生物化学复习内容整理

天津大学化工学院2014年复习内容全为手打第一章1生物化学：是研究生命的化学。以生物体为研究对象，利用物理、化学或生物学的方法，了解生物体的物质组成、结构以及物质和能量在体内的化学变化过程。研究这些化学变化与生物的生理机能和外界环境的关系，从分子水平探讨和揭示生命的奥秘。2研究内容：静态生物化学、动态生物化学、功能生物化学3生物体物质组成：无机分子：水、无机盐；有机分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素。4微量元素的作用：酶系统中特异的活化中心；作为激素或维生素的成分；影响核酸代谢。5元素：C\H\O\N\P\S;小分子：水、无机盐、葡萄糖、半乳糖、多种单糖、氨基酸、脱氧核糖、核苷酸、甘油、脂肪酸、磷酸。大分子：纤维素、果胶、寡糖、蛋白质、DNA、RNA，磷脂亚细胞水平：细胞核：蛋白质、DNA、RNA；细胞质：水、无机盐；细胞膜：寡糖、蛋白质、磷脂；细胞壁：纤维素、果胶。第二章糖化学1单糖：结构在各种糖分子中最简单的，不能再谁结尾更小分子的糖寡糖：一般由两个或者两个以上糖单元相连而成，水解后可以生成单糖多糖：由多个单糖分子脱水聚合而成2糖的缀合物【结合糖】：糖与蛋白质（包括抗体）、多肽、脂质、核酸等生物分子以及其他小分子以共价键相互连接所形成的化合物3糖的分类：单糖：①根据所含碳原子数：丙糖、丁糖；②根据羰基特点：醛糖或者酮糖；寡糖：2-10个分子单糖缩合而成，如蔗糖、乳糖。多糖：①根据单糖基是否相同：纯多糖、杂多糖；②有无支链：直链多糖、支链多糖；③功能：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖；④分布：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖⑤结合糖：糖肽、糖脂、糖蛋白；⑥糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷。4单糖的化学性质：a醛基、酮基①氧化：碱性条件变为烯二醇，氧化为糖酸【用于定量定性分析】；②还原性：还原为糖醇；③糖脎：与苯肼加合作用，特点：糖脎黄色晶体，不溶于水，鉴别单糖。④弱碱和稀强碱引起单糖分子重排。⑤发酵作用：单糖经过酵母作用产生乙醇和CO2.B由羟基①成脂作用：与磷酸反应；②成苷作用：与醇反应③脱水作用④脱养作用⑤氨基化5糖蛋白作用：①植物动物中的目标蛋白；②机体间的润滑剂、防护蛋白、水解酶的水解作用以及防止细菌病毒侵袭；③对外来组织细胞的识别作用；④肿瘤的特异性、抗原活性的鉴定有关⑤目标载体蛋白，促性腺急速的糖部分的生物活性是必需的。第三章蛋白质化学概念：蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物组成：C50-56H6-8O19-24N13-19S0-4PFeCuMnZnCoMoI分解蛋白质获取氨基酸的方式：酸水解(盐酸硫酸)碱水解(氢氧化钠)酶水解(胰蛋白酶胃蛋白酶)名称代号R基极性分类丙氨酸AlaA非极性精氨酸ArgR正电天冬酰胺AsnN极性不带电天冬氨酸AspD负电半胱氨酸CysC极性不带电谷氨酰胺GlnQ极性不带电谷氨酸GluE负电甘氨酸GlyG极性不带电组氨酸HisH正电异亮氨酸IleI非极性亮氨酸LeuL非极性赖氨酸LysK正电甲硫氨酸MetM非极性苯丙氨酸PheF非极性脯氨酸ProP非极性丝氨酸SerS极性不带电苏氨酸ThrT极性不带电色氨酸TrpW非极性酪氨酸TyrY极性不带电缬氨酸ValV非极性R基结构分类：芳香族(苯丙色酪)杂环族(组脯)脂肪族(其他)R基酸碱性：酸性(天冬氨酸谷氨酸)碱性(赖精组)中性(其他)人体能否合成：必需(甲色赖缬异亮苯苏)半必需(组精)非必需(其他)溶解性：除胱氨酸酪氨酸均溶于水，但溶解度差异大；除脯氨酸羟脯氨酸溶于乙醇乙醚均不溶于有机溶剂，可用乙醇析出氨基酸；所有均易溶于稀酸稀碱熔点：高200℃以上组成蛋白质的氨基酸主要为L型旋光性：除甘氨酸外，均有手型，均有旋光性光吸收性：可见光区无吸收，红外和远紫外区(λ＜220nm)有吸收两性解离：氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，晶体或水溶液主要以兼性离子(偶极离子)形式存在等电点pI：当溶液为某一pH值，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等时(净电荷为0)，这一pH值即为氨基酸的等电点。在等电点时，氨基酸既不向正极移动也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态酸性溶液中氨基酸带正电，碱性溶液中氨基酸带负电氨基酸不能用酸碱滴定，其滴定终点超出酸碱指示剂的显色范围，应使用甲醛滴定定量测定蛋白质的一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，又被称为氨基酸序列；也包括二硫键和其配对方式肽链的命名：根据组成的氨基酸残基来确定，从N短开始某氨基酰某氨基酰某氨基酸构象：分子中的取代集团当单键旋转时形成的不同立体结构维持蛋白质构象的作用力：疏水作用氢键盐键范德华力二硫键蛋白质的二级结构：多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象规则构象(α螺旋β折叠β转角)不规则构象(无规则卷曲)α螺旋：天然以右手螺旋为主氢键维稳螺旋周期含3.6个氨基酸螺距0.54nm每个氨基酸延轴向上升0.15nm侧链R分布在螺旋外侧β折叠：主链处于最伸展构象，氢键作用于股间α碳位于折叠线，侧链垂直于折叠线平面平行折叠片更规则β转角：第一个氨基酸残基的-C=O-与第四个残基的-NH-形成氢键形成取决于氨基酸组成无规则卷曲(自由回转)：无特定规律的松散肽链结构对蛋白质多变的立体结构与复杂功能具有贡献蛋白质的三级结构：二级结构受侧链和各主链构象单元间的相互作用，从而进一步卷曲折叠成具有一定规律性的三维空间结构维持蛋白质三级结构稳定的作用力：次级键(疏水作用氢键盐键范德华力二硫键)其中疏水作用是主要作用力。次级键键能远小于共价键，但数量巨大，故为主要作用力蛋白质的四级结构：亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定空间结构。蛋白质可依据四级结构分为单体蛋白质、二聚体、三聚体…寡聚体、多聚体亚基通常由一条多肽链组成，单独存在无生物活性蛋白质的酸碱性质：两性游离性质等电点pI：当蛋白质溶液处于某一pH值时，蛋白质解离成正离子和负离子的趋势相等，为兼性离子，即总净电荷为零，此时在电场中，蛋白质分子既不向阳极移动，也不向阴极移动，这个pH值称为蛋白质的等电点。处于等电点的蛋白质溶解度最小蛋白质的胶体性质：蛋白质在水溶液中的颗粒约为1-100nm，所以蛋白质溶液属于胶体系统，是一种亲水胶体，蛋白质分子颗粒为分散相，水为分散介质。有布朗运动、丁达尔效应、不能透过半透膜等性质。-NH2–COOH–OH等亲水基团形成水化层可解离基团形成双电层透析：将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋中，置于流水中逐渐将小分子杂志除去，起到纯化的目的。透析法是利用蛋白质分子比较大，不能透过半透膜的特点，实现蛋白质与小分子物质分离的方法超滤：利用一定的压力使样品通过半透膜，这时，小分子和水组成的溶质可以被滤过，而大分子蛋白质则留在膜内，亦称微滤法。超滤法是利用蛋白质不能透过半透膜的性质发展出的蛋白质纯化方法蛋白质的沉淀反应盐溶：等电点时无电荷间相互作用，聚合沉淀；加入少量盐离子后破坏了这种作用，使分子扩散，溶于水中少量的中性盐，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子和水分子的作用，从而使蛋白质在水中的溶解度增大蛋白质吸附某种盐离子→双电层→蛋白质彼此排斥蛋白质分子与水分子间的相互作用加强，因而溶解度提高盐析：蛋白质分子表面聚集了许多水分子，当盐浓度高时，水分子被盐抽出，蛋白质的疏水区域暴露并互相结合，沉淀向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐，可有效的破坏蛋白质的水化层，同时中和了蛋白质的电荷，降低了蛋白质的溶解度，从而使蛋白质沉淀有机溶剂沉淀法：可与水混合的有机溶剂能破坏蛋白质胶体性质而使蛋白质沉淀。低温下变性进行较慢，可用来制备蛋白质。其优点在于不像盐析那样存在有大量盐类，必须经透析除去，而且有机溶剂很容易通过稀释透析及蒸发等方法除去重金属盐沉淀法：通常这种沉淀为变性的，如控制低温并控制重金属离子浓度，则可用于分离制备不变性的蛋白质。pH应稍大于等电点为宜，此时蛋白质带负电，易与金属离子结合成盐生物碱试剂及某些酸沉淀：某些生物碱试剂(苦味酸、钨酸、鞣酸、碘化钾等)及某些酸(三氯乙酸、水杨磺酸、硝酸等)与蛋白质结合成不溶性的盐沉淀。pH应稍小于等电点为宜，此时蛋白质带正电，易与酸根负离子结合成盐加热凝固：将接近于等电点附近的蛋白质溶液加热可使蛋白质发生凝固而沉淀蛋白质的变性：通过某些物理或化学因素的作用，使蛋白质天然的空间构象破坏，从而引起蛋白质若干理化和生物学性质的改变。其实质是维持蛋白质分子高级结构的次级键和二硫键被破坏，引起天然构象解体，但维持主链的共价键-肽键并未被打断，即一级结构保持完好结果：生物学活性丧失，某些侧链基团暴露出来，生物化学性质改变，一些理化性质改变机理：蛋白质分子内部的结构发生改变，氢键等次级键被破坏，原来有序的卷曲紧密结构变为无秩序的松散伸展状结构，二三级等高级结构发生改变或破坏蛋白质的复性：某些变性的蛋白质，再除去变性因素后可以复性。1降低变性蛋白质溶液和变性剂浓度-直接稀释法2脱除蛋白质变性液中的变性剂3向变性蛋白质溶液中加入各种添加剂，如分子伴侣/人工分子伴侣蛋白质的颜色反应(双缩脲反应)：蛋白质分子中含有许多和双缩脲结构相似的肽键，因而能起双缩脲反应，形成红紫色混合物。依次可定性测定蛋白质，也可在540nm比色定量测量蛋白质分离纯化的一般步骤：1材料的预处理及细胞破碎：除去原材料中部分可溶性杂质，分离含有蛋白的细胞，常用机械破碎法2蛋白质的抽提：选择适当的缓冲液把蛋白质提取出来，控制缓冲液pH、离子强度、组成成分，选择适宜温度条件，避免剧烈搅拌已防止蛋白质变性3蛋白质粗制品的获得：根据蛋白质溶解度的差异进行分离，常用等电点沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法4样品的进一步分离纯化：粗制样品含有其他杂质，需要进一步纯化，常用色谱(层析)法(凝胶过滤、离子交换、亲和等)、电泳法、超离心法，有时联合使用蛋白质分离纯化的常用方法：1根据蛋白质分子大小不同：透析法：将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋中，置于流水中逐渐将小分子杂志除去，起到纯化的目的。透析法是利用蛋白质分子比较大，不能透过半透膜的特点，实现蛋白质与小分子物质分离的方法超滤法：利用一定的压力使样品通过半透膜，这时，小分子和水组成的溶质可以被滤过，而大分子蛋白质则留在膜内，亦称微滤法。超滤法是利用蛋白质不能透过半透膜的性质发展出的蛋白质纯化方法离心法：利用离心惯性力的作用分离非均相混合物。由于悬浮液中颗粒的沉降速率不仅取决于颗粒本身的性质，而且也取决于悬浮颗粒介质以及作用在颗粒上的力，因此常采用密度梯度离心法对蛋白质进行分离。在离心管中通过某种介质来提供一个密度梯度环境，然后加入待分离的物质，通过离心的方法达到分离的目的，蛋白质的位置取决于它的大小，密度凝胶过滤法：也成分子筛，可以对含有不同大小分子的混合物进行分离。通过载体实现，载体孔径不同分离分子大小范围也不同。分离过程基于蛋白质在自由流动溶剂和存在于多空凝胶中的固定溶剂间的分配。该法还可测定样品的相对分子量。2利用溶解度差别(pH盐离子极性)：等电点沉淀：当溶液的pH与蛋白质的等电点相同时，蛋白质分子呈电中性，分子间无斥力，易于积聚沉淀，此时蛋白质溶解度最小。不同蛋白质具有不同的等电点，利用这一特性可通过改变溶液pH使要分离的蛋白质沉降出来，且能保持生物学活性，可用于蛋白质的粗分离盐溶盐析溶剂极性：与水混溶的有机溶剂能减少水和蛋白质之间的作用力，使蛋白质脱水。有机溶剂的加入能降低溶液的介电常数，是蛋白质分子间作用力增强，蛋白质分子易于聚集沉淀3根据电荷不同：电泳：溶液中的带电粒子(离子)在电场中移动。利用带电粒子在电场中移动速度的不同而使目标分子分离。在一定pH的溶液中，蛋白质的迁移方向取决于他们带电的性质和数量，同时也受到蛋白质形状的影响。十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)可完全根据蛋白质相对分子质量，来对蛋白质进行分离离子交换色谱：用离子交换树脂做支持剂的一种色谱法。离子交换树脂是具有酸性或碱性基团的人工合成聚苯乙烯酸等不溶性高分子化合物4利用选择性吸附：吸附色谱是利用待纯化的分子和杂质