强化农学生物化学辅导讲义.pdf

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12011201120112011年生物化学考研复习提纲年生物化学考研复习提纲年生物化学考研复习提纲年生物化学考研复习提纲一、生物化学概述

（一）生物化学研究的基本内容生物化学是研究生物的化学组成和生命过程中各种化学变化的科学，是研究生命的化学本质的科学。

生物化学的研究内容包括以下三个方面：

1.研究生命的化学组成：

生物大分子的结构2.研究生命的新陈代谢：

生物大分子的合成降解及代谢途径的调控3.研究生命体的自我复制：

遗传信息的储存、传递和表达

（二）生物化学的发展简史20世纪初，生物化学作为一个独立学科出现。

生物化学发展史中，有两个重要的突破。

一是1897年发现了酶作为生物催化剂的作用；二是1944发现了核酸作为遗传信息载体的作用。

1944年Avery等人通过细菌的转化试验证实DNA是遗传信息的载体。

1953年，Watson和Crick推导出了DNA的三维结构。

20世纪50年代后生物学进入分子水平。

该领域一大批科学家先后获得诺贝尔奖。

其他重要事件我国科学家在生物化学领域所作的突出工作：

1965年：

生化所与有机化学所完成有功能的蛋白质牛胰岛素的人工合成1973年：

X-射线分析出猪胰岛素空间结构1983年：

酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成（tRNAAla）2000年：

参与人类基因组测序计划二、蛋白质化学

（一）蛋白质的概念与生物学意义蛋白质是由氨基酸组成的不分支的长链生物大分子。

蛋白质的种类繁多，是构成生物体的基本成分，占细胞干重的50%。

蛋白质是生命过程的执行者，表现出丰富的功能。

蛋白质在生物体的生命活动中起着极其重要的作用，已知的生物功能没有一个是离开蛋白质而实现的，生物个体间表现出的差异是由于其体内蛋白质的贡献。

（二）氨基酸1氨基酸的基本结构和性质1）氨基酸的结构：

20种蛋白质氨基酸的分子结构特点第21种氨基酸为硒代半胱氨酸（selenocysteine,缩写为Sec或SeCys），其结构中以Se代替了半胱氨酸中的S。

但实际上，硒代半胱氨酸是丝氨酸的衍生物。

2002年，在某些古细菌中还发现了第22种氨基酸，为吡咯赖氨酸（pyrrolysine）。

吡咯赖氨酸由赖氨酸修饰形成。

这两种氨基酸都有自己对应的密码子。

2）氨基酸的性质：

包括了氨基酸的酸碱性质、立体化学、吸收光谱、化学反应。

其中酸碱性质非常重要，其包括了兼性离子、pK、pI等概念以及pI的计算、Henderson2公式等。

立体化学中有关于氨基酸的立体结构（D型与L型）、旋光性的内容。

吸收光谱：

在近紫外区有特征吸收的三个氨基酸Phe、Tyr和Trp。

氨基酸的化学反应：

一般掌握三个反应：

茚三酮反应、Sanger反应、Edman反应，反应的试剂、产物颜色、发生反应的氨基酸中的那个基团。

2根据R基团极性对20种蛋白质氨基酸的分类及三字符缩写R基为疏水性或非极性的氨基酸、R基为极性不带电荷的氨基酸、R基为带电荷的氨基酸（包括带正电荷和负电荷的氨基酸）（三）蛋白质的结构与功能1肽的概念及理化性质一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸分子的-氨基发生酰化反应，脱去一分子水形成肽键，也称为酰胺键。

肽就是氨基酸通过肽键连接起来的线性聚合物。

自然界中还存在着大量的肽类，具有各种特殊的生理活性，统称为天然活性肽。

谷胱甘肽、内啡肽2蛋白质的初级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序，包含了蛋白质结构的全部信息。

3蛋白质的高级结构（二级结构、超二级结构和结构域、三级结构、四级结构）1）蛋白质的二级结构：

指肽链主链或称肽链骨架有规律的折叠和盘绕，是肽链主链局部的空间排列，不涉及侧链的构象和整个肽链空间排列。

维系二级结构的主要作用力是氨基酸残基非侧链基团之间形成的氢键。

多肽链主链构象的空间限制来自两个方面：

1）.肽键不能自由旋转带来的构象限制。

肽链中的肽键主要为反式。

2）.-C二面角、虽然可以任意旋转，但不是任意二面角所决定的构象都是立体化学所允许的。

二级结构的类型：

螺旋结构、折叠、-转角和无规卷曲的结构特点及参数。

2）超二级结构：

超二级结构指由相邻的蛋白质二级结构单元相互接近，形成有规律的二级结构聚集体。

3）结构域：

较大的球形蛋白分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，这些球状结构之间以松散的肽链相连，这些球状构象即为结构域。

4）三级结构：

多肽链通过盘绕折叠，借助各种非共价键和二硫键形成具有特定肽链走向的紧密球状构象。

三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，但是不包括亚基间或不同分子间的空间排列关系。

5）四级结构：

具有特定三级结构的肽链，主要通过非共价键形成的大分子组合体系为蛋白质的四级结构。

作为蛋白质四级结构组分的肽链被定义为亚基。

6）纤维状蛋白质的结构：

胶原蛋白：

含有较多的羟基-脯氨酸（Hyp）、羟基-赖氨酸（Hly），多肽链一级结构96%遵守（Gly-X-Y）n。

x多为Pro；y多为Hyp或Hly。

三股左手螺旋形成的右手螺旋。

角蛋白：

-角蛋白和-角蛋白-角蛋白：

二聚体结构的中央是由两个右手螺旋的多肽链复绕成左手超螺旋棒状结构。

通常含有较多的二硫键。

丝心蛋白及角蛋白：

一直独特的-折叠片垛叠而成。

每个折叠股的主要结构类型是由Gly-Ala/Ser交替形成的长链。

34蛋白质的结构与功能的关系一级结构与功能：

一级结构的变异与分子病。

（同源蛋白）一级结构的序列比较。

空间结构与功能：

核糖核酸酶的变性与复性实验；血红蛋白与肌红蛋白的功能比较，血红蛋白的别构效应。

通过具体例子说明结构与功能的关系。

（四）蛋白质的理化性质1蛋白质的相对分子质量分子量或相对分子量Mr：

某物质的分子量与12C质量的1/12的比值为相对分子量，没有单位。

分子质量：

molecularmass，m。

以dalton表示。

1Da=12C质量的1/12如：

Mr=18000，或者m=18000Da2蛋白质的两性电离及等电点：

参考氨基酸的等电点定义。

3蛋白质的胶体性质：

要形成稳定的胶体分散系统，需要保证三个条件：

（1）分散相质点大小介于1100nm

（2）分散相质点带有同种电荷，同种电荷相互排斥，使得质点不易沉淀下来；（3）溶剂在分散相质点表面形成溶剂化层，使分散质点间不易靠拢聚集成较大的颗粒而沉淀。

4蛋白质的紫外吸收特征由于蛋白质中含有Trp、Tyr和Phe残基，使蛋白质在近紫外区280nm有最大特征吸收峰。

通过测定蛋白质溶液的A280nm可以测定蛋白质浓度。

5蛋白质的变性及复性当受到某些因素影响时，维系天然构象的次级键被破坏，蛋白质失去天然构象，导致生物活性丧失及相关物理、化学性质的改变，这个过程称为蛋白质变性。

变性后的蛋白质在除去变性因素后，重新恢复天然构象和生物活性的过程称为蛋白质的复性。

蛋白质的变性复性实验可以用于蛋白质的折叠研究。

（五）蛋白质的分离与纯化1蛋白质的抽提原理及方法分离纯化的一般程序可分为：

前处理、粗分级和细分级分离三个步骤。

（1）前处理步骤：

将欲分离纯化的目的蛋白质从细胞中溶解出来。

胞外蛋白质可以直接用缓冲液提取，胞内蛋白质的提取涉及破碎细胞等步骤，再通过离心除去大的细胞碎片等。

（2）粗分级：

这个阶段主要是除去大量的杂质和杂蛋白。

一般采用的方法有中性盐或有机溶剂的分级沉淀的方法，以及超过滤等浓缩的方法。

（3）细分级：

对目的蛋白质进一步的提纯。

通常采用各种柱层析的方法，如：

离子交换层析、凝胶过滤层析、吸附层析、疏水相互作用层析、反相层析等，还可以采用制备性电泳的方法。

这一阶段常常同时进行生物活性的检测和纯度的鉴定。

2蛋白质分离与纯化的主要方法：

电泳、层析和离心蛋白质等大分子具有两性解离性质，在溶液中也会带上不同的电荷，置于电场中也会发生电泳现象，因此可以通过电泳对蛋白质进行分离。

层析技术主要有凝胶过滤柱层析、离子交换柱层析及亲和层析。

离心法分离蛋白质等大分子是基于它们的密度差异。

当颗粒的密度大于溶液密度时，4颗粒就会在溶液中下沉。

基础生化的实验中，重点掌握SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、凝胶过滤柱层析（分子筛柱层析）的原理及基本操纵步骤。

3蛋白质的定量方法凯氏定氮法、紫外吸收法、Folin-酚法及考马斯亮蓝法蛋白质的分类：

简单蛋白质和结合蛋白质的概念三、核酸化学

（一）核酸的种类和组成单位核酸有两种类型：

核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。

核酸是由核苷酸组成的多核苷酸长链分子。

组成RNA的核苷酸为核糖核苷酸，组成DNA的核苷酸为脱氧核糖核苷酸。

两种核苷酸都由等摩尔含氮碱基、戊糖和磷酸组成。

其中的戊糖是核糖，组成DNA的戊糖为2-脱氧核糖。

碱基和戊糖缩合形成核苷，核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化形成核苷酸。

（二）核酸的分子结构1DNA的分子结构：

1）DNA的一级结构：

指DNA分子中由3，5-磷酸二酯键连接起来的脱氧核苷酸残基的排列顺序，或者是DNA分子中碱基的排列顺序，遗传信息就贮存在这个碱基的排列顺序中。

多核苷酸链具有方向性；每条多核苷酸链都是独一无二的。

2）DNA的二级结构：

DNA的双螺旋结构模型。

稳定双螺旋结构的因素主要有三种：

氢键、碱基堆积力和离子键。

DNA结构的多态性双螺旋DNA在不同条件下以多种构象存在，称为。

A-型、B-型、Z-型DNA的结构特点。

旺旺：

韩圆圆1淘宝稳定双螺旋结构的因素主要有三种：

氢键、碱基堆积力和离子键。

3）DNA的三级结构：

双螺旋DNA通过自身轴的多次转动扭曲形成螺旋的螺旋结构。

DNA双螺旋圈数减少，双螺旋DNA处于拧松状态时形成负超螺旋，负超螺旋DNA为右旋。

双螺旋圈数增加，双螺旋DNA处于拧紧状态时形成正超螺旋，正超螺旋DNA为左旋。

绝大多数天然存在的DNA形成的是负超螺旋。

4）核小体的结构：

（大纲中没有要求，但一般的基础生物化学都讲这部分内容。

）核小体是构成染色质的一系列重复结构单位。

不同种类核小体核心结构是完全相同的，为扁平体，11010055。

每个核小体只有一个H1，H1易从核小体上解离下来。

组蛋白富含Lys,Arg，因此是碱性蛋白。

组蛋白的H2A、H2B、H3、H4各2分子形成一个八聚体（histoneoctamer）的核心。

146bp的DNA围绕这个核心1.75圈，形成核心颗粒（coreparticle）。

连接DNA（linkerDNA）：

10114bp长，连接两个相邻的核小体。

H1结合在核心颗粒上，位于核心颗粒外侧。

平均每个核小体重复单位约占200bpDNA2RNA的分子结构：

1）tRNA的结构：

一级结构：

大多数tRNA中的核苷酸残基数在76左右。

tRNA的一级结构中都含有较多的稀有碱基，大多数tRNA的5末端为pG，而所有tRNA的3末端都为CCAOH-3，这是tRNA携带氨基酸的位置。

5二级结构：

tRNA的二级结构中含有较多的发夹结构，形成四个双链的臂和四个单链的环，使tRNA具有相同的三叶草形结构。

三级结构：

tRNA的三叶草结构通过折叠形成倒L形的三级结构。

2）mRNA的结构：

原核生物：

一个mRNA分子编码一条多肽链，这种mRNA分子被称为单顺反子。

绝大多数的细菌mRNA分子可以编码两条或多条不同的多肽链，这种mRNA分子叫做多顺反子。

原核生物mRNA中不具有帽子和poly（A）结构。

真核生物：

真核生物mRNA为单顺反子。

其mRNA5端具有帽子结构，5帽子结构由7-甲基鸟苷酸（m7G）经焦磷酸与mRNA5末端核苷酸相连，形成5-5-三磷酸连接。

几乎所有的真核mRNA的3端都具有poly（A）尾。

内含子与外显子的概念。

3）rRNA的结构：

核糖体中含有的RNA统称为rRNA。

原核生物中有三种rRNA：

23S、16S、5S；真核生物的rRNA有四种28S、18S、5.8S、5S。

这些rRNA与蛋白质结合在一起形成核糖体。

原核生物中，由50S大亚基和30S小亚基组成70S的核糖体。

真核生物的核糖体为80S，大亚基为60S，小亚基为40S。

（三）核酸的理化性质1核酸的一般性质：

溶解性、酸碱水解性、沉降性、粘度DNA和RNA含有极性基团，均微溶于水，它们的钠盐在水中溶解度较大。

核酸不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

DNA中的磷酸二酯键对