生物化学重点串讲(2)
生物化学重点串讲
2013/10/3
酶
目标：
1．掌握酶的概念和作用特点，了解酶的分类与命名。
2．熟悉酶的分子组成、结构与功能（单纯酶和结合酶，酶的辅因子、维生素的类别与功能，酶的活性部位，酶原激活，同工酶、变构酶和抗体酶）。
3．熟悉酶的作用机制。
4．熟悉影响酶促反应的因素（酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂与抑制剂；掌握酶促反应速度的表示、米氏方程和米氏常数的意义）。
5．了解酶的制备与应用。
第一节概论
导入：酶学知识来源于生产与生活实践。我们祖先很早就会制酱和酿酒。西方国家于1810年发现酵母可将糖转化为酒精；1833年，Payen及Persoz从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀得到一种热不稳定物，可使淀粉水解成可溶性糖；1878年德国科学家屈内（Kuhne）首先把这类物质称为酶（enzyme，其意“在酵母中”）。1860年法国科学家巴斯德（Pasteur）认为发酵是酵母细胞生命活动的结果，细胞破裂则失去发酵作用。1897年，Buchner兄弟首次用不含细胞的酵母提取液实现了发酵，证明发酵是酶作用的化学本质，获得1911年诺贝尔化学奖。1926年，美国生化学家Sumner第一次从刀豆得到脲酶结晶，并证明是蛋白质。1930年，Northrop得到胃蛋白酶的结晶（1946年二人共获诺贝尔化学奖）。1963年测定第一个牛胰RNaseA序列（124aa）；1965年揭示卵清溶菌酶的三维结构（129aa）。
一、酶的概念
酶是由活细胞合成的，对其特异底物起高效催化作用的生物催化剂（biocatalyst）。已发现的有两类：主要的一类是蛋白质酶（enzyme），生物体内已发现4000多种，数百种酶得到结晶。美国科学家Cech于1981年在研究原生动物四膜虫的RNA前体加工成熟时发现核酶“ribozyme”，为数不多，主要做用于核酸（1989年的诺贝尔化学奖）。
二、酶的作用特点
酶所催化的反应称为酶促反应。在酶促反应中被催化的物质称为底物，反应的生成物称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性。
酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的共性，如在反应前后酶的质和量不变；只催化热力学允许的化学反应，即自由能由高向低转变的化学反应；不改变反应的平衡点。但是，酶是生物大分子，又具有与一般催化剂不同的特点。
1．极高的催化效率
酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。例如，脲酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7×1012倍；碳酸酐酶每一酶分子每秒催化6×105 CO2与水结合成H2CO3，比非酶促反应快107倍。
2．高度的特异性
酶对催化的底物有高度的选择性，即一种酶只作用一种或一类化合物，催化一定的化学反应，并生成一定的产物，这种特性称为酶的特异性或专一性。有结构专一性和立体异构专一性两种类型。
结构专一性又分绝对专一性和相对专一性。前者只催化一种底物，进行一种化学反应。如脲酶仅催化尿素水解。后者可作用一类化合物或一种化学键。如酯酶可水解各种有机酸和醇形成的酯。在动物消化道中几种蛋白酶专一性不同，胰蛋白酶只水解Arg或Lys羧基形成的肽键；胰凝乳蛋白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸羧基形成的肽键。
立体异构专一性指酶对底物立体构型的要求。例如乳酸脱氢酶催化L-乳酸脱氢为丙酮酸，对D-乳酸无作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，对D-氨基酸无作用。
3．酶活性的可调节性
酶促反应受多种因素的调控，通过改变酶的合成和降解速度可调节酶的含量；酶在胞液和亚细胞的隔离分布构成酶的区域化调节；代谢物浓度或产物浓度的变化可以抑制或激活酶的活性；激素和神经系统的信息，可通过对关键酶的变构调节和共价修饰来影响整个酶促反应速度。所以酶是催化剂又是代谢调节元件，酶水平的调节是代谢调控的基本方式。
4．酶的不稳定性
酶主要是蛋白质，凡能使蛋白质变性的理化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活。酶催化作用一般需要比较温和的条件（37℃、1atm、pH7）。
三、酶的分类与命名
（一）酶的分类
根据国际酶学委员会（International Enzyme Commission，IEC）的规定，按照酶促反应的性质，分为六大类：
1．氧化还原酶（oxidoreductases）催化底物进行氧化还原反应。如乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。
2．转移酶（transferases）催化底物之间某些基团的转移或交换。如甲基转移酶、氨基转移酶、磷酸化酶等。
3．水解酶（hydrolases）催化底物发生水解反应。如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。
4．裂解酶（lyases）催化底物裂解或移去基团（形成双键的反应或其逆反应）。如碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合成酶等。
5．异构酶(isomerases) 催化各种同分异构体之间相互转化。如磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。
6．合成酶(ligases) 催化两分子底物合成一分子化合物，同时偶联有ATP的分解释能。如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-RNA连接酶等。
（二）酶的命名
1961年，国际酶学委员会(IEC)主要根据酶催化反应的类型,把酶分为6大类，制定了系统命名法。规定每一酶只有一个系统名称，它标明酶的所有底物与催化反应性质，底物名称之间以“：”分隔，同时还有一个由4个数字组成的系统编号。如谷丙转氨酶的系统名称是丙氨酸：α- 酮戊二酸氨基转移酶（酶表中的统一编号是EC2.6.1.2）。乳酸脱氢酶的编号是EC1.1.1.27。
第二节酶的分子组成、结构和功能
一、酶的分子组成
（一）单纯酶和结合酶
单纯酶是仅由肽链构成的酶。如脲酶、一些消化蛋白酶、淀粉酶、脂酶、核糖核酸酶等。
结合酶由蛋白质部分和非蛋白质部分组成，前者称为酶蛋白(apoenzyme)，决定酶的特异性和高效率；后者称为辅助因子(cofactor)，决定反应的种类和性质。两者结合形成的复合物称为全酶（holoenzyme），这两部分对于催化活性都是必需的。
酶蛋白有单条肽链和多个亚基组成的。前者称为单体酶，为数不多，均为水解酶，如胰蛋白酶、核糖核酸酶、溶菌酶等；多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶称为寡聚酶，如磷酸化酶a，3-磷酸甘油醛脱氢酶等。
细胞内存在着许多由几种不同功能的酶彼此嵌合形成的多酶复合体，即多酶体系，它利于一系列反应的连续进行，如丙酮酸脱氢酶体系、脂肪酸合成酶复合体。在多酶体系中，能影响整条代谢途径方向和速度的酶称为关键酶，关键酶通常催化单向不平衡反应，或者是该多酶体系中催化活性最低的限速酶。
（二）酶的辅因子
酶的辅助因子指金属离子或小分子有机化合物（又称辅酶与辅基）。
1.金属离子
约2/3的酶含有金属离子，常见的是K+、Na+、Mg2+、Cu2+（Cu+）、Zn2+、Fe2+（Fe3+）等。金属离子的作用是多方面的：参与酶的活性中心；在酶蛋白与底物之间起桥梁作用；维持酶分子发挥催化作用所必需的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力。
2.辅酶与辅基
辅酶与辅基是一些化学稳定的小分子有机物，是维生素样的物质，参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。
辅酶与酶蛋白的结合疏松，可以用透析或超滤方法除去；辅基则与酶蛋白结合紧密，不能用上述方法除去。一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成一种特异的酶，但一种辅助因子可以与不同的酶蛋白结合构成多种特异性酶，以催化各种化学反应。
维生素（Vitamin）是维持机体正常生命活动所必需的一类小分子有机物，基本不能在体内合成，即使有几种能自行合成，也因合成量不足而必须从食物中摄取。维生素的需要量及缺乏症是营养学的课题。
维生素原意是“生命中必不可少的胺”，波兰学者凡克把从米糠中提取出治疗脚气病有效的成分命名为维生素，现已发现13种，按溶解性分为水溶性和脂溶性两大类。脂溶性维生素以独立发挥作用为主，A、D、E、K具有一些特殊的生理功能。
以下8种水溶性的维生素都以辅酶的形式参与结合酶的组成。也有些本身就是辅酶，如硫辛酸、抗坏血酸。含维生素的辅酶及其主要功能
维生素辅酶形式反应类型
硫胺素（B1）焦磷酸硫胺素（TPP）α-酮酸氧化脱羧反应
核黄素（B2）黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）氧化还原反应
烟酸或烟酰胺（PP）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）氧化还原反应
泛酸辅酶A（CoA-SH）酰基转移反应
吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺（B6）磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺转氨基作用、脱羧作用
生物素生物胞素CO2的固定
叶酸四氢叶酸一碳单位转移
钴胺素（B12）5＇- 脱氧腺苷钴胺素甲钴胺素1，2 --氢原子转移甲基转移
二、酶的活性部位
酶的活性部位（active site）是它结合底物和将底物转化为产物的区域，又称活性中心。它是由在线性多肽链中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维小区（为裂缝或为凹陷）。酶活性部位的基团属必需基团，有二种：一是结合基团，其作用是与底物结合，生成酶-底物复合物；二是催化基团，其作用是影响底物分子中某些化学键的稳定性，催化底物发生化学反应并促进底物转变成产物，也有的必需基团同时有这两种功能。还有一些化学基团位于酶的活性中心以外的部位，为维持酶活性中心的构象所必需，称为酶活性中心以外的必需基团。
构成酶活性中心的常见基团有组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基等。如丝氨酸蛋白酶家族的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶，都催化蛋白质的肽键使之水解，但底物的专一性由它们的底物-结合部位中氨基酸基团的性质所决定，与其作用的底物互补。像胰蛋白酶，在它的底物-结合部位有带负电荷的Asp残基，可与底物侧链上带正电荷的Lys和Arg相互作用，切断其羧基侧；胰凝乳蛋白酶在它的底物-结合部位有带小侧链的氨基酸残基，如Gly和Ser，使底物庞大的芳香的和疏水氨基酸残基得以进入，切断其羧基側；弹性蛋白酶有相对大的Val和Thr不带电荷的氨基酸側链，凸出在它的底物-结合部位，阻止了除Ala和Gly小側链以外的所有其他氨基酸。
三、酶原激活
没有活性的酶的前体称为“酶原”，酶原转变成酶的过程称为酶原激活。其实质是酶活性部位形成或暴露的过程。一些与消化作用有关的酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶在最初合成和分泌时，没有催化活性。胃蛋白酶原在H+作用下，自N端切下几个多肽碎片，形成酶催化所需的空间结构，转化为胃蛋白酶。胰蛋白酶原随胰液进入小肠时被肠激酶激活，自N端切除一个6肽，促使酶的构象变化，形成活性中心，转变成有活性的胰蛋白酶。
酶原的生物合成和酶原激活一般不在同一组织、细胞或细胞器中进行。酶原的激活具有重要的生理意义，不仅保护细胞本身不受酶的水解破坏，而且保证酶在特定的部位与环境中发挥催化作用。
四、同工酶、变构酶、抗体酶
（一）同工酶（isozymes）
具有不同的分子形式但却催化相同的化学反应的一组酶称为同工酶。1959年发现的第一个同工酶是乳酸脱氢酶（LDH），它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆转化生成乳酸。它是一个寡聚酶，由两种不同类型的亚基组成5种分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3、M4，它们的分子结构、理化性质和电泳行为不同，但催化同一反应，因为它们的活性部位在结构上相同或非常相似。M亚基主要存在骨骼肌和肝脏，而H亚基主要在心肌。心肌梗死的情况可通过血液LDH同工酶的类型的检测确定。
（二）变构酶(allosteric enzyme)
变构酶又称别构酶，是一类调节代谢反应的酶。一般是寡聚酶，酶分子有与底物结合的活性部位和与变构剂非共价结合的调节部位，具有变构效应。引起变构效应的物质称为变构效应剂。降低酶活性的称变构抑制剂或负效应物；反之，称为变构激活剂或正效应物。变构酶与血红蛋白一样，存在着协同效应。
变构酶催化的反应速度与底物浓度的关系常呈S形曲线，这和非调节酶的动力学曲线——双曲线不同。变构酶多为限速酶。在多酶体系，限速酶一般位于代谢途径的起点或分支点上，对控制反应总速度起关键作用。如异柠檬酸脱氢酶就是一个变构酶，是三羧酸循环的关键酶，NAD+、ADP和柠檬酸是该酶的变构激活剂，而NADH和ATP是变构抑制剂。
（三）抗体酶（abzyme）
既是抗体又具有催化功能的蛋白质称为“抗体酶或催化性抗体”，其本质是免疫球蛋白，但是在易变区赋予了酶的属性。1986年科学家根据过渡态理论和免疫学原理，运用单克隆抗体技术成功地制备了具有酶活性的抗体。这加深了人们对酶作用原理的理解，而且在临床医学及制药业等方面有很好的应用。
第三节酶的作用机制
一、酶的催化本质
现代化学反应速度理论是过渡态理论。在一个化学反应体系中，反应物从“初态”到“过渡态”，转变成产物即到达“终态”。“过渡态”是底物分子被激活的不稳定态，不同于反应中间物，它具有最高能量，又处在一个短暂的分子瞬间，某些化学键正在断裂和形成并达到能生成产物或再返回生成反应物的程度。酶催化的反应速度快是降低反应的能垒，即降低底物分子所必须具有的活化能。催化和非催化反应，其反应物和产物间总的标准自由能差是一样的。
二、中间产物学说和诱导契合学说
酶的作用机制包含酶如何同底物结合以及怎样加快反应速度两个内容。
20世纪初和40年代，科学家就提出了酶-底物复合物的形成和过渡态概念，即E+S→ES →E+P。酶和底物形成中间产物的学说已为实验所证实，且分离到若干种ES结晶。
已有两种模型解释酶如何结合它的底物。1894年Fischer提出锁和钥匙模型，底物的形状和酶的活性部位彼此相适合，这是一种刚性的和固定的组合。1958年Koshland提出诱导契合模型，底物的结合在酶的活性部位诱导出构象变化；酶也可使底物变形，迫使其构象近似于它的过渡态。这种作用是相互诱导、相互变形、相互适应的柔性过程。
酶的诱导契合
三、影响酶催化效率的因素
酶促反应高效率的原因常常是多种催化机制的综合应用，除酶-底物结合的诱导契合假说外，还有：（一）邻近效应与定向排列
在两个以上底物参与的反应中，由于酶的作用，底物被聚集到酶分子表面，彼此相互靠近并形成正确的定向关系，大大提高了底物的局部浓度，底物被催化的部位定向地对准酶的活性中心，实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而大大提高催化效率。
（二）多元催化
酶分子中含有多种不同功能基团，如氨基、羧基、巯基、酚羟基、咪唑基等。既可作质子供体，又可作质子受体，使同一酶分子常可起广义酸催化和碱催化；即可起亲核催化，又可起亲电子催化。这些因素并不是在所有的酶中同时都一样的起作用，对不同的酶起主要作用的因素不完全相同。
第四节酶促反应动力学
酶促反应动力学是研究酶促反应的速率和影响此速率的各种因素的科学。
一、酶反应速度的测量
反应的速率也称速度（velocity），是以单位时间内反应物或生成物浓度的改变来表示。测定酶反应速度时，一般要求非常高的底物浓度以使实验测定的起始反应速率与酶浓度成正比。以产物的生成量对时间作图，绘制反应过程曲线，不同时间的反应速度就是时间为不同值时曲线的斜率。通常采用反应的初速度Vo，即以零时点为起点作一与曲线的线性部分相切的直线，这一直线的斜率即等于Vo，这可以避免底物浓度因被消耗而相对降低以及反应物堆积等因素对反应速度的抑制作用。（产物出现的速率或底物消失速率可根据特殊波长下吸收光的变化用分光光度计测定。）
二、酶浓度对反应速度的影响
当研究某一因素对酶促反应速度的影响时，体系中的其他因素保持不变，而只变动所要研究的因素。
当底物浓度远大于酶浓度时，酶促反应速度与酶浓度的变化成正比。
三、底物浓度对酶反应速度的影响
（一）米-曼氏方程式
1913年，Michaelis和Menten根据中间产物学说进行数学推导，得出V与[S]的数学方程式，即米-曼氏方程式。1925年Briggs和Haldane提出稳态理论，对米氏方程做了一项重要的修正。
底物浓度对酶促反应速度的影响呈双曲线。当底物浓度较低时，V与[S]呈正比关系（一级反应）；随着[S]
的增高，V的增加逐步减慢（混合级反应）；增到一定程度，V不再增加而是趋于稳定（零级反应）。
当[S]＜＜Km 时，v = Vmax [S] /Km，反应速度与底物浓度成正比；当[S]＞＞Km 时，v≌Vmax，反应速度达到最大速度，再增加[S]也不影响V。
（二）Km的意义
1．当V/v =2时, Km =[S] , Km是反应速率v等于最大速率V一半时的底物浓度，单位为摩尔/升（mol/L）。2．Km =K2+K3/K1，当K2＞＞K3时，Km值可用来表示酶对底物的亲和力。Km值越小，酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。
3．Km是酶的特征性常数，它只与酶的结构和酶所催化的底物有关，与酶浓度无关。
Km和Vmax可用图解法根据实验数据测出。通过测定在不同底物浓度下的Vo，再用1/Vo对1/[S]的双倒数作图，又称Lineweaver-BurK作图法，即取米氏方程式倒数形式。
四、pH对反应速度的影响
每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活力，酶表现最大活力时的pH称为酶的最适pH。最适pH 的微小偏离可使酶活性部位的基团离子化发生变化而降低酶的活性，较大偏离时，维护酶三维结构的许多非共价键受到干扰，导致酶蛋白的变性。
酶的最适pH不是固定的常数，受酶的纯度、底物的种类和浓度、缓冲液的种类和浓度等的影响。一般酶的最适pH在4~8之间，植物和微生物体内的酶最适pH多在4.5~6.5,而动物体内的最适pH多在6.5~8，多在6.8左右。但也有例外，如胃蛋白酶最适pH为1.9，胰蛋白酶的最适pH为8.1, 肝精氨酸酶的最适pH为9.0。Vo对pH的关系图形是钟形曲线。
五、温度对反应速度的影响
温度对Vo关系的图形是一条曲线，它可清楚地表示出最适温度。多数哺乳动物的酶最适温度在37℃左右，植物体内酶的最适温度在50~60℃。也有些微生物的酶适应在高温或低温下工作。温度从两方面影响酶促反应速率，是升高温度提高反应速率和酶遇热易变性失活两个相反效应间的平衡。
六、激活剂对反应速度的影响
凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂（activator）。必需激活剂常是金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+等, Mg2+是多种激酶和合成酶的必需激活剂；非必需激活剂是有机化合物和Cl-等，如胆汁酸盐是胰脂肪酶，Cl-是唾液淀粉酶的非必需激活剂。
七、抑制剂对反应速度的影响
使酶活性下降而不导致酶变性的物质称为酶的抑制剂。抑制剂作用有可逆和不可逆抑制两类。以可逆抑制最为重要。
（一）不可逆抑制作用
这类抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失活，一般不能用透析、超滤等物理方法去除。这类抑制作用可用某些药物解毒，使酶恢复活性。如农药敌百虫、敌敌畏、1059等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合，使酶失活，导致乙酰胆碱不能水解而积存。迷走神经兴奋呈现中毒状态。解磷定（PAM）可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用，显然这类解毒药物和有机磷农药结合的强度大于和酶结合。重金属盐引起的巯基酶中毒，可用络合剂或加入其他过量的巯基化合物，如二巯基丙醇（BAL）来解毒。
（二）可逆抑制作用
这类抑制剂通常以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性降低或失活，采用透析、超滤的方法可去除抑制剂，恢复酶活性。可逆抑制有竞争、非竞争、反竞争3种类型，以竞争性抑制研究的最多。三种作用的共同点是因Km和Vmax值的变化导致酶促反应初速度下降。竞争性抑制剂的结构与底物类似，且在酶的同一部位（活性中心）和酶结合，仅在加大底物浓度时才逐渐抵消，显然Km值要增加，Vmax不变。非竞争性抑制剂不直接影响酶与底物的结合，酶同时和二者结合生成的中间产物是三元复合物，也无正常产物生成，所以Km不变，而Vmax减小。反竞争抑制剂促进酶与底物的结合，形成的三元复合物也不能形成正常产物，所以Km变小，Vmax也变小。
药物是酶的抑制剂。竞争性抑制原理应用范例是磺胺药的研制。磺胺药和细菌合成叶酸所需的对氨基苯甲酸仅一个碳原子之别（变成了S），使细菌的叶酸不能正常合成，导致细菌的核苷酸合成受阻而死亡。而人以摄入叶酸为主，故磺胺药对人的核酸合成无影响。
第五节酶的制备和应用
一、酶的制备
酶可以从动物、植物、微生物等各种原料中提取或用微生物发酵法生产酶制剂。酶在生物体内与大量其他物质共同存在，含量很少，又是有催化活性蛋白质，除了采用分离纯化蛋白质的一般方法，如盐析、有机溶剂沉淀、吸附、凝胶过滤、超离心法外，还要注意防止强酸、强碱、高温和剧烈搅拌等，以避免酶活力的损失。
胞内酶和胞外酶的提取在处理方法上有所不同。胞内酶需要先用捣碎、砂磨、冻融、或自溶等方法将细胞破坏，然后再用适当的分离纯化技术提出。
酶的活力（activity）就是酶加快其所催化的化学反应速度的能力。一般用催化反应的起始速率（Vo）表示，Vo的单位是微摩尔/分，也可用国际单位（U）和“开特”（Kat）表示。1分钟内催化1微摩尔的作用物转变成产物的酶量为1U；1秒钟内催化1摩尔的作用物转变成产物的酶量为1Kat。1微摩尔/分=1U=16.67nKat（1Kat=6×107U）。
比较酶制剂的纯度可用比活力(specific activity)，即每毫克蛋白质中所含的U数。
二、酶的应用
早在19世纪末，就有酶制剂的商品生产，目前已有1千多种，在工业、农业、医药以及科学研究中日益发挥它的巨大作用。
例如淀粉酶用于纺织品的退浆，可节约大量的碱并提高棉布的质量。处理饲料以增加其营养价值。脂肪酶用于食品增香、羊毛洗涤。蛋白酶用于皮革业的脱毛、蚕丝脱胶、肉类嫩化、酒类澄清、洗涤剂去污等。葡萄糖异构酶用来制造果糖浆，葡糖氧化酶用来除去罐头中残余的氧。
酶可作为试剂用于临床检验，如酶联免疫测定；作为药物用于临床治疗，如胃蛋白酶、胰蛋白酶助消化，链激酶、尿激酶治疗血栓的形成；基因工程中应用各种限制性核酸内切酶进行科研和生产。
酶的开发和利用是现代生物技术的重要内容。1971年命名了酶工程（enzyme engineering），这是把酶学原理与化学工程技术及基因重组技术相结合而形成的新型应用技术。酶工程可分为化学酶工程和生物酶工程。前者指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及人工模拟酶的研究和生产；后者指克隆酶、突变酶和合成新酶等内容的研究和应用。
生物大分子的结构及功能（核酸）
核酸的化学
目标：
1.掌握DNA和RNA在化学组分、分子结构和生物功能上的特点。
2.掌握DNA双螺旋结构模型和t-RNA二级结构的要点，了解核酸的三级结构。
3.熟悉核酸的性质（一般性质、DNA热变性、复性与分子杂交）。
4.掌握基因组的概念，原核生物和真核生物基因组的特点。了解DNA测序的原理。
核酸是生物遗传的物质基础。Watson 和Crick在此基础上于1953年提出了DNA双螺旋结构模型，说明了基因结构、信息和功能三者之间的关系，奠定了分子生物学基础。1958年Crick提出“中心法则”；60
年代破译遗传密码，阐明3类RNA参与蛋白质生物合成的过程；70年代诞生了基因重组和DNA测序生物技术，90年代提出人类基因组计划，21世纪进入后基因组时代。
第一节核酸的化学组成
天然存在的核酸有两类，即脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）。DNA分子是生物体的遗传信息库，分布在原核细胞的核区，真核细胞的核和细胞器以及病毒中；RNA分子参与遗传信息表达的一些过程，主要存在于细胞质。
一、核酸的基本组成单位
核酸是一种多聚核苷酸，用不同的降解法得到其组成单位——核苷酸。而核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸组成。
（一）戊糖
DNA含β-D-2-脱氧核糖，RNA含β-D-核糖。这是核酸分类的依据。核糖中的C记为1＇……5＇。（二）碱基（base）
核酸中的碱基有两类：嘌呤碱和嘧啶碱。有5种基本的碱基外，还有一些含量甚少的稀有碱基。DNA和RNA中常见的两种嘌呤碱是腺嘌呤（adenine，A）、鸟嘌呤（guanine，G）。而嘧啶碱有所不同：RNA 主要含胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U），DNA主要含胞嘧啶、胸腺嘧啶（thymine，T）。tRNA中含有较多的稀有碱基（修饰碱基），多为甲基化的。
（三）核苷
是碱基和戊糖生成的糖苷。通过C1＇- N9或C1＇- N1糖苷键连接，用单字符表示，脱氧核苷则在单字符前加d。常见的修饰核苷有：次黄苷或肌苷为I、黄嘌呤核苷X、二氢尿嘧啶核苷D、假尿苷Ψ等。注意符号的意义，如m5dC。
（四）核苷酸
是核苷的磷酸酯。生物体内游离存在的多是5＇- 核苷酸（如pA、pdG等）。常见的核苷酸为AMP、GMA、CMP、UMP。常见的脱氧核苷酸有dAMP、dGMA、dCMP、dTMP。AMP是一些重要辅酶的结构成分（如NAD+、NADP+、FAD等）；环化核苷酸（cAMP/cGMP）是细胞功能的调节分子和信号分子。ATP 在能量代谢中起重要作用。
核苷酸是两性电解质，有等电点。核苷酸有互变异构和紫外吸收。（含氧的碱基有酮式和烯醇式两种互变异构体，在生理pH条件下主要以酮式存在）
二、核苷酸的连接方式
RNA和DNA链都有方向性，从5＇→3＇。前一位核苷酸的3＇- OH与下一位核苷酸的5＇位磷酸基之间形成3＇，5＇-磷酸二酯键，从而形成一个没有分支的线性大分子，两个末端分别称为5＇末端和3＇末端。大分子的主链由相间排列的戊糖和磷酸构成，而碱基可看作主链上的侧链基团，主链上的磷酸基是酸性的，在细胞pH下带负电荷；而碱基有疏水性。
讨论：列表说明DNA和RNA在化学组成、分子结构和生物功能方面的主要特点。
第二节DNA的分子结构
一、DNA的一级结构(primary stucture)
DNA的一级结构是指分子中脱氧核苷酸的排列顺序，常被简单认为是碱基序列（base sequence）。碱基序有严格的方向性和多样性。一般将5＇- 磷酸端作为多核苷酸链的“头”，写在左侧，如pACUGA（5＇→3＇）。
在DNA一级结构中，有一种回文结构的特殊序列，所谓回文结构即DNA互补链上一段反向重复顺序，正读和反读意义相同，经反折可形成“十字形”结构，在转录成RNA后可形成“发夹”样结构，有调控意义。
→GCTA GTTCA CTC TGAAC AATT →
←CGAT CAAGT GAG ACTTG TTAA ←
DNA分子很大，最小的病毒DNA约含5000b。1965年Holley用片段重叠法完成酵母tRNAala 76nt 序列测定；1977年Sanger利用双脱氧法（酶法）测定了φX174单链DNA5386b的全序列。1990年实施的人类基因组计划（HGP），用15年，投资30亿美元，完成人类单倍体基因组DNA3×109bp全序列的测定。该计划由美、英、日、法、德、中六国科学家合作，于2003年提前完成，生命科学进入后基因组时代，研究重点从测序转向对基因组功能的研究。
二、DNA的二级结构——双螺旋(double helix)
1953年，Watson和Crick根据Wilkins 和Franklin拍摄的DNA X-射线照片（DNA有0.34nm和3.4nm两个周期性变化）以及Chargaff等人对DNA的碱基组成的分析（A=T，G=C，A+G=C+T），推测出DNA是由两条相互缠绕的链形成。Watson-Crick 双螺旋结构模型如下图：
1．两条反向平行的多核苷酸链形成右手螺旋。一条链为5＇→3＇，另一条为3＇→5＇。（某些病毒的DNA是单链分子ssDNA）
2．碱基在双螺旋内侧，A与T，G与C配对，A与T形成两个氢键，G与C形成三个氢键。糖基-磷酸基骨架在外侧。表面有一条大沟和一小沟。
3．螺距为3.4 nm，含10个碱基对（bp），相邻碱基对平面间的距离为0.34 nm。螺旋直径为2 nm。氢键维持双螺旋的横向稳定。碱基对平面几乎垂直螺旋轴，碱基对平面间的疏水堆积力维持螺旋的纵向稳定。
4．碱基在一条链上的排列顺序不受限制。遗传信息由碱基序所携带。
5．DNA构象有多态性。
Watson和Crick根据Wilkins 和Franklin拍摄的DNA X-射线照片是相对湿度92%的DNA钠盐所得的衍射图，因此Watson-Crick 双螺旋结构称B-DNA。细胞内的DNA与它非常相似。另外还有A-DNA、C-DNA、D-DNA。
1979年Rich发现Z-DNA（左手螺旋、螺距4.5nm、直径1.8nm）
三、DNA的三级结构
DNA 双螺旋进一步盘曲所形成的空间构象称DNA的三级结构。
某些病毒、细菌、真核生物线粒体和叶绿体的DNA是环形双螺旋，再次螺旋化形成超螺旋；在真核生物细胞核内的DNA是很长的线形双螺旋，通过组装形成非常致密的超级结构。
1．环形DNA可形成超螺旋
当将线性过旋或欠旋的双螺旋DNA连接形成一个环时，都会自动形成额外的超螺旋来抵消过旋或欠旋造成的应力，目的是维持B构象。过旋DNA会自动形成额外的左手螺旋（正超螺旋），而欠旋形成额外的右手螺旋（负超螺旋）。
一段双螺旋圈数为10的B-DNA连接成环形时，不发生进一步扭曲，称松弛环形DNA（双螺旋的圈数=链绕数，即T=L，超螺旋数W=0；L=T+W），但将这一线形DNA的螺旋先拧松一圈再连接成环时，解链环形DNA存在的扭曲张力，可导致双链环向右手方向扭曲形成负超螺旋（T＝10，L=9，W = -1）。
在生物体内，绝大多数超螺旋DNA以负超螺旋的形式存在，也就是说，一旦超螺旋解开，则会形成解链环形DNA，有利于DNA复制或转录。
螺旋具有相同的结构，但L值不同的分子称为拓扑异构体。DNA拓扑异构酶切断一条链或两条链，拓扑异构体可以相互转变。W的正表示双链闭环的螺旋圈在增加，W的负表示减少。L和T的正负表示螺旋方向，右手为正，左手螺旋为负；L值必定是整数。
2．真核细胞染色体
真核细胞DNA是线形分子，与组蛋白结合，其两端固定也形成超螺旋结构。DNA被紧密地包装成染色体来自三个水平的折叠：核小体、30nm纤丝和放射环。
核小体是染色体的基本结构单位，是DNA包装的第一步，它由DNA结合到组蛋白上形成复合物，在电镜下显示为成串的“念珠”状。组蛋白是富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质，其氨基酸序列在进化中是高度
保守的。组蛋白有5种，H2A、H2B、H3和H4各两分子组成的八聚体是核小体核心颗粒，DNA缠绕其上，相邻核小体间的DNA称为连接DNA且结合H1。200 bpDNA的长度约为68nm，被压缩在10nm 的核小体中。压缩比约为7。30nm纤丝是第二级压缩，每圈含6个核小体，压缩比是6。30nm螺旋管再缠绕成超螺旋圆筒，压缩比是40。再进一步形成染色单体，总压缩近一万倍。典型人体细胞的DNA理论长度应是180 cm，被包装在46个5μm的染色体中。
四、DNA和基因组
1．DNA分子中的最小功能单位称作基因，为RNA或蛋白质编码的基因称结构基因，DNA中具调节功能而不转录生成RNA的片段称调节基因。基因组（genome）是某生物体所含的全部基因，即全部DNA或完整的单套遗传物质（配子中的整套基因）。
2．细菌、噬菌体、大多数动植物病毒的基因组即指单个DNA分子。最小病毒如SV40的基因组仅有5226b，含5个基因。大肠杆菌含4.6×106 bp，有3000~4000个基因，DNA完全伸展总长约1.3mm。
原核生物基因组的特点是：结构简炼，绝大部分为蛋白质编码（结构基因）；有转录单元，即功能相关的基因常串联一起，并转录在同一mRNA（多顺反子mRNA）中；有基因重叠现象，即同一段DNA携带两种不同蛋白质的信息。
3．真核生物基因一般分布在若干条染色体上，其特点是：有重复序列（按重复次数分单拷贝序、中度重复序和高度重复序）；有断裂基因（由不编码的内含子和编码的外显子组成）。酵母基因组有1.35×107bp，含6374个基因。人类基因组有3×109 bp，含4万个基因。
第三节RNA的分子结构
RNA通常以单链形式存在，比DNA分子小得多，由数十个至数千个核苷酸组成。RNA链可以回折且通过A与U，G与C配对形成局部的双螺旋，不能配对的碱基则形成环状突起，这种短的双螺旋区和环称为发夹结构。
RNA的C2＇位羟基是游离的，是一个易发生不良反应的位置，它使RNA的化学性质不如DNA稳定，能较DNA产生更多的修饰组分。RNA的种类、大小、结构都比DNA多样化，按照功能的不同和结构的特点，RNA主要分为tRNA、rRNA和mRNA三类。此外，细胞的不同部位还存在着另一些小分子RNA，如核内小RNA（snRNA）、核仁小RNA（snoRNA）、胞质小RNA（scRNA）等，分别参与mRNA的前体（hnRNA）和rRNA的转运和加工过程。
一、转运RNA（transfer RNA，tRNA）
1．分子量最小的RNA，约占总RNA的15%。主要功能是在蛋白质生物合成过程中，起着转运氨基酸的作用。
2．1965年Holley等测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构，并提出二级结构模型。一级结构特点：核苷酸残基数在73~95；含有较多的稀有碱基（如mG、DHU等）；5＇-末端多为pG，3＇- 末端都是-CCA。3．tRNA的二级结构为“三叶草”形，包括4个螺旋区、3个环及一个附加叉。各部分的结构都和它的功能有关。5＇端1~7位与近3＇端67~72位形成的双螺旋区称氨基酸臂，似“叶柄”，3＇端有共同的-CCA-OH 结构，用于连接该RNA转运的氨基酸。3个环是二氢尿嘧啶环（D环）、反密码子环、TΨC环。4．1973~1975年S.H.Kim的X射线衍射分析表明，tRNA的三级结构呈倒L字母形，反密码环和氨基酸臂分别位于倒L的两端。
二、信使RNA（messenger RNA，m RNA）
1．细胞内含量较少的一类RNA，约占总RNA的3%。其功能是将核内DNA的碱基顺序（遗传信息）按碱基互补原则转录至核糖体，指导蛋白质的合成。
2．种类多，作为不同蛋白质合成的模板，其一级结构差异很大。真核细胞的mRNA有不同于原核细胞的特点：3＇- 末端有多聚A（polyA）尾，5＇-末端加有一个“帽”式结构,（m7 Gppp）。
3．代谢活跃，寿命较短。
三、核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）
1．约占细胞总RNA的80%。主要功能是与多种蛋白质组成核糖体，是蛋白质合成的场所。
2．核糖体在结构上可分离为大小两个亚基。原核细胞的rRNA有3种，23S与5S rRNA在大亚基，16S 在小亚基。真核细胞有4种rRNA，其中大亚基含28S、5.8S、5S，小亚基只有18S。
3. 各种rRNA的一级结构中的核苷酸残基数及其顺序都不相同，且有特定的二级结构。
第四节核酸的性质
一、一般理化性质
1．DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。
2．具有大分子的一般特性。分子大小可用Da、b或bp、S、链长（μm）表示。一个bp相当的核苷酸平均分子量为660Da；1μm长的DNA双螺旋相当3000bp或2×106Da。
3．两性电解质。各种核酸的大小及所带的电荷不同，可用电泳和离子交换法分离。RNA在室温下易被稀碱水解，DNA较稳定，此特性用来测定RNA的碱基组成和纯化DNA。
4．紫外吸收，最大吸收峰在260nm处，核酸的变性或降解，吸光度A升高，称为增色效应。
二、核酸的变性和复性
1．变性的概念
在理化因素作用下，核酸的双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状态的过程。变性的因素有热、酸、碱、乙醇、尿素等。变性的本质是次级键的变化。变性的结果是紫外吸收值明显增加（增色效应），DNA粘度下降，生物学功能部分或全部丧失。
2．DNA的热变性和Tm
DNA热变性过程中，紫外吸收值增高，有一个特征性曲线称熔解曲线，通常将熔解曲线的中点，即紫外吸收值达到最大值50%时的温度称为解链温度，又叫熔点（Tm）。DNA的热变性是爆发式的，像结晶的溶解一样，只在很狭窄的温度范围内完成，一般在70~800C之间。变性温度与碱基组成、DNA长度及变性条件有关。GC含量越高，Tm越大；DNA越长，Tm越大；溶液离子强度增高，Tm增加。
3．DNA的复性与分子杂交
变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新配对，恢复天然双螺旋构象，这一现象称为复性。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火（annealing）。
影响复性速度的因素很多，如单链DNA的起始浓度、温度（最适复性温度是比Tm约低250C）、盐浓度、片断长度、序列复杂性等。
分子杂交是以核酸的变性和复性为基础，只要不同来源的核酸分子的核苷酸序列含有可以形成碱基互补配对的片段，就可以形成DNA/DNA，RNA/RNA或DNA/RNA杂化双链，这个现象称为核酸分子杂交（hybridization）。
标记一个来源的核酸（放射性同位素或荧光标记），通过杂交可以检测与其有互补关系的DNA或RNA，这种标记的核酸称为基因探针（gene probe），也就是一段带有检测标记，且顺序已知，与目的基因互补的核酸序列。基因探针的“集成化”就是基因芯片（gene chip）。是把已经测序的基因固定在硅片或玻璃片上制成的。在医疗诊断和科学研究中已被快速地运用。
三、核酸的序列测定
DNA序列是指携带遗传信息的DNA分子中的A、C、G、T的序列。分析方法主要有两种，一种是Maxam-Gilbert化学法，另一种是Sanger的双脱氧法。现在一般都采用后者，其基本原理是：
1．用凝胶电泳分离待测的DNA片段（用作模板）。
2．将模板、引物、4种dNTP、合适的聚合酶置于4个试管，每一试管按精确比例各加入一种ddNTP，用同位素或荧光物质标记。
3．利用ddNTP可特异地终止DNA链延长的特点，4个试管的聚合反应可以得到一系列大小不等、被标记的片段。
4．将4个反应管同时加到聚丙烯凝胶上电泳，标记片段按大小分离，放射自显影后可按谱型读出DNA序列。
在以上两种方法的基础上，通过与计算机技术和荧光技术的结合，发明了自动测序仪。目前，常用的测序策略是“鸟枪法”，形象地说是将较长的基因片段打断，构建一系列的随机亚克隆，然后测定每个亚克隆的序列，用计算机分析以发现重叠区域，最终对大片段的DNA定序。
生物化学笔记(整理版)1
《生物化学》绪论 生物化学可以认为是生命的化学，是研究微生物、植物、动物及人体等的化学组成和生命过程中的化学变化的一门科学。 生命是发展的，生命起源，生物进化，人类起源等，说明生命是在发展，因而人类对生命化学的认识也在发展之中。 20世纪中叶直到80年代，生物化学领域中主要的事件： （一）生物化学研究方法的改进 a. 分配色谱法的创立——快捷、经济的分析技术由Martin.Synge创立。 b. Tisellius用电泳方法分离血清中化学构造相似的蛋白质成分。吸附层析法分离蛋白质及其他物质。 c. Svedberg第一台超离心机，测定了高度复杂的蛋白质。 d. 荧光分析法，同位素示踪，电子显微镜的应用，生物化学的分离、纯化、鉴定的方法向微量、快速、精确、简便、自动化的方向发展。 （二）物理学家、化学家、遗传学家参加到生命化学领域中来 1． Kendrew——物理学家，测定了肌红蛋白的结构。 2． Perutz——对血红蛋白结构进行了X-射线衍射分析。 3． Pauling——化学家，氢键在蛋白质结构中以及大分子间相互作用的重要性，认为某些protein具有类似的螺旋结构，镰刀形红细胞贫血症。 （1．2．3．都是诺贝尔获奖者） 4．Sanger―― 生物化学家 1955年确定了牛胰岛素的结构，获1958年Nobel prize化学奖。1980年设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法，获1980年诺贝尔化学奖。 5．Berg―― 研究DNA重组技术，育成含有哺乳动物激素基因的菌株。 6．Mc clintock―― 遗传学家发现可移动的遗传成分，获1958年诺贝尔生理奖。 7．Krebs―― 生物化学家 1937年发现三羧酸循环，对细胞代谢及分生物的研究作出重要贡献，获1953年诺贝尔生理学或医学奖。 8．Lipmann―― 发现了辅酶A。 9． Ochoa——发现了细菌内的多核苷酸磷酸化酶 10．Korberg——生物化学家，发现DNA分子在细菌内及试管内的复制方式。（9．10．获1959年的诺贝尔生理医学奖） 11．Avery―― 加拿大细菌学家与美国生物学家Macleod,Carty1944年美国纽约洛克菲勒研究所著名实验。肺炎球菌会产生荚膜，其成分为多糖，若将具荚膜的肺炎球菌（光滑型）制成无细胞的物质，与活的无荚膜的肺炎球菌（粗糙型）细胞混合 －>粗糙型细胞也具有与之混合的光滑型的荚膜－>表明，引起这种遗传的物质是DNA 1 / 29
生物化学总结
名词解释： 1.糖：糖类是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它由碳、氢及氧3种元素组成，其分子式是（CH2O）n。一般把糖类看作是多羟基醛或多羟基酮及其聚合物和衍生物的总称。 2.单糖：凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。 3.寡糖：是由单糖缩合而成的短链结构（一般含2~6个单糖分子） 4.多糖：有许多单糖分子缩合而成的长链结构，分子量大，在水中不能成真溶液，均无甜味，无还原性。有旋光性，无变旋现象。 5.构象：在分子中由于共价单键的旋转所表现出的原子或基团的不同空间排布叫构象。 6.构型：在立体异构体中的原子或取代基团的空间排列关系叫构型。 7.变旋现象：当一种旋光异构体，如糖溶于水中转变为几种不同旋光异构体的平衡混合物时发生的旋光变化现象，叫做变旋现象。 8.旋光性：当光通过含有某物质的溶液时，使经过此物质的偏振光平面发生旋转的现象。 9. 脂类：是脂肪及类脂的总称，其化学本质为脂肪酸(多是4碳以上的长链一元羧酸)和醇(包括甘油醇、鞘氨醇、高级一元醇和固醇)等所组成的酯类及其衍生物。 10.皂化值：完全皂化1g油或脂所消耗的KOH毫克数。 11.皂化作用：脂酰甘油的碱水解作用称为皂化作用。 12. 酸败：脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中，受到空气的作用，游离脂肪酸被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，产生难闻的恶臭味，称之酸败。13.酸值：中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数，称为酸值（酸价），可表示酸败的程度。 14.卤化作用：油脂中不饱和双键与卤素发生加成反应，生产卤代脂肪酸，称为卤化作用。 15.碘值：100g油脂所能吸收的碘的克数—碘价（碘化值），可以用来判断油脂中不饱和双键的多少。 16.氢化：Ni的作用下，甘油酯中的不饱和双键可以与H2发生加成反应，油脂被饱和，液态变为固态，可防止酸败。 17.必须脂肪酸：多不饱和脂酸是人体不可缺乏的营养素，不能自身合 成，需从食物摄取，故称必需脂酸。 18.维生素（vitamin）：是机体维持正常生理功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子量有机物质。 19：维生素原：本身不是维生素，但是可以转化成维生素的物质。 20.核酸（nucleic acid）：是含有磷酸基团的重要生物大分子，因最初从细胞核分离获得，又具有酸性，故称为核酸。 21.核苷：碱基和核糖（脱氧核糖）通过N-糖苷键连接形成糖苷称为核苷（脱氧核苷）。 22.核苷酸：核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 23. DNA一级结构：指构成核酸的各个单核苷酸之间连接键的性质以及组成中单核苷酸的数目和排列顺序（碱基排列顺序） 24.DNA的变性：有些理化因素会破坏氢键和碱基堆积力，使核酸分子的空间结构改变，从而引起核酸理化性质和生物学功能改变，这种现象称为核酸的变性。 25.Tm值：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收
生物化学-考试知识点_6核苷酸代谢
核 苷 酸 一级要求 单选题 1 用 A 嘧啶环的N1 嘌呤环的N1和N7 E 肌酸 在嘌呤核苷酸的合成中,第4位及5位的碳原子和第7位氮原子主要来源于: 15 N 标记谷氨酰胺的酰胺氮喂养鸽子后, 在鸽子体内下列主要哪种化合物中含 15 N ？ B GSH C D 嘌呤环的N3和N9 D E 2 A 天冬氨酸 C 谷氨酰胺 E 甘氨酸 B 谷氨酸 D 丙氨酸 3 下列对嘌呤核苷酸合成的描述哪种是正确的? A 利用氨基酸、一碳单位和CO 2合成嘌呤环,再与5'-磷酸核糖结合而成 B 利用天冬氨酸、一碳单位、CO 2 和5'-磷酸核糖为原料直接合成 C 嘌呤核苷酸是在5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)提供磷酸核糖分子的 基础上与氨基酸、CO 2及一碳单位作用逐步形成 D 在氨基甲酰磷酸的基础上逐步合成 E 嘌呤核苷酸是先合成黄嘌呤核苷酸(XMP),再转变为AMP 、GMP 4 AMP 分子中第六位碳原子上的氨基来源于: C A 谷氨酰胺的酰胺基 B 谷氨酸 C E 天冬酰胺的酰胺基 天冬氨酸 D 甘氨酸 E 5 6 人体嘌呤核苷酸分解代谢的特征性终产物是: A C E NH3 B D CO 2 黄嘌呤 尿酸 次黄嘌呤 E 下列对嘧啶核苷酸从头合成途径的描述哪种是正确的? A 先合成嘧啶环,再与PRPP 中 的磷酸核糖相连 B 在PRPP 的基础上,与氨基酸及 CO 2作用逐步合成 C UMP 的合成需要有一碳单位的参加 D 主要是在线粒体内合成 E 需要有氨基甲酰磷酸合成酶I 参加 A D 7 嘧啶环中的第一位N 原子来源于: A 游离的氨 B 谷氨酸 C 谷氨酰胺的酰胺基 E 天冬酰胺的酰胺基 D 天冬氨酸 8 dTMP 的嘧啶环中第五位碳原子上的甲基来源于: A S-腺苷蛋氨酸 C N5-CH3FH4 B N5N10-CH2-FH4 D N10-CHOFH4 E N5N10=CH-FH4 B C 9 下列哪种氨基酸为嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成的共同原料? A 谷氨酸 D 丙氨酸 B 甘氨酸 C 天冬氨酸 E 天冬酰胺 10 下列关于嘌呤核苷酸从头合戒的叙述哪项是正确的
生物化学部分总结
第19章代谢总论 1、分解代谢：有机营养物，不管是从环境获得的，还是自身储存的，通过一系列反应步骤变为较小的，较简单的物质的过程称为分解代谢。 2、合成代谢：又称生物合成，是生物体利用小分子或大分子的结构原件建造成自身大分子的过程。 3、ATP储存自由能为生物体的一切生命活动提供能量。满足以下四方面的需要：①生物合成、②肌肉收缩、③营养物逆浓度梯度跨膜运送、④在DNA、RNA、蛋白质能生物合成中，以特殊方式起递能作用。 4、能够直接提供自由能推动生物体多种化学反应的核苷酸类分子除ATP外，还有GTP，UTP，CTP。GTP对G蛋白的活化，蛋白质的生物合成，蛋白质的寻靶作用，蛋白质的转运等等都作为推动力提供自由能。 5、FMN，黄素腺嘌呤单核苷酸，FAD，黄素腺嘌呤二核苷酸，它们是另一类在传递电子和氢原子中起作用的载体。FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子，它们在氧化还原反应中，特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。 6、辅酶A，简写为CoA，分子中含有腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。在水解时释放出大量的自由能。 7、遗传缺欠症缺乏尿黑酸氧化酶，导致酪氨酸的代谢中间物尿黑酸不能氧化而随尿排出体外，在空气中使尿变成黑色。苯丙酮尿症，是苯丙氨酸发生异常代谢的结果，这是尿中出现苯丙氨酸。但酪氨酸的代谢仍然正常。通过以上两种不正常的代谢现象，是苯丙氨酸的代谢途径得到了阐明。 第20章生物能学 1、高能磷酸化合物的类型①碳氧键型②氮磷键型-如胍基磷酸化合物。1.磷酸肌酸。2.磷酸精氨酸。③硫酯键型-活性硫酸基。1. 3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸。2. 酰基辅酶A。 ④甲硫键型-活性甲硫氨酸 2、ATP水解释放的自由能收到许多因素的影响。当ph升高时ATP释放的自由能明显升高。还受到Mg2+等其他一些2价阳离子的复杂的影响。 3、ATP在磷酸基团转移中作为中间递体而起作用。 4、磷酸肌酸：神经和肌肉等细胞活动直接供能物质是ATP。但ATP在细胞中的含量很低。在哺乳动物的脑和肌肉中约3-8mmoal/kg。而肌肉和脑中的磷酸肌酸含量都远远超过ATP。磷酸肌酸是细胞内首先供应ADP使之再合成ATP的能源物质。 5、人体肌肉中磷酸肌酸的含量及其再合成速度是运动员速度素质的物质基础。 6、磷酸精氨酸是某些无脊椎动物例如蟹和龙虾等肌肉中的储能物质。 7、磷酸精氨酸和磷酸肌酸以高能磷酸集团作为储能物质又统称磷酸原。有些微生物以聚偏磷酸作为储能物质。 8、ATP系统的动态平衡：ATP的周转非常迅速，细胞内ATP的产生和利用都处在一个相对稳定的平衡状态。 9、能荷：细胞所处的能量状态用ATP，ADP和AMP之间的关系式来表示，成为能荷。能荷是细胞所处能量状态的一个指标。 第21章糖酵解作用 1、糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量的过程。糖酵解过程可以说，是真核细胞以及细菌摄入体内的葡萄糖最初经历的酶促分解过程。也是
生物化学与分子生物学复习归纳笔记
生物化学与分子生物学重点(1) https://www.wendangku.net/doc/a517381182.html, 2006-11-13 23:44:37 来源：绿色生命网 第一章绪论 一、生物化学的的概念： 生物化学（biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。 二、生物化学的发展： 1．叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。 2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。就在这一时期，人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。 3．分子生物学阶段：这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。 三、生物化学研究的主要方面： 1．生物体的物质组成：高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质。 2．物质代谢：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。 3．细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。 4．生物分子的结构与功能：通过对生物大分子结构的理解，揭示结构与功能之间的关系。 5．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的
一个重要内容。 第二章蛋白质的结构与功能 一、氨基酸： 1．结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-α-氨基酸。 2．分类：根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类：① 非极性中性氨基酸(8种)； ② 极性中性氨基酸(7种)；③ 酸性氨基酸(Glu和Asp)；④ 碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。 二、肽键与肽链： 肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经脱水而形成的共价键(-CO-NH-)。氨基酸分子在参与形成肽键之后，由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N端)与自由羧基端(C端)，肽链的方向是N端→C端。 三、肽键平面(肽单位)： 肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个α碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构，称为肽键平面。 四、蛋白质的分子结构： 蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。 1．一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键。蛋白质的一级结构决定其空间结构。 2．二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要有以下几种类型： ⑴α-螺旋：其结构特征为：①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm；③ 相邻螺旋圈之间形成许多氢键；④ 侧链基团位于螺旋的外侧。 影响α-螺旋形成的因素主要是：① 存在侧链基团较大的氨基酸残基；② 连续存在带相同电荷的氨基酸残基；③ 存在脯氨酸残基。 ⑵β-折叠：其结构特征为：① 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；② 所有肽键的C=O和
[考研]生物化学笔记
第一篇生物大分子的结构与功能 第一章氨基酸和蛋白质 一、组成蛋白质的20种氨基酸的分类 １、非极性氨基酸 包括：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸 ２、极性氨基酸 极性中性氨基酸：色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸 其中：属于芳香族氨基酸的是：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸 属于亚氨基酸的是：脯氨酸 含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸 注意：在识记时可以只记第一个字，如碱性氨基酸包括：赖精组 二、氨基酸的理化性质 １、两性解离及等电点 氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基，能与酸或碱类物质结合成盐，故它是一种两性电解质。在某一ＰＨ的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的ＰＨ称为该氨基酸的等电点。 ２、氨基酸的紫外吸收性质 芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰，由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基，氨基酸残基数与蛋白质含量成正比，故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。 ３、茚三酮反应 氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比，因此可作为氨基酸定量分析方法。 三、肽 两分子氨基酸可借一分子所含的氨基与另一分子所带的羧基脱去１分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和羧基继续借脱水作用缩合连成多肽。10个以内氨基酸连接而成多肽称为寡肽；39个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽；51个氨基酸残基组成的胰岛素归为蛋白质。 多肽连中的自由氨基末端称为Ｎ端，自由羧基末端称为Ｃ端，命名从Ｎ端指向Ｃ端。 人体内存在许多具有生物活性的肽，重要的有： 谷胱甘肽（GSH）：是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。 四、蛋白质的分子结构 １、蛋白质的一级结构：即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。 主要化学键：肽键，有些蛋白质还包含二硫键。 ２、蛋白质的高级结构：包括二级、三级、四级结构。 １）蛋白质的二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链骨架原子的
生物化学维生素总结
维生素总结 一、脂溶性维生素 1、维生素A 名称:类视黄素、抗干眼病维生素、A1:视黄醇、A2:3-脱氢视黄醇 活性形式:视黄醇、视黄醛、视黄酸 功能:1、视黄醛与视蛋白结合发挥视觉功能2、调控细胞的生长与分化、抗癌3、抗氧化 缺乏时病症:夜盲症、干眼病 发病机理或治病原理:感受弱光的视杆细胞内,全反式视黄醇被异构成11-顺视黄醇,氧化成11-顺视黄醛。此物作为光敏感视蛋白的辅基与之结合生成视紫红质。视紫红质感光时,异构为全反式视黄醛,并引起视蛋白变构。进而视蛋白通过一系列反应产生视觉冲动。视紫红质分解,全反式视黄醛与视蛋白分离,构成视循环。维生素A缺乏,视循环关键物质11-顺视黄醛不足,视紫红质少,对弱光敏感性降低,暗适应延长。 过量的影响:中毒,组织损伤。症状:头痛、恶心、肝细胞损伤、高血脂、软组织钙化、高钙血症、皮肤干燥、脱屑、脱发 2.维生素D 名称:抗佝偻病维生素(本质就是类固醇衍生物) 活性形式:1,25-二羟维生素D3 功能:1、调节血钙水平,促进小肠对钙、磷的吸收、影响骨组织钙代谢,维持血钙、磷的正常水平2、影响细胞的分化 (免疫细胞、胰岛B细胞、肿瘤细胞) 缺乏时病症:儿童:佝偻病成人:软骨病自身免疫性疾病 过量的影响:中毒。表现:高钙血症、高钙尿症、高血压、软组织钙化 备注:在体内可合成:皮下储有维生素D3原,紫外线照射下可变成维生素D3 3.维生素E 名称:生育酚类化合物(生育酚、生育三烯酚) 活性形式:生育酚 功能:1、抗氧化剂、自由基清除剂、保护细胞膜,维持其流动性2、调节基因表达(抗炎、维持正常免疫功能、抑制细胞增殖,降低血浆低密度脂蛋白的浓度。预防治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病、肿瘤与延缓衰老有一定作用)3、提高血红素合成关键酶活性,促进血红素合成。缺乏时病症:新生儿:轻度溶血性贫血一般不易缺乏。重度损伤导致红细胞数量减少,脆性增加等溶血性贫血。动物缺乏,生殖器发育受损,甚至不育 备注:临床常用维生素E治疗先兆流产与习惯性流产 4.维生素K 名称:凝血维生素 活性形式:2-甲基1,4-萘醌 功能:1、维生素K具有促进凝血的作用, 就是许多γ-谷氨酰羧化酶的辅酶2、对骨代谢有重要作用,对减少动脉钙化有重要作用,大剂量可降低动脉硬化的危险性。 缺乏时病症:维生素K缺乏引起出血。 备注:长期应用抗生素及肠道灭菌有引起维生素K缺乏的可能性。引发脂类吸收障碍的疾病,可引起维生素K缺乏。新生儿易缺乏(不能通过胎盘) 二、水溶性维生素
生物化学重点笔记(整理版)
教学目标： 1.掌握蛋白质的概念、重要性和分子组成。 2.掌握α-氨基酸的结构通式和20种氨基酸的名称、符号、结构、分类；掌握氨基酸的重要性质；熟悉肽和活性肽的概念。 3.掌握蛋白质的一、二、三、四级结构的特点及其重要化学键。 4.了解蛋白质结构与功能间的关系。 5.熟悉蛋白质的重要性质和分类 导入：100年前，恩格斯指出“蛋白体是生命的存在形式”；今天人们如何认识蛋白质的概念和重要性？ 1839年荷兰化学家马尔德（G.J.Mulder）研究了乳和蛋中的清蛋白,并按瑞典化学家Berzelius的提议把提取的物质命名为蛋白质（Protein，源自希腊语，意指“第一重要的”）。德国化学家费希尔(E.Fischer)研究了蛋白质的组成和结构，在1907年奠立蛋白质化学。英国的鲍林(L.Pauling)在1951年推引出蛋白质的螺旋；桑格(F.Sanger)在1953年测出胰岛素的一级结构。佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁(J.C.kendrew) 在1960年测定血红蛋白和肌红蛋白的晶体结构。1965年，我国生化学者首先合成了具有生物活性的蛋白质——胰岛素（insulin）。 蛋白质是由L-α-氨基酸通过肽键缩合而成的，具有较稳定的构象和一定生物功能的生物大分子（biomacromolecule）。蛋白质是生命活动所依赖的物质基础，是生物体中含量最丰富的大分子。 单细胞的大肠杆菌含有3000多种蛋白质，而人体有10万种以上结构和功能各异的蛋白质，人体干重的45%是蛋白质。生命是物质运动的高级形式，是通过蛋白质的多种功能来实现的。新陈代谢的所有的化学反应几乎都是在酶的催化下进行的，已发现的酶绝大多数是蛋白质。生命活动所需要的许多小分子物质和离子，它们的运输由蛋白质来完成。生物的运动、生物体的防御体系离不开蛋白质。蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的记忆、识别机构等方面都起着重要的作用。随着蛋白质工程和蛋白质组学的兴起和发展，人们对蛋白质的结构与功能的认识越来越深刻。 第一节蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成 经元素分析，主要有C（50%～55%）、H（6%～7%）、O（19%～24%）、N（13%～19%）、S（0%～4%）。有些蛋白质还含微量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I等。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。因此，可以用定氮法来推算样品中蛋白质的大致含量。 每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中蛋白质含量（g%） 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 蛋白质在酸、碱或蛋白酶的作用下，最终水解为游离氨基酸（amino acid），即蛋白质组成单体或构件分子。存在于自然界中的氨基酸有300余种，但合成蛋白质的氨基酸仅20种（称编码氨基酸），最先发现的是天门冬氨酸（1806年），最后鉴定的是苏氨酸（1938年）。 （一）氨基酸的结构通式 组成蛋白质的20种氨基酸有共同的结构特点： 1．氨基连接在α- C上，属于α-氨基酸（脯氨酸为α-亚氨基酸）。 2．R是側链，除甘氨酸外都含手性C，有D-型和L-型两种立体异构体。天然蛋白质中的氨基酸都是L-型。 注意：构型是指分子中各原子的特定空间排布，其变化要求共价键的断裂和重新形成。旋光性是异构体的光学活性，是使偏振光平面向左或向右旋转的性质，（-）表示左旋，（+）表示右旋。构型与旋光性没有直接对应关系。 （二）氨基酸的分类 1．按R基的化学结构分为脂肪族、芳香族、杂环、杂环亚氨基酸四类。 2．按R基的极性和在中性溶液的解离状态分为非极性氨基酸、极性不带电荷、极性带负电荷或带正电荷的四类。 带有非极性R（烃基、甲硫基、吲哚环等，共9种）：甘（Gly）、丙（Ala）、缬（Val）、亮（Leu）、异亮（Ile）、苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp） 带有不可解离的极性R（羟基、巯基、酰胺基等，共6种）：丝（Ser）、苏（Thr）、天胺（Asn）、谷胺（Gln）、酪（Tyr）、半（Cys）带有可解离的极性R基（共5种）：天（Asp）、谷（Glu）、赖（Lys）、精（Arg）、组（His），前两个为酸性氨基酸，后三个是碱性氨基酸。 蛋白质分子中的胱氨酸是两个半胱氨酸脱氢后以二硫键结合而成，胶原蛋白中的羟脯氨酸、羟赖氨酸，凝血酶原中的羧基谷氨酸是蛋白质加工修饰而成。 （三）氨基酸的重要理化性质 1．一般物理性质 α-氨基酸为无色晶体，熔点一般在200 oC以上。各种氨基酸在水中的溶解度差别很大（酪氨酸不溶于水）。一般溶解于稀酸或稀碱，
生物化学笔记(完整版)
第一章绪论 一、生物化学的的概念： 生物化学（biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。 二、生物化学的发展： 1．叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。 2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。就在这一时期，人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。 3．分子生物学阶段：这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。 三、生物化学研究的主要方面： 1．生物体的物质组成：高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质。 2．物质代谢：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。 3．细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。 4．生物分子的结构与功能：通过对生物大分子结构的理解，揭示结构与功能之间的关系。 5．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。 第二章蛋白质的结构与功能 一、氨基酸： 1．结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-α-氨基酸。 2．分类：根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类：①非极性中性氨基酸(8种)；②极性中性氨基酸(7种)；③酸性氨基酸(Glu和Asp)；④碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。 二、肽键与肽链： 肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经脱水而形成的共价键(-CO -NH-)。氨基酸分子在参与形成肽键之后，由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N端)与自由羧基端(C端)，肽链的方向是N端→C端。 三、肽键平面(肽单位)： 肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个α碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构，称为肽键平面。 四、蛋白质的分子结构：
生物化学期末重点总结
第二章 1、蛋白质构成：碳、氢、氧、氮，氮含量16% 2、蛋白质基本组成单位：氨基酸 3、氨基酸分类：中性非极性~（甘氨酸Gly，G）、中性极性~、酸性~（天门冬氨酸Asp，D、谷氨 酸Glu，E）、碱性~（赖氨酸Lys，K、精氨酸Arg，R、组氨酸His，H） 4、色氨酸、酪氨酸（280nm波长）、苯丙氨酸（260nm波长）三种芳香族氨基酸吸收紫外光 5、大多数蛋白质中均含有色氨酸和酪氨酸，故测定280nm波长的光吸收强度，课作为溶液中蛋白 质含量的快速测定方法 6、茚三酮反应:蓝紫色化合物，反应直接生成黄色产物 7、肽键：通过一个氨基酸分子的—NH2与另一分子氨基酸的—COOH脱去一分子水形成—CO— NH— 8、二级结构基本类型：α—螺旋、β—折叠、β—转角、无规则卷曲 9、三级结构：每一条多肽链内所有原子的空间排布 10、一个具有功能的蛋白质必须具有三级结构 11、稳定三级结构的重要因素：氢键、盐键、疏水键、范德华力等非共价键以及二硫键 12、四级结构：亚基以非共价键聚合成一定空间结构的聚合体 13、亚基：有些蛋白质是由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链组成，每条多肽链称~ 14、单独的亚基一般没有生物学功能，只有构成完整的四级结构才具有生物学功能 15、等电点：调节溶液pH值，使某一蛋白质分子所带的正负电荷相等，此时溶液的pH值即为~ 16、变性作用：某些理化因素可以破坏蛋白质分子中的副键，使其构像发生变化，引起蛋白质的理 化性质和生物学功能的改变（可逆性变性、不可逆性变性） 17、变性蛋白质是生物学活性丧失，在水中溶解度降低，粘度增加，更易被蛋白酶消化水解 18、变性物理因素：加热、高压、紫外线、X线和超声波 化学因素：强酸、强碱、重金属离子、胍和尿素 19、沉淀：用物理或化学方法破坏蛋白质溶液的两个稳定因素，即可将蛋白质从溶液中析出 20、沉淀：盐析：破坏蛋白质分子的水化膜，中和其所带电荷，仍保持其原有生物活性，不会是蛋 白质变性 有机溶剂沉淀：不会变性 重金属盐类沉淀：破坏蛋白质分子的盐键，与巯基结合，发生变性 生物碱试剂沉淀： 21、双缩脲反应：在碱性溶液中，含两个以上肽键的化合物都能与稀硫酸铜溶液反应呈紫色（氨基 酸、二肽不可以） 第三章 22、核苷：一分子碱基与一分子戊糖脱水以N—C糖苷键连成的化合物 23、核苷酸=核苷+磷酸 24、RNA分子含有四种单核苷酸：AMP、GMP、CMP、UMP 25、核苷酸作用：合成核酸、参与物质代谢、能量代谢和多种生命活动的调控 26、核苷酸存在于辅酶A、黄素腺嘌呤二核苷酸（F AD）、辅酶I(NAD+)和辅酶II(NADP+) 27、A TP是能量代谢的关键 28、UTP、CTP、GTP分别参与糖元、磷脂、蛋白质的合成 29、环一磷酸腺苷（Camp）和环一磷酸鸟苷（cGMP）在信号转导过程中发挥重要作用 30、DNA具有方向性，碱基序列按照规定从5’向3’书写（3’，5’-磷酸二酯键） 31、三维双螺旋结构内容：⑴DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘旋而成 ⑵亲水的脱氧核糖基与磷酸基位于外侧，疏水的碱基位于内侧 ⑶两条多核苷酸链以碱基之间形成的氢键相互连结 ⑷互补碱基之间横向的氢键和疏水碱基平面之间形成的纵向碱基堆积 力，维系这双螺旋结构的稳定 32、B-DNA、A-DNA右手螺旋结构，Z-NDA左手螺旋结构
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复旦大学生物化学笔记完整版 第一篇生物大分子的结构与功能 第一章氨基酸和蛋白质 一、组成蛋白质的20种氨基酸的分类 １、非极性氨基酸 包括：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸 ２、极性氨基酸 极性中性氨基酸：色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸 其中：属于芳香族氨基酸的是：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸 属于亚氨基酸的是：脯氨酸 含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸 注意：在识记时可以只记第一个字，如碱性氨基酸包括：赖精组 二、氨基酸的理化性质 １、两性解离及等电点 氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基，能与酸或碱类物质结合成盐，故它是一种两性电解质。在某一ＰＨ的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的ＰＨ称为该氨基酸的等电点。 ２、氨基酸的紫外吸收性质 芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰，由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基，氨基酸残基数与蛋白质含量成正比，故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。 ３、茚三酮反应 氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比，因此可作为氨基酸定量分析方法。 三、肽 两分子氨基酸可借一分子所含的氨基与另一分子所带的羧基脱去１分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和羧基继续借脱水作用缩合连成多肽。10个以内氨基酸连接而成多肽称为寡肽；39个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽；51个氨基酸残基组成的胰岛素归为蛋白质。 多肽连中的自由氨基末端称为Ｎ端，自由羧基末端称为Ｃ端，命名从Ｎ端指向Ｃ端。 人体内存在许多具有生物活性的肽，重要的有： 谷胱甘肽（GSH）：是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。 四、蛋白质的分子结构 １、蛋白质的一级结构：即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。 主要化学键：肽键，有些蛋白质还包含二硫键。 ２、蛋白质的高级结构：包括二级、三级、四级结构。
生物化学考试知识点提要
Pro含N16%，AA残基平均M=110，残基数<50称多肽。 主链构象角：肽键中N－Cα转动角为φ，Cα－C转动角为ψ；C－N转动角为ω。 肽链构象为反式构象ω=180 (脯氨酸除外)。Ramachandran图：φ和ψ角。 α-螺旋几乎都是右手，3.6残基/圈，第i残基C＝O和第i+4残基N-H形成氢键。Ala,Glu,Leu,Met 对螺旋有倾向，Pro,Gly,Ser不参加。//几乎所有β折叠片均存在链扭曲，大部分是右手。β-折叠片中，β-折叠股处于伸展状态，一股的C＝O与另一股的N-H形成氢键。所有β-折叠股有相同的N-C方向称为平行；相互靠近的两股有相反方向为反平行。 不规则二级结构：转角及环。规则的比不规则的稳定，新功能往往由不规 则的二级结构区域来体现，——蛋白质的“结合部位”或酶的“活性中心”。氨基酸残基序列——一级结构(共价键)；α-螺旋，β-折叠，环状区域——二级结构(氢键)； 超二级结构(花样)：TIM桶，β-回折片……其他各种未写明的；// TIM桶：αβ-barrel八个β被//八段α围绕，短的环连接交替的β和α。酶活中心的残基位于TIM桶β片的C端和连接α的环状区。结构域：一个Pro可包含一个或多个，是能够独立折叠成稳定的三级结构的多肽链的一部分或者全部。三级结构(二硫键等连接的多条多肽链)；四级结构(多亚基结构)；分子聚合体； 胃：胃蛋白酶。胰→小肠(肠激酶激活)：羧肽酶原，糜蛋白酶原，胰蛋白酶原，胰凝乳蛋白酶原。蛋白酶家族按照催化部位的残基分：巯基(半胱氨酸)蛋白酶家族；天冬氨酸~；丝氨酸~；金属~。 胰凝乳蛋白酶（丝氨酸蛋白酶家族）：共价修饰催化。水解位于C端，芳香基团或大侧链残基的肽键。 很多蛋白酶（枯草杆菌蛋白酶，小麦羧肽酶-II，乙酰胆碱酯酶及脂肪酶） 有催化三联体，特异性由三联体附近的亲水凹隙形成底物结合口袋决定。溶酶体和蛋白酶体：溶酶体涉及内吞作用到胞内的蛋白降解；蛋白酶体主要涉及细胞自身蛋白的降解。 (转录因子、病毒编码的蛋白、折叠错误的蛋白) 自噬泡with溶酶体：内为酸性，有半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、含锌金属蛋白酶等水解酶。 泛素with蛋白酶体：泛素——多肽，多泛素化的蛋白质被特异性识别并在蛋白酶体中迅速降解。 蛋白酶体：一个桶状结构的26S复合物。核心复合物20S，盖子结构19S。 泛素的C端连到泛素激活酶E1上(耗ATP)，然后转移到泛素结合酶E2的巯基，泛素连接酶E3转移被激活的泛素到一个被选择蛋白(E3识别)的赖氨酸侧链上。E3具有底物特异性，关系到N-end rule(蛋白半衰期与其N-端序列相关)。不断重复，Pro被绑了一批泛素分子，被运送到蛋白酶体中切成短链。 氨基酸的N代谢：脱氨基、氮原子代谢、最终形成尿素/尿酸。！谷氨酸有核心地位 ⑴氧化脱氨：(仅少数AA) 谷氨酸+NAD++H2O→NADH+NH4++α-酮戊二酸谷氨酸脱氢酶 //变构酶in MIT，ATP/GTP抑制剂，ADP/GDP激活剂。能利用NAD+/NADP+作电子受体。 ⑵联合脱氨：(主要) 转氨常与谷氨酸氧化脱氨偶联——由谷氨酸完成脱氨。 //转氨酶——催化氨基在氨基酸& α-酮酸之间可逆的转移。 ⑶其它途径：嘌呤核苷酸循环，丝氨酸脱水酶；过氧化物体中的氨基酸氧化酶。 高氨血症，NH+4浓度升高尤其对大脑有毒：将驱使谷氨酸→谷氨酰胺，耗尽神经递质谷氨酸；谷氨酸脱氢酶反方向催化α-酮戊二酸→谷氨酸，α-酮戊二酸的耗尽削弱了脑中能量代谢TCAC。氨以丙氨酸、谷氨酰胺形式运输；主要在肝脏合成尿素以解毒（或在肾合成铵盐）。 尿素循环{鸟氨酸循环by Krebs}（完整的尿素循环仅在肝脏）： 总：2NH3+CO2+4ATP+天冬AA→Urea+延胡索酸+4ADP+4Pi 线粒体内膜中有鸟氨酸/瓜氨酸转运体，瓜氨酸离开&鸟氨酸进入MIT基质。 0. 循环前的关键——氨基甲酰磷酸的合成：（HCO-3+NH3不可逆反应耗2ATP） 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（in MIT）是别构酶，N-乙酰谷氨酸是激活剂。 1. 鸟+氨基甲酰磷酸→瓜鸟氨酸转氨甲酰酶MIT 2. 瓜+天冬→精氨基琥珀酸精氨琥珀酸合酶胞质 3. 精氨基琥珀酸→精+延胡索酸精氨琥珀酸酶胞质 4. 精→尿素+鸟；精氨酸酶胞质 胰脂肪酶选择1,3位酯键水解为甘油单酯+脂肪酸，甘油单酯被甘油单酯脂肪酶水解得甘油+脂肪酸。甘油代谢：⑴甘油+ATP→α-磷酸甘油甘油激酶(in肝脏) ⑵α-磷酸甘油→二羟丙酮磷酸（糖酵解/糖异生）脱氢酶，脱氢 脂肪酸代谢：(脂肪动员：脂肪组织贮存的脂肪释放出游离脂肪酸并转移到肝脏) 长链脂肪酸的活化（内质网膜，线粒体外膜）：总：脂肪酸+ATP+HS-CoA→脂酰-CoA+AMP+2Pi ⑴脂肪酸+ATP→酰基腺苷酸+PPi ；PPi→2Pi //脂酰-CoA有高能硫酯键 ⑵酰基腺苷酸+HS-CoA→脂酰-CoA+AMP 脂酰-CoA合酶 脂酰-CoA能透过MIT外膜但不能透过内膜到基质，肉碱介导脂酰基转运到线粒体基质： 1.肉碱软脂酰转移酶I（在MIT外膜）：脂酰基从脂酰-CoA转移到肉碱→脂酰肉碱 2.线粒体内膜上的的运输体：介导内膜内外两个肉碱/脂酰肉碱的脂酰基交换 3.肉碱软脂酰转移酶II（在MIT基质）：脂酰基从肉碱转移到CoA→脂酰-CoA 脂肪酸的β-氧化（MIT基质）： ⑴脂酰-CoA脱氢酶：脂酰-CoA中的脂肪酸氧化出双键(C2=C3)，FAD→FADH2 ⑵烯酰-CoA水合酶：反式双键水合反应产生L-羟脂酰-CoA ⑶羟脂酰-CoA脱氢酶：氧化β位(C3)的羟基为酮基，NAD+→NADH ⑷β-酮脂酰硫解酶：硫解产物为乙酰-CoA及少了2C的脂酰-CoA（直到乙酰-CoA） 总：脂酰-CoA+FAD+NAD++HS-CoA→脂酰-CoA（少2C）+FADH2+NADH+H++乙酰-CoA 脂肪酸氧化的控制主要在脂酰基转运：丙二酸单酰-CoA（脂肪酸合成前体）抑制肉碱软脂酰转移酶I。低ATP高AMP时丙二酸单酰-CoA减少，则脂肪酸氧化增加：产生乙酰-CoA进入TCAC补充ATP。脂肪酸的合成（细胞溶胶）：合成时的H-载体是NADPH，增2C的直接前体是丙二酸单酰-CoA。 ⑴乙酰-CoA羧化酶：形成丙二酸单酰-CoA ⑵脂肪酸合酶：经历启动,装载,缩合,还原,脱水,还原,释放过程，加上2C。// 动物停在16C 血浆脂蛋白（用于运输脂类）：乳糜颗粒，LDL低密度脂蛋白，VLDL极低~，HDL高~。 LDL是胆固醇载体，在细胞表面与LDL受体结合并经内吞作用进入细胞。 高胆固醇血症（引起动脉粥样硬化，冠心病）：LDL受体合成缺陷；受体从内质网 到高尔基体的转运缺陷；LDL与受体的结合缺陷；细胞膜凹陷处受体不能聚集缺陷。
生物化学总结
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）×6.25×100。 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α-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：pI＝1/2（pK1 + pK2）,(pK1和pK2分别为α-羧基和α-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）。 肽的相关概念 (1)寡肽：小于10分子氨基酸组成的肽链。 (2)多肽：大于10分子氨基酸组成的肽链。 (3)氨基酸残基：肽链中因脱水缩合而基团不全的氨基酸分子。 (4)肽键：连接两个氨基酸分子的酰胺键。 (4)肽单元：参与肽键的6个原子Cα1、C、O、N、H、Cα2位于同一平面，组成肽单元。 三、蛋白质分子结构特点 见表1-1。
生化 主要知识点 复习总结
结构特点： 1.含苯环: phe 2.含酚羟基: Tyr 3.含吲哚环: Trp 4.含羟基:Ser Thr 5.含硫: Cys Met 6.含胍基:Arg 7.含咪唑基: His 一、氨基酸的理化性质：
二、蛋白质的空间结构
α螺旋 螺旋 主链右手螺旋（单链）,3.6 13 氢键方向与螺旋纵轴平行，链内氢键是α螺旋稳定的主要因素 侧链基团位于螺旋外，不参与的组成，但对螺旋的形成与稳定有影响 α螺旋稳定蛋白质空间构象 β折叠: 伸展的肽链结构 肽键平面之间折叠成锯齿状，相邻两平面呈110度 结构的维系依靠肽链间的氢键，氢键的方向与肽链长轴垂直 肽链的N末端在同一侧---顺向平行，反之为反向平行。 β转角： 肽链出现180°转回折的“U”结构 由第1个氨基酸残基的C=O与第4个氨基酸残基的N-H形成氢键，中间包括10～12个原子， 较α螺旋紧密 常位于球蛋白分子表面，为蛋白质活性的重要空间结构部分 π螺旋： 左手螺旋 氢键维系螺旋稳定 4.4 18， 多见于胶原蛋白，3股左手螺旋盘绕形成右手超螺旋后转变为胶原纤维 无规则卷曲： 是蛋白质中一系列无序构象的总称 是蛋白质分子结构与功能的重要肽段 三、蛋白质变性：
四、核苷酸 1、核苷酸的生物学功能： 核酸构件分子--- 一磷酸核苷；重要能量载体--- ATP；参与糖原合成--- UTP 参与磷脂合成--- CTP；信号分子------- cAMP，cGMP ；辅酶----------- FAD/FMN，NAD/NADP 一磷酸核苷（N M P/d N M P）核酸的构件分子 二磷酸核苷（N D P/d N D P）N D P d N D P能量储存的载体（A D P A T P） 三磷酸核苷（N T P/d N T P）R N A/D N A合成原料，参与能量代谢（A T P）；参与物质代谢 （U T P， 2.核酸的一级结构核酸的空间结构与功能： 互补双链A 右手螺旋（B型）内 外 螺 是