 思考： 1.为什么肽链中出现脯氨酸就中断-螺旋？ 2.为什么侧链带电荷及侧链基团过大的氨基酸不易形成-螺旋？ 头发结构：3或7个-螺旋互相拧在一起，形成三股或七股的螺旋索，彼此以二硫键交联在一起。烫发：头发经含有使二硫键还原的试剂处理后，使原来的二硫键打开，形成还原性的-SH，再使用氧化剂处理，形成错接的新的二硫键，导

13、致头发弯曲成卷。 生物体的毛、角、甲壳的-角蛋白是-螺旋。案例（2）-折叠-折叠是肽链主链中肽平面折叠呈锯齿状的构象。 -pleated sheet 1、相邻的肽链平行排列，通过氢键连接。 2、侧链R上下交替分布。 4、相邻排列的两条链走向相同时，叫顺向平行，反之，逆向平行。 一定条件下-螺旋可转化为-折叠多肽链180回折 ，形成发夹形状。氢键是主要的次级键。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO（）-转角（-turn）(4) 无规则卷曲：指没有一定规律的松散肽链结构。（二）蛋白质的三级结构在二级结构基础上，肽链的侧链基团在空间进一步盘绕、折叠形成的结构。三级结构特

14、点: 三级结构近似球形；“亲水表面，疏水核”；疏水键是驱动力；具有三级结构的蛋白质有生物活性;化学键：疏水键、盐键、氢键、范德华力.肌红蛋白的三级结构（三）蛋白质的四级结构由两条或多条各自具有三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式。主要是次级键：疏水键、氢键、盐键和范德华力每条具有独立三级结构的肽链称为亚基或亚单位蛋白质结构的形成 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 化学键 肽键 氢键为主 疏水键为主 疏水键为主 重点 aa排列顺序 螺旋 一条多肽链中 2条或以上多 折叠 R基团作用 肽链作用共价键次级键 肽键 一级结构氢键二硫键疏水键盐键范德华力化学键二、三、四级结构三、四级结构

15、二硫键 氢键、盐键 氢键、盐键（一）蛋白质一级结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系1、种属差异不同氨基酸对维持蛋白质生理功能所起的作用不同：一级结构中关键部位相同，功能也相同；关键部位变化，功能也随之变化。如不同种属的胰岛素。 人胰岛素A链的8、9、10和B链30位属于非关键部位 2、分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。糖尿病： 镰刀形贫血病胰岛素B链第24位的氨基酸：正常人：苯丙氨酸糖尿病：亮氨酸血红蛋白链的N-末端第六位残基 （二） 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的空间结构决定其生物学功能，空间结构发生变化，其功能活性也随之改变。肌红蛋白与血红蛋白核糖核

16、酸酶在变性后正常三维结构被破坏，生物活性丧失；用透析法除去变性剂后，其生物活性恢复。 五、蛋白质的分类（2）依据分子形状分类球状蛋白质： 球形或椭圆形，可溶，有特异生物活性：血红蛋白、肌红蛋白。纤维状蛋白质： 纤维状，生物体组织的结构材料（角蛋白），大多数不溶。（1）依据组成分类单纯蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白结合蛋白质：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白 第五节 蛋白质的性质两性解离变性胶体性质沉淀颜色反应紫外吸收目的：利用蛋白质的性质，进行分离纯化及药物生产。两性解离 ：蛋白质在一定条件下可酸性、碱性电离；可电离基团：-氨基、-羧基、侧链上的咪唑基、胍基等 蛋白质的电离情况与

17、溶液PH值有关：一、蛋白质的两性解离 负离子 两性离子 正离子 （pHpI） （pH=pI ） （pHpI时，氨基酸以_离子形式存在。概念：蛋白质分子由于受物理和化学因素的影响，空间结构发生改变或被破坏，致使理化性质有所改变和生物学功能丧失。变性因素1、物理因素：加热、紫外线、高压等。2、化学因素：强酸（碱）、重金属盐、乙醇。二、蛋白质的变性变性的特点：次级键被破坏，使空间结构发生变化，但保留一级结构。溶解度降低，粘度增加，易被蛋白酶水解二、蛋白质的变性举例：豆腐制做：大豆浓溶液加热加盐变性凝固；化验血清中非蛋白质成分；检验尿中的蛋白质；高温消毒。 随年龄增大皮肤变粗糙、干燥；白内障；植物种子

18、放久后失去发芽能力。 蛋白质胶体溶液的稳定性： 1）水化层：蛋白质表面带有很多亲水基，对水有较强的吸引力，形成一层水膜，从而相互隔开，不易聚集沉淀。 2）电荷层：蛋白质在偏离等电点时带同种电荷，同性电荷相斥，也不易聚集沉淀。 +三、蛋白质的高分子性质蛋白质分子颗粒在1100nm之间，溶于水后形成胶体溶液。蛋白质分子大，不易透过半透膜，可用透析的方法分离。四、 蛋白质的沉淀蛋白质分子聚集而从溶液析出。主要原因：水化膜和电荷层遭到破坏。 1. 盐析：（NH4）2SO4 （破坏水膜、电荷）2. 有机溶剂：酒精、甲醇（破坏水膜） 3.加重金属盐：蛋白质带负电时，可与重金属离子Pb2+、Hg2+、Cu2

19、+等形成不溶性蛋白盐而变性沉淀。 重金属盐中毒，服用牛乳或鸡蛋清。红汞溶液消毒灭菌 4. 加生物碱试剂：单宁酸、三氯乙酸沉淀方法单宁酸：尿蛋白的检查试剂柿石症：三氯乙酸：检查中草药中有无杂蛋白。蛋白质带正电荷时，与这些酸的带负电荷基团结合而发生不可逆沉淀反应。 讨论1： 为什么医院里用高温蒸煮、照射紫外线、喷洒苯酚溶液、在伤口处涂抹酒精溶液等方法来消毒杀菌？讨论2： 为什么生物实验室用甲醛溶液（福尔马林）保存动物标本？ 讨论3： 为什么在农业上用波尔多液（由硫酸铜、生石灰和水制成）来消灭病虫害？ 五、蛋白质的颜色反应茚三酮反应 蓝紫色双缩脲反应NaOH、CuSO4 紫红色（二个以上肽键）酚试剂

20、反应 蓝色 六、蛋白质的紫外吸收色氨酸和酪氨酸在280nm波长处有紫外吸收峰。远紫外220-360760 红外 紫外可见光吸收值与蛋白质浓度成正比。第六节 蛋白质的分离与纯化一、蛋白质的提取 将细胞破碎（超声波、搅拌器、高压挤压等），用适当溶剂提取提取。二、分离（一）以溶解度为依据的方法 1、盐析法 2、低温有机溶剂沉淀法 3、等电点法（二）以分子大小和形状为依据的方法 1、透析法 2超滤法 3凝胶过滤法 凝胶过滤法分子量大的蛋白质通过凝胶颗粒之间大孔隙排出，流程短，速度快，先流出来；小分子进入颗粒内部再扩散出来，流程长，速度慢，最后流出。 （三）以电离性质为依据的方法 1电泳法 2离子交换层

21、析：带电荷的离子交换剂吸附与它带相同电荷的蛋白质离子。（四）亲和层析法 蛋白质可与某些相对应的化合物特异结合，这些物质称为配基。如抗原与抗体、酶与底物。 将配基连到不溶性载体上，装入层析柱，将混合液倒入，能与配基特异结合的蛋白质被吸附，其他组分直接流出。核 酸 的 化 学第3章 核酸的化学 核酸的化学组成核酸的分子结构 核酸的理化性质 核酸的提取、分离 一、核酸简介1909年Levene.P.A发现酵母核酸含有核糖，以后又发现脱氧核糖，正确指出了核苷、核苷酸的分子结构。核酸-生物体内的生物大分子，是生物遗传的物质基础。核酸的发现简史-1868年米歇尔从脓细胞核中分离出核素（核蛋白）；1889年

22、 Altman制备了不含蛋白的核素，定名为核酸；Kessel等研究了核酸的化学组成，分离出四种碱基；1944年，科学家通过DNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌，证明了核酸是遗传信息的携带者。核酸的应用（1）核酸类衍生物可抑制病原核酸与蛋白质的合成，从而抑制了癌细胞与病毒的进一步增殖。 如对病毒引起的天花、狂犬病和乙型脑炎等 1、核酸类衍生物可作为抗病毒、抗癌药物。日本开发出了治疗白血病的人造核酸。它就像一把剪刀，可发现引起白血病的遗传基因并将其剪除，将来有望成为治疗白血病的主要药物。核酸的应用（2）通过遗传工程，可用人工方法改组DNA，可以定向改变遗传特性，还可以跨越种属界限，从而有可能

23、创造出新型的生物品种。 如利用大肠杆菌生产胰岛素、干扰素等2、遗传工程人类基因组计划一、 核酸的种类与分布种类分布功能脱氧核糖核酸（DNA）细胞核储存遗传信息核糖核酸（RNA）细胞质传递遗传信息，参与蛋白质合成 核酸 核苷酸 核苷磷酸 碱基嘌呤碱 或 嘧啶碱 戊糖 核糖 或 脱氧核糖二、核酸的化学组成水解核酸的基本结构单位是核苷酸例、RNA 和DNA 彻底水解后的产物是 A 核糖相同,部分碱基不同 B 碱基相同,核糖不同 C 碱基不同,核糖不同 D 碱基不同,核糖相同 DNA和RNA的化学组成RNA DNA碱基A G C UA G C T戊糖核糖脱氧核糖磷酸磷酸磷酸核苷酸的结构碱基戊糖磷酸核苷

24、酸核苷糖苷键磷酸酯键核苷酸组成DNA的核苷酸-脱氧核苷酸 （dAMP、dCMP、dGMP、dTMP） 组成RNA的核苷酸- 核苷酸 (AMP、CMP、GMP 、UMP )三、核苷酸的衍生物 1、多磷酸核苷酸：腺嘌呤核苷酸（一磷酸核苷）AMP二磷酸核苷酸ADP三磷酸核苷酸ATP+磷酸+磷酸高能磷酸键ATP的性质末端含有两个高能磷酸键。具有很高的水解自由能，习惯上称为高能键，通常用“”表示。水解时, 可以释放出大量自由能。ATP分解为ADP或AMP时释放出大量的能量，这是生物体主要的供能方式。 核苷三磷酸的生理作用： ATP：能量储存和利用的中心； UTP：参与糖原的合成 CTP：参与脂肪和磷脂的

25、合成 GTP：参与蛋白质合成 其他的：核苷二磷酸：GDP、CDP、UDP核苷三磷酸： GTP、CTP、UTP，是合成RNA的原料；脱氧核苷二磷酸：dADP、dGDP、dTDP、dCDP脱氧核苷三磷酸：dATP、dCTP、dGTP、dTTP，是合成DNA的原料。2、辅酶类核苷酸 辅酶（NAD） 辅酶（NADP） 黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）都属于核苷酸类衍生物，在生物氧化过程中参与氢和某些化学基团的传递，在糖、脂肪和蛋白质代谢中起着重要的作用。 二级结构三级结构一级结构第二节 核酸的分子结构一、DNA的分子结构核苷酸的排列顺序 双螺旋结构 超螺旋 碱基堆积力氢键 3-5磷

26、酸二酯键 连接方式: 3-5磷酸二酯键1、DNA的一级结构脱氧核苷酸的3-羟基5-磷酸脱水缩合多核苷酸链具有方向性： 5末端-磷酸基团3末端-羟基交替的戊糖和磷酸基团形成核苷酸链的主链；碱基可看成是侧链；不同核苷酸链的区别就在于碱基组成的不同。2、 DNA的二级结构：双螺旋两条链，反平行，右手螺旋。碱基在双螺旋的内侧，磷酸与脱氧核糖在外侧。双螺旋的直径2nm。碱基之间轴向距离0.34nm，每圈螺旋含10个核苷酸。碱基互补原则：双链同一水平的一对碱基依靠氢链结合在一起。A和T间二个氢键，G和C间三个氢键。 稳定双螺旋结构的因素碱基堆积力。碱基配对的氢键。离子键：磷酸基上负电荷与介质中的阳离子形成

27、的，中和了磷酸基上负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。3、 DNA的三级结构DNA双螺旋链的扭曲或再次螺旋-超螺旋。原核生物：环状DNA可形成超螺旋。真核生物DNA与蛋白质结合成核小体而使两端固定，也可形成超螺旋。二、RNA的分子结构 天然RNA是单链线形分子。戊糖为D-核糖。基本碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、尿嘧啶U。稀有碱基。基本单位核苷酸。（一）RNA分子的组成（二） RNA的一级结构核苷酸的排列顺序3 -5 磷酸二酯键5末端-磷酸基团3末端-羟基 （三） RNA的二级结构 RNA分子是一条单链。 通过自身回折使可以配对的碱基相遇，形成氢键。由双螺旋区和环状突起构成。 tRNA的二级

28、结构（四）tRNA的三级结构tRNA的二级结构在空间伸展，形成倒“L”型的三维空间立体结构。 第三节 核酸的理化性质（一）核酸的分子量 DNA的分子量一般为1061010。 RNA的分子大小不同，在数百至数百万之间。 DNA溶液的粘度极高，变性后粘度降低。（二）核酸的粘度（四）核酸的酸碱性质 为两性电解质，有等电点。通常表现为酸性。磷酸根负离子可与金属离子成盐，增加溶解度。在PH411之间碱基对最稳定。（五）核酸的紫外吸收核酸的碱基具有共扼双键，在260nm处有紫外吸收峰。（三）核酸的溶解性核酸是极性化合物，微溶于水，不溶于有机溶剂。RNA溶于稀氯化钠溶液，DNA溶于浓的氯化钠溶液。 （六）核

29、酸的变性核酸三维结构受到破坏；变性的本质是双链间氢键的断裂，一级结构不变。变性的因素：加热、过高或过低的PH、有机溶剂等 。（七）核酸的复性与分子杂交复性：在适当条件下，变性核酸的互补链重新缔合成双螺旋的过程。分子杂交：复性时，各片段只要有相同的碱基彼此互补，就可重新形成双螺旋。 （DNA - DNA， RNA - RNA ，DNA - RNA ）DNA的变性与复性高温变性缓慢冷却急速冷却热复性复性失败核酸的杂交示列核酸分子杂交的应用1.研究DNA分子中某一种基因的位置2.定两种核酸分子间的序列相似性第四节 核酸的提取、分离和定量测定 核酸提取的一般原则：核蛋白的提取（DNP溶于浓NaCI，R

30、NP溶于稀NaCI）蛋白质的去除：变性法、酶解法分离纯化（分离出不同形状、不同分子量的核酸）设计实验方案： 核酸的分离、纯化核酸的含量测定 定磷法： 无机磷，在钼酸及还原剂作用下生成钼蓝。钼蓝在660nm处有最大吸收。 定糖法 1、核糖 糠醛 ，与地衣酚 深绿色化合物 ，670nm2、脱氧核糖 w-OH-酮戊醛，与二苯胺蓝色化合物,595nm紫外吸收法核酸对260 nm左右的紫外光有最大吸收。两种最重要的生物大分子比较蛋白质 核酸组成单位 氨基酸 核苷酸组成单位 20种 A、C 、G 、T (DNA)的种类 A、C 、G 、U (RNA)连接方式 肽键 磷酸二酯键一级结构 AA排列顺序 碱基序

31、列空间结构 二、三、四级结构 双螺旋、超螺旋 功能 生命活动 遗传信息贮存、传递、 直接执行者 表达,决定蛋白结构第四章 酶（enzyme）一、酶的概念（The concept of enzyme）： 酶是活细胞产生的，对其特异底物具有高效 催化功能的一类生物分子，所以又称为生物催 化（Biocatalysts） 。包括蛋白质类酶和核酶。蛋白质类酶（enzyme）：是活细胞产生的、对其特异底物起高效率催化作用的蛋白质。 核酶（ribozyme）：是具有高效、特异催 化作用的核酸（RNA）。 第一节 概论酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞

32、生命活动的结果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。二、 酶的催化特性酶的特性：1、作为生物催化剂的特性（1）用量少而催化效率高；（2）不改变化学反应的平衡点；（3）降低反应的活化能；2、高效性酶催化反应的速率闭菲催化反应高108-102

33、0倍比其它催化反应高107-1013倍。3、专一性酶只对某一反应或某一类反应具有催化作用。4、酶活性的可调控性5、不稳定性三、酶的命名和分类 1961年国际酶学委员会（enzyme commission）提出的酶的命名和分类方法。 （一）命名 1系统名称（systematic name） （1）标明底物，催化反应的性质 G-6-PF-6-P G-6-P异构酶 例:（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:） 分开。如其中一个底物为水时，水可略去。 例1： 丙氨酸+-酮戊二酸 谷氨酸+丙酮酸 丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶 例2： 脂肪+H2O 脂酸+甘油 脂肪水解酶 2习惯名称（reco

34、mmended name） （1）底物 （2）反应性质 （3）底物，反应性质 （4）来源或其它特点 （二）酶的分类：1、氧化还原酶2、转移酶类3、水解酶类4、裂合酶类5、异构酶类6、连接酶类第二节 酶的结构特定与催化机制一、酶的化学本质大多数酶都是蛋白质，有少数的是核酸。绝大多数酶是蛋白质，按其组成分为： 结合酶(conjugated enzyme) : 结合酶蛋白质部分 + 非蛋白质部分 （酶蛋白 （辅助因子 apoenzyme） cofactor)二、酶的分子组成： 人体内大部分的酶类都是结合蛋白酶。 单纯酶（simple enzyme) :完全由氨基酸组成。全酶= Metal ion （

35、金属离子)Small molecular organics 小分子有机物辅酶辅基酶蛋白+辅助因子酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶。 辅酶(Coenzyme):与酶的结合比较松散，可用透析或超滤的方法可 以除去。 辅基(Prosthetic group):与酶的共价结合比较紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。 酶蛋白的作用：决定酶的特异性，即底物的选择性，但 单纯的酶蛋白无催化功能。辅助因子：是金属离子及小分子有机化合物。辅助因子的作用：决定酶所催化的反应类型与性质，在 反应过程中，直接参与电子、原子或某些化学基团的传递或连接作用。 全酶（chole enzyme）：酶蛋白和辅助因子结合

36、形成的复合物，只有全酶才具有催化作用。酶分子中的金属离子：常见的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+ 、Fe3+ 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类： 1、金属酶(Metalloenzyme) ：金属离子与酶结合紧密，提取过程 中不易丢失。 2、金属激酶（Metal-activated enzyme):金属离子与酶的结合一般 较松散。在溶液中，酶与这类离子结 合而被激活。金属辅助因子的作用： 1、作为酶活性中心的催化基团参与催化反应，传递电子、 原子或功能团 2、作为连接酶与底物的桥梁 3、稳定酶的构象。 4、中和阴离子，降低反应中的电荷排斥力。小分子有机化合物

37、的作用: 在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。二、酶的活性中心(active center)1、酶的必需基团（essential group)：酶分子中与酶活性有关的 化学基团称为酶的必需基团。 常见的必需基团是：丝氨酸的OH组氨酸的咪唑基半胱氨酸的SH谷氨酸的COOH赖氨酸的NH22、酶的活性中心（活性部位）:指酶大分子中直接和小分子底物相结合的空间或参加催化作用直接相关的部位。换言之，酶的必需基团在空间结构上彼此靠近， 形成具有特定空间结构的区域，与底物结合并将底物转化为产物。活性中心内的必需基团分为： 催化基团：催化底物发生化学反应，将底物转变为产物的基团，决定酶所催化反应

38、的性质。 结合基团：与底物和辅酶结合的基团，决定酶的专一性。底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心 活性中心外的必需基团：不直接参与酶活性中心的组成，但是维持酶活性中心特定空间结构所必需的基团。 酶的活性中心是酶起催化作用的关键部位，当酶的活性中心被其他物质占据，或其空间结构被破坏，则酶的活性即丧失。底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心 三、酶原与酶原的激活 酶原（zymogen）的概念：有些酶在细胞内合成及分泌 时，是一种无活性的酶的前身，称为酶原。酶原的激活(activation of zymogen)：酶原在一定的条件下，由无活性转变为有活性的过程。

39、 酶原激活的机理酶 原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下酶原激活的本质：酶原多肽链水解掉一个或几个小肽，使酶的构 象发生改变，形成酶的活性中心。赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的生理意义：避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥催化作用，保证体内代谢的正常进行。 举例急性胰腺炎：胰蛋白酶原在胰腺内被激活，破坏 胰腺细胞。酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物。 尿素 （底物）2

40、NH3CO2 （产物） 脲酶四、酶的催化作用机制 活化能(activation energy) ：底物分子从初态转变到活化态所 需的能量。 反应速度快慢主要取决于反应的活化能。 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。 能 量 反应过程一般催化剂催 化反应活化能产物非催化反应活化能底物 酶促反应活化能反应总能量改变 酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。 （一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说 酶-底物复合物学说认为，酶在催化过程中，首先与底物结合形成不稳定的酶底物的复合物，然后复合物再分解生成产物，并释放出酶。E + SESE + PK1K2K3二、酶促反应的机制(me

41、chanisms of enzymatic reaction) 酶是如何与底物结合形成ES的呢？酶与底物的诱导契合学说(induced-fit hypothesis) 酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和 相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱 导契合假说 。酶-底物结合的诱 导契合（二）酶促反应的机制 在确认酶与底物形成复合物后，关于活化能的降低可能有以下几种作用机制： 1.邻近效应和定向排列 2.多元催化（酸碱催化作用）3.表面效应第三节 影响酶促反应速度的因素一、酶促反应速率的测定 酶促反应动力学是对酶促反应速度及其影响因素进行定量研究的科学。 酶促反应速率(th

42、e rate of enzymatic reaction) 是指 单位时间内酶催化反应的底物消耗量或产物生成量。影响酶促反应速度的因素： 1、酶浓度 2、底物浓度 3、pH 4、温度 5、激活剂和抑制剂 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。单底物、单产物反应 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度 研究前提一.底物浓度对酶促反应速度的影响 （一）米氏方程a b c 用米-曼氏方程表示：vVmSKm+Sv：不同底物浓度时的 反应速度 Vm：最大反应速度 Km：米氏常数 S：底物浓度 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲

43、线关系。1、当底物浓度很低时， S Km时，几乎所 有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax）， 方程变为 V= 此时再增加底物浓度，反应速度增加的幅度很小或不再 增加，为零级反应（曲线c段）。VmS SV=VmSVVmaxc（二）Km与Vmax的意义 1、Km的推导 当反应速度等于最大速度一半时,即V = 1/2 Vmax, Km = SVmaxVSKmVmax/2 KmS 2Km + S Vmax VmaxS 2、Km值的定义: 酶促反应v=1/2Vmax时的底物 浓度。 单位是mol/L或mmol/L。 Km值的意义： （1） Km可近似表示酶对底物的亲和力。 （2）Km是酶的

44、特征性常数之一。 （3）同一酶对于不同底物有不同的Km值。（1）表示酶与底物亲和力：Km越大，表示E与S的亲和力越小， Km越小，表示E与S的亲和力越大。E + SESE + PK1K2K3Km=K2+k3K1，当K2K3时，K3可忽略不计， Km=K2K1=ES ES =Ks（2）Km值是酶的一种特征性常数。Km值的大小与酶的性质、底物的种类及反应条件有关，而与酶的浓度无关，即不同的酶Km值不同，可用于鉴别酶。 Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的 缓冲体系中测定的。一种酶在不同的测定条件下具有不同的Km值。 酶 底物 Km值过氧化氢酶 H2O2 25 己糖激酶 葡萄糖 0

45、.15 果糖 1.5 谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 0.12 -酮戊二酸 2.0 NAD 0.025 NADH 0.018 （3）计算酶的转换数（K3）：如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的转换数(turnover number)。当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数，即动力学常数K3。 酶的转换数可用来比较每单位酶的催化能力。K3 = VmaxE Vmax：是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。Vmax=K3ES=K3 E3、Km值的实际应用（1）确定最适底物或天然底物。 对于多底物的酶，其最适底物的Km最小。（2）确定酶活性测定所需的底物浓度。 底物

46、浓度以10 Km为宜，此时V=91%Vm,且V与E成正比，即反应速度与酶活性或酶含量有关。 反应速度达到Vmax的99%，其底物浓度应为99Km。 反应速度达到Vmax的90%，其底物浓度应为9Km。二、酶浓度对反应速度的影响 当底物浓度足够大时，SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比关系。 VK3E VabE酶浓度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响 温度对酶促反应速度有两种结果相反的影响： 一方面是温度升高,酶促反应速度加快。 另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适温度。 在最适温度条件下,反应速度最大。最适温

47、度(optimum temperature):使酶活性达到最大时的温度。人体多数酶的最适温度为37左右。 最适温度不是酶的特征性常数。应用：低温麻醉，冷冻保存生物制品、食品，超低温保存人体 器官等。 丝氨酸的羟基 半胱氨酸的巯基 组氨酸的咪唑基。 酶活性中心的必需基团: pH对酶促反应速度的影响，主要是通过影响酶活性中心基团的解离状态及空间构象，使酶活性发生变化。四、pH对酶促反应速度的影响 由于酶活性中心的基团只有处于某一解离状态时才有利于酶 与底物的结合，才具有最佳的催化作用。 酶活性最大时溶液的pH值称酶的最适pH（optimum pH)， 偏离此pH活性下降。 不同的酶最适pH不同，但

48、人体内多数酶的最适pH接近中性。 偏离最适pH，酶的活性降低，偏离越远，酶的活性越低，pH过高 或过低达一定程度时，酶变性即失活。 由于溶液pH值对酶活性影响很大，因此做酶的实验时要加入缓冲液控制pH值。最适pH也不是酶的特征性常数。五.抑制剂对酶促反应速度的影响 概念：使酶活性降低但不引起酶变性的物质称 抑制剂(inhibitor)。 区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定的选择性 引起变性的因素对酶没有选择性抑制作用的类型可逆性抑制作用不可逆性抑制作用竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制（一）不可逆性抑制作用（inrreversible inhibition) 抑制剂与酶活性中心的必需基团共价结合

49、而使酶的活性丧失，这种抑制作用是不可逆的，用透析的方法不能恢复酶的活性。 有机磷化合物能与多种酶的活性中心AA残基上的OH结合，使酶活性丧失。有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯与酶的结合解毒剂：解磷定路易士气：含砷的化合物，能抑制体内巯基酶的活性ClClAsCHCHClE SHSH+AsCHCHClE SS+ 2HCl 金属离子Hg2+、Ag+、As3+等作用于SH而抑制巯基 酶的活性。 解毒剂 - - - 二巯基丙醇(BAL)失活的酶 BAL巯基酶 BAL与砷剂结合物（二）可逆性抑制作用(reversible inhibition) 抑制剂以非共价键与酶可逆性结合，从而使酶的活性暂时性下降或丧失，若

50、用透析方法可除去抑制剂而恢复酶的催化功能。1、竞争性抑制作用(competitive inhibition)： 概念：抑制剂与底物结构相似，与底物竞争与酶的活性中心结 合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在活性中 心之外，从而使酶促反应被抑制。 + IEIE + SE + PES反应模式+EESIESEIE P * 特点(1)I与S结构类似，竞争酶的活性中心。E + SESE + P+IEI （2）抑制作用的强弱，取决于底物与抑制剂两者的浓度，加大 底物浓度可以减轻甚至解除抑制。 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2 延胡索酸二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸二氢

51、叶酸 合成酶二氢叶酸磺胺类药物的抑菌机制： 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶四氢叶酸：参与嘌呤、嘧啶的合成磺胺类药物的抑菌机理 四氢叶酸是核苷酸合成过程的重要辅酶，磺胺类药物可竞争性抑制二氢叶酸合成酶，抑制二氢叶酸合成，最终可导致细菌的核酸合成障碍，生长繁殖停顿。 人类可直接利用食物中的叶酸合成四氢叶酸，因此不受磺胺类药物的影响。2、非竞争性抑制作用（non-competitive inhibition) 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至 酶活性下降。抑制剂与酶活性中心以外的部位结合。ESESEPIEISESII* 反应模式+ S S+ S S+ESIEIEESEP（1）

52、抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。* 特点（2）抑制程度取决于抑制剂的浓度。ESESEPIEISESII+ S S+ S S+ESIEIEESEP（3）动力学特点：Km不变，Vm变小。由于形成的ESI不能转变为产 物。所以，E活性被抑制。 抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂 3、反竞争性抑制作用(uncompetitive inhibition) 抑制剂只与ES结合,使ES量下降，导致酶促反应的产物减少。此种抑制主要影响催化功能，与底物结合位点无关。ESESPEIESI* 反应模式+ESESESIEP* 特点：（1）抑制剂只与酶底物复合物结合。+ESESESIE

53、P（2）抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度。各种可逆性抑制作用的比较 六.激活剂对酶促反应速度的影响 概念：使酶由无活性变成有活性或使酶活性提高的 物质称为激活剂(activator)。必需激活剂(essential activator) 非必需激活剂(non-essential activator) 第四节 酶的应用1、酶在食品中的应用2、 酶在化工、轻工方面的应用3、 酶在医药上的应用第一节 概述维生素(Vitamin)的概念：是机体维持正常功能所必需，但在 体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低 分子量有机物质。分类：维生素按其溶解性质分为：1、脂溶性维生素：A、D、E、K

54、，可在体内贮存。2、水溶性维生素：B族维生素（B1、B2、PP、B6、B12、 泛酸、叶酸和生物素）和维生素C， 在体内基本上不能贮存。第五章 维生素第 二 节 脂溶性维生素Lipid-soluble Vitamins一、维生素A（抗干眼病维生素）（一）来源、化学本质及性质 以肝脏和鱼肝油含量最丰富，胡萝卜、玉米等植物含有维生素A原。维生素A是不饱和的一元醇，分子内含有双键结构，化学性质较活泼。 维生素A在体内的活性形式是：视黄醇、视黄醛和视黄酸。CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3Cb胡萝卜素O2胆汁酸盐b胡萝卜素加双氧酶CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3

55、CH3H3CC=OHO=CH视黄醛视黄醛视黄醛还原酶NADPH+H+NADP+CH3CH3CH3CH3CH3CH2OHCH3CH3CH3CH3CH3视黄醇视黄酸COHO（二）生化作用与缺乏症 1、构成感光物质与暗 视觉有关：在人视 网膜的杆状细胞内 维生素A的衍生物 11-顺视黄醛与视 蛋白组成视紫红质， 后者是感弱光的物 质。维生素A缺乏时 夜盲症（雀目） 2、维持上皮组织健全与完整：维生素A能促进上皮细胞 糖蛋白的合成。 维生素A缺乏时，上皮干燥、增生及角化等，其中以 眼睛呼吸道、消化道、尿道及生殖道上皮受影响较明显， 称为干眼病。 3、其他作用：（1）视黄酸与人体上皮细胞的正常分化直接相

56、 关，可维持正常的生长发育。（2）维生素A能直接消灭自 由基，具有抗肿瘤的作用。 二、 维生素D （抗佝偻病维生素）（一）来源、化学本质及性质 种类：VitD2（麦角钙化醇）VitD3（胆钙化醇）VitD2原：麦角固醇VitD3原： 7-脱氢胆固醇麦角固醇VitD2胆固醇7-脱氢胆固醇VitD3VitD3的活性形式： 1, 25- (OH)2-VitD3阳光及紫外线作用下肝25-羟化酶 维生素D3（胆钙化醇） 25-羟维生素D3（25-羟胆钙化醇）肾,骨,胎盘中的1-羟化酶 1, 25-二羟维生素D3（1, 25-二羟胆钙化醇）在体内的转变 24, 25-二羟维生素D3（24, 25-二羟胆钙

57、化醇）肾,骨,胎盘、软骨中的24-羟化酶（二）生化作用与缺乏症 调节钙磷代谢：促进肠道对钙、磷的吸收，有利于骨骼钙化。缺乏维生素D时，儿童易患佝偻病，成人易患软骨病。 三、维生素E（一）来源、化学本质及性质 维生素E分为生育酚和生育三烯酚，主要存在于植物种子油中，极易被氧化，是一种良好的抗氧化剂。（二）生化作用与缺乏症 1、维持正常的生育功能 缺乏时生殖器官发育不良、睾丸萎缩、无精子、胎盘萎缩、流产等。临床上常用维生素E治疗先兆流产、习惯性流产等。 2、抗氧化作用近来与维生素C一起广泛用于抗衰老、抗氧化。3、促进血红素代谢：新生儿缺乏维生素E时可引起贫血。 四、维生素K （凝血维生素）（一）来

58、源、化学本质及性质 维生素K又名凝血维生素，有K1，K2二种，人工可合成K3、K4，动物肝脏及绿叶植物含较多K1，肠道细菌可合成大量K2。（二）生化作用与缺乏症：与凝血有关促进肝脏合成凝血因子（凝血酶原）、 、 。缺乏时凝血时间延长，常发生皮下、消化道等出血。手术前常规提前三天注射维生素K第 三 节 水溶性维生素Water-soluble Vitamins一.维生素B1（一）来源、化学本质及性质 维生素B1又名硫胺素、抗脚气病维生素，主要来源于种子外皮及胚芽等，瘦肉中含量也很丰富。NNH3CNH2CH2N+Cl-SCH3CH2CH2OH活性形式（辅酶形式）：焦磷酸硫胺素（TPP）B1CH2CH

59、2OPOPOHOHOHOO（二）生化作用与缺乏症1、TPP 是a酮酸氧化脱羧酶的辅酶，参与a酮酸的氧化 脱羧。 葡萄糖丙酮酸脱H酶系TPP乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环缺乏时糖代谢障碍引起脚气病丙酮酸2、 TPP 也是转酮醇酶的辅酶，参与磷酸戊糖代谢。 3、抑制胆碱酯酶的活性乙酰胆碱胆碱酯酶(-)B1(促进肠蠕动和肠液分泌)乙酸胆碱缺乏时消化功能障碍；有机磷农药中毒不能用B1。二.维生素B2是核醇和异咯嗪缩合而成，又称核黄素。性质：具有氧化还原的特性H3CH3C5678NN910NNHOO1234CH2CCCCH2OHOHOHOHHHH核醇6,7二甲基异咯嗪 (黄素)（一）来源、化

60、学本质及性质（二）生化作用与缺乏症组成氧化还原酶的辅基FMN和FAD，在生物氧化中起递H作用。FAD 黄素腺嘌呤二核苷酸FMN 黄素单核苷酸缺乏时出现唇炎、舌炎、口角炎、阴囊炎、眼睑炎、结膜炎、皮脂溢出性皮炎等。Vit B2FMNAMPFADNNNR FMN或FAD2H2HNNHRNH FMNH2或FADH2(氧化型)(还原型)110三、维生素PP（一）来源、化学本质及性质 维生素PP又称抗癩皮病维生素，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺（烟酰胺）两种，来源广泛，在维生素中其性质最稳定。1NCOOHNCONH241（二）生化作用与缺乏症维生素PP在体内组成了两种辅酶：NAD+ 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸