生物化学讲义.docx

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生物化学讲义

第一章绪论

一、生物化学的概念

生物化学是从分子水平研究生物体中各种化学变化规律的科学。

因此生物化学又称为生命的化学（简称：

生化），是研究生命分子基础的学科。

生物化学是一门医学基础理论课。

二、生物化学的主要内容

   1．研究生物体的物质组织、结构、特性及功能。

蛋白质、核酸   

2．研究物质代谢、能量代谢、代谢调节。

研究糖、脂、蛋白质、核酸等物质代谢、代谢调节等规律，是本课程的主要内容。

3．遗传信息的贮存、传递和表达，研究遗传信息的贮存、传递及表达、基因工程等，是当代生命科学发展的主流，是现代生化研究的重点。

三、生物化学的发展史

四、生物化学与健康的关系

   生化是医学的基础，并在医、药、卫生各学科中都有广泛的应用。

   本课程不仅是基础医学如生理学、药理学、微生物学、免疫学及组织学等的必要基础课，而且也是医学检验、护理等各医学专业的必修课程。

五、学好生物化学的几点建议

   1．加强复习有关的基础学科课程，前、后期课程有机结合，融会贯通、熟练应用。

   2．仔细阅读、理解本课程的“绪论”，了解本课程重要性，激发起学习生物化学的兴趣和求知欲望。

   3．每次学习时，首先必须了解教学大纲的具体要求，预读教材，带着问题进入学习。

   4．学习后及时做好复习，整理好笔记。

   5．学生应充分利用所提供的相关网站，从因特网上查找学习资料，提高课外学习和主动学习的能力。

6．实验实训课是完成本课程的重要环节。

亲自动手，认真、仔细完成每步操作过程，观察各步反应的现象，详细、科学、实事求是地记录并分析实验结果，独立完成实验报告。

第一章蛋白质的化学

一、蛋白质的分子组成

（一）蛋白质的元素组成

     蛋白质分子主要元素组成：

C、H、O、N、S。

　　　特征元素：

N元素（含量比较恒定约为16%）

　　　故所测样品中若含1克N，即可折算成6.25克蛋白质。

（实例应用）

（二）组成蛋白质的基本单位——氨基酸（AA）

（一）编码氨基酸的概念和种类：

蛋白质合成时受遗传密码控制的氨基酸，共有20种

（二）氨基酸的结构通式：

L-α-氨基酸（甘氨酸除外）

（三）氨基酸根据R基团所含的基团，可分为酸性氨基酸（羧基）、碱性氨基酸（氨基及其衍生基团）和极性的中性氨基酸（羟基、巯基和酚羟基）。

二、蛋白质的结构与功能

（一）蛋白质的基本结构

1．肽键和肽

（1）肽键：

一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的共价键称肽键，肽键是蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的主键。

（2）肽：

氨基酸通过肽键而成的化合物称肽。

（3）生物活性肽

2．蛋白质的一级结构

概念：

蛋白质肽链中氨基酸残基的排列顺序，是蛋白质分子的基本结构。

意义：

是空间结构及其功能的基础。

　　　实例分析：

胰岛素、分子病等　　

（二）蛋白质的空间结构

蛋白质在一级结构的基础上进一步折叠、盘曲而成的三维结构，又称构象。

　维系空间结构的化学键：

氢键、盐键、疏水键和二硫键等

空间结构可分下列层次：

1．蛋白质的二级结构α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。

2．蛋白质的三级结构特点是多肽链中疏水的氨基酸一般集中在分子内部。

有些蛋白质仅有一条三级结构的多肽链，其表面可形成活性中心，具有活性。

3．蛋白质的四级结构　　亚基的概念、数目、种类

三、蛋白质的理化性质和分类

（一）、蛋白质的理化性质

1．两性电离与等电点蛋白质是两性离子，其分子所带电荷受环境pH的影响。

　　蛋白质的等电点：

蛋白质分子呈电中性时的溶液pH值称蛋白质的等电点（pI）。

　　1）蛋白质在pH小于其等电点的溶液中呈阳离子，

　　2）蛋白质在pH大于其等电点的溶液中呈阴离子，

　　3）蛋白质在pH和其等电点相同的溶液中不带电，此时溶解度最低，易于沉淀析出。

      临床应用：

电泳技术

电泳：

带电颗粒在电场中朝与其所带电荷相反的方向泳动，称电泳（electrophoresis）。

　　　电泳技术是目前分离、提纯、鉴定蛋白质最常用的方法之一。

2．蛋白质的亲水胶体性质

　　临床应用：

盐析（saltprecipitaion）、有机溶剂沉淀法

3．蛋白质的沉淀

1）盐析法2）有机溶剂沉淀法3）生物碱试剂法4）重金属沉淀法

4．蛋白质的变性：

蛋白质在理化因素作用下，使蛋白质分子的空间结构破坏，理化性质及生物学活性丧失的过程。

引起蛋白质变形的因素：

（举例：

物理因素、化学因素和生物因素）

　　变性的本质：

非共价键断裂，使蛋白质分子从严密有规则的空间结构变成松散紊乱的结构状态。

　蛋白质变性的实际应用举例：

应用变性的实例、防止变性的实例

5．紫外吸收性质及呈色反应在280nm具有紫外吸收的特点

　　临床应用：

用280nm吸收值测定对蛋白质进行定性和定量。

（二）蛋白质的分类

1．按分子形状分类球状蛋白质、纤维状蛋白质

2．按组成分类单纯蛋白质、结合蛋白质

第二章核酸的化学

核酸的分类、分布与生物学功能

分类                 　　分布                生物学功能

核糖核酸（RNA）　　        细胞质          参与蛋白质的生物合成

mRNA（信使RNA） 　　　　5%            Pr合成的直接模板

tRNA（转运RNA）　　　  15%            活化与转运AA

rRNA（核蛋白体RNA）　　　80%            充当装配机，提供场所

脱氧核糖核酸（DNA）     　核内染色质   　　遗传的物质基础*

一、核酸的分子组成

（一）组成成份

1．碱基AGCUT

2．戊糖

3．磷酸

比较两类核酸的化学组成

组成成分DNARNA

磷酸磷酸磷酸

戊糖2-脱氧核糖核糖

碱基AGCTAGCU

（二）组成核酸的基本单位——核苷酸

1．核苷2．核苷酸

二、核酸的分子结构

（一）核酸分子的一级结构

（二）核酸分子的空间结构

1．DNA的二级结构——双螺旋结构，其主要特点是：

　1）两条链方向相反、相互平行、主链是磷酸戊糖链，处于螺旋外侧。

　2）碱基在螺旋内侧并配对存在，A与T配对的G与C配对，A与T之间二个氢键相连（A-T），G与C之间三个氢键相链（G-C）。

　3）螺旋直径2nm，二个碱基对平面距0.34mm，10bp为一螺距，距离为3.4nm。

　4）稳定因素主要是碱基之间的氢键和碱基对平面之间的堆积力。

　  DNA的二级结构的生物学意义：

　　  1）提出了遗传信息的贮存方式、DNA的复制机理

　　  2）是DNA复制、转录和翻译的分子基础

2．RNA的空间结构

tRNA二级结构特点：

呈三叶草形，有三环四臂。

第三章酶

一、酶的概述

（一）酶的概念

　　1．酶的定义：

酶是由活细胞产生的生物催化剂，本质为蛋白质，具有高度专一性和高效的催化作用。

　　2．酶促反应、底物和作用物

（二）酶促反应的特点

1．高度的催化效率

在常温常压及中性pH条件下，酶比一般催化剂的催化效率高107-1013倍。

2．高度催化专一性

酶对所作用的底物有严格的选择性，从酶对底物分子结构要求不同，可分三种专一性：

　1）对专一性：

一种E只能催化一种S（脲酶）

　2）相对专一性：

一种E只能催化一类S（一种化学键/水解酶类）

　3）立体异构专一性：

一种E只能催化一种S的某一种特定构型（LDH---乳酸脱氢酶）

3．高度的不稳定性（易受变性因素影响而失活）

二、酶的结构与功能

（一）酶的分子组成

1．单纯蛋白酶如蛋白酶、淀粉酶、脂酶等水解酶。

2．结合蛋白酶：

酶蛋白+辅助因子（结合成全酶才有活性）

　1）酶蛋白：

 决定催化反应的特异性（选择E催化的S）

　2）辅助因子：

决定催化反应的类型（递电子、氢或一些基团）

　                  主要有金属离子和有机小分子（辅基/辅酶）参与组成

（二）酶的活性中心与必需基团

1．活性中心：

存在于酶分子表面的局部空间区域（构象），由必需基团所组成

　　　功能：

结合底物并催化底物进行反应

2．必需基团：

与酶活性中心有关的功能基团（酶发挥催化作用所需要基团），一般指分布在酶分子表面的极性基团，包括-COOH、-NH2、-OH、 -SH、咪唑基等。

　　　功能：

在活性中心内（活性中心的组份）——有结合基团和催化基团

　　　　　在活性中心外——维持构象稳定

（三）酶原与酶原激活

1．概念：

在细胞内合成或初分泌时，只是酶的无活性前体——酶原

2．酶原激活：

在一定条件下，使酶原转化成活性的酶，称酶原的激活。

酶原激活的过程通常是在酶原分子中切除部分肽段，从而有利于酶活性中心的形成或暴露。

3．意义：

在特定条件下被激活，可调节代谢、保护自体

（避免细胞自身消化，保持血流畅通）

　　许多蛋白水解酶如消化腺分泌的蛋白酶、参于血液凝固的酶和溶解纤维蛋白凝块的酶均以酶原形式存在，发挥作用前需先经过加工。

　实例：

胰蛋白酶原激活

（四）同工酶

1．概念：

催化功能相同，但酶蛋白的组成与结构等均不同的一组酶

　特点：

a.存在于同一种属或同一个体的不同组成或同一组织同一细胞中。

　　　　b.一级结构不同，理化性质包括带电性质不同，免疫学性质不同，但空间结构中的活性中心相同或相似。

　　　　c.往往是四级结构的酶类。

　　　　d.已发现一百多种酶具有同工酶性质。

发现最早研究最多的是乳酸脱氢酶，它有五种同工酶。

临床测定同工酶酶谱的变化，多用于疾病的诊断和鉴别诊断。

2．组成、分型、分布、命名和医学应用

　以乳酸脱氢酶为例：

LDH是由2种亚基组成的四聚体，共有5种分型。

LDH同工酶在诊断中的意义：

心肌炎：

LDH1↑，肺梗塞：

LDH3↑，肝炎：

LDH5↑

三、酶催化反应的动力学

影响酶促反应的因素有酶浓度、底物浓度、pH、温度、激活剂等。

必需采用测定反应初速度的条件。

（一）底物浓度的影响——矩形双曲线

（二）酶浓度的影响

     在底物浓度足够高时，酶促反应速度与酶浓度呈正比。

（三）pH的影响

　　酶活性最高时的pH值称酶的最适pH。

　大多数酶最适pH值在7左右，亦有偏酸和偏碱的例外。

（四）温度的影响

最适温度：

最大酶促反应速度时的温度。

（五）激活剂对反应速度的影响

1．凡能提高酶活性的物质称激活剂（activator）。

2．通常分必需激活剂和非必需激活剂两类，前者多为金属离子。

（六）抑制剂对酶促反应速度的影响

　凡使酶活性降低或丧失的作用称抑制作用，使酶活性起抑制作用的物质称抑制剂。

根据抑制剂与酶结合的方式不同，抑制作用可分为不可逆抑制和可逆抑制两大类。

　1．不可逆抑制：

     例子：

重金属离子对巯基酶的抑制作用；有机磷农药对羟基酶（如胆碱酯酶）的抑制作用。

　2．可逆抑制：

　1）竞争性抑制：

　　重要实例：

丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用；磺胺类药物的抑菌作用。

　2）非竞争性抑制作用：

抑制剂可逆地与酶的非活性中心区结合，由于抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，故称非竞争性抑制作用。

四、酶与医学的关系

（一）酶与疾病发生

       酶的质、量异常可致疾病（白化病/蚕豆黄）

（二）酶与疾病诊断

　  酶    活性高低可反映疾病（主要是血浆中的细胞酶类）

（三