高中生物竞赛辅导--生物化学1

生物化学部分（一）细胞的化学成分水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、维生素和辅酶（一）水：结合水、自由水；自由水比例增加时，代谢活跃；结合水含量增加，代谢下降，细胞和生物体的抗寒、抗热、抗旱性则会提高。（二）无机盐3、参与调节生物体的代谢活动1、构成组织或生物体某些复杂化合物的重要组成成分2、对细胞的渗透压和pH值起着重要的调节作用（三）糖类（单糖、寡糖、多糖、糖复合物）（1）单糖是最简单的糖，不能被水解为更小的单位。单糖通常含有3、4、5、6或7个碳原子，分别称为丙糖、丁糖、戊糖、已糖和庚糖。天然存在的单糖一般都是D-构型。单糖分子既可以开连形式存在，也可以环式结构形式存在，在环式结构中如果第一位碳原子上的OH与第二位碳原子的-OH在环的同一面，称为α-型；如果-OH是在环的两面，称β-型。1、单糖（2）生物体中重要的单糖①丙糖如甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）②戊糖戊糖中最重要的有核糖（醛糖）、脱氧核糖（醛糖）和核酮糖（酮糖）③己糖葡萄糖、果糖和半乳糖2、寡糖：最多的寡糖是双糖，如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖3、多糖（1）淀粉直链淀粉是α-D-葡萄糖基以α-1,4-苷连接的多糖链，其空间构象卷曲成螺旋形，每一回转为6个葡萄糖基。支链淀粉分子中除有α-1.4-糖苷键的糖链外，还有α-1,6-糖苷键连接的分支处，每个分支平均含20~30个葡萄糖基。淀粉有呈色反应，直链淀粉遇碘呈为蓝色，支链淀粉遇碘呈为紫红色。（2）糖原α-D-葡萄糖基以α-1,4-糖苷键连接而成的，但糖原的分支比支链淀粉多，糖原遇碘变为红褐色。（3）纤维素由β-D-葡萄糖基借β-1,4-糖苷键连接的没有分支的同多糖。（4）几丁质（甲壳素）昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁质，是N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷键缩合成的同多糖。（5）糖胺聚糖（粘多糖）是一种由重复的二糖单位组成的线状多聚物。二糖重复单位中，一种为N-乙酰-D-葡糖胺或N-乙酰-D-半乳糖胺，而另一种是D-葡萄糖醛酸。一些糖胺聚糖中，一个或多个羟基被硫酸酯化。糖胺聚糖主要有透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素以及硫酸乙酰肝素。4、糖复合物（四）脂类不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂；O元素含量低，C、H元素含量高，彻底氧化后可以放出更多能量1、三酰甘油（脂肪）天然脂肪酸都是L-型；动物脂肪大多富含饱和脂肪酸，在室温下为固态，植物油含大量油酸和亚油酸，在室温下为液态；哺乳动物和人，亚油酸和亚麻酸为必需脂肪酸2、磷脂（甘油磷脂）磷脂酸是最简单的磷脂，分子中的H为胆碱、胆胺、丝氨酸所取代，则分别成为卵磷脂、脑磷脂，丝氨酸磷脂等。通常磷脂分子中的2个脂肪酸总有一个是不饱和的，因此2个脂肪酸链不是平行并列的，其中一个（不饱和脂肪酸）总是有折弯。3、类固醇：基本结构是环戊烷多氢菲。最熟知的是胆固醇，胆固醇是动物膜和神经髓鞘的主要成份。性激素、维生素D和肾上腺皮质激素也都属于类固醇。4、萜类：由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维生素A（视黄醇）、维生素E、维生素K、类胡萝卜素都是萜类。β-类胡萝卜素裂解就成2个维生素A，维生素A可氧化成视黄醛，对动物感光活动有重要作用。5、蜡：由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂，它存在于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、昆虫外骨骼中，起保护作用。（五）蛋白质1、蛋白质的原元素组成：氮的含量在多种的蛋白质比较接近，平均为16%，因此用凯氏（kjelahl）法定N，受检物质中含蛋白质量为N含量的6。25倍。2、蛋白质的氨基酸组成（1）氨基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸COOH|NH2—C—H|RL-a-氨基酸（2）氨基酸的分类：①根据R基因极性不同，氨基酸可分为：非极性氨基酸（9种）；极性不带电荷氨基酸（6种）；极性带负电荷氨基酸（2种）；极性带正电荷氨基酸（3种）②必需氨基酸和非必需氨基酸：必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等8种。精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸。（3）氨基酸的主要理化性质①一般的物理性质：α-氨基酸呈无色结晶，熔点高，一般在2000C以上。易溶于酸、碱，但不溶于有机溶剂。②两性解离和等电点③紫外吸收光谱：色氨酸最大吸收波长为279nm，酪氨酸最大吸收波长278nm，苯丙氨酸最大吸收波长为259nm。④重要的化学反应：a-氨基能与茚三酮反应产生蓝紫色沉淀（脯氨酸和羟脯氨酸则产生黄色沉淀）；a-氨基可与亚硝酸反应产生氮气，计算出氨基酸的量；a-氨基还很容易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）生成2，4-二硝基氟苯氨基酸（DNP-氨基酸），a-氨基还可以与异硫氰酸苯脂（PITC）反应最后产生苯硫乙内酰硫脲衍生物（PTH）。一些氨基酸的R基团能与特殊的试剂发生呈色反应。3、蛋白质的结构（1）一级结构：蛋白质的一级结构又称为初级结构或化学结构，是指蛋白质分子内氨基酸的排列顺序（2）二级结构：指多肽链本身绕曲折叠成有规律的结构或构象。这种结构是以肽链内或肽链间的氢键来维持的。①α-螺旋：多肽链中氨基酸残基以1000的角度围绕螺旋轴心盘旋上升，每3.6个残基就旋转一圈，螺距为0.54nm；右手旋转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的-CO的氧原子与第四个肽键的-NH的氢原子组成，每个氢键所形成的环内共有13个原子，这种螺旋称为3.613②β-折叠：平行式、反平行式。邻近两链以相反或相同方向平行排列成片层状。两个氨基酸残基之间的轴心距离为0.35nm，β-折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的-CO基与另一条-NH基之间所形成。③β-转角蛋白质分子的多肽链上经常出现1800的回折，在这种肽链的回折角上就是β–转角结构，它是由第一个氨基酸残基的-CO与第四个氨基酸残基的-NH之间形成氢键。④自由回转是指没有一定规律的松散结构，酶的功能部位常常处于这种构象区域里。（3）超二级结构与结构域：是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。通常有βαβ、βββ、αα、ββ等。结构域是指多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠成紧密的球状结构，在空间上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亚结构。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域之间的裂缝中。（4）三级结构：维持三级结构的作用力主要是一些次级键，包括氢键、盐键、疏水键和范德华力等。（5）四级结构：具有三级结构的亚单位通过氢键、盐键、疏水键和范德华力等弱作用力聚合而成的特定构象。维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键a盐键（离子键）b氢键c疏水相互作用力d范德华力e二硫键f酯键3、蛋白质的理化性质（1）胶体性质：布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜；蛋白质颗粒比较稳定，不易沉淀（2）两性电解质（3）沉淀反应：破坏蛋白质的水膜及中和蛋白质的电荷出现沉淀现象。高浓度盐类（如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，称为盐析），有机溶剂（如酒精、丙酮），重金属盐（如硝酸银、醋酸铅、三氯化铁等），某些酸类（如苦味酸、单宁酸等）。（4）变性：使其分子的空间结构改变，导致其理化性质、生物活性都发生改变。不发生一级结构的破坏；而主要发生氢键、疏水键的破坏。生物活性丧失，溶解度降低。化学因素有强酸、强碱、重金属离子、尿素、酒精、丙酮等；物理因素有加热震荡或搅拌、超声波、紫外线及X射线照射等。（5）紫外吸收：280nm的紫外光下，有最大吸收峰。是由于肽链中酪氨酸和色氨酸的R-基团引起的。（6）变构作用（7）呈色反应4、蛋白质的分类（1）蛋白质的化学分类：简单蛋白质和结合蛋白质（1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。（2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。（3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-，-脂蛋白等。（4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。（5）色蛋白：由简单蛋白与色素结合而成。如血红素、过氧化氢酶、细胞色素c等。（6）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等（2）蛋白质的功能分类结构蛋白和酶例下列关于构成蛋白质的氨基酸叙述正确的是Ａ.除甘氨酸外旋光性均为左旋Ｂ.除甘氨酸外均为Ｌ系构型Ｃ.只含α-氨基和α-羧基Ｄ.均有极性侧链Ｅ.均能与双缩脲反应例下列关于α-螺旋的叙述除哪一项外，其余都是正确的A.它是靠分子内的氢键达到稳定的B.它是通过最大限度地减弱不利的R基相互作用来达到稳定的C.它是借疏水基相互作用来达到稳定的D.它是存在于某些蛋白质中的二级结构的一种类型E.脯氨酸残基和异亮氨基酸残基可中断螺旋例蛋白质变性是由于A.氢键被破坏B.肽键断裂C.蛋白质降解D.水化层被破坏及电荷被中和E.亚基的解聚例盐析法沉淀蛋白质的原理是A.中和电荷、破坏水化膜B.与蛋白质结合成不溶性蛋白盐C.降低蛋白质溶液的介电常数D.使蛋白质溶液成为PI（五）核酸1、核酸的组成成分（1）戊糖：β-D-核糖和β-D-2-脱氧核糖，都是β-呋喃型的。（2）碱基：一类是嘌呤，为双环分子，一般有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）；一类是嘧啶，为单环分子，一般有胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）。酮基的嘧啶碱或嘌呤碱，在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构。稀有碱基是4种主要碱基的衍生物，大多是甲基化碱基，都是在核酸生物合成后，酶促加工修饰而成，tRNA的修饰碱基种类较多，（3）核苷：戊糖C-1‘的羟基与嘧啶碱N-1或嘌呤碱N-9上的氢缩合连接成共价的β-N-糖苷键。5-核糖尿嘧啶，是C-1'是与尿嘧啶的第5个碳原子相连，假尿苷，用符号Ψ表示。(4)核苷酸:核苷酸是核苷的磷酸酯。2'-、3'-和5'-核苷酸。3'-和5'-脱氧核苷酸。生物体内的游离核苷酸多为5'-核苷酸。(5)体内重要的游离核苷酸及其衍生物①5‘-核苷二磷酸类及5’-核苷三磷酸类:ATP供能，GTP是蛋白质合成过程中所需要的，而dATP、dGTP、dTTP和dCTP则是DNA合成所需要的原材料②环状核苷酸：5’—环状腺苷酸（cAMP）③NAD+和NADH、NADP+和NADPH：2、核酸的结构（1）DNA的结构①一级结构：3',5'-磷酸二酯键②二级结构A、分子由两条多脱氧核苷酸链反向平行(一条链是3,→5,，另一条链为5,→3,)，围绕着同一个轴，右手盘旋成一个右平行螺旋结构，螺旋的直径为2nm；B、磷酸和脱氧核糖在螺旋体的外侧，通过磷酸二酯键连结形成DNA分子的骨架；C、碱基对位于螺旋体内侧，按A与T，C与G配对，A-T对有2个氢键，C-G对有3个氢键，碱基平面与纵轴垂直，每个碱基对间相隔0.34nm旋转方向相差360，因此绕中心轴每旋转一圈有10个核苷酸，每隔3.4nm重复出现同一结构；D、螺旋表面有一条大沟和一条小沟，这两条沟对DNA和蛋白质的相互识别是很重要的。DAN双螺旋结构很稳定，有3种化学键维持：互补碱基之间的氢键，碱基对之间的碱基堆集力，以及主链上带负电的磷酸溶液阳离子之间的离子键，其中碱基堆集力起主要作用。③三级结构：DNA的三级结构是指双螺旋DNA的扭曲或再螺旋。超螺旋是DNA三级结构的基本形式。（2）RNA的结构①一级结构②二级结构tRNA的二级结构是三叶草型的，一般由四臂四环组成（分子中由A-U、G-C碱基对构成的双螺旋区叫臂，不能配对仍显单链的部分叫环）。四环是：D环（Ⅰ）、反密码环（Ⅱ）、TψC环（Ⅳ）和可变环（Ⅲ），四臂为氨基酸接受臂、D臂、反密码子臂和TψC臂。在氨基酸接受臂，3’-OH端有一个单链区NCCA-3’-OH，在氨基酸合成酶的作用下，活化了的氨基酸连接tRNA分子末端腺苷3’-OH上；在反密码子环上其中有3个碱基代表着某种氨基酸的反密码子，正好与mRNA配对，③三级结构tRNA的三叶形的二级结构变成三级结构为倒L型，tRNA发挥生物功能以其倒L型三级结构为基础。3、核酸的性质（1）