生物化学专业知识讲座市公开课获奖课件

1、一 糖概念（一）分布及主要性 地球上生物质（Biomass)干重50%以上是由葡萄糖多聚物构成（二）化学概念 糖类是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和一些衍生物总称 结构：醛糖 酮糖 碳原子数：丙糖 丁糖 戊糖 己糖 第1页第1页（三）分类(1) 单糖：不能被水解成更小分子糖(2) 寡糖：2-10个单糖分子脱水缩合而成(3) 多糖：多个分子单糖结合 同多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质 杂多糖：糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等)(4) 结合糖 ： 糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等(5) 糖衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷（四）糖类生物学功效(1) 结构成份(2) 能源(3

2、) 物质代谢碳骨架（碳源）。(4) 细胞间或生物大分子之间辨认信息分子第2页第2页二 单糖（一）结构1 链状结构葡萄糖被钠汞齐和HI还原成正己烷葡萄糖被浓HNO3氧化成糖二酸差向异构体(epimer)：又称表异构体，只有一个不对称碳原子上基团排列方式不同非对映异构体，如D-葡萄糖与D-半乳糖。 第3页第3页2 环状结构葡萄糖与普通醛类性质有出入不与NaHSO3及Schiff试剂加合只与一分子甲醇结合葡萄糖（Glc）新鲜水溶液比旋光度改变第4页第4页3 单糖构象构象：分子中单键周围原子旋转所产生不同空间结构。不需要共价键断裂与重新生成构型：分子中各原子固有空间排列而使该分子所含有特定立体化学形式

3、。需要共价键断裂与重新生成变旋在溶液中，糖链状结构和环状结构(、)之是能够互相转变，最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。第5页第5页三 寡糖 蔗糖 Sucrose1 结构 水解 等分子D-葡萄糖，D-果糖 Fehling, Benedict试剂 无还原性，1-2糖苷键 硫酸二甲酯 水解 2,3,4,6-四甲基吡喃葡萄糖 蔗糖 八甲基蔗糖 1,3,4,6-四甲基呋喃果糖 麦芽糖酶（-葡萄糖苷酶） 葡萄糖苷 蔗糖酶（-果糖苷酶） -果糖苷 -D-吡喃葡萄糖-1,2糖苷键- D-呋喃果糖有旋光性，无变旋，无还原性，不成脎2 性质第6页第6页麦芽糖2 性质有游离半缩醛羟基，有还原性能使Fehling试

4、剂还原，能成脎 有变旋现象（2）性质溶解度 直链 少许溶于热水 支链 较易溶于水分子量 直链 4千40万 支链 50万100万与碘反应 直链 蓝色 支链 紫色水解 第7页第7页2 糖原 Glycogen(1) 结构 似支链淀粉。但分支多，链短，结构紧密(2) 性质 似红色糊精，遇碘呈红色。但无还原性 动物葡萄糖暂时储存形式 肝糖原 10% 肌糖原 1-2%第8页第8页2 糖原 Glycogen(1) 结构 似支链淀粉。但分支多，链短，结构紧密(2) 性质 似红色糊精，遇碘呈红色。但无还原性 动物葡萄糖暂时储存形式 肝糖原 10% 肌糖原 1-2%第9页第9页(一) 脂类化学概念由脂肪酸和醇构成

5、酯类及其衍生物(不溶或微溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性有机溶剂化合物,普通由醇和脂肪酸构成)脂肪酸：C4-C34一元羧酸醇：甘油醇、鞘氨醇(神经醇)、固醇、高级一元醇特性不溶于水而溶于脂溶剂脂肪酸醇能被生物体利用一 脂类概念和类别第10页第10页(二) 脂类分类1 单脂 脂肪酸醇脂(Fat) 固态 饱和、高级脂酸多油(Oil) 液态 不饱和、低档脂酸多蜡(Wax) 高级脂酸高级一元醇甘油三酯第11页第11页2 复脂还含有其它非脂性物质 糖、磷酸、氮碱磷脂 含磷酸、氮碱甘油醇磷脂鞘氨醇磷脂糖脂 含糖脂蛋白第12页第12页3 衍生脂脂肪酸及其衍生物甘油 鞘氨醇 高级醇等固醇类萜类脂溶性维生素

6、第13页第13页(三) 分布和主要性 一切动植物都含有脂类 主要性1 提供能量2 保护作用3 为脂溶性物质提供溶剂4 提供必需脂肪酸 亚油酸，亚麻酸5 构建生物膜脂双层结构6 细胞辨认7 转变为维生素，激素第14页第14页3 脂肪性质(1) 物理性质无色、无嗅、无味，呈中性不溶于水，溶于脂溶剂有乳化剂可与水成乳状液折光性不饱和饱和 分子量高分子量低第15页第15页A、必需脂肪酸 essential fatty acids 亚油酸和-亚麻酸，称为必需脂肪酸。B、皂化值（评估油质量） 完全皂化1克油脂所需KOH毫克数。 C、酸值（酸败程度） 中和1 克油脂中游离脂肪酸所消耗KOH毫克数。D、碘值（

7、不饱和键多少） 100克油脂吸取碘克数。 乙酰价：中和1克乙酰脂经皂化释出乙酸所需 KOH毫克数第16页第16页（1）卵磷脂（磷脂酰胆碱） 结构 X：胆碱 (CH3)3NOHCH2CH2OH白色蜡状，易吸水不溶于丙酮，溶于乙醇及乙醚两性离子两亲化合物，极性与非极性部分水解 酸、碱、酶卵磷脂、胆碱能增进脂肪在肝中代谢，预防脂肪肝 乙酰胆碱是一个神经递质（2）脑磷脂不溶于丙酮、乙醇，溶于乙醚 与血液凝固相关（凝血酶原活化） 第17页第17页（3）磷脂酰肌醇 与信号传导相关（4）缩醛磷脂也许有保护血管作用（5）心磷脂（双磷脂酰甘油）脂中唯一含有抗原性有助于线粒体膜上结构蛋白与细胞色素C连接溶于热乙醇

8、，不溶于乙醚、丙酮对神经激动性和传导性有主要性鞘磷脂第18页第18页糖脂生物学功效（1）细胞结构刚性（2）抗原化学标识 血型抗原（3）细胞分化阶段可鉴定化学标识（4）调整细胞正常生长（5）授予细胞与其它生物活性物质反应性倾向。第19页第19页(一) 蛋白质化学构成1、元素构成 碳 50% 氢7% 氧23% 氮16% 硫 0-3% 微量磷、铁、铜、碘、锌、钼 凯氏定氮：粗蛋白质含量=蛋白氮6.252、氨基酸构成 蛋白质是由20种左右L-型-氨基酸构成高分子有机化合物第20页第20页(二) 主要性1 蛋白质是生物体结构物质2 蛋白质是生物体功效物质新陈代谢催化剂酶运送功效运动功效激素功效免疫反应中

9、抗体接受和传递信息受体贮藏氨基酸，作为幼体发育时原料调整、控制细胞生长、分化和遗传信息表示第21页第21页二 蛋白质分类(一) 依据分子形状球状蛋白质纤维状蛋白质（二）依据构成单纯蛋白（简朴蛋白） 只有氨基酸缀合蛋白（结合蛋白） 蛋白质非蛋白质（辅基或配基）核蛋白脂蛋白糖蛋白磷蛋白色蛋白金属蛋白第22页第22页二 蛋白质分类(一) 依据分子形状球状蛋白质纤维状蛋白质（二）依据构成单纯蛋白（简朴蛋白） 只有氨基酸缀合蛋白（结合蛋白） 蛋白质非蛋白质（辅基或配基）核蛋白脂蛋白糖蛋白磷蛋白色蛋白金属蛋白第23页第23页 A、按照R基化学结构分类（a）R为脂肪烃基氨基酸（5种）（b） R中含有羟基和硫

10、氨基酸（共4种）（c）R中含有酰胺基团（2种）（d）R中含有酸性基团（2种）Asp、Glu（e）R中含碱性基团（3种）（f）芳香族氨基酸（g）杂环族氨基酸（1种）第24页第24页氨基酸分类总结按R结构脂肪族芳香族 苯丙氨酸、酪氨酸杂环 组氨酸、色氨酸、脯氨酸 组氨酸也有碱性 色氨酸也是芳香族一氨基一羧基（中性AA）甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸含OH 苏氨酸、丝氨酸含S 半胱氨酸、甲硫氨酸一氨基二羧基（酸性AA）及其酰胺天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺二氨基一羧基（碱性AA）精氨酸、赖氨酸第25页第25页按R极性不带电荷 丝氨酸、苏氨酸、 半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸(6

11、种）带负电荷 天冬氨酸、谷氨酸(2种）带正电荷 精氨酸、赖氨酸、组氨酸(3种）甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸 (9种）非极性氨基酸极性氨基酸人体必需氨基酸 (Essential Amino Acids) 10种苏、缬、亮、异亮、苯丙、色、赖、蛋(甲硫)、精、组第26页第26页甲醛滴定氨基酸酸碱滴定等当量点pH或过高（12-13）或过低（1-2），没有适当批示剂可被选取。在氨基酸溶液中加入过量甲醛，甲醛与氨基酸氨基作用形成羟甲基衍生物，相对增强了-NH3+酸性解离，滴定终点移到pH9附近，能够用酚酞作批示剂用NaOH滴定-NH3+解离出H+第27页第

12、27页一级结构 又称初级结构，指氨基酸如何连接成肽链以及氨基酸在肽链中排列顺序二级结构 多肽链本身折叠方式 稳定键氢键三级结构 肽链中一切原子空间排列方式 稳定键次级键 最主要疏水互相作用四级结构 亚基聚合成大分子蛋白质方式 稳定键次级键 最主要范德华力二、三、四级结构也称高级结构或空间结构、三维结构超二级结构结构域第28页第28页结构域：大球蛋白分子中，多肽链形成几种紧密球状构象，彼此以松散肽链相连，此球状构象是结构域，结构域是多肽链独立折叠单位，普通由100-200个氨基酸残基构成。蛋白质三级结构指螺旋肽链结构盘绕、折叠成复杂空间结构，包括肽链中一切原子空间排列方式侧链间次级键维持，共价二

13、硫键也起一定作用最主要为疏水互相作用第29页第29页蛋白质四级结构亚基聚合成大分子蛋白质方式通过次级键，最主要为范德华力稳定亚基普通为一条肽链，但也有多条肽链构成一个亚基（通过二硫键相连）亚基多为偶数，结构往往含有对称性第30页第30页蛋白质分子中主要化学键共价键：肽键、二硫键、酯键非共价键：氢键、疏水互相作用、范德华 力、离子键（盐键）第31页第31页氢键（DHA）是由弱酸性供体基团（DH）和具独对电子原子（A）之间形成静电作用力。D和A为高电负性O、N及S范德华力电中性分子之间非共价作用通称范德华力，产生于永久或诱导偶极之间二硫键两个半胱氨酸-SH氧化连接而成二硫键是在蛋白质折叠成它天然构

14、象后形成，并对此构象起稳定作用第32页第32页离子键氨基酸侧链羧基与另一氨基酸侧链氨基结合形成离子键加入非极性溶剂加强，加入盐削弱 带电基团往往分布在球状蛋白分子表面，与水形成电荷-偶极互相作用疏水互相作用疏水性强氨基酸侧链避开水互相汇集在一起趋势，这是熵增自发过程第33页第33页等电点（pI）蛋白质本身净电荷为零时溶液pH值并不是蛋白质本身电荷数最小时必须在一定离子强度缓冲液中测定，等电点与缓冲液种类、缓冲液离子强度相关。 蛋白质在不含任何其它溶质纯水中档电点称等离子点蛋白质等电点普通偏酸等电点时，蛋白质溶解度、导电性、粘度、渗入压最小第34页第34页电泳现象带电荷蛋白质离子在电场中向带相反

15、电荷电极移动电泳是指带电粒子在直流电场中移动现象。最惯用：聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)聚丙烯酰胺凝胶电泳是一个利用人工合成凝胶作为支持介质区带电泳。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺和交联剂N，N甲叉双丙烯酰胺通过聚合交联从而形成三维空间凝胶网络。蛋白质电泳迁移率取决于蛋白质电荷、分子量和形状第35页第35页2、 酶与非生物催化剂相比几点共性：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。加快反应速度但不改改变学反应平衡点。减少反应活化能。反应前后本身结构不变。3、 酶催化反应特点（1）、 催化效率更高（2）、专一性高酶对反应底物和产物都有极高专一性，几乎没有副反应发生。（3）、 反应条件温和常温、常压，

16、中性pH环境。（4）、 活性可调整别构调整、酶共价修饰、酶合成、活化与降解等。（5）、 酶催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应类型和反应性质。第36页第36页1、 单体酶由一条或多条共价相连肽链构成酶分子2、 寡聚酶寡聚酶中亚基聚合，有与酶专一性相关，有与酶活性中心形成相关，有与酶调整性能相关。3、 多酶复合体由两个或两个以上酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢路径或代谢路径一部分。4、 多酶融合体（多功效酶）一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性酶，往往是基因融合产物。（一

17、）、 习惯命名1.依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶2. 依据催化反应性质命名：水解酶、转氨酶3 结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。4. 有时加上酶起源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶（二）、 国际系统命名基本原则：明确标明酶底物及催化反应性质（底物为水时可略去不写）。酶国际系统命名法举例谷丙转氨酶系统名称： 丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶第37页第37页六、酶活力测定与分离纯化1、 酶活力与酶促反应速度酶活力：在一定条件下，酶催化某一反应反应速度（普通测初速度）。酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物减少许或产物增长量。单位：浓度/单位时间第38页第38页2、 酶活力单位（U）国际单位（I

18、U单位）：在最适反应条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需酶量，称一个国际单位（IU），1 IU = 1mol /min国际单位（Katal, Kat单位）：在在最适反应条件下，每秒钟催化1mol底物转化为产物所需酶量，称Kat单位1 Kat=60 *106 IU3、 酶比活力 Specific activity每毫克酶蛋白所含有酶活力。单位：U/mg蛋白质。酶比活力是分析酶含量与纯度主要指标。第39页第39页2、 Km物理意义当反应速度v=1/2 Vmax时， Km = S，Km物理意义是：当反应速度达到最大反应速度二分之一时底物浓度。单位：molL-1或mmolL-1Km是酶特性常数

19、之一。普通只与酶性质、底物种类及反应条件相关，与酶浓度无关。第40页第40页三、 pH对酶促反应速度影响1. pH影响酶活力原因影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心解离状态，最后影响ES形成。 影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团离子化状态影响酶专一性及活性中心构象。 第41页第41页四、 温度对酶促反应速度影响。1最适温度及影响原因 温度对酶促反应速度影响有两个方面： 提升温度，加快反应速度。提升温度，酶变性失活。温度系数Q10：温度升高10，反应速度与本来反应速度之比，大多数酶Q10普通为12。温血动物酶，最适温度3540，植物酶最适温度

20、4050，细菌Taq DNA聚合酶70。最适温度不是酶特性常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度 等原因相关。第42页第42页六、 克制剂对酶促反应速度影响变性作用(denaturation)：克制作用(inhibition)：使酶活力下降或丧失但并不引发酶蛋白变性变性剂没有选择性克制剂有不同程度选择性研究克制剂对酶作用有重大意义：（1）药物作用机理和克制剂型药物设计与开发（2）理解生物体代谢路径，进行人为调控或代谢控制发酵（3）通过克制剂试验研究酶活性中心构象及其化学功效基团，不但能够设计药物，并且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业基础第43页第43页一 酶活性中心1、活性中心概念活性中心

21、：酶分子中结合底物并起催化作用少数氨基酸残基，包括底物结合部位、催化部位频率最高活性中心氨基酸残基：Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。不需要辅酶酶：活性中心是酶分子在三维结构上比较靠近少数几种氨基酸残基或是这些残基一些基团。 需要辅酶酶：辅酶分子或辅酶分子某一部分结构往往就是活性中心构成部分。第44页第44页二 酶作用专一性解释1、锁钥模型(lock-key hypothesis) Fisher 1894酶活性中心形状与底物分子形状互补。底物分子或其一部分像钥匙同样，专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点结合，形成酶底物复合物。酶活性中心催化基团正好对准底物相关敏感键，进行催化反应。2、诱导楔合模型 (induced-fit hypoth