生物化学1课件

1、生物化学部分,第一节 糖的基本概念,一、糖的概念和化学组成 1.1分布 广布于动植物体内（核糖、葡萄糖、糖原、乳糖、蔗糖、果糖、纤维素、淀粉等）。,（二）分布：,所有生命机体中，其中： 植物：含糖量占其干 重的85-90%； 动物：含糖量不超过 其干重的2% 微生物：含糖量占其菌体干重的10-30%,一、糖的一般概念,1.3 糖类的生物学意义,1.是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源； 2.是生物体合成其它化合物的基本原料； 3.充当结构性物质； 4.糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质 5.糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。,糖类(c

2、arbohydrates)物质是含多羟醛或多羟酮类化合物。主要由C、H、O组成，其分子式常用Cn(H2O)n来表示。,（一）概念：,糖的分类：,按其水解情况分类： 单糖：凡不能被水解为更小分子的糖称。 如： 核糖、葡萄糖。 寡糖：凡能被水解成少数（210个）单 糖分子的糖称。 如：蔗糖 葡萄糖+果糖,一、糖的一般概念,多糖：凡能被水解成多个单糖分子的糖称。 如：淀粉 n葡萄糖 复合糖：与非糖物质结合的糖。 如：糖蛋白等。 衍生糖：糖的衍生物。 如：糖酸、糖胺等 。,二、单糖,概念：具有一个自由醛基或酮基，或有2个以上羟基的糖类物质。 根据羰基特点： 醛糖、酮糖 根据碳原子数： 丙糖、丁糖、戊糖

3、、 己糖、庚糖等,H,大约20种,三、寡糖,1、概念：少数单糖（2-10个）缩合的聚合物。 2、分布：自然界分布的主要是双糖、三糖， 3、结构：单糖的组成； 糖苷键的连接方式； 糖苷键的连接位置。,4、生物学功能,重要生物分子的组分； 结构成分； 信号分子；,三、寡糖,5、糖苷键的形成,乳糖,蔗糖,寡糖的一般性质：,还原糖：有游离半缩醛羟基的寡糖； 如：麦芽糖、乳糖。 非还原糖：无游离半缩醛羟基的寡糖； 如：蔗糖。,三、寡糖,蔗糖葡萄糖+果糖,，(12) 糖苷键,结构：-葡萄糖，-果糖 ，(1-2)糖苷键，无异构体 物理性质：白色晶体，有甜味 化学性质： 无变旋现象 无还原性 不能成脎,麦芽糖

4、-葡萄糖+葡萄糖,结构：两分子-葡萄糖，(1-4)糖苷键 性质： 变旋现象, 具有还原性，能生成糖脎,异麦芽糖：(1-6)键型，支链淀粉和糖元的水解产物,乳糖半乳糖+葡萄糖,结构：-半乳糖 (1-4)糖苷键 (或)-葡萄糖。两种异构体。 性质： 有变旋现象 具有还原性 能成脎,四、多糖,（一）多糖的概念： 1、概念：由多个单糖以糖苷键相连而成 的高分子聚合物。 方向：左：非还原端； 右：还原端。,4、多糖的种类：1）均一多糖(同多糖)：由一种单糖缩合而成。,糖原 淀粉 纤维素,不均一多糖(杂多糖)：,由不同类型单糖缩合而成。,肝素,5、主要功能：,1）作为动植物结构的骨架物质； 2）作为储存物

5、质； 3）机体的防御功能； 4）抗凝作用等等。,（二）生物学上重要的多糖,1、淀粉：有两种分子组成； 1）直链淀粉：葡萄糖分子以（1-4）糖 苷键缩合而成的多糖链。,四、多糖及其复合物,直链淀粉的二级结构呈螺旋形,直链淀粉,一级结构 （14）葡萄糖苷键,可溶于热水 250300个糖分子 遇碘呈紫蓝色 。易老化 粘度小,空间结构,2）支链淀粉：,分子中除有（1-4）糖苷键 外，还在分支 点处有（1-6 ）糖苷键。每一分支有20-30个葡萄糖基，各分支卷曲成螺旋。,支链淀粉,不易老化 6, 000个糖分子 遇碘呈紫红色 粘度大,空间结构,（14）糖苷键,支链淀粉的结构,2、糖原：-D-葡萄糖多聚物

6、,结构：同支链淀粉；区别在于分支程度更高,分支链更短,平均每8-12个残基发生一次分支。,四、多糖及其复合物,分布： 主要存在于动物肝、肌肉中。 特点： 遇碘呈红色。 功能： 同淀粉，亦称动物淀粉。 其合成与分解取决于血 糖水平。,糖原,小结：,直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉遇碘呈紫色，糖原遇碘呈红（红褐）色。,3、纤维素,1）结构：由D-葡萄糖以（1-4）糖苷键连 接起来的线形聚合物。,四、多糖及其复合物,植物细胞壁中的纤维素,氢键,纤维素分子,B、D,脂类的概念和类别,存在 脂类就是动、植物的油脂。如：动物油脂、植物油等。 一切动植物都含有脂质，它是构成原生质的重要成分，也是动植物的储能物质

7、。,2.体表脂类保护作用；,提问：脂类有哪些功能？ 1.能量物质 三酰甘油脂又称油脂，每克的发热值比同质量的糖、蛋白质高2.3倍，并且不溶于水，在细胞内易于聚集，储存，故而被普遍作为细胞的能量储备物质。,3.脂类是细胞膜的主要成份； 4.简单脂是构成某些维生素与激素的成份； 包括维生素A、D、E、K、性激素、前列腺素等等。,细胞膜,2.1.4脂类的生物学功能,生物膜的结构组分(甘油磷脂和鞘磷脂，胆固醇、糖脂)； 能量贮存形式(动物、油料种子的甘油三酯) 人体内氧化1g脂肪可得到38KJ热能 氧化1g糖或蛋白质只能得到17KJ热能 ； 激素、维生素和色素的前体(萜类、固醇类)； 生长因子； 抗氧

8、化剂； 化学信号(如 磷脂酰肌醇 )； 参与信号识别和免疫（糖脂）； 动物的脂肪组织有保温，防机械压力等保护功能，植物的蜡质可以防止水分的蒸发。,2.1.2脂类的化学概念,由酸与醇发生脱水脂化反应形成的化合物；元素组成：C、H、O，有的还含有N、P等。 包括某些不溶于水的大分子脂肪酸与大分子的醇类； 即：脂类是脂肪酸（C4以上的）和醇包括甘油醇、鞘氨醇（或称神经醇）、高级一元醇和固醇等所组成的酯类及其衍生物。,脂肪酸,指一端含有一个羧基的长的脂肪族碳氢链，是有机物，直链饱和脂肪酸的通式是CH3(CH2)nCOOH,脂酰甘油类（脂肪酸与甘油的产物） 脂肪酸：自然界存在的脂酸都为含双数的脂酸（C4

9、C28），分饱和脂酸、不饱和脂酸、羟酸和环酸四类。,油酸（十八烯酸）,必需脂肪酸,是指对人体的功能不可缺少，但必须由膳食提供的两个多不饱和脂肪酸，亚油酸和a-亚麻酸。,脂类的共性：,1.不溶于水，而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等。 2.为脂肪酸与醇所组成的酯类 3.能被生物体利用，作为构造、修补组织或供给能量之用,脂质的分类,脂类,脂：室温时为固态的脂肪,油：室温时为液态的脂肪,蜡：高级脂酸与高级一元醇所成的酯,单脂,复脂,磷脂：甘油醇磷脂、鞘氨醇磷脂,糖脂：N酰基鞘氨醇糖脂、甘油醇糖脂,脂肪（三酰甘油）,1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。,甘油,甘油（丙三醇）,单酯酰甘油,二酯酰甘油

10、,H2O,H2O,三酯酰甘油,通式,脂肪酸1,脂肪酸2,脂肪的性质,物理性质 无色，无嗅，无味，呈中性 溶解度：不溶于水而溶于乙醚、丙酮等有 机溶剂 熔点：由其脂肪酸的组成决定，无明确熔点,蛋白质化学,蛋白质-英文为“Protein”第一重要.,1,56,1、蛋白质中常见氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine, Gly ,G,Aliphatic R groups脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,氨基乙酸,1,57,Aliphatic R groups,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine, Ala, A,-氨基丙酸,氨基酸的结构,1,58,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨

11、酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V,Aliphatic R groups,-氨基异戊酸,氨基酸的结构,1,59,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V 亮氨酸 Leucine,Leu,L,Aliphatic R groups,-氨基异己酸,氨基酸的结构,1,60,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V 亮氨酸 Leucine,Leu,L 异亮氨酸 Ileucine,Ile,I,Aliphatic R groups,-氨基-甲基戊

12、酸,氨基酸的结构,1,61,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V 亮氨酸 Leucine,Leu,L 异亮氨酸 Ileucine,Ile,I 脯氨酸 Proline,Pro,P,-吡咯烷基-羧酸,氨基酸的结构,Aliphatic R groups(亚氨基酸),1,62,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V 亮氨酸 Leucine,Leu,L 异亮氨酸 Ileucine,Ile,I 脯氨酸 Proline,Pro,P 甲硫氨酸 Methionine,Met,

13、M,Aliphatic R groups (Sulfur-contaning R group ), -氨基-甲硫基丁酸,氨基酸的结构,1,63,甘氨酸 Glycine,Gly,G 丙氨酸 Alanine,Ala, A 缬氨酸 Valine,Val,V 亮氨酸 Leucine,Leu,L 异亮氨酸 Ileucine,Ile,I 脯氨酸 Proline,Pro,P 甲硫氨酸 Methionine,Met,M半胱氨酸 Cysteine,Cys,C, -氨基-巯基丙酸,氨基酸的结构,Aliphatic R groups (Sulfur-contaning R group ),1,64,Aromatic

14、 R groups 芳香族氨基酸,苯丙氨酸Phenylalanine,Phe,F, -氨基-苯基丙酸,氨基酸的结构,1,65,苯丙氨酸Phenylalanine,Phe,F 酪氨酸 Tyrosine,Tyr,Y, -氨基-对羟苯基丙酸,氨基酸的结构,Aromatic R groups,1,66,氨基酸的结构,苯丙氨酸Phenylalanine,Phe,F 酪氨酸 Tyrosine,Tyr,Y 色氨酸 Tryptophan,Trp,W, -氨基-吲哚基丙酸,Aromatic R groups,1,67,氨基酸的结构,Basic R groups 碱性氨基酸,精氨酸 Arginine,Arg,R,

15、 -氨基-胍基戊酸,1,68,氨基酸的结构,精氨酸 Arginine,Arg,R 赖氨酸 Lysine,Lys,K,，-二氨基己酸,Basic R groups 碱性氨基酸,1,69,氨基酸的结构,精氨酸 Arginine,Arg,R 赖氨酸 Lysine,Lys,K 组氨酸 Histidine,His,H, -氨基-咪唑基丙酸,Basic R groups 碱性氨基酸,1,70,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate,Asp,D,Acidic R groups酸性氨基酸, -氨基丁二酸,1,71,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate,Asp,D 谷氨酸 Glutamate,Glu,

16、E, -氨基戊二酸,Acidic R groups,1,72,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine,Ser,S,Side chains with Alcohol groups 含羟基氨基酸, -氨基-羟基丙酸,1,73,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine,Ser,S 苏氨酸 Threonine,Thr,T, -氨基-羟基丁酸,Side chains with Alcohol groups,1,74,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine,Asn,N,Amide Derivatives of Acidic R groups,含酰胺氨基酸,1,75,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine

17、,Asn,N 谷氨酰胺 Glutamine,Gln,Q,Amide Derivatives of Acidic R groups,（三）氨基酸的重要理化性质,一般物理性质 无色晶体，熔点极高（200以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。,氨基酸的溶解度,水溶液中：Arg、Lys的溶解度特别大，Cys、Tyr、Asp、Glu等的溶解度很小。 盐酸溶液中：一切氨基酸都可有不同程度的溶解度。,氨基酸的旋光性,20种氨基酸中，只有Gly无手性碳。Thr、Ile各有两个手性碳。其余17种氨基酸的L型与D型互为镜象关系，互称光学异构体（对映体，或立体异构体）。一个异构体的溶

18、液可使偏振光逆时针旋转（记为（一）。另一个异构体可使偏振光顺时针旋转（计为（+），称为旋光性。,氨基酸的光吸收性,20种氨基酸在可见光区域无光吸收，在远紫外区（220nm均有光吸收，在近紫外区（220-300nm）只有Tyr、Phe、Trp有吸收。 Tyr、Phe、Trp的R基含有苯环，在220-300nm紫外区有吸收。且Trp吸收最强，吸收峰在280nm处。,氨基酸的光吸收性,蛋白质由于含有Tyr、Phe、Trp故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；,（一）两性解离和等电点,氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子

19、的-NH3+正离子和能接受质子的-COO-负离子，为两性电解质。,纯晶体状态,COO-,水溶后等电荷状态,总电荷 0,加 酸,总电荷 “+”,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,总电荷 0,加 碱,总电荷 “-”,H2N,H2O,不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在：,正离子,两性离子,负离子,酸性溶液,碱性溶液,调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,不同的氨基酸等电点不同 P80，表3-8 中性氨基酸的羧基解离程度大于氨基，故其pI偏酸，pI值略小于7.0； 酸性氨基酸

20、的羧基解离程度更大，pI明显小于7.0； 碱性氨基酸的氨基解离程度明显大于羧基等，故其pI大于7.0；,氨基酸所带静电荷为“零”时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectric point），以pI表示。,实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。,当溶液的pH=pI时，氨基酸主要以两性离子形式存在。,pHpI时，氨基酸主要以正离子形式存在。,pHpI时，氨基酸主要以负离子形式存在。,氨基酸的酸碱滴定曲线,Ala,2.34,6.02,9.69,H,等电点的计算,侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：,

21、以Asp为例：,以Lys为例：,碱性氨基酸,综上所诉： 各种氨基酸的等电点为两性离子两侧两个pKa的平均值,氨基酸在等电点状态下，溶解度最小 pH pI时，氨基酸带负电荷，-COOH解离成-COO-，向正极移动。 pH = pI时，氨基酸净电荷为零 pH pI时，氨基酸带正电荷，-NH2解离成-N+H3，向负极移动。 pH = pKa/ 时，缓冲能力最大，等电点时缓冲能力最小。,答案：,-R 有电性区别。 中性氨基酸pI一般为6.0 提问：为什么偏酸性？ 答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？ 更酸（3.0 左 右） 碱 性 氨 基 酸p

22、I 更 碱（7.610.7)( 只 有 三 种） 提 问： 大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7） 时， 带 电？,-,B.等 电 点 时 的 氨 基 酸 溶 解 度 最 小，易 于 沉 淀 提 问： 为 什 么？ 较小的同性排斥,谷氨酸：,K1,K2,K3,pI=,?,2.19,4.25,9.67,关于等电点知识点例题：,pI=,2,2.19+4.25,=3.22,例题1：有一混合蛋白质溶液，其pI值分别为4.6、5.0、5.3、6.7、7.3，电泳时欲使其中四种泳向正极，缓冲液pH应该是多少? a40 b50 c60 d70 e80,五、蛋白质的结构,蛋白质与多肽的主要差别：分子量

23、，空间结构,一级结构,二级结构,超二级结构,结构域,三级结构,四级结构,一级结构：共价结构、蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序(含二硫键) 二级结构：多肽链主链中各个肽段形成的规则的或无规则的构象。主要有-螺旋、折叠、-转角、无规卷曲。,超二级结构：由两个以上二级结构单元相互聚集形成的有规则的二级结构的组合体如、。 结构域：大的球蛋白分子中，多肽链形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象是结构域，结构域是多肽链的独立折叠单位，一般由100-200个氨基酸残基构成。,三级结构：多肽链通过盘旋、折叠，形成紧密的借各种次级键维持的球状构象。 或：蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排

24、布，不含亚基间或分子间的空间排列关系。 四级结构：寡聚蛋白中亚基种类、数目、空间排布及亚基间相互作用力。 单链蛋白质只有一、二、三级结构，无四级结构。,（一）蛋白质的一级结构（primary structure）,1定义：,蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序(sequence)，一级结构的主要连接键是肽键。,1953年英国Sanger等人，完成了牛胰岛素(Insulin)一级结构测定工作。,1. -螺旋（-helix）,1951年Pauling和Corey通过对-角蛋白进行X线衍射分析，提出-螺旋结构。 天然蛋白质绝大多数为右手螺旋. a-螺旋多出现在球蛋白中,一些纤维蛋白中也

25、含有。, 主链呈螺旋升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100。,氨基酸残基伸向外侧，在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢键，其走向与中心轴平行。氢键是由每个氨基酸残基的N-H与前面隔三个氨基酸残基的C=O形成。, 天然蛋白质绝大部分是右手螺旋。, -螺旋结构的要点如下：,-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。,(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。 虚 线 代 表 氢 键 绿 色：C 蓝 色：N 红 色：O (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。 天然蛋白质大部分为右手螺旋；,4)R侧链基团

26、伸向螺旋的外侧。,侧链基团影响-螺旋的稳定性,在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸， -螺旋就不稳定。 在多肽链中只要出现pro，-螺旋就被中断。 Gly的R基太小，难以形成-螺旋所需的两面角，所以和Pro一样也是螺旋的最大破坏者。 庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成 -螺旋。,也是Pauling等人提出来的，它是与-螺旋完全不同的一种结构。,2. -折叠(-pleated sheet),由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成。,注意：维持-折叠片的作用力是肽键衍生出的氢键,股,提问：这种氢键与-螺旋中的氢键有何不同呢？ 答案：形成氢键的N、O归

27、属于不同的肽链。,折叠片,0.35nm,-折叠有平行和反平行的两种形式:,小结-折叠的结构特征为：, -折叠结构中两个氨基酸残基之间轴心距为0.35nm（反平行式）及0.325nm（平行式）。 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； 所有肽键的C=O和N-H形成链间氢键； 侧链基团分别交替位于片层的上、下方。,蛋白质 的变性与凝固,变性（可逆的） 天然蛋白质的严密结构在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失，如酶失去催化活力，激素丧失活性称之为蛋白质的变性作用(denaturation)。变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次

28、级键，二硫键的破坏，并不涉及一级结构的变化。,变性蛋白质的特点： 生物活性全部或部分丧失； 包藏在分子内部的侧链基团暴露； 理化性质改变：溶解度降低形成沉淀，粘度加大，扩散系数降低； 生化性质改变：变性蛋白质比天然蛋白质更易受蛋白酶作用。,B.变性因素： a.物理因素 提问：有哪些？ 加热（70100）、剧烈振荡或搅拌 例如 煎炒、烹炸 紫外线、X射线、超生波 例如 皮肤粗糙、杀菌,b.化学因素 提问：有哪些？ 强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。 例如 硫酸铜杀菌、烈酒 C.机理 提问：分子机理？ 答案：变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键

29、以及二硫键。 重金属与-SH生成不溶性的硫化物 浓乙醇、去污剂破坏疏水作用力,B,（四）氨基酸的分离与纯化,1. 电泳分离 举例：Glu、Leu 、His 、Lys，4种混合样，在pH6.0时，泳动方向。 Glu Leu His Lys pI 3.22 5.98 7.59 9.74,原点,+,Lys,His,Leu,Glu,Glu Leu His Lys pI 3.22 5.98 7.59 9.74,层析法是利用混合物中各组分物理化学性质的差异（如吸附力、分子形状及大小、分子亲和力、分配系数等），使各组分在两相（一相为固定的，称为固定相；另一相流动的，称为流动相）中的分布程度不同，从而使各组分

30、以不同的速度移动而达到分离的目的。,（四）氨基酸分析,1分配层析法：,层析的基本概念,固定相：固定相是层析的一个基质。它可以是固体物质（如吸附剂，凝胶，离子交换剂等），也可以是液体物质（如固定在硅胶或纤维素上的溶液），这些基质能与待分离的化合物进行可逆的吸附，溶解，交换等作用。 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体等，都称为流动相。柱层析中一般称为洗脱剂，薄层层析时称为展层剂。,滤纸层析： 柱层析：工业上 薄层层析：分辨率高 高效液相层析法（HPLC）:快速、灵敏,纸层析,是用滤纸作为支持物的一种分配层析。它是利用极性与非极性氨基酸在水和有机溶剂中的溶解度

31、不同的特点在滤纸上分离的一种方法。,纸层析是以滤纸作支持物，用一定的溶剂系统展开，使混合样品达到分离分析的层析方法。其一般操作是将样品溶解在适当溶剂中，点样在滤纸的一端；再选用适当的溶剂系统，从点样的一端通过毛细现象向另一端展开，展开完毕，取出滤纸晾干或烘干，再以适当的显色剂观察其图谱。样品经展开后其一物质在纸层析谱上的位置常用比移值Rf来表示。,Rf =,（1）纸层析,单向纸层析图,Rf值,双向纸层析图,薄层层析,将适当粒度的吸附剂铺成薄层，以纸层析类似的方法进行物质的分离和鉴定。,（3）薄层层析,（四）蛋白质的分离,主要依据以下几个性质：分子大小的区别、溶解度、电荷、吸附性质。 A.根据分

32、子大小不同的分离方法 提问：有哪些方法呢？ 离心法、凝胶过滤、膜过滤（透析、超滤） 利用蛋白质分子较大，不能透过半透膜的性质，用半透膜将蛋白质与无机盐、单糖等小分子物质分开，半透膜一般用玻璃纸或一些合成材料。,血液透析,小分子被带出,透析机,透析液,加压,血液,B.利用溶解度差别的分离,a.等电点沉淀 提问：如何将混合液中不同蛋白质分离？ 调整溶液pH，使不同等电点的蛋白质在各自等电点 pI处依次沉淀下来。,提问： 向蛋白质溶液中加入有机溶剂（如甲醇、乙醇、丙酮）会使蛋白质沉淀，为什么？ 破坏蛋白质的水化层；,c.有机溶剂抽提,C.根据电荷不同的分离方法电泳,蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为

33、带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。 根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量的测定。 等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。 双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。,几种重要的蛋白质电泳:,D.利用蛋白质选择性吸附的性质,先吸附，再洗脱 a.离子交换吸附 利用阴、阳离子树脂 b.亲合色谱 利用亲和色谱颗粒,核酸,DNA、RNA（核酸）组成单位、空间结构及其变性、复性等问题,核酸 是重要的生物大分子（还有蛋白质、多糖

34、和脂类复合物），是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领域。它包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸(DNA)。对于核酸的研究改变了整个生命科学的面貌，并由此诞生分子生物学这一当今发展最迅速、最活跃的学科。,DNA：是主要的遗传物质，遗传信息以密码形式编码在核酸分子上，表现为特定的核苷酸序列。,RNA,参与蛋白质合成,tRNA： 转运、识别,rRNA： 装配、催化,mRNA：信使、模板,多种细胞功能,稀有核苷酸碱基主要是在下列哪类核酸中发现 ArRNA BmRNA C.tRNA D核仁DNA,C,类别,脱氧核糖核酸（DNA）：是主要的遗传物质。,核糖核酸（RNA）,tRNA (15%),mRNA

35、 (3-5%),rRNA (80%),其它RNA：如反义RNA等,所有生物细胞都含有DNA和RNA这两类核酸，而病毒只含DNA或RNA。 真核生物染色体DNA是线型双链DNA。原核生物的染色体DNA、质粒DNA和真核生物的细胞器DNA都是环状双链DNA。 细胞RNA通常都是线型单链，但病毒RNA则有线型与环状、双链与单链之分。,一、元素组成,基本元素：C、H、O、N、P等,元素组成特点： 一般不含S元素 P含量较多且比较恒定（9%10%）,核酸的组成,核酸,核苷酸,水 解,核 酸,代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA而言为核糖；,代表碱基,代表磷酸基,核苷酸,磷 酸,核酸是含磷的生物大分

36、子。任何核酸中都含有磷酸，所以核酸呈酸性。,核酸中的磷酸参与形成3，5-磷酸二酯键，使核苷酸连接成多核苷酸链。,（二）核酸的基本成分,碱 基,尿嘧啶 U,胸腺嘧啶 T,胞嘧啶 C,鸟嘌呤 G,腺嘌呤 A,5DNA与RNA分类的主要依据是： A空间结构的不同 B所含碱基不同C所含戊糖不同 D在细胞中存在的部位不同,C,一、核酸的一级结构,一个核苷酸分子C3-OH 与另一核苷酸分子的5-磷酸基团脱水缩合形成的磷酸二酯键称为3,5-磷酸二酯键,核酸分子中的核苷酸序列或碱基序列称核酸的一级结构,主键为3, 5-磷酸二酯键 主链为重复的结构单元（磷酸戊糖） 侧链为特征结构碱基 具有严格的方向性：53,多

37、核苷酸链结构特点,多核苷酸链是五十个以上的核苷酸分子通过3,5-磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。 戊糖C5上有完整磷酸基的一端称为5-磷酸末端（5-端）。戊糖C3上连有羟基的一端，称为3-羟基末端（3-端）,（一）DNA分子的二级结构,James Watson (23y),Francis Crick (35y),A.DNA碱基互补原则,3.2 DNA的二级结构（双螺旋）,其他组合易相互排斥 例 如 G:T,因 此 ， DNA 的 双 股 系 藉 著 A:T 和 G : C的 配 对 关 系 互 相 结 合 。,双螺旋中的大沟对于DNA和蛋白质结合时的相互识别很重要 ，在沟内可以辨认碱基的顺序。

38、,39从某种病毒中提取出核酸，经测定，其碱基的组成中A与T含量相等，C与G的含量相等。以下有关这种病毒核酸种类的结论哪个正确？答（）ARNA B单链DNA C双链DNA D环状DNA,C,2WatsonCrick DNA模型的特点是： A两股螺旋结构 B两条链走向相同C碱基间形成共价键 D磷酸戊糖骨架位于DNA螺旋外部,A、D,3.双螺旋结构的稳定因素,DNA双螺旋在生理状态下十分稳定，结构不发生变化。 提问：起稳定作用的有哪些力呢？,3.双螺旋结构的稳定因素,碱基堆积力（主要因素） 形成疏水环境。 碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。 磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形

39、成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。 碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。,DNA三级结构 1、概念：DNA三级结构是指DNA双螺旋的链通过扭曲再次形成螺旋时的构象。超螺旋是DNA三级结构的常见形式。 2、超螺旋：这种DNA链扭曲再次形成的螺旋叫超螺旋，是双螺旋的螺旋。,DNA三级结构的表现形式：,闭环双链超螺旋：由于双链环形DNA结构因某种分子力学上的关系扭曲而成。 开环双链DNA：由直线双螺旋DNA分子的两端连接而成，其中一条链留有一个缺口。 发夹形结构、重复系列：真核细胞生物中较常见。,3.4DNA与基因组织,（一）DNA与基因,DNA,

40、Transcription,RNA （mRNA、tRNA、rRNA）,Translation,Protein,基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。,基因,结构基因,调节基因,基因组,（二）原核生物基因组的特点,1. DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。,2. 功能相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。,3.有基因重叠现象。,（三）真核生物基因组的特点,1. 重复序列,单拷贝序列,中度重复序列,高度重复序列,：在整个DNA中只出现一次或少数几次， 主要为编码蛋白质的结构基因。,：在DNA中可重复几十次到几千次。,:可重复几百万次,2 具有回文序列,

41、回文序列：具有对称结构的DNA片段。一条链上得碱基序列（5-3）和另一条碱基上（5-3）的序列完全相同。 5-T T A G C A C G T G C T A A-3 3-A A T C G T G C A C G A T T-5,2.2.2 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,RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,3.5 RNA

42、的结构,一、RNA的一级结构 RNA是AMP、GMP、CMP、UMP通过3/、5/磷酸二酯键形成的线形多聚体。 组成RNA的戊糖是核糖 碱基中RNA的U替代DNA中的T，此外，RNA中还有一些稀有碱基。 天然RNA分子都是单链线形分子，只有部分区域是A-型双螺旋结构。双螺旋区一般占RNA分子的50%左右。,二、RNA的类型,细胞中的RNA，按其在蛋白质合成中所起的作用，主要可分为三种类型。 核糖体RNA rRNA 转运 RNA tRNA 信使 RNA mRNA 此外，真核生物细胞中有少量核内小RNA（small nuclear RNA snRNA）,（一）tRNA,tRNA约占RNA总量的15

43、%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。,tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。,（一）tRNA主要特征,分子量在25kd左右，73-93bp，沉降系数4S左右 碱基组成中有较多稀有碱基 3末端为CCA-OH，用来接受活化的氨基酸，此末端称接受末端。 5末端大多为pG或pC 二级结构是三叶草形,（二）rRNA,占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体。,沉降系数：单位离心场中的沉降速度，以S为单位，即10-13秒。 如23S rRNA ，单位离心场中沉降 2310-13秒 5S rRNA ，单位离心场中沉降 510-

44、13秒,沉降系数S,（三）mRNA,mRNA约占细胞RNA总量的35%，是蛋白质合成的模板。,mRNA的结构,mRNA是从DNA上转录而来的，其功能是依据DNA的遗传信息，指导各种蛋白质的生物合成，每一种蛋白质都由一种相应的mRNA编码，细胞内mRNA种类很多，大小不一，每种含量极低。 从功能上讲，一个基因就是一个顺反子，原核生物的mRNA是多顺反子，真核mRNA是单顺反子。 顺反子：是由顺反试验所规定的遗传单位，相当于一种蛋白质的基因。,真核mRNA,3-端有一段约30-300核苷酸的polyA（尾巴结构）。 PolyA（多聚腺甘酸）是转录后，经polyA聚合酶添加上，polyA聚合酶对mR

45、NA专一。 原核mRNA一般无polyA。polyA与mRNA半寿期有关，新合成的mRNA，其polyA较长；而衰老的mRNA，其polyA较短。 polyA功能： PolyA是mRNA由核进入胞质所必需的形式。 PolyA大大提高mRNA在胞质中的稳定性。,真核mRNA ：5-帽子,5末端的鸟嘌呤N7被甲基化，鸟嘌呤核苷酸经焦磷酸与相邻的一个核苷酸相连，形成5-5-磷酸二酯键。 帽子的功能： 可抵抗5核酸外切酶降解mRNA。 可为核糖体提供识别位点，使mRNA很快与核糖体结合，促进蛋白质合成起始复合物的形成。,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

46、真核生物mRNA特征： “帽子”（m7G-5ppp5-N-3p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）,原核细胞mRNA的结构特点,真核细胞mRNA的结构特点,（五）RNA的其它功能,1981年，Cech发现RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。,大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。,RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某写物质的运输与定位有关。,三、RNA的二级结构,二级结构含短的不完全螺旋区的多核苷酸链；,a.RNA中的碱基配对原则 A-U G-C,tRNA的三叶草型二级结构,1,2,3,叶子,反密码子环,反密

47、码子,载运氨基酸,臂,稀有碱基,二氢尿嘧啶环,TC环,4,tRNA分子各部分的功能：,氨基酸臂：携带氨基酸 二氢尿嘧啶环：与氨酰-tRNA合成酶识别 反密码环：识别密码子 TC环：与核糖体结合 额外环：tRNA的分类标准,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,5sRNA的二级结构,C. tRNA的“倒L”型三级结构,rRNA的三级结构尚不清楚,RNA和DNA的比较,练习,生物体内的嘧啶有_种，嘌呤_种，核苷_种，核苷酸_种。 DNA双螺旋直径为_,双螺旋每隔_转一圈，约相当于_核苷酸对，糖和磷酸位于_侧，碱基位于_侧。 一双链环状DNA分

48、子的L=30，T=30，W=0，后再拓扑异构酶的作用下减少了两个盘绕数，现在它的L=_;T=_;W=_,此时DNA分子呈_超螺旋状态,DNA的一条链序列为GTCTAGCT,那么另一条链的序列为_ G+C含量越高，Tm值越高的原因是因为： A:GC之间形成1个氢键 B:GC之间形成2个氢键 C:GC之间形成3个氢键 D:GC之间形成离子键,CAGATCGA,tRNA发挥其功能时两个重要的部位是： A:反密码子臂和反密码子环 B:氨基酸臂和二氢尿嘧啶环 C:TC环和额外环 D:氨基酸臂和反密码子环,下列关于DNA分子组成叙述正确的是 A:A+T=G+C B:A=T,G=C C:G=T,A=C D:

49、2A=C+T,某一核酸有如下的碱基组成：A=16%,G=39%,C=22%,T=23%,它可能是： A:双链DNA B:单链RNA C:单链DNA D:tRNA,核酸的性质,（一）一般理化性质,2.为两性电解质，通常表现为酸性。,3.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。DNA能被乙醇或异丙醇沉淀。,4.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。 分子量越大，黏度越高 相对分子量越小，沉降速度越快,5.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。,6.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。,D-核糖浓HCL甲基间苯二酚 D-脱氧核糖浓HCL二苯胺,绿色物

50、质（测定RNA) 蓝色物质（测定DNA),1、DNA分子量约1061011D，RNA分子量约102106D,（三）核酸结构的稳定性,1.碱基对间的氢键；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。,（四）核酸的的变性,：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。,DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度(melting temperature, Tm)。,Tm,Tm, Tm值,概念：DNA变性的特点是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。通常把热变性过程中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时

51、的温度称为该DNA的熔点或熔解温度（melting temperature），用Tm表示。,A、DNA的均一性 均一性愈高的样品，解链温度较窄。,B、G-C含量 G-C含量高的DNA，Tm值也高 X(G+C)=(Tm-69.3) 2.44 Tm=69.3 + x(G+C) 0.41,C、介质离子强度 离子强度增大，DNA的Tm随之增大，解链温度范围则较窄;离子强度较低，DNA的Tm较低，解链温度范围较宽。 （DNA样品在1molL-1氯化钠溶液中保存较为稳定）,影响因素,（五）核酸的复性（退火）,：变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。,影响复性速度的因素：,（1）单链片段浓度,

52、（2）单链片段的大小,（3）溶液温度的高低 （T 25）,（六）分子杂交,：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。,探针：用放射性同位素或荧光标记的DNA或RNA片段。,Southern 杂交（Southern blotting） DNA-DNA 杂交 Northern 杂交（Northern blotting） DNA-RNA杂交 Western 杂交 （Western blotting） 蛋白质杂交,分子杂交的原理示意图,杂交,DNA的热变性,冷却复性,Southern印迹法,DNA分子,限制片段,限制性酶切割,琼脂糖

53、电泳,转移至硝酸纤维素膜上,与放射性标记DNA探针杂交,放射自显影,带有DNA片段的凝胶,凝胶,滤膜,用缓冲液转移DNA,吸附有DNA片段的膜,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,1、维生素A概述：包括所有具有视黄醇生物活性的一类物质：,（1）动物性来源,维生素A1（视黄醇）:主要以棕榈酸酯的形式存在于海产鱼肝、乳脂和蛋黄中。,维生素A2（3-脱氢视黄醇）:主要存在于淡水鱼肝中，生物活性为维生素A1的40%。,（2）植物性来源,维生素A原：植物中存在的能在人体内转化为维生素A的类胡萝卜素。 目前已发现的具有维生素A活性的主要有玉米黄素、-胡萝卜素、-胡萝卜素、-胡萝卜素，其中以

54、-胡萝卜素的生物活性最高，在人类营养中是维生素A的重要来源。,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,2、生理功能,（1）能合成视紫红质，视紫红质能维持正常的视觉功能，防治夜盲症。,A、杆状细胞，其中的视色素叫视紫红质。,眼视网膜中接受光感的含有视色素的细胞,视紫红质,B、锥状细胞，其中的视色素叫视紫蓝质。,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,2、生理功能,（1）能合成视紫红质，视紫红质能维持正常的视觉功能，防治夜盲症。,视紫红质的形成,视黄醇（血液）,视黄醇（视网膜）,氧化,视黄醛,视紫红质,视蛋白,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,2、生理功能

55、,（1）能合成视紫红质，视紫红质能维持正常的视觉功能，防治夜盲症。,光适应（视觉）、光不适应（夜盲症）、暗适应的产生过程：,视紫红质,视网膜,受光,漂白,视神经纤维,大 脑,视紫红质消耗,光不适应 （夜盲症）,暗适应,暗处 光处,当视黄醛贮量足时合成视紫红质,光适应,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,2、生理功能,(2)参与上皮组织的正常形成、发育并维持其结构完整性，增加机体的抵抗力。,(3)促进骨骼、牙齿和机体生长发育和细胞的增殖，促进蛋白质的生物合成与骨细胞的分化。,(4)有一定的抗上皮肿瘤发生、发展的作用。,(5)对生殖系统有影响。,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗

56、干眼病维生素）,3、缺乏症,（1）使眼暗适应力下降，患夜盲症和干眼病。,（2）使粘膜、上皮组织结构破坏。,皮肤粗糙、干燥、鳞状等角质化变化。,口腔及消化道、呼吸道和泌尿生殖道的粘膜失去滋润和柔软性，使细菌易于侵入，儿童易患支气管肺炎。,泌尿道上皮损伤脱落，角化过度，患泌尿系统结石。,（3）生长发育受阻，特别是儿童的骨骼、牙齿发育受影响。,（4）味觉、嗅觉减弱，食欲下降。,二、脂溶性维生素,（一）维生素A（抗干眼病维生素）,4、过量与毒性,人体大量摄入维生素A后，由于排出比例不高，导致在体内积蓄引起中毒，一般摄入量超过需要量的510倍会引起中毒。表现为：,（1）破骨细胞活性增强，导致骨质脱钙、骨

57、脆性增加、生长受阻、长骨变粗及骨关节疼痛。,（2）皮肤干燥、发痒、头痛、鳞皮、皮疹、脱皮、脱发、指（趾）甲易脆。,（3）易激动、疲乏、头痛、恶心、呕吐、肌肉无力、坐立不安。,（4）食欲降低、腹痛腹泻、肝脾肿大、黄疸。,（5）血液中血红蛋白和钾减少，凝血时间延长，易于出血。,A,糖代谢途径,糖酵解（细胞质） 三羧酸循环（线粒体） 磷酸戊糖途径（细胞质）,A,生物化学就是研究糖、脂类、蛋白质、核酸等这些化学分子（主要是巨分子）的性质、生物功能及在细胞内转化规律的科学；,什么是生物化学,B、C、E,一、酶的概念,酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。,定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的

58、受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。,酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。,2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。,3.敏感性：对环境条件极为敏感。,4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。,酶的催化特点：,1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。,1mol过氧化氢酶 5106molH2O2 1mol离子铁 610-4molH2O2,三、酶的化学本质,（一）大多数酶是蛋白质,1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。,酶是蛋白质的证据。,1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。,核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。,（二）酶的辅因子,酶,单纯酶,结合酶,（全酶）=