【课件】生物化学普通生物化学

1、生物化学（普通生物化学）考研答疑蛋白质化学酶蛋白质的分解和氨基酸代谢核酸化学核酸的分解和核苷酸代谢生物氧化一、蛋白质的组成（元素组成，化学组成）二、蛋白质的结构（一级、二级、三级、四级结构）三、蛋白质的性质（等电点、分子量、胶体、沉淀反应、颜色反应、变性与复性）（一）蛋白质的元素组成： C、H、O、N 及少量的 S 特点：N 在各种蛋白质中的平均含量为16% 因为样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g 蛋白质）；故：凯氏定氮法 蛋白质含量=蛋白质含氮量6.25优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单。缺

2、点：易将无机氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质中。 (二）蛋白质的水解1、完全水解：用浓酸、碱将蛋白质 完全水解为氨基酸。 酸水解：无消旋作用，产物为L-氨 基酸。 碱水解：多数氨基酸被破坏，有消 旋现象。2、部分水解： 一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸。（三）氨基酸氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：(1)与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸。(2)除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原子。目前已知

3、的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。R（3）按R基团的极性分：极性氨基酸： 极性不带电荷：丝、苏、天冬酰胺、 谷氨酰胺、酪、半胱、 极性带正电荷：组、赖、精、 极性带负电荷：天冬、谷、非极性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、 苯丙、甲硫、脯、色、（4）按人体是否可合成来分：必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。甲硫、色、赖、缬、异亮、亮、苯丙、苏、半必需氨基酸：人体可合成，但幼儿期合成速度不能满足需要。 组*、精*、非必需氨基酸：机体可自身合成的氨基酸。（5）氨基酸的重要理化性质(1)光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(pI，蛋白质粒子带负电荷，在电场

4、中向正极移动；当pHpI，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。三、蛋白质的胶体性质蛋白质的水溶液是一种稳定的亲水胶。由于蛋白质的分子量很大，大小在1-100nm范围内，它在水中能够形成胶体溶液。同种电荷互相排斥；不能通过半透膜；分子周围有双电子层和水化层，有利于稳定蛋白质胶体系统。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去四、沉淀反应蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。方法：等电点沉淀

5、，盐析，有机溶剂，重金属盐，生物碱试剂盐析：在蛋白质的水溶液中加入高浓度的中性盐，使蛋白质从溶液中析出的现象称为盐析。原因，硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等中性盐可有效破坏蛋白质的水化层和中和电荷 ，从而使蛋白质沉淀。盐溶：一般在低盐浓度的情况下，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高而增加，这种现象称为盐溶。五、蛋白质的变性（denaturation)和复性（renaturation)天然蛋白质在理化因素的影响下，高级结构发生变化，理化性质和生物学功能改变或丧失，但一级结构保持不变，这种现象叫蛋白质的变性。引起变性的主要因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸和强碱等。六.蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收大部分蛋

6、白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。这三种氨基酸的在280nm 附近有最大吸收。因此，大多数蛋白质在280nm 附近显示强的吸收。利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。蛋白质酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解氨基酸的分解与转化氨的同化及氨基酸的生物合成氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。普遍存在于动物细胞中，主要在肝中进行。主要有以下两种类型： -氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+ H2O-酮戊二 酸+ NH3N

7、AD（P）+NAD（P）H转氨基作用 -氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛） 在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。辅酶： 所有转氨酶辅酶为磷酸吡哆醛，并作为 脱羧作用、脱氨作用、消旋作用的辅酶。联合脱氨基作用a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联（1）概念 转氨基作用和氧化脱氨

8、基作用联合进行的脱氨基作用方式。 是体内氨基酸的脱氨基的主要方式。（2）类型转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADH-酮酸-氨基酸-酮戊二酸L-谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联-氨基酸-酮酸-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸NH3、-酮酸、胺氨基酸降解产物的去向（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3）尿素的生成尿素循环（4）合成其他含N物质鸟氨酸循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O

9、2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素氨的同化植物体中的N源（硝酸还原生成）NO3-氨同化的途径Glu的形成途径氨甲酰磷酸形成途径硝酸还原酶NO2-亚硝酸还原酶NH3AAPro其它含N化合物酶(Enzyme)酶的化学本质及组成(大多数酶是蛋白质,某些RNA具有催化活性)酶的作用机制(酶催化作用的中间产物学说,活性中心)影响酶促反应速度的因素(酶促反应动力学)一、酶的化学本质及组成分类（一）酶的特点催化效率高、酶易失活、酶活性受调控、高度专一性绝对专一性：只作用一种底物。相对专一性：作用于一类底物。包括键专一性和簇（基团）专一性。立体异构专一性：这类

10、酶不能辨别底物不同的立体异构体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异构专一性和几何异构专一性。（二）酶的组成1、单纯酶（简单蛋白质）2、结合酶：酶蛋白+辅因子=全酶辅因子(cofacter)：热稳定的非蛋白小分子。辅酶(coenzyme): 结合较松，可透析去除； 辅基(prosthetic grup)： 结合较紧，透析不易除去。酶蛋白负责专一性；辅因子负责电子、原子或基团转移。 同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合，显示不同催化活性按酶的分子特点分：1、单体酶：一条肽链构成。2、寡聚酶：几到几十个亚基（相同或不同） 组成。3、多酶体系：几种酶彼此嵌合的复合体， 有利于一系列

11、反应连续进行。（三）酶的分类国际酶学委员会（EC）根据酶催化反应的类型分类： 1 、氧化还原酶 2、转移酶 3、水解酶 4、裂解酶 5、异构酶 6、合成酶二、酶的作用机制酶催化作用的本质：降低反应活化能酶催化作用的中间产物学说：E + S = E-S P + E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。活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间局限（部位）。结合部位(Binding site)：酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。催化部位(Catalytic site): 酶分子中促使底物发生化学

12、变化的部位称为催化部位。酶的作用机理（诱导契合学说）当E与S接近时，E蛋白受S分子的诱导，其构象发生有利于S结合的变化，E与S在此基础上互补契合、进行反应。三、影响酶促反应速度的因素酶促反应动力学是研究酶促反应的速度及影响此速度的各种因素的科学。（一）底物浓度对酶促反应速度影响在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。米氏方程Michaelis & Menten根据中间产物学说推导出表示酶促反应中底物浓度与反应速度关系的公式称米氏方程。K

13、m 米氏常数Vmax 最大反应速度由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时,即V = 1/2 Vmax, Km = S 上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。因此,米氏常数的单位为mol/L。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，不同条件下具有不同的Km值,在一定条件下某酶对某一底物有一定的Km值。 Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。同一E有几个S就有几个Km， Km最小的为最适S或天然S。双倒数作图法测米氏常数测定Km和V的方法很多，最常用的是 1 K

14、m 1 1 = + V Vmax S Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax1、量截距；2、量一个截距求斜率(二）抑制剂对酶反应的影响抑制剂（inhibitor, I ) ： 凡与E结合后，使E的活性部位结构和性质改变而引起 E活性降低或丧失的物质，叫抑制剂。(1)不可逆抑制作用： 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶失活。透析、超滤不能除去 I 。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。作用于催化乙酰胆碱水解的胆碱酯酶，引起一系列神经中毒症状。有机磷、烷化剂：作用于Ser、Thr的-OH；氰化物：作用于Fe2+ ，抑制细胞呼吸；重金属盐、汞、砷：作用于含-SH的酶；(2)可逆

15、抑制作用：抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去。可逆抑制根据I与S的关系分三类： 竞争性抑制： 非竞争性抑制： 反竞争性抑制：竞争性抑制：I 在分子结构上与S类似， I与S竞争性。抑制程度取决于 I和S以及与E的亲和力；可通过增加S来减轻或解除抑制。结果： Km值增大， Vmax不变药物设计的应用：如磺胺非竞争性抑制酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导致酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。结果： Km值不变， Vmax减少反竞争性抑制酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下

16、降。有反竞争性抑制剂存在时，Km和V值均减小(三）激活剂对酶反应的影响凡是能提高酶活力的物质都称为激活剂。（activator)（四）酶浓度对酶反应的影响酶促反应的速度和酶浓度成正比。（五）温度对酶反应的影响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。1）低于最适温度：反应速度随温度上升而加快；2）高于最适温度：E蛋白随温度上升而变性失活。（六）pH对酶反应的影响在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH.1）pH影响E活性中心及附近有关基团的解离，使之易或不易与S 结合；2）pH影响S的极性基团，从而影响这些基团与E的结合；3）过酸、过碱可使酶变性失活。别构

17、酶(Allosteric enzyme)亦称变构酶，是一类重要的调节酶。一般为寡聚酶,其上有二个重要部位活性部位和别构部位。活性部位：负责E对S的结合与催化；别构部位。可结合调节物，负责调节酶反应速度 。大多数别构酶动力学曲线不符合米氏方程同工酶（isoenzyme）指能催化同一反应，但酶蛋白本身分子结构组成、生理性质、理化性质及反应机理都有所不同的一组酶。乳酸脱氢酶（LDH）的亚基可以分为两型：骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。M、H亚基的氨基酸组成有差别，可用电泳分离。其免疫抗体无交叉反应。两种亚基以不同比例组成五种四聚体即为一组LDH同工酶LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(

18、H2M2)、LDH4(HM3)和LDH5(M4)。酶活力：又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称为酶活力，通常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示。活力单位U（Unit），许多酶活力单位都是以最佳条件或某一固定条件下每分钟催化生成1mol产物所需要的酶量为一个酶活力单位。酶的比活力是每单位（一般是mg）蛋白质中的酶活力单位数。对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。维生素与辅酶维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。维生素A,D,E,K均溶于脂类溶剂，不溶于水.水溶性维生素维生素B1和羧化辅酶以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在,是脱羧酶的辅酶.维生素B2和黄素辅酶FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物。脱氢酶的辅酶。泛酸和辅酶A（CoA）酰基载体维生素PP和辅酶I