南京农业大学生物化学期中复习资料

PAGEPAGE2第二章蛋白质化学蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.25蛋白质的主要生理功能蛋白质（protein）是生物细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能······蛋白质的基本结构单位──氨基酸一、氨基酸的通式二、蛋白质氨基酸、稀有的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸的概念三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及三字符号四、氨基酸的性质五、氨基酸的生产和应用a-氨基酸的通式氨基酸光学性质1、除甘氨酸外，所有天然α-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。2、参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区（220-300nm）显示特征的吸收谱带，最大光吸收（lmax）分别为279、278、和259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。蛋白质主要呈色反应双缩脲反应}酚试剂反应}→蛋白质定量、定性、测定常用方法茚三酮反应}双缩脲反应蛋白质的紫外吸收光谱蛋白质在远紫外光区（200-230nm）有较大的吸收，在280nm有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。生物体内的氨基酸类别蛋白质氨基酸：蛋白质中常见的20种氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。非极性R基团氨基酸不带电荷极性R基团氨基酸带电荷R基团氨基酸氨基酸的性质（1）两性解离和等电点（2）光学性质（3）重要化学反应 a.与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定. b.与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应）:用于蛋白质N-端测定.c.与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应），用于蛋白N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。氨基酸的两性解离性质及等电点当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint，pI)。氨基酸等电点的计算氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK′值之和的二分之一。氨基酸与茚三酮反应氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应）氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应）第三节肽一、肽(peptide)和肽键(peptidebond)的概念二、肽的重要性质酸碱性质、重要化学反应类似于氨基酸性质三、天然存在的活性肽生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子实例：谷胱甘肽(glutathione,GSH)短杆菌肽促甲状腺素释放因子（TRH）a-天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯（甜味剂）肽和肽键的形成肽（peptide）是由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基酸的氨基脱水缩合而形成的化合物，氨基酸之间脱水后形成的共价键（peptidebond）。肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成已不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基（aminoacidresidue）。谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。第四节蛋白质的分子结构一、蛋白质的结构层次的划分二、蛋白质的一级结构三、多肽主链折叠的空间限制和维持蛋白质构象的作用力四、蛋白质的二级结构五、蛋白质的超二级结构和结构域六、蛋白质的三级结构七、蛋白质的四级结构二、蛋白质的一级结构多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构(primarystructure)。这是蛋白质最基本的结构，它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构的测定基本战略：片段重叠法＋氨基酸顺序直测法要点：a.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分b.测定肽键的N－末端和C－末端c.应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的专一位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸位点，从而得到一系列大小不等的肽段。d.分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序e.将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）二面角两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。四、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondarystructure）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元．主要有以下类型：(１)α－螺旋（α－helix）(２)β－折叠（β-pleatedsheet）(３)β－转角（β-turn）(４)无规则卷曲（nonregularcoil）α－螺旋（α－helix）特征：1、每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;2、螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部>C=0和>N-H几乎都平行于螺旋轴;3、每个氨基酸残基的>N-H与前面第四个氨基酸残基的>C=0形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。形成因素：与ＡＡ组成和排列顺序直接相关。多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。β－折叠（β-pleatedsheet）特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即β－折叠片。类别：平行反平行β－转角（β-turn）特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折180。五、蛋白质的超二级结构和结构域(１)超二级结构（supersecondarystructure）蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个α－螺旋或β－折叠或β－转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构基本组合方式：αα；β×β；βββ(2)结构域（structuredomain）在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立、近似球形的三维实体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域。形成意义：·动力学上更为合理·蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更具柔性六、蛋白质的三级结构多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使α－螺旋、β－折叠片、β－转角等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。实例：肌红蛋白核糖核酸酶七、蛋白质的四级结构四级结构是指由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范得华力。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。实例：血红蛋白烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构第五节蛋白质的分子结构与功能的关系蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。一、蛋白质一级结构与功能二、蛋白质高级构象与功能一级结构决定高级结构，

也决定蛋白质的功能1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性实例：细胞色素Ｃ2、蛋白质一级结构的变异与分子病实例：血红蛋白质异常病变¾镰刀型贫血病3、蛋白质前体的激活与一级结构实例：胰岛素原的激活高级构象决定蛋白质的功能1、蛋白质高级构象破坏，功能丧失实例：核糖核酸酶的变性与复性2、蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定变化（变构效应）实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能第六节蛋白质的重要性质一、两性解离性质及等电点二、蛋白质胶体性质三、蛋白质的沉淀四、蛋白质的变性与复性五、蛋白质的紫外吸收特性六、蛋白质呈色反应蛋白质两性解离性质和等电点当蛋白质溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（isoelectricpoint，pI）。电泳的一般原理电泳是带电颗粒在电场作用下向着与其电荷相反的电极移动的现象。许多生物分子都带有电荷，其电荷的多少取决于分子组成、性质及其所在介质的pH。如果混合物中各组分的结构组成不同，在某一pH溶液中，各组分所带电荷性质、电荷数量不同，加之其分子量不同，在同一电场的作用下，各组分泳动的方向和速度也各异，而达到分离鉴定各组分的目的。蛋白质胶体性质由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成1-100nm的颗粒，因而具有胶体溶液的特征。可溶性蛋白质分子表面分布着大量极性氨基酸残基，对水有很高的亲和性，通过水合作用在蛋白质颗粒外面形成一层水化层，同时这些颗粒带有电荷，因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体。蛋白质胶体性质的应用透析法:利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（dialysis）。盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（saltingout）。蛋白质的沉淀如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。沉淀方法类别:1、高浓度中性盐（盐析、盐溶）2、酸硷（等电点沉淀）3、有机溶剂沉淀4、重金属盐类沉淀5、生物碱试剂和某些酸类沉淀6、加热变性沉淀蛋白质变性与复性●蛋白质各自所特有的高级结构，是表现其物理性质和化学特性以及生物学功能的基础。当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）。表征：生物活性丧失；物理性质（溶解度、粘度、扩散系数、光谱特性等）和化学性质（化学反应，被酶解性）改变应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老……●蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。问答题和计算题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试比较Gly、Pro与其它常见氨基酸结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？3、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。4、为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？5、什麽是蛋白质的变性？变性的机制是什麽？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。6、已知某蛋白质的多肽链的一些节段是a-螺旋，而另一些节段是b-折叠。该蛋白质的分子量为240000，其分子长5.06´10-5,求分子中a-螺旋和b-折叠的百分率。(蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为120)

名词解释等电点（pI）肽键和肽链肽平面及二面角一级结构二级结构三级结构四级结构超二级结构结构域蛋白质变性与复性分子病肽第三章核酸化学第二节DNA的分子结构一、核酸分子中的共价键二、DNA一级结构三、DNA碱基组成的Chargaff规则四、DNA的二级结构五、DNA的三级结构六、DNA与蛋白质复合物的结构二、DNA的一级结构·DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为5´→3´。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。·一级结构的表示法结构式，线条式，字母式三、DNA碱基组成的Chargaff规则Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在１９５０年总结出DNA碱基组成的规律：·腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T。·鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。·含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。·嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。四、DNA的二级结构（1）DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型)（2）DNA双螺旋结构特征及意义（3）DNA双螺旋的多态性（4）DNA的三股螺旋（tripkex）DNA的双螺旋模型特点a.两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。b.磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）c.螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对（basepair,bp）重复一次，间隔为3.4nmDNA的双螺旋结构稳定因素·氢键·碱基堆集力·磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和·碱基处于疏水环境中第四节RNA的分子结构一、RNA一级结构和类别二、tRNA的分子结构三、rRNA的分子结构四、mRNA的分子结构RNA的类别·信使RNA（messengerRNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用；·核糖体RNA（ribosoalRNA，rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成的场所；·转移RNA（transforRNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。RNA的一级结构RNA分子中各核苷之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构tRNA的结构二级结构特征：单链三叶草叶形四臂四环三级结构特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型rRNA的分子结构特征：·单链，螺旋化程度较tRNA低·与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能mRNA的分子结构原核生物mRNA特征：先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列真核生物mRNA特征：“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（PolyA）第五节核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术一、核酸的两性解离性质二、核酸的紫外吸收（λmax=260nm）三、核酸的变性、复性和分子杂交四、核酸的熔解温度（Tm）五、核酸的沉降性质核酸的变性、复性和杂交变性：在物理、化学因素影响下，DNA碱基对间的氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，伴有A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。复性：在一定条件下，变性DNA单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA的功能恢复。不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（hybridization）Tm：熔解温度（meltingtemperature）DNA的变性发生在一个很窄的温度范围内，通常把热变性过程中A260达到最大值一半时的温度称为该DNA的熔解温度，用Tm表示。Tm的大小与DNA分子中（G+C）的百分含量成正相关，测定Tm值可推算核酸碱基组成及判断DNA纯度。问答题1、某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。2、DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。3、DNA双螺旋结构有些什么基本特点？这些特点能解释哪些最重要的生命现象？4、tRNA的结构有何特点？有何功能？5、DNA和RNA的结构有何异同？6、简述核酸研究的进展，在生命科学中有何重大意义？6、计算（1）分子量为3´105的双股DNA分子的长度；（2）这种DNA一分子占有的体积；（3）这种DNA一分子占有的螺旋圈数。（一个互补的脱氧核苷酸残基对的平均分子量为618）

名词解释变性和复姓分子杂交增色效应和减色效应回文结构TmcAMPChargaff定律第四章酶第一节酶的概念及作用特点第二节酶的命名和分类第三节酶的作用机理第四节影响酶促反应速度的因素第五节酶的活性调节第六节酶工程简介第七节维生素和辅酶酶作用的特点·极高的催化效率·高度的专一性·易失活·活性可调控·有的酶需辅助因子酶专一性类型1结构专一性概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择类别：绝对专一性和相对专一性2立体异构专一性概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求类别：旋光异构专一性和几何异构专一性绝对专一性和相对专一性绝对专一性有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。相对专一性有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。1）键专一性有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。2）基团专一性另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。国际生物化学会酶学委员会（EnzymeCommsion）将酶分成六大类：1.氧化还原酶类，2.转移酶类，3.水解酶类，4.裂解酶类，5.异构酶类，6.合成酶类第三节酶的作用机理一、酶催化的中间产物理论二、酶的活性中心和必需基团三、酶作用专一性机理四、与酶的高效率有关的主要因素酶作用专一性机理锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶的活性中心和必需基团酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（activecenter）或活性部位（activesite），参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）羧肽酶（ribonuclease）酶活力测定方法终点法:酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。动力学法:连续测定反应过程中产物\底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。酶活力的表示方法活力单位（activeunit）习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/单位时间国际单位（IU）:1μmoL变化量/分钟Katal（Kat）：1moL变化量/秒比活力（specificactivity）底物浓度对酶反应速度的影响1、酶反应速度与底物浓度的关系曲线（Michaelis—Menten曲线）2、米氏方程的提出及推导3、米氏常数的意义4、米氏常数的测定米氏方程:米氏常数:米氏常数的意义*当v=Vmax/2时，Km=[S]（Km的单位为浓度单位）*是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的数值，可鉴别酶。*可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80％时底物的浓度应为多少？米氏常数的测定基本原则：将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的双倒数形式：1Km—=——*——+——vVmax[S]VmaxpH对酶反应速度的影响·过酸过硷导致酶蛋白变性·影响底物分子解离状态·影响酶分子解离状态·影响酶的活性中心构象温度与酶反应速度的关系·在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快·酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快·酶的最适温度不是一个固定不变的常数激活剂对酶作用的影响凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）类别金属离子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+阴离子：Cl-、Br-有机分子还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金属螯合剂：EDTA抑制剂对酶作用的影响凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质，叫酶的抑制剂（inhibitor）。类型：不可逆抑制剂可逆抑制剂应用：研制杀虫剂、药物研究酶的作用机理，确定代谢途径抑制剂类型和特点1）不可逆抑制剂：非专一性不可逆抑制剂、专一性不可逆抑制剂2）竞争性抑制剂：非竞争性抑制剂、竞争性抑制剂竞争性抑制作用非竞争性抑制作用[实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）]反竞争性抑制作用酶的别构（变构）效应概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为