生化讲义1-1

1生物化学教学大纲第一章绪论（学时：2）教学内容：（一）生物化学的概念，研究对象和主要内容（二）生物化学发展简史（三）生物化学与其他学科的关系（四）生物化学的应用与发展前景教学重点：生物化学的概念，研究对象和主要内容第二章蛋白质（学时：8）教学内容：（一）蛋白质的生物学意义和化学组成（二）氨基酸1、氨基酸的基本结构和性质2、根据R基团极性对20种蛋白质氨基酸的分类及三字符缩写（三）蛋白质的结构与功能1、肽的概念及理化性质2、蛋白质的初级结构3、蛋白质的高级结构4、蛋白质结构与功能的关系（四）蛋白质的理化性质1、蛋白质的相对分子量22、蛋白质的两性电离及等电点3、蛋白质的胶体性质4、蛋白质的紫外吸收特征5、蛋白质的变性及复性（五）蛋白质的分离与纯化1、蛋白质的抽提原理及方法2、蛋白质分离与纯化的主要方法：电泳、层析和离心3、蛋白质的定量测定（六）蛋白质的分类教学重点：（一）氨基酸的基本结构和性质（二）根据R基团极性对20种蛋白质氨基酸的分类及三字符缩写（三）蛋白质的结构与性质（四）蛋白质结构与功能关系（五）蛋白质纯化的一般原则与方法第三章酶（学时：7）教学内容：（一）酶的基本概念和作用特点。（二）酶的国际分类及命名。（三）酶的作用机理。1、酶的活性中心2、酶的专一性和高效性机制（四）影响酶促反映速度的主要因素。3（五）调节酶1、别构酶和同工酶（六）酶工程的概念与应用（七）维生素和辅酶教学重点：（一）酶的概念与酶的活性中心（二）影响酶促反映速度的主要因素和米氏方程第四章核酸化学（学时：5）教学内容：（一）核酸的种类、组成单位和生物学功能。（二）核酸的分子结构。1、DNA的分子结构2、RNA的分子结构（三）核酸的理化性质。1、核酸的一般性质2、核酸的紫外吸收特征3、核酸的变性、复性及分子杂交教学重点：（一）DNA双螺旋结构、tRNA和mRNA结构特点（二）核酸的紫外吸收特征及变性、复性及分子杂交1第一章绪论一、生物化学的含义（▼）研究组成生物体物质的结构、性质、功能以及在生命现象中的化学变化的科学，即研究生命现象的化学本质的科学。二、生物化学的研究对象（※）生物大分子（biomacromolecule:）:具有一定生物功能的、分子量在10000Dalton（道尔顿）以上的分子，如核酸、蛋白质、糖类、脂类等。三、生物化学的研究内容（※）1．研究构成生物有机体的物质基础，即静态生物化学。2．研究生物物质在体内的运动规律，即动态生物化学或新陈代谢的规律。3．研究生物物质的结构、功能、代谢与整个生命现象的关系，即机能生物化学。4．研究生物遗传信息的传递、表达及其调控。四、生物化学的发展过程1．早期生物化学的发展：二十世纪前，主要是静态生物化学的成果。1)早期生物化学的发展动力来自于医药实践和发酵工业的兴起。2)欧洲十七十八世纪工业的飞速发展也对生物化学这门学科的发展起了巨大的推动作用。3)十九世纪初，随着物理学、化学、生物学的巨大发展，影响和促进了生物化学理论体系的形成与发展。（19世纪末20世纪初生化领域的三大发现：维生素、酶、激素。2．动态生物化学的发展：二十世纪初到二十世纪五十年代，主要是物质在体内代谢规律的认识飞速发展时期。（葡萄糖体内的氧化分解→细胞质底物水平磷酸化→线粒体氧化磷酸化→能量逐步释放）3．分子生物学的兴起：二十世纪中叶开始，生物化学进入分子水平。4．生物技术与生物工程的兴起：以生物化学等学科为基础。5．现代生物化学的发展：人类基因组计划(HGP)、后基因组计划。五、生物化学与其它学科的关系六、生物化学与工农业生产的关系、生物化学的应用2第二章蛋白质化学第一部分氨基酸结构与性质§2.1蛋白质通论一、蛋白质(Protein)的生物学意义（为什么说没有蛋白质就没有生命）(一)蛋白质是生命活动的物质基础除水外，蛋白质是生物体内的含量最多的组分，占人体干重的45%，占细菌干重的50～70%。(二)蛋白质的生物学功能1.作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。2.调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。3.运输载体：如红细胞中运输O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。5.参与机体的防御：机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。二、蛋白质的分类1.根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质2.根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。3.根据组成分：（1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。4.根据营养价值分：完全蛋白质、不完全蛋白质。三、蛋白质的水解作用1.酸水解条件：5～10倍的20%的盐酸煮沸回流16～24小时，或加压于120℃水解2小时。优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-α-氨缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。32.碱水解条件：4mol/LBa(OH)2或6mol/LNaOH煮沸6小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37～40℃，优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点：水解不完全，中间产物多。pH值5～8。蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。§2.2蛋白质的分子组成——氨基酸一、蛋白质的元素组成蛋白质是有机化合物，主要由C、N、H、O四种元素，还含有P、S、金属元素等。C:50-55%，O:20-23%，H:6-8%，N:15-18%，其他元素：低于1%，其他微量元素有：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I等。蛋白质中N是特征元素，且含量为16%左右，即16克氮/100克蛋白质，故可以用定氮法测量蛋白质含量（凯氏定氮法），即：每100克蛋白质含氮16克，也即6.25克蛋白质含氮1克。所以，每克样品含氮量×6.25×100就相当于100克样品蛋白质含量（%）（★）。二、蛋白质分子的基本组成单位—氨基酸（一）氨基酸（aminoacid，aa）的结构通式1、其α碳原子既有氨基又连有羧基的分子，称为氨基酸。2、构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸均为L-α-氨基酸（★）。3、除甘氨酸(R基为H)外，其余氨基酸均具有旋光性（★）。4、各种氨基酸的区别在于侧链R基上。（二）氨基酸的构型构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，α-碳原子均为手性分子（★），在空间各原子有两种排列方式：L-构型与D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系。（三）氨基酸的结构组成蛋白质的氨基酸共有22中，包括新近发现的硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸。常见二十种氨基酸的结构特点：1.支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸2.含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸（▼）43.含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（▼）4.含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）（▼）5.含咪唑基的氨基酸：组氨酸6.含吲哚基的氨基酸：色氨酸7.含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺8.含羧基的氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸（▼）9.含胍基的氨基酸：精氨酸10.含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸11.侧链最简单的氨基酸：丙氨酸12.不含侧链的氨基酸：甘氨酸13.含亚氨基的氨基酸：脯氨酸（四）氨基酸的分类1、按酸碱性（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸（3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。2、按侧基R基的结构特点：（1）脂肪族氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸3、按侧基R基与水的关系（★）：（1）非极性氨基酸：有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸(8种)。（2）极性不带电氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸(7种)。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸(5种)。4、按氨基酸是否能在人体内合成分：（1）必需氨基酸（※）：指人体内不能合成必须从食物中摄取的氨基酸：赖氨酸、色氨酸、甲硫5（蛋）氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。(苏缬亮异亮，苯丙色赖蛋)（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十余种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。（五）蛋白质中不常见的氨基酸羟-脯氨酸(4-HyP)、羟-赖氨酸(5-HyL)、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基赖氨酸。（六）非蛋白氨基酸鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、β-丙氨酸、γ-氨基丁酸等。三、氨基酸的理化性质（一）物理性质1.形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2.溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200℃，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。4.旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性（★）。5.光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，只有Trp、Tyr、Phe含有功轭双键，所以能够吸收紫外光。它们的吸收峰分别在280、275、257(nm)。因为蛋白质一般含有Trp、Tyr、Phe，其紫外吸收峰大多数在280nm左右（★）。（二）化学性质1.氨基酸的两性解离及等电点（★）氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可电离出H+，通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在。氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。这种可以在不同的pH环境下发生不同的电离方式，形成带相反电性的离子，称为两性解离，这种离子称为两性（兼性、偶极）离子。氨基酸的等电点：氨基酸分子的净电荷为零（所带正负电荷相等)时的溶液pH，以pI表示。氨基酸具有两性电离的性质，因而其水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定。下面是甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。6甘氨酸的电离酸碱滴定曲线从左向右是用NaOH滴定的曲线，溶液的pH由小到大逐渐升高；从右向左是用盐酸滴定的曲线，溶液的pH由大到小逐渐降低。曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态，第二个拐点是氨基酸的等电点，第三个拐点是氨基酸氨基解离50%的状态2.α-氨基与α-羧基共同参加的反应茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。3.α-氨基参加的反应(1)2,4-二硝基氟苯(2,4-DNFB)的反应(Sanger反应)：生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物（▼）。(2)苯异硫氰酸酯(PITC)反应(Edman反应)：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。蛋白质自动测序仪即基于此原理（▼）。(3)丹磺酰氯(DNS-Cl)反应：生成荧光物质DNS-氨基酸(1)、(2)、(3)反应用于蛋白质的N-末端的测定（※）。(4)与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用NaOH滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。4.α-羧基参加的反应：(1)与碱反应成盐(2)与醇反应成酯(合成氨基酸