人卫第七版生物化学重点整理.docx

1、人卫第七版生物化学重点整理生物化学第一章一、蛋白质的生理功能蛋白质是生物体的基本组成成分之一，约占人体固体成分的45%左右。蛋白质在生物体内分布广泛，几乎存在于所有的组织器官中。蛋白质是一切生命活动的物质基础，是各种生命功能的直接执行者，在物质运输与代谢、机体防御、肌肉收缩、信号传递、个体发育、组织生长与修复等方面发挥着不可替代的作用。二、蛋白质的分子组成特点1.蛋白质的基本组成单位是氨基酸编码氨基酸:自然界存在的氨基酸有300余种，构成人体蛋白质的氨基酸只有20种，且具有自己的遗传密码。2. 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。每100mg样品中蛋白质含量（mg%）：每克样品含氮质量（mg

2、）6.25100。3. 氨基酸的分类所有的氨基酸均为L型氨基酸（甘氨酸）除外。根据侧链基团的结构和理化性质，20种氨基酸分为四类。（1）非极性疏水性氨基酸：甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）、脯氨酸（Pro）。（2）极性中性氨基酸：色氨酸（Trp）、丝氨酸（Ser）、酪氨酸（Tyr）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）、天冬酰胺（Asn）、谷胺酰胺（gln）、苏氨酸（Thr）。（3）酸性氨基酸：天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）。（4）碱性氨基酸：赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His）。 含有硫原子的

3、氨基酸：蛋氨酸（又称为甲硫氨酸）、半胱氨酸（含有由硫原子构成的巯基SH）、胱氨酸（由两个半胱氨酸通过二硫键连接而成）。 芳香族氨基酸：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸。 唯一的亚氨基酸：脯氨酸，其存在影响-螺旋的形成。 营养必需氨基酸：八种，即异亮氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸。可用一句话概括为“一家写两三本书来”，与之谐音。氨基酸的理化性质1. 氨基酸的两性解离性质：所有的氨基酸都含有能与质子结合成NH4的氨基；含有能与羟基结合成为COO的羧基，因此，在水溶液中，它具有两性解离的特性。在某一pH环境溶液中，氨基酸解离生成的阳郭子及阴离子的趋势相同，成为兼性离子。此时

4、环境的pH值称为该氨基酸的等电点（pI），氨基酸带有的净电荷为零，在电场中不泳动。pI值的计算如下：pI1/2（pK1 + pK2）,(pK1和pK2分别为-羧基和-氨基的解离常数的负对数值)。2. 氨基酸的紫外吸收性质（1）吸收波长：280nm（2）结构特点：分子中含有共轭双键（3）光谱吸收能力：色氨酸酪氨酸苯丙氨酸（4）呈色反应：氨基酸与茚三酮水合物共加热，生成的蓝紫色化合物在570nm波长处有最大吸收峰；蓝紫色化合物（氨基酸加热分解的氨）（茚三酮的还原产物）（一分子茚三酮）。三、蛋白质分子结构特点见表1-1。表1-1蛋白质分子结构的比较一级结构二级结构三级结构四级结构定义指蛋白质分子中氨

5、基酸的排列顺序蛋白质主链的局部空间结构、不涉及氨基酸残基侧链构象整条肽链中所有原子在三维空间的排布位置各亚基间的空间排布表现形式-螺旋、-折叠（片层）、-转角、无规卷曲结构域、模体（锌指结构）亚基聚合维系键肽键(主要)二硫键(次要)氢键次级键（疏水作用、盐键、氢键、范德华力）亚基间的次级键特殊脯氨酸的存在或者多个谷、天冬氨酸的存在都会干扰-螺旋的形成1.模体：蛋白质分子中，由两个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象并发挥特定的作用。2.锌指结构：是一个典型的模体，由一个-螺旋和二个反平衡的-折叠的3个肽段组成，具有结合锌离子的功能。3.分子伴侣：能够可逆地与未折叠肽段

6、的疏水部分结合随后松开，引导肽链正确折叠的存在于细胞内的一类蛋白质，也对蛋白质二硫键正确形成起到重要作用。四、蛋白质一级结构与空间结构的关系1.一级结构是空间构象的基础，具有相似一级结构的多肽或蛋白质，其空间构象及功能也相似。2.分子病：由于蛋白质分子一级结构发生改变，导致其功能改变而产生的疾病。五、蛋白质空间结构与功能的关系1.蛋白质空间结构由一级结构决定，其空间结构与功能密切相关。2.血红蛋白（Hb）由四个亚基组成，两个亚基，两个亚基。记忆要点如下：(1)血红蛋白分子存着紧张态（T）和松弛态（R）两种不同的空间构象。(2)T型和氧分子亲和力低，R型与氧分子的亲和力强，四个亚基与氧分子结合的

7、能力不一样。(3)第一个亚基与氧分子结合后，使Hb分子空间构象发生变化，引起后一个亚基与氧分子结合能力加强(正协同效应)。(4)肌红蛋白分子只有一个亚基，不存在变构效应3.协同效应：指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中的另一个亚基与配体的结合能力。促进作用则为正协同效应；反之为负协同效应。4.变构效应：蛋白质分子的亚基与配体结合后，引起蛋白质的构象发生变化的现象。5.结构域：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域。疯牛病：是由朊病毒蛋白引起的一组人和动物神经退行性病变，具有传染性、遗传性或散在发病的特点。生物体内含有正常的-

8、螺旋形式的PrPc，转变为异常的-折叠形式的PrPSc具有致病性。六、蛋白质重要的理化性质及相关概念1.蛋白质的等电点：当蛋白质在某一pH溶液中时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，成为兼性离子，带有的净电荷为零，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点。(1)体内的蛋白质等电点各不相同，大多数接近于pH5.0(2)碱性蛋白质：鱼精蛋白、组蛋白 酸性蛋白质：胃蛋白酶、丝蛋白(3)蛋白质处于大于其等电点的pH值溶液中时，蛋白质颗粒带负电荷。反之则带有正电荷。2.蛋白质胶体溶液稳定的两个因素：水化膜、表面电荷。3.蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，导致理化性质的改变和生物

9、活性的丧失。(1)变性的本质：二硫键与非共价键的破坏，不涉及肽键的断裂(2)变性后特点：生物学活性丧失、溶解度下降、粘度增加、结晶能力消失、易被蛋白酶水解(3)变性的因素：加热、乙醇、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等(4)蛋白质复性：变性程度较轻，去除变性因素后，仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能(5)蛋白质的凝固作用：蛋白质经强酸或强碱变性后，仍能溶解于该溶液中。若调节pH值至其等电点时，变性蛋白质呈絮状析出，再加热，形成坚固的凝块。蛋白质的复性：若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。4.蛋白质的紫外吸收：含有具有共轭双键的三种芳香

10、族氨基酸，于280nm波长处有特征吸收峰。5.蛋白质的呈色反应：(1)茚三酮反应：蛋白质水解后可产生游离的氨基酸，原理同前(2)双缩脲反应：肽键与碱性硫酸铜共热，呈现紫色或红色。氨基酸不出现此反应，当蛋白质不断水解时，氨基酸浓度上升，其双缩脲呈色浓度逐渐下降，因此可以检测蛋白质的水解程度。七、蛋白质的分离纯化1.透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。2.超滤法：应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜的方法。3.丙酮沉淀：0-4低温；丙酮的体积10倍于被沉淀蛋白质；蛋白质沉淀后应迅速分离。4.盐析：硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等中性盐放入蛋白质溶液中，破坏水化膜并中

11、和表面电荷，导致蛋白质胶体的稳定因素去除而沉淀。5.免疫沉淀法：利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，形成抗原抗体复合物，从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白的方法。6.电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中，受到电场力的作用向正极或负极泳动。(1)SDS-PAGE电泳：加入负电荷较多的SDS（十二烷基磺酸钠），导致蛋白质分子间的电荷差异消失，此时蛋白质在电场中的泳动速率只和蛋白质颗粒大小有关，用于蛋白质分子量的测定。(2)等电聚焦电泳：在电场中形成一个连续而稳定的线性pH梯度，电泳时被分离的蛋白质泳动至其等电点相等的pH值区域时，净电荷为零不再受电场力移动，该法用于根据蛋白质等电点的差异进行分离。

12、(3)层析：待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。7.阴离子交换层析：负电量小的蛋白质首先被洗脱8.凝胶过滤：分子量大的蛋白质最先洗脱9.超速离心：既可分离纯化蛋白质也可测定蛋白质的分子量；对于球形蛋白质而言，沉降系数S大体上和分子量成正比关系S（未知）/S（标准）Mr（未知）/Mr（标准）2/3八、多肽链氨基酸序列分析方法及关键试剂名称氨基酸序列分析1.步骤一：分析已纯化蛋白质的氨基酸组成2.步骤二：测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸

13、。以前用二硝基氟苯，现多用丹酰氯3.步骤三：将肽链水解成片段（表1-2）。表1-2三种肽链水解方式的比较胰蛋白酶胰凝乳蛋白质酶溴化氢法作用部位赖氨酸或精氨酸羧基侧的肽键芳香族氨基羧基侧的肽键甲硫氨酸羧基侧的肽键4.步骤四：测定各肽段的氨基酸排列顺序，采用Edman降解法，试剂为异硫氰酸苯酯5.步骤五：统计学分析，组合排列对比，得到完整肽链氨基酸排列顺序通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列的步骤：1.步骤一：分离编码蛋白质的基因2.步骤二：测定DNA序列 3.步骤三：排列出mRNA序列4.步骤四：按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列蛋白质空间结构测定蛋白质二级结构含量测定：圆二色光谱法，测-螺旋较

14、多的蛋白质时，结果较为准确。蛋白质三维空间结构测定：X射线衍射法和磁共振技术。第二章一、核酸的分类、细胞分布、核酸元素组成特点及碱基、核苷、核苷酸的化学结构1.核酸是生物遗传的物质基础，是一切生物体所含有的最重要的生物大分子之一。天然存在的核酸根据其分子的物质组成不同分为两大类：DNA与RNA。2.核酸的元素组成：主要由碳、氢、氧、氮、磷组成，磷的含量较为稳定，占核酸总量的9-10%。3.基本组成：核酸的基本组成是核苷酸。二、核苷酸间的连接方式3,5-磷酸二酯键；5末端是指在DNA或RNA链中末端为5-磷酸基，未形成磷酸二酯键的一端；3末端是指在DNA或RNA链中末端为3-OH，未被酯化的一端

15、；各种简化式书写时都是53，其读向都是从左到右，所表示的碱基序列也都是从5端到3端。三、两类核酸（DNA与RNA）性质的异同详见表2-1。表2-1DNA与RNA性质的比较DNA RNA 名称脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸碱基组成A、T、C、GA、U、C、G戊糖组成-D-2-脱氧核糖-D-核糖类型DNAmRNA、tRNA、rRNA等核苷酸/脱氧核苷酸dATP、dTTP、dCTP、dGTPATP、UTP、CTP、GTP分布部位98%在细胞核中2%在线粒体中90%分布于胞液10%分布于细胞核基本结构反向平行互补双螺旋单链无规卷曲与蛋白质的结合主要与组蛋白结合rRNA与核蛋白体结合稀有碱基不含有tRNA含有

16、10-20%的稀有碱基主要生物学功能储存遗传信息传递及表达遗传信息理化性质多元酸、线性高分子、粘度大易在机械力作用下断裂分子小，粘度小纯品时OD260/OD2801.82.0连接键3,5-磷酸二酯键光波最大吸收值260nm附近四、DNA的一级结构、二级结构要点及碱基配对规律，了解DNA的高级结构形式详见表2-2。表2-2DNA分子结构的比较DNA一级结构DNA二级结构DNA高级结构定义核苷酸的排列顺序DNA的双螺旋结构在双螺旋结构的基础上，进一步折叠，在蛋白质的参与下组装成为的致密结构结构特点碱基的排列顺序3,5-磷酸二酯键反向、平行、互补、双链右手螺旋结构DNA结构的多样性核小体、核小体卷曲

17、及柱状结构折叠等形成超螺旋形式稳定性的维系磷酸二酯键纵向：碱基的堆积力横向：配对的氢键五、mRNA、tRNA二级结构特点及rRNA的类型和其它小分子RNAmRNA、tRNA、rRNA结构特点见表2-3。其它小分子RNA种类及功能见表2-4。表2-3三种常见RNA的比较mRNAtRNArRNA名称信使RNA转运RNA核糖体RNA主要功能蛋白质合成的直接模板氨基酸的运载载体核蛋白体的组成成分蛋白质合成的场所比例约占总RNA的5%约占总RNA的10%-15%最多，占总RNA的75%-80%二级结构单链二级结构：三叶草形三级结构：倒L型花状结构特点5端带有m7GpppN帽结构3端带有polyA尾结构中

18、间是遗传信息编码区从5至3端分别是DHU环、反密码子环、T环，至3端为CCAOH原核真核大亚基23S、5S28S、5S小亚基16S18S分布胞核胞质胞质表2-4其它小分子RNA种类及功能名称功能 hnRNA核内不均一RNA成熟mRNA的前体 snRNA核内小RNA参与hnRNA的剪接、转运 snoRNA核仁小RNArRNA的加工与修饰 scRNA/7SL-RNA胞质小RNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体组成成分六、DNA（热）变性、复性及分子杂交的概念。a)DNA变性：在某些理化因素（温度、pH、离子强度）作用下，DNA双链的互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，成为单链的现象。

19、DNA变性只改变其二级结构，不改变核苷酸排列顺序。DNA的增色效应：DNA变性过程中，在紫外区260nm处的OD值增加，并与解链程度有一定比例的关系。DNA解链温度：DNA的变性从开始解链到完全解链，在一个相当窄的温度范围内进行，期间紫外光吸收值达到最大值50%的温度称为解链温度，又称融解温度（Tm）。Tm值高低与其分子所含碱基中的GC含量相关，GC含量越高，Tm值越大。b)DNA复性：变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新配对，恢复天然的双螺旋构象。退火：热变性的DNA经缓慢冷却后复性的过程。c)分子杂交：DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，

20、只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件下，就可以在不同的分子间形成杂化双链的现象。七、核酸酶的概念及性质a)核酸酶：所有可以水解核酸的酶，根据酶解底物的不同分为DNA酶和RNA酶。b)核酸内切酶：可以在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键的酶。c)核酸外切酶：仅能水解位于核酸分子链末端核苷酸的酶。根据其作用的方向性，分为53或35核酸外切酶。d)核酶：具有催化功能的RNA分子，底物是核酸，属于序列特异性的核酸内切酶。e)催化性DNA：人工合成的具有序列特异性降解RNA功能的寡聚脱氧核苷酸片段。第三章一、酶及生物催化剂的基本概念；酶的分子组成及相关概念如酶蛋白、辅助因子（

21、辅酶、辅基）、全酶、酶的活性中心和必需基团等 见表3-1。表3-1酶及酶的相关概念概念说明酶由活细胞合成，对其特异性底物起高效催化作用的蛋白质。是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。生物催化剂包括酶及核酶两个概念。核酶是具有高效、特异催化作用的核酸，是近年来发现的一类新的生物催化剂，主要是参与RNA的剪接。酶及核酶两个概念都要提及。单体酶仅具有三级结构的酶寡聚酶由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶多酶体系由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物丙酮酸脱氢酶复合体多功能酶一些多酶体系在进化过程中由于基因的整合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中嘧啶核苷酸从头合成的酶单纯酶仅由肽链构成的

22、酶脲酶、淀粉酶、脂酶等结合酶由酶蛋白和辅助因子组成的酶酶蛋白和辅助因子结合形成的复合物称为全酶只有全酶才有催化作用辅助因子辅酶与酶蛋白结合疏松的辅助因子，可用透析或超滤方法去除辅基与酶蛋白结合紧密的辅助因子，不能用透析或超滤方法去除金属离子多为酶的辅基金属酶金属离子作为辅助因子，且与酶结合紧密，提取过程中不易丢失羧基肽酶、黄嘌呤氧化酶金属激活酶金属离子作为辅助因子，但与酶结合疏松已糖激酶、肌酸激酶酶的必需基团酶分子中与酶活性密切相关的化学基团酶的活性中心必需基团组成具有特定空间结构的区域，能与底物结构并将底物转化为产物的区域，包含结合基团和催化基团单纯酶与结合酶的活性中心对单纯酶来说，活性中心

23、就是酶分子在三维结构上比较接近的少数几个氨基酸残基，但通过肽链的盘绕、折叠而在空间构象上相互靠近；活性中心的常见必需基团：His残基的咪唑基、Ser残基的羟基、Cys残基的巯基及Glu残基的 -羧基。对结合酶来说，辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构往往就是活性中心的组成部分。金属离子的作用作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子；作为连接底物与酶的桥梁，便于酶对底物起作用；维持酶蛋白构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力。维生素在酶促反应中的作用详见表3-2。表3-2常见酶促反应中维生素的作用维生素学名辅酶形式酶促反应中的作用B1硫胺素TPP丙酮酸脱氢酶, -酮戊二酸脱羧酶及转酮醇酶的辅

24、酶B2核黄素FAD、 FMN多种氧化还原酶及递氢体的酶辅基参与递氢作用PP尼克酸NAD、NADP脱氢酶的辅酶B6吡哆醛磷酸吡哆醛氨基酸脱羧酶、转氨酶等的辅酶B12钴胺素钴胺素烷基转移的辅酶泛酸遍多酸辅酶A、ACP多种酰基转移反应的辅酶H生物素羧化酶辅酶羧化酶的辅酶，参与CO2的固定叶酸叶酸FH4各种碳基团转移的活性载体C抗坏血酸抗坏血酸胶原中脯氨酰羟化酶、多巴胺b羟化酶等作用时提供还原物一、酶促反应的特点与酶促反应机制的学说酶促反应的特点酶促反应具有极高的效率：降低反应的活化能，但不改变反应的平衡点。酶促反应具有高度的特异性：绝对的特异性：仅作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特

25、定的产物。如脲酶和琥珀酸脱氢酶。相对的特异性：作用于一类化合物或一种化学键。如脂肪酶、磷酸酶、蛋白酶等。立体异构特异性：仅作用于底物的一种立体异构体，如乳酸脱氢酶催化L-乳酸；延胡索酸酶催化反式丁烯二酸与苹果酸间的裂解。酶促反应的可调节性：酶量调节；酶催化效率调节；改变底物浓度进行调节。酶促反应的高效不稳定性：由于酶的本质是蛋白质，易受理化因素的影响。酶促反应机制的诱导契合假说酶与底物接近时二者相互诱导、相互形变、相互适应。酶促反应的机制很复杂，在酶的活性中心内底物可发生邻近效应和定向排列，酶对底物可进行酸碱多元催化在，底物在酶活性中心的疏水性口袋里发生表面效应。二、影响酶促反应动力学的几种因

26、素及其动力学特点影响酶促反应速度的因素见表3-3。表3-3影响酶促反应速度的因素影响因素特征说明底物浓度符合米-曼氏方程V（VmaxS）/(Km+S)呈矩形双曲线酶浓度V与酶浓度呈正比在底物浓度足够大的情况下PH值有最适pH值，达到最大反应速度不是酶的特征性常数温度有最适温度，达到最大反应速度不是酶的特征性常数抑制剂引起酶催化活性下降但不引起酶蛋白变性的物质分不可逆性抑制与可逆性抑制激活剂使酶从无活性到有活性或使酶活性增加的物质大多为金属离子底物浓度对酶促反应速度的影响Km值的含义：为酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度Km值是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境有关，与酶的浓度

27、无关Km值可用来表示酶与底物的亲和力。Km值越小，酶与底物的亲和力越大，表示不需要很高的底物浓度就可容易达到最大反应速度。反之亦然。Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比Km与Vmax的测定：双倒数作图得到林贝氏方程：自变量是1/S，应变量是1/V，斜率是Km/Vmax，在y轴的截距是1/Vmax（图3-1）酶浓度的影响 图3-1 斜率当SE时，酶促反应速度与E成正比 pH值的影响在某一pH值，酶催化活性最大，称为最适pH值。最适pH值不是酶的特征性常数，大多数接近中性。少数例外（如胃蛋白酶，最适pH值为1.8；肝精氨酸酶最适pH值为9.8）。抑制剂的影响酶的抑制剂：引起酶催化

28、活性下降但不引起酶蛋白变性的物质。表3-4两种抑制性作用的比较不可逆性抑制可逆性抑制结合方式共价键非共价键抑制剂的作用部位活性中心上的必需基团如有机磷农药：丝氨酸上的羟基重金属离子和砷化合物：巯基S、ES、E能否通过透析或超滤去除否可以举例有机磷农药、重金属离子磺胺类等三种可逆性抑制的比较，详见表3-5。作用特征无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制与I结合的组分EE、ESES动力学参数表观KmKm增大不变减小VmaxVmax不变减小减小林-贝氏作图斜率Km /Vmax增大增大不变X轴截距-1/ Km增大不变减小Y轴截距1/Vmax不变增大增大表3-5三种可逆性抑制作用的比较激活剂的影响激活剂：使酶从无活性到有活性或使活性增加的物质。大多数为金属离子，如Mg2+、K+；有机化合物：如胆汁酸盐。必需激活剂：为酶促反应所必需，否则检测不到酶的活性。例Mg2+于已糖激酶。非必需激活剂：激活剂不存在时，仍能检测到一定的活性，例Cl-于唾液淀粉酶。三、酶原与酶原的激活酶原：无活性酶的前体。例消化酶原、凝血酶原等。酶原的激活：酶原向酶的转化过程。实质是酶活性中心的形成或暴露过程。生理意义：保护自身不被酶破坏；保证酶在特定的部位与环境发挥作用；酶的贮存形式。四、酶的快速调节与慢速调节的方式快速调节包括变构调节与共价修饰调节变构酶：指效应剂与酶的非催化部位可逆的结合，