生物化学教案文档格式.docx
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对呼吸、光合作用以及腺苷三磷酸（ATF）在能量转换中的关键位置有了较深入的认识。
第三阶段是从20世纪50年代开始，主要特点是研究生物大分子的结构与功能。
生物化学在这一阶段的发展，以及物理学、技术科学、微生物学、遗传学、细胞学等其他学科的渗透，产生了分子生物学，并成为生物化学的主体。
三、生物化学与其它学科的关系
19世纪以前人们主要是通过生物体内的化学变化来认识生物体的生理机能，直到二十世纪初才发展成为一门独立的新型学科。
它是介于生物和化学之间的一门学科，它和有机化学、生理学、生物物理学和分子生物学等学科的关系极为密切。
深入了解各种生物的生长、生殖、生理、遗传、衰老、疾病、生命起源和演化等理解，都需要用生物化学的原理和方法进行探讨。
因此，生物化学是各门生物科学的基础，特别是生理学、微生物学、遗传学、细胞学等各科的基础，在分子生物学中占有特别重要的位置。
若以不同的生物为对象，生物化学可分为动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化、医学生化等；
若以生物体的不同组织或过程为研究对象，则可分为肌肉生化、神经生化、免疫生化、生物力能学等；
因研究的物质不同，又可分为蛋白质化学、核酸化学、脂化学、糖化学、酶学等分支；
研究各种天然物质的化学称为生物有机化学；
研究各种无机物的生物功能的学科则称为生物无机化学或无机生物化学。
四、生物化学的应用与发展前景
介绍生物化学在农业、工业、医药、食品等各个领域的应用。
结合实例着重介绍在农业生产及科研中的应用。
本世纪与生物化学有关的最重要的领域主要有以下几个方面：
（1）生物大分子结构与功能的关系；
（2）生物膜的结构与功能；
（3）机体自身调控的分子机理；
（4）生化技术的创新与发明；
（5）功能基因组、蛋白质组、代谢组等；
（6）分子育种与分子农业（工厂化农业）；
（7）生物净化；
（8）生物电子学；
（9）生化药物；
（10）生物能源的开发等。
五、生物化学的学习方法
在学习理论知识的同时，注意理论联系实际，重视实验教学，把握各学科间的交叉与联系。
思考题：
1、生物化学的概念及研究的内容。
课后总结：
本次课教学目的明确，基础知识准确，符合大纲要求。
恰当地选择和运用教学方法，调动学生学习的积极性使学生对生物化学产生很大兴趣。
学生反映很好。
存在问题、改进措施：
一些学生化学基础较差，需复习有关知识。
第二章蛋白质化学
教学目的与要求
1、掌握蛋白质的概念和化学组成；
蛋白质的基本结构单位——氨基酸的分类及结构；
蛋白质各级分子结构的内容和特点。
2、熟悉氨基酸、蛋白质的理化性质及分离鉴定方法。
3、了解蛋白质的分子结构与功能的关系。
蛋白质的分子结构、主要性质以及结构与功能的关系，蛋白质的几种二级结构、超二级结构与结构域。
蛋白质的几种二级结构、超二级结构与结构域。
8学时
教学方法：
教学内容
2.1蛋白质分类
一、蛋白质的化学组成与分类
1、元素组成
碳50%、氢7%、氧23%、氮16%、硫0.3%
微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼
凯氏定氮：
平均含氮16%，粗蛋白质含量=蛋白氮×
6.25
2、氨基酸组成
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，蛋白质主要由20种常见氨基酸组成，其中有8种人体不能合成的氨基酸必须由食物中获得，为人体必需氨基酸，评价蛋白质食品的营养价值主要要看它的必需氨基酸的含量。
此外蛋白质中还有一些稀有氨基酸，如羟基脯氨酸、赖氨酸，甲基甘氨酸、赖氨酸等，他们都是主要氨基酸的衍生物，在一些特殊的蛋白及组织中发挥作用。
二、蛋白质的分类
1.根据生物学功能分：
酶、抗体、运输蛋白、激素等
蛋白质功能的多样性
1、酶
2、结构成分（结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白）
3、贮藏（卵清蛋白、种子蛋白）
4、物质运输（血红蛋白、Na+K+ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体）
5、细胞运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白）
6、激素功能（胰岛素）
7、防御（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白）
8．接受、传递信息（受体蛋白，味觉蛋白）
9．调节、控制细胞生长、分化、和遗传信息的表达（组蛋白、阻遏蛋白
2.根据化学组成成分分类：
简单蛋白：
仅由aa构成
结合蛋白：
简单蛋白与其它生物分子的结合物。
3.根据分子形状分类：
球蛋白：
长/宽≤3～4，血红蛋白
纤维蛋白：
长/宽>
10，血纤蛋白、丝蛋白
膜蛋白质：
生物膜组成
2.2蛋白质的基本结构单位—氨基酸
蛋白质的水解：
蛋白质可以受酸、碱或酶的作用而水解成氨基酸。
1、酸水解：
用6MHCl或4MH2SO4，105℃回流20小时即可完全水解。
酸水解不引起氨基酸的消旋，但色氨酸完全被破坏，丝氨酸和苏氨酸部分破坏，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解。
如样品含有杂质，在酸水解过程中常产生腐黑质，使水解液变黑。
（用3mol/L对甲苯磺酸代替盐酸，得到色氨酸较多，可像丝氨酸和苏氨酸一样用外推法求其含量。
）
2、碱水解：
用5MNaOH，水解10－20小时可水解完全。
碱水解使氨基酸消旋，许多氨基酸被破坏，但色氨酸不被破坏。
常用于测定色氨酸含量。
（可加入淀粉以防止氧化。
3、酶水解：
酶水解既不破坏氨基酸，也不引起消旋。
但酶水解时间长，反应不完全。
一般用于部分水解，若要完全水解，需要用多种酶协同作用。
一、氨基酸的结构、分类
1.氨基酸的结构特点：
都有一个氨基和一个羧基且连在同一个碳原子上。
两个例外：
（1）脯氨酸和羟脯氨酸是α-亚氨基酸；
（2）除甘氨酸没有手性碳原子外，没有旋光性，其他蛋白质氨基酸均属于L型。
2.氨基酸的分类：
（1）根据R基团的化学结构：
脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸
（2）根据R基团的酸碱性分为：
中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸
（3）根据R基团的带电性质分为：
疏水性氨基酸、带电荷极性氨基酸、不带电荷的极性氨基酸。
3.蛋白质中氨基酸的修饰：
4－羟脯氨酸
4.非蛋白质中的氨基酸：
L-鸟氨酸、L－瓜氨酸
不对称碳原子：
是连接四个不同原子或基团的碳原子。
旋光异构现象：
当光波通过尼克棱镜时，由于棱镜的结构通过的只是沿某一平面振动的光波，其他都被遮断，这种光称为“平面偏振光”。
当它通过具有眩光性质的某异构物溶液时，则偏振面会向右或向左旋转。
“+”和“-”分别表示右旋和左旋。
二、氨基酸的性质
氨基酸的化学性质取决于其分子中的羧基、氨基、侧链基团以及这些基团的相互影响。
1、一般物理性质
溶解度：
水中溶解度差别较大，不溶于有机溶剂。
光吸收性：
可见光区无光吸收，紫外光区Phe、Thy、Trp有光吸收。
旋光性：
AA的物理常数，与结构、PH值有关。
味感：
不同味道（与构型有关）.
2、两性电离及等电点
各类氨基酸的pI值范围：
中性氨基酸的等电点一般在5.0~6.5之间，
酸性氨基酸为2.7~3.2，
碱性氨基酸为9.5~10.7。
[思考题]为什么中性氨基酸的等电点不等于7？
中性氨基酸的羧基的酸式电离略大于其氨基的碱式电离，因而溶液的pH值必须达到偏酸时，才能使其两种电离趋向恰好相等。
3、化学性质：
（1）与茚三酮的反应：
Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。
在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几μg）。
反应后蓝紫色的深度或二氧化碳的体积可作为a-氨基酸定量分析的依据。
肽类和蛋白质也有此反应。
由于反应非常灵敏，是鉴定氨基酸、肽类和蛋白质最迅速而又简便的方法，广泛用于a-氨基酸、肽类和蛋白质的比色测定或纸层析与薄层层析的显色。
（2）与甲醛的反应：
氨基酸的甲醛滴定法
（3）与2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反应
用于测定蛋白质或多肽N-端氨基酸的方法，称为二硝基苯法，简称为DNP法。
利用此法不断降解蛋白质或多肽，反复用DNFB标记其氨基末端，就可确定蛋白质或多肽链中氨基酸的排列顺序。
（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应
在弱碱性条件下，氨基酸的a-氨基易于异硫氰酸酯（PITC）反应，生成苯胺基硫甲酰衍生物，后者在硝基甲烷中与酸作用而环化，生成苯乙内酰硫脲（PTH）衍生物。
蛋白质多肽链N端氨基酸的a-氨基也可以与PITC发生上述反应生成OTH-肽，在酸性溶液中释放出末端的PTH-氨基酸和比原来少一个氨基酸残基的多肽链，所得的PTH-氨基酸用层析法坚定，即可确定肽链N端氨基酸的种类。
根据此原理设计出的蛋白质顺序测定仪，大大提高了蛋白质测序的效率。
（5）与亚硝酸反应：
α-氨基酸与亚硝酸作用，可释放氮气。
若定量测定反应中所释放出的N2的体积，即可计算出氨基酸的含量，此种方法称为vanSlyke氨基氮测定法，常用于氨基酸和多肽的定量分析。
（6）与荧光胺反应：
根据荧光强度测定氨基酸含量（ng级）。
激发波长λx=390nm，发射波长λm=475nm。
（7）与5,5′-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应：
2.3肽
一、肽键及肽
肽键：
一个氨基酸的—羧基与另一个氨基酸的—氨基缩合脱水而形成的酰胺键称为肽键。
肽键是蛋白质分子中氨基酸之间的主要连接方式。
肽：
氨基酸通过肽键连接形成的化合物称为肽，2个氨基酸形成的肽称为二肽，10个以下称寡肽，10个以上称多肽，所以蛋白质的结构是多肽链结构。
二、肽的命名及结构
介绍肽的命名原则和表示方法及结构。
含有游离的α—NH2基一端称氨基端，或N—末端，含有游离的α—羧基末端称羧基末端，或C—末端。
三、天然存在的活性寡肽
生物体中有许多游离的肽具有生理功能。
（以谷胱甘肽为例介绍谷胱甘肽（glutathione）可命名为γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。
）
2.4蛋白质的分子结构
蛋白质的结构可分为四个层次来研究。
一、蛋白质的一级结构
（一）蛋白质一级结构（介绍蛋白质一级结构的概念）
（二）蛋白质一级结构的测定（简单介绍蛋白质一级结构测定的策略，结合图介绍牛胰岛素和牛胰核糖核酸酶的一级结构）
二、蛋白质的二级结构
首先介绍基本概念：
蛋白质的二级结构、构象，并将构象和构型两个概念加以比较。
（一）肽键的几何学（介绍肽平面的3个特点）
1.肽单位是一个刚性的平面；
2.肽平面中羰基上的氧与亚氨基上的氢几乎总是处于相反位置；
3.Cα和亚氨基N及Cα与羰基C之间的键是单键，可自由旋转。
（二）蛋白质的二级结构
重点介绍α—螺旋结构和β—折叠结构
1.α—螺旋结构（结合图介绍其结构特点）
（1）α—螺旋结构是一个类似棒状的螺旋结构，R在外侧，右手螺旋。
（2）每个螺旋有3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，氨基酸之间的轴心距为0.15nm，每个氨基酸残基旋转100度。
（3）氢键是维持α—螺旋结构稳定的主要作用力。
2.β—折叠结构（结合图介绍其结构特点）
（1）多肽链几乎完全伸展，相邻氨基酸之间轴心距为0.35nm；
（2）相邻肽链主链上的C=O和N—H之间形成氢键，维持结构的稳定；
（3）肽链的排列可以是平行或反平行的。
3.β—转角结构（结合图介绍其概念）
4.β—凸起
5.无规则卷曲
三、超二级结构和结构域
介绍两个概念。
超二级结构是二级结构的聚集体，有不同类型，参见书中的图。
结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次（见图）。
四、蛋白质的三级结构
（一）蛋白质的三级结构及特点
介绍蛋白质三级结构的概念，以肌红蛋白为例说明蛋白质三级结构的特点。
分析肌红蛋白的一级结构、二级结构、三级结构，说明蛋白质的结构是如何从初级结构发展到高级结构的。
（二）维持蛋白质构象的作用力
重点介绍次级键，包括氢键、离子键、疏水键和范德华力的概念。
说明次级键在稳定蛋白质空间构象中的重要作用。
五、蛋白质的四级结构
介绍蛋白质四级结构的概念，以血红蛋白为例介绍蛋白质四级结构的特点。
分析血红蛋白的一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。
比较肌红蛋白和血红蛋白的相同点和不同点及性质的差别。
2.5蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质一级结构与功能的关系
通过以下几个方面说明蛋白质的一级结构与功能的关系：
（一）分子病与结构的关系
（二）同源蛋白质中氨基酸顺序的种属差异
（三）蛋白质的激活
二、蛋白质的空间结构与功能的关系
从以下几个方面说明蛋白质空间结构与功能之间的关系：
（一）核糖核酸酶的变性与复性
（二）蛋白质的变构现象
通过以上实例说明蛋白质的一级结构和空间结构与蛋白质的功能有相适应性和统一性。
蛋白质的特异结构决定了蛋白质的特殊功能。
2.6蛋白质的重要性质
一、蛋白质的两性性质和等电点
蛋白质是由氨基酸组成的，所以蛋白质是两性电解质，各种蛋白质有其特异的等电点。
介绍蛋白质等电点的概念以及应用。
电泳：
带电颗粒在电场中移动的现象。
分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。
蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点pH时为两性离子。
二、蛋白质的胶体性质
布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力
蛋白质溶液稳定的原因：
1）表面形成水膜（水化层）
2）带相同电荷。
三、蛋白质的沉淀反应
介绍以下概念：
蛋白质的沉淀作用、盐析、盐溶、分段盐析。
介绍维持蛋白质胶体稳定的原因以及蛋白质胶体性质在生产和研究中的应用。
四、蛋白质的变性与复性
重点介绍变性和复性的概念以及理化性质的改变，结合生活和生产中的实例加以解释。
请学生举出生活中遇到的蛋白质变性或复性的例子，并说明其实质。
五、蛋白质的颜色反应P55
作业与思考题：
作业：
1蛋白质结构层次的概念？
2.维持蛋白质空间结构稳定的作用力有哪些？
3.氨基酸的结构式。
教学反思
建议：
在学习氨基酸的结构时联系有机化学的羧酸结构；
在学习氨基酸的化学性质时联系氨基酸的结构，再将氨基酸的结构和特性与蛋白质的结构和特性联系起来。
同时注意氨基酸的某些特殊反应在蛋白质的合成工作中的实际意义，认识蛋白质的重要生物学意义和生产实践意义。
第三章核酸
掌握核酸的结构与功能，重要的理化性质。
核酸的种类和化学组成，核酸的分子结构和主要性质，DNA的双螺旋结构模型和tRNA的“三叶草”结构。
DNA的双螺旋结构模型
6学时
利用多媒体与传统方法的相结合
3.1核酸的分类及组成
一、分类
1．核酸是由碱基、戊糖、磷酸组成的，按其所含的戊糖种类的不同分为两大类：
核糖核酸（ribonucleicacid即RNA）：
戊糖为核糖
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid即DNA）：
戊糖为脱氧核糖
2．核糖核酸（RNA）按其功能的不同分为三大类：
（1）核糖体RNA（ribosomalRNAs，rRNAs），rRNAs的功能是作为核糖体的重要组成成分参与蛋白质的生物合成。
原核生物中主要有5SrRNAs、16SrRNAs和23SrRNAs三种，真核生物中主要有5SrRNAs、5.8SrRNAs、18SrRNAs和28SrRNAs四种。
（2）信使RNA（messengerRNAs，mRNAs）。
mRNAs是以DNA为模板合成的，又是蛋白质合成的模板。
（3）转移RNAs（transferRNAs，tRNAs）。
tRNAs是最小的RNA分子。
它的主要功能是在蛋白质生物合成过程中把mRNA的信息准确地翻译成蛋白质中氨基酸顺序的适配器（adapter）分子，具有转运氨基酸的作用。
（4）此外，在细胞中还含有其他的RNA，如真核细胞中还有少量核内小RNA（smallnuclearRNA，缩写成snRNA）、染色体RNA（chRNA）。
二、分布
（一）DNA的分布
核酸广泛分布于各类生物细胞中。
在真核细胞中，95%～98%的DNA分布于细胞核中，在原核细胞中，DNA存在于细胞质中的核质区。
（二）RNA的分布
RNA主要存在于细胞质中，约占总量的90%，细胞核中也有少量的存在，约占总量的10%。
上述两大类核酸在细胞内的分布状况是与它们的功能相一致的。
细胞中的DNA起着贮存和传递遗传信息的作用。
细胞质中的RNA在核内接受了DNA的“指令”，到细胞质指导并直接参与蛋白质的合成。
三、核酸的化学组成
核酸的基本结构单位是核苷酸（nucleotide）。
部分水解可产生核苷酸，如经完全水解则产生磷酸、碱基和戊糖。
一、碱基
核酸中的碱基有两类：
嘌呤碱（pyrimidine）和嘧啶碱（purine）。
它们是含氮的杂环化合物，称为碱基，也称含氮碱。
（一）嘌呤碱
结合教材中嘌呤碱的结构分子式，介绍DNA和RNA中含有的两种相同的主要嘌呤碱：
腺嘌呤和鸟嘌呤，分别用A和G表示。
（二）嘧啶碱
结合教材中嘧啶碱的结构分子式，介绍核酸中的三种嘧啶碱，即胞嘧啶（cytosine）、尿嘧啶（uracil）和胸腺嘧啶（thymine），分别用C、U和T表示。
RNA中含有的是胞嘧啶和尿嘧啶，DNA含有胞嘧啶和胸腺嘧啶。
二、戊糖
核酸是按其所含戊糖不同而分为两大类的。
DNA所含的戊糖是D-2'
-脱氧核糖，RNA所含的戊糖是D-核糖。
三、磷酸
任何核酸都含有磷酸，参与形成3'
5'
-磷酸二酯键，使核酸连成多核苷酸链。
四、核苷
核苷（由戊糖和碱基缩合而成，并以N-C糖苷键连接。
核苷可以分成核糖核苷与脱氧核糖核苷两大类。
五、核苷酸
核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸。
核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸两大类。
生物体内存在的游离核苷酸多是5'
-核苷酸。
用碱水解RNA时，可得到2'
-核糖核苷酸与3'
-核糖核苷酸的混合物。
六、细胞中的游离核苷酸及其衍生物
生物体细胞中还有一些以游离形式存在的核苷酸。
如腺嘌呤核苷二磷酸（ADP）和腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）。
此外，在生物细胞中，还存在着环化核苷酸，其中研究得最多的是3'
-环腺苷酸（cAMP）。
3.2
脱氧核糖核酸的结构
一、DNA的碱基组成
Chargaff定则：
1950年
1．所有DNA中[A]=[T]；
[G]=[C]。
因此，[A]+[G]=[C]+[T]。
2．DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物种的DNA具有自己独特的碱基组成比例（又称不对称率dissymmetryratio）。
3.同一种生物DNA的碱基组成没有组织和器官的特异性。
4.年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。
二、DNA的一级结构
核酸结构根据一级、二级、三级分级讨论。
核酸的一级结构是它的共价结构和核苷酸顺序，是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，通过3'
-磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。
多核苷酸的几种缩写法：
由于DNA链是有极性的，书写碱基的顺序是从5'
-端到3'
-端。
三、DNA的空间结构
DNA分子双螺旋结构模型：
（一）B-DNA的结构
根据Watson和Crick所提出的模型（参见图3-14），B-DNA具有以下特征：
1．两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕。
2．嘌呤碱基与嘧啶碱基位于双螺旋的内侧，磷酸与核糖在外侧，彼此通过3'
-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。
3．双螺旋的平均直径为2nm，两个相邻的碱基对之间相距的高度，即碱基堆积距离为0.34nm，两个核苷酸之间的夹角为36°
。
因此，沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。
每一圈的高度（即螺距）为3.4nm。
4．两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相连而结合在一起。
A与T相配对；
G与C相配对，称为碱基互补。
DNA复制、转录、反转录等的分子基础都是碱基互补配对。
对某些重要特性的讨论：
1.DNA分子的长度；
2.DNA分子结构中的碱基互变异构体；
3.DNA分子的稳定性：
主要因素是碱基堆积力、范德华引力。
4.DNA分子的可塑性
（二）A-DNA的结构
A-
DNA是当降低湿度或在水溶液中加入乙醇，可使B-DNA转变为A-DNA。
（三）Z-DNA分子的结构
除了A-DNA和B-DNA以外，自然界中还发现有一种Z-DNA。
四、DNA的三级结构
环状DNA结构进一步扭曲成为更复杂的三级结构。
包括线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状DNA形成的结、超螺旋和连环等多种类型，其中超螺旋是最常见的，所以，DNA的三级结构主要是指双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋。
超螺旋意味着在螺旋的基础上再螺旋。
DNA超螺旋的性质是可以定量的，这种量化的研究可引用拓扑学知识，以加深对DNA分子构象和功能的了解。
讨论环形DNA的一些重要的拓扑学特性。
介绍连环数（L）、缠绕数（T）、超螺旋周数或扭曲数（W）的概念；
介绍L、T、W三者之间的关系为
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