2015年生物化学笔记.pdf

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1、生物化学笔记河南农 也大学生科院生化与分子生物学系第 一 章 绪论一、生物化学的概念：研究生命有机体化学组成和化学变化的科学，即研究生命活动化学本质的学科。二、生物化学的主要研究内容：1、生物体的化学组成；生物大分子：蛋白质、核酸、多糖等相对分子量较大的有机化合物。2、生物体的物质代谢、能量转换和代谢调节；3、生物体的信息代谢。三、生物化学的发展简史：1、静态生物化学时期（1920年以前）研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。2、动态生物化学时期（1950年以前）生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、

2、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢，都基本搞清。3、机能生物化学时期（1950年以后）蛋白质化学和和核酸化学成为研究重点。生物化学研究深入到生命的木质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理。1953年，DNA双螺旋结构、近代实验技术和研究方法奠定了现代分子生物学的基础，从此，核酸成了生物化学研究的热点和重心。附：重要的生化科学发现1937年，英国生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三竣酸循环，获 1953年诺贝尔生理学奖。1953年，沃 森-克 里 克（Watson-Crick）确定DNA双螺旋结构，获 1962年诺贝尔生理、医学奖。1955年，英国生物化学家桑

3、格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获 1958年诺贝尔化学奖。1980年，桑 格 尔（Sanger）和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列得方法，获 1980年诺贝尔化学奖。四、应掌握内容1、基本的生物化学理论和知识（1）生物大分子的结构、性质和功能（糖、脂、蛋白质、酶、维生素、核酸、激素、抗生素）。功能：生理功能、发育、免疫、进化、生物膜、遗传信息传递等。（2）生物大分子在生物体内的代谢（分解、合成、转化过程、能量的转化）。（3）遗传信息传递的化学基础及过程：DNA复制与修复、RNA生物合成、蛋白质生物合成、代谢调节2、生化分离分析的一些技术手段（实验生化和生化技术细讲）第 二

4、章 蛋白质的结构与功能蛋白质概论：蛋白质是所有生物中非常重要的结构分子和功能分子，几乎所有的生命现象和生物功能都是蛋白质作用的结果，因此，蛋白质是现代生物技术，尤其是基因工程，蛋白质工程、醐工程等研究的重点和归宿点。一、蛋白质的生物学功能：1、催化生物体内的化学反应，如酶；2、调节机体内的代谢活动，如调节蛋白；3、在生物体内运输各种小分子物质，如血红蛋白；4、贮存营养物质成分，如酪蛋白；5、执行机体运动功能，如肌动蛋白；6、抵御异体物质的侵害，如抗体；7、在氧化还原反应中传递电子和质子，如细胞色素。二、蛋白质的化学组成与分类1、元素组成：碳 5 0%氧 23%氮 1 6%氢 7%硫 0-3%微

5、量的磷、铁、铜、碘、锌、铝 凯氏定氮：蛋白质平均含氮1 6%,粗蛋白质含量=蛋白氮X6.252、氨基酸组成从化学结构上看，蛋白质是由21 种 L-型 a氨基酸组成的长链分子。3、蛋白质分类（1）按组成：简单蛋白：完全山氨基酸组成结合蛋白：除蛋白外还有非蛋白成分（辅基）（2）、按分子外形的对称程度：球状蛋白质：分子对称，外形接近球状，溶解度好，能结晶，大多数蛋白质属此类。纤维状蛋白质：对称性差，分子类似细棒或纤维状。（3）、按功能分：酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。4、蛋白质在生物体内的分布含量（干重）：微生物 5 0-8 0%；人 体4 5%；一 般

6、 细 胞 5 0%种类：大 肠 杆 菌 3 0 0 0 种；人体 1 0 万种；5、蛋白质分子大小与分子量蛋白质是由21 种基本a a 组成的多聚物，a a 数目由几个到成百上千个，分子量从几干到几千万。般情况下，少 于 5 0 个 a a 的低分子量a a 多聚物称为肽，寡肽或生物活性肽，有时也罕称多肽。多于5 0 个 a a 的称为蛋白质。但有时也把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。此时，多肽一词着重于结构意义，而蛋白质原则强调了其功能意义。蛋白质分子量=a a 数目*1 1 0 1 1 0 为氨基酸残基平均分子量三、组成蛋白质的21 （22）种氨基酸的结构和分类氨基酸的共同结构特征：

7、所有的氨基酸在a碳原子上都含有一个竣基和氨基（脯氨酸为亚氨基），并有一个氢原子和碳原子共价连接。各种氨基酸不同之处在于和a碳原子相连的侧 链（R 基）结构差异。（-）氨基酸按其R基的极性分类（P H=7）1、非极性R 基氨基酸：丙氨酸、缀氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸；2、极性氨基酸不带电荷的极性R 基（中性）氨基酸：甘氨酸、酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。带负电荷的R 基（酸性）氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸带正电荷的R 基（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

8、包括：半胱氨酸、蛋氨酸无旋光性氨基酸：甘氨酸；最近发现的氨基酸：硒代半胱氨酸、毗咯赖氨酸注意：在识记时可以只记第一个字，如碱性氨基酸包括：赖精组；还必须记住该氨基酸的英文三字符缩写，如 天 冬 氨 酸 As p o（-）按氨基酸结构分类1、脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2 竣 基 1氨基：Gl u As p）,碱性氨基酸（2氨 基 1 竣基：Ar g、L y s）,中性氨基酸（氨基段基各一：很多）2、芳香族氨基酸：含苯环：P h e、Ty r3、杂环虹基酸：Hi s （也是碱性氨基酸）、P r o、Tr p（三）按营养价值分类1、必需氨基酸：人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补

9、充，共有 8 种：L e u、L y s、M e t、P h e、l i e、Tr p、Th r、Va i2、半必需氨基酸：人和哺乳动物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有2 种：Ar g、Hi s。有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有10种。记法：Ti p M TV Ha l l3、非必需氨基酸：人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其 余 11种从营养价值上看，必需氨基酸 半必需氨基酸 非必需氨基酸四、除了蛋白质氨基酸以外，还有非编码氨 基 酸（没有密码子）和非蛋白质氨基酸（不参与蛋白质的组成）。五、氨

10、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竣基，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 2 8 0 n m 波 K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2 8 0 n m 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、黄三酮反应氨基酸的氨基与荀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5 7 0 n m 波长处。8

11、0,显色慢，产物稳定；100,显色快，产物不稳定。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。六、肽两分子氨基酸可借助一分子所含的氨基与另一分子所带的竣基脱去1 分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和竣基继续借脱水作用缩合连成多肽。肽的 种 类（依据氨基酸残基数目划分，联系糖类的分类）寡肽：2-1 0,无构象，谷胱甘肽是3肽多肽：1 0-5 0,介于之间，胰高血糖素是2 9 肽蛋白质：5 0 以上，有特定的构象，胰岛素是5 1 肽多肽链中的自由氨基末端称为N端，自由竣基末端称为C端，方向从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（

12、G SH,氧化态为G S S G）：是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的流基是该化合物的主要功能基团.G SH 的疏基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中疏基免于被氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。七、蛋白质的分子结构1、维持蛋白质构象的作用力（1）氢键：连接在一电负性很强的原子上的氢原子，与另电负性很强的原子之间形成的化学键。（2）范德华力（分子间及基团间作用力）：原子之间的相互作用力。（3）疏水相互作用：蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。（4）离 子 键（盐键）：是正电荷和负电荷之间的一种静电作用。（5）共价健，主要的是二硫键。（6）、静电相互

13、作用2、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。3、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相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构以一级结构为基础。可分为：a -螺旋：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象。常为右手螺旋，每隔3.6 个氨基酸残基上升一圈，螺距为0.5 4 0 n m。a -螺旋的每个肽键的N-H 和第四个肽键的峻基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。B -折叠：由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片

14、层构象。B-转角：多肽链18 0 回折部分所形成的一种二级结构。无规卷曲：多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。主要化学键：氢键。2）超二级结构和结构域超二级结构：由若干个相邻的二级结构单元（a-螺旋、0-折叠、0-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。结构域（d o m a in）,又称m o t if（模块）：在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。3）蛋白质的三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。主要化学键：疏 水 键（最主要）、盐犍、二硫键、氢键、范德华力。4）蛋白质

15、的四级结构：对蛋白质分子的二、三级结构而言，只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。在体内有许多蛋白质分子含有二条或多条肽链，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，为四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。主要化学键：疏水键、氢键、离子键八、蛋白质结构与功能关系1、蛋白质级结构是空间构象和特定生物学功能的基础。一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。1）同源蛋白质级结构的种属差异与生物进化同源蛋白质：在不同的生物体内具有同一功能的蛋白质。通过比较

16、同源蛋白质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化，亲源关系越远，同源蛋白的氨基酸顺序差异就越大。如细胞色素C在生物进化领域里的应用。2）蛋白质一级结构的个体差异分子病分子病：基因突变引起某个功能蛋白的某个（些）氨基酸残基发生了遗传性替代从而导致整个分子的三维结构发生改变，致使其功能部分或全部丧失。Linus Pauling首先发现镰刀形红细胞贫血现是由于血红蛋白发生了遗传突变引起的，成人的血红蛋白是由两条相同的a链和两条相同的B链组成a 2 B 2,镰刀形红细胞中，血红蛋白B链第6位的aa残基由正常的G 1U变成了疏水性的V a L因此，当血红蛋白没有携带0 2时就由正常的球形变

17、成了刚性的棍棒形，病人的红细胞变成镰刀形，容易发生溶血作用（血细胞溶解）导致病血，棍棒形的血红蛋白对0 2的结合力比正常的低。3）一级结构的部分切除与蛋白质的激活些蛋白质、酸、多肽激素在刚合成时是以无活性的前体形式（酶原）存在，只有切除部分多肽后才呈现生物活性，如血液凝固系统的血纤维蛋白原和凝血酶原，消化系统的蛋白酶原、激素前体等。尿素或盐酸呱可破坏次级键；B-藐基乙醇可破坏二硫键2、蛋白质空间结构是蛋白质特有性质和功能的结构基础。肌红蛋白：只有三级结构的单链蛋白质，易与氧气结合，氧解离曲线呈直角双曲线。血红蛋白：具有4个亚基组成的四级结构，可结合4分子氧。成人由两条a-肽 链（1 4 1个氨

18、基酸残基）和两条B-肽 链（1 4 6 个氨基酸残基）组成。在氧分压较低时，与氧气结合较难，氧解离曲线呈S状曲线。因为：第一个亚基与氧气结合以后，促进第二及第三个亚基与氧气的结合，当前三个亚基与氧气结合后，又大大促进第四个亚基与氧气结合，称正协同效应。结合氧后由紧张态变为松弛态。九、蛋白质的理化性质1、蛋白质的两性电离：蛋白质两端的氨基和竣基及侧链中的某些基团，在一定的溶液P H 条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。2、蛋白质的胶体性质与沉淀：维持蛋白质胶体稳定的主要因素电荷和水化膜。常见的蛋白质沉淀方法：a.有机溶剂沉淀，破坏水化膜。常用丙酮、乙静等。b.盐析，将硫酸筱、硫酸钠或氯化钠等加

19、入蛋白质溶液，破坏在水溶液中的稳定因素电荷而沉淀。3、蛋白质变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。主要为二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构的改变。变性后，其溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。常见的导致变性的因素有：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂、超声波、紫外线、震荡等。4、蛋白质的紫外吸收：由于蛋白质分子中含有共辄双键的酪氨酸和色氨酸,因此在2 8 0 n m 处有特征性吸收峰，可用蛋白质定量测定。5、蛋白质的呈色反应a.甑三酮反应：经水解后产生的氨基酸可发生此反应。b.

20、双缩服反应：蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸酮共热，呈现紫色或红色。氨基酸不出现此反应。蛋白质水解加强，氨基酸浓度升高，双缩版呈色深度下降，可检测蛋白质水解程度。6、水解反应：肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下：1 酸水解：浓 酸（6 N 以上,N=M/价），高 温（1 1 0 C 以上）,长 时（2 4-3 6 小时），污染，Trp 遭到破坏，不消旋，水解彻底；2 碱水解：浓 碱（6 N 以上），高 温（1 0 0 以上），6小时，污染，含-0 H 和-SH 的氨基酸均遭到破坏，Se r、Th r、Ty r、C y s,消旋，水解彻底：3 酶水解：胰酶等，常温常压，常 P I L

21、 不消旋、不破坏、不彻底。十、蛋白质的分离和纯化1、沉淀；2、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。3、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。4、层析；a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定PH时，各蛋白质的电荷量及性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。b.分子筛，又称凝胶过滤。小分了蛋白质进入孔内，滞留时间长,大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。5、超速离心：既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋

22、白质其密度与形态各不相同而分开。十一、多肽链中氨基酸序列分析a.分析纯化蛋白质的氨基酸残基组成（蛋白质水解为个别氨基酸，测各氨基酸的量及在蛋白质中的百分组成）I测定肽链头、尾的氨基酸残基二硝基氟苯法（D NP 法）头端日 尾端 竣肽酶A、B、C法等1-丹酰氯法I水解肽链，分别分析胰凝乳蛋白醐（糜蛋白酶）法：水解芳香族氨基酸的竣基侧肽键胰蛋白酶法:水 解 赖氨酸、精氨酸的竣基侧肽键滨化脯法:水 解 蛋氨酸竣基侧的肽键E d m a n 降解法测定各肽段的氨基酸顺序（氨基末端氨基酸的游离a -氨基与异硫氟酸苯酯反应形成衍生物，用层析法鉴定氨基酸种类）b.通过核酸推演氨基酸序列。第三章 核酸的结构与

23、功能一、核酸的生物学功能：核酸是遗传物质；参与遗传信息的表达；少量R N A还有催化功能。二、核酸的化学组成：核酸是一种线形多聚核甘酸，基本组成结构单位是核甘酸，而核甘酸则由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。两类核酸：脱氧核糖核酸（D N A）,存在于细胞核和线粒体内。核糖核酸（R N A）,存在于细胞质和细胞核内。磷酸核酸一核首酸核 昔 一（核糖戊 糖 一脱氧核糖含氮碱-喋吟碱r嚎唆碱核酸的降解产物:1、碱基：2 0=1Hniir 0=(1 0=H HC8(C T 啼咤环 尿啼咤（仅R N A）胞嚏咤 胸腺 嚅 嗟（仅JIHaw喋吟环腺嗯吟鸟喋吟噂吟和喀咤环中均含有共腕双键，因此对波长2 6

24、 0 n m左右的紫外光有较强吸收，这一重要的理化性质被用于对核酸、核甘酸、核普及碱基进行定性定量分析。2、戊糖：D N A分子中核甘酸的戊糖是B-D-2-脱氧核糖，R N A中为B-D-核糖。3、磷酸：生物体内多数核甘酸的磷酸基团位于戊糖的第五位碳原子上。4、核甘：戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的糖甘。在大多数情况下，核甘是由核糖或脱氧核糖的C i上 的B-羟基与口密嗟碱N 或喋吟碱N g进行缩合,故生成的化学键称为N-C糖背键。5、核甘酸：核甘酸是由核昔中的戊糖羟基与磷酸脱水缩合后生成的酯类化合物，包括核糖核甘酸和脱氧核糖核甘酸两大类。由于核甘酸的核糖有3 个自由羟基，脱氧核甘的戊糖上有2

25、 个，它们与磷酸基缩合会生成2-、3 -和 5 -核甘酸或是3 -和 5 -脱氧核甘酸。最常见的为5 -核甘酸（5常被省略）。5 -核昔酸又可按其在5 位缩合的磷酸基的多少，分 为 磷 酸 核 甘（核甘酸）、二磷酸核甘和三磷酸核甘。生物体中还有两种常见的3,5-环核甘酸：cAMP、cG M P,有放大或缩小激素信号的作用，称之为“第二信使”。辅酶类核甘酸，一些核甘酸或其衍生物还是重要的辅酶或辅基的组成成分，如 NAD（辅前）、NADP（辅 配、CoASH（辅酶A）、FMN（黄素单核甘酸）、FAD（黄素腺喋吟二核昔酸三、核酸的一级结构核酸的一级结构：核酸中核甘酸的排列顺序及连接方式。核甘酸之间通

26、过3,5 -磷酸二酯键连接。四、DNA的高级空间结构与功能1、DNA的二级结构DNA双螺旋结构是核酸的二级结构。双螺旋的骨架由戊糖和磷酸基构成，两股链之间的碱基互补配对，是遗传信息传递者，DNA半保留复制的基础，结构要点（B 型双螺旋）：a.两条反向平行的多核甘酸链围绕一个“中心轴”形成右手双螺旋结构，螺旋表面有一条大沟和小沟；b.磷酸和脱氧核糖在外侧，通过3,5 一磷酸二酯键相连形成DNA的骨架，与中心轴平行。碱基位于内侧，与中心轴垂直；c.两条链间存在碱基互补：A 与 T 或 G 与 C 配对形成氢键，称为碱基互补原则（A 与T 为两个氢键，G 与 C 为三个氢键）；d.螺旋的稳定因素为碱

27、基堆集力和氢键；e.螺旋的直径为2 n m,螺距为3.4nm,相邻碱基对的距离为0.34nm,相邻两个核甘酸的夹角为36度。2、DNA的三级结构三级结构是在双螺旋基础上进一步扭曲形成超螺旋，使体积压缩。在真核生物细胞核内，DNA三级结构与一组组蛋白共同组成核小体。在核小体的基础上，DNA链经反复折叠形成染色体。3、功能DNA的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板利基因转录的模板，它是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。D N A 中的核糖和磷酸构成的分子骨架是没有差别的，不同区段的DNA分子只是碱基的排列顺序不同。五、RNA的空间结构与功能DNA是遗传信息的载体，而遗传作用是由蛋

28、白质功能来体现的，在两者之间RNA起着中介作用。其种类繁多，分子较小，一般以单链存在，可有局部二级结构，各类RNA在遗传信息表达为氨基酸序列过程中发挥不同作用。如:名 称功 能核糖体RNA(rRNA)信使 RNA(mRNA)转运 RNA(tRNA)不均一核 RNA(hnRNA)小核 RNA(snRNA)小核仁 RNA(snoRNA)核蛋白体组成成分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运rRNA的加工和修饰1、信 使 RNA（半衰期最短）1）hnRNA为 m RNA的初级产物，经过剪接切除内含子，拼接外显子，成为成熟的mRNA并移位到细胞质2）大多数的真核mRNA在

29、转录后5 末端加上一个7-甲基鸟喋吟及三磷酸鸟背帽子,帽子结构在mRNA作为模板翻译成蛋白质的过程中具有促进核蛋白体与mRNA的结合，加速翻译起始速度的作用，同时可以增强mRNA的稳定性。3 末端多了一个多聚腺甘酸尾巴，可能与mRNA从核内向胞质的转位及mRNA的稳定性有关。3）功能是把核内DNA的碱基顺序，按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，以决定蛋白质合成的氨基酸排列顺序。mRNA分子上每3 个核甘酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸，为三联体密码。2、转运RNA（分子量最小）1）tRNA分子中含有10%20%稀有碱基，包括双氢尿喀唾，假尿喀咤和甲基化的喋吟等。2）二级结构为三叶草形，位于左

30、右两侧的环状结构分别称为DHU环和TW C环，位于下方的环叫作反密码环。反密码环中间的3 个碱基为反密码子，与 m RN A 上相应的三联体密码子形成碱基互补。所有tR N A 3末端均有相同的CCA-OH结构。3）三级结构为倒L 型。4）功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的戴本并将其转呈给mRNA。3 、核糖体RNA（含量最多）1）原核生物小亚基的rRNA为 1 6 S,大亚基为5S、23S；真核生物小亚基的rRNA为1 8 S,大亚基为5S、5.8S、28S。真核生物的18SrRNA的二级结构呈花状。2）rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体，它是蛋白质合成机器一一核蛋白体的组成成分，

31、参与蛋白质的合成。4、核酶：某些RN A 分子本身具有自我催化能，可以完成rRNA的剪接。这种具有催化作用的RNA称为核酶。六、核酸的理化性质1 、DNA的变性在某些理化因素作用下，如加热，DNA分子互补碱基对之间的氢健断裂，使 DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为变性。监测是否发生变性的一个最常用的指标是DNA在紫外 区 260nm波长处的吸光值变化。解链过程中，吸光值增加，并与解链程度有一定的比例关系，称为DNA的增色效应。紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温 度（Tm）,种DNA分子的Tm值大小与其所含碱基中的G+C 比例相关，G+C 比例越高，Tm值越高。DNA双螺

32、旋在4 V p H ll时最稳定。pH ll则发生碱变性，变性的原因都是pH 不适宜而碱基之间的氢键发生断裂。2 、DNA的复性和杂交变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性，其过程为退火，产生减色效应。不同来源的核酸变性后，合并一起复性，只要这些核背酸序列可以形成碱基互补配对，就会形成杂化双链，这一过程为杂交。杂交可发生于DNA-D N A 之间，RNA-RNA之间以及RNA-DNA之间。3、与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸,而碱基（氨基）是 个 弱 碱

33、，所以核酸的等电点比较低.如DNA的等电点为44.5,RNA的等电点为2 2.5。RNA的等电点比DNA低的原因，是 RNA分子中核糖基2-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离.DNA没有这种作用。七、核 酸 酶（注意与核酶区别）指所有可以水解核酸的酶，在细胞内催化核酸的降解。可分为DNA酶和RNA酶；外切酶和内切酶；其中一部分具有严格的序列依赖性，称为限制性内切酶。第四章 酶一、酶的概念：由活细胞产生的，以蛋白质为主要成分的生物催化剂。能与一般催化剂相比的异同：相同特点：1、只催化热力学上允许的化学反应（G 0）；2、降低活化能，但不改变化学反应的平衡点；3、加快化学反应速度，但催化剂本身反

34、应前后不发生改变。特殊之处：1.催化具有高效性：2.高度的专一性（只能催化一种底物或一定结构的底物）:3.易失活；4.催化活性受到调节和控制；5.催化活性与辅助因子有关（全酶=酶蛋白+辅助因子）。二、酶的组成1、按组成成分来分：1）单纯酶：仅由氨基酸残基构成的酶。2）结合酶：除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的小分子物质。结合酶的全酶=酶蛋白+辅助因子a.醐蛋白：决定反应的特异性；b.、辅助因子：决定反应的种类与性质；可以为金属离子或小分子有机化合物。辅助 因 子 可 分 为 辅 酶：与 酶 蛋 白 结 合 疏 松，可 以 用 透 析 或 超 滤 方 法 除 去；辅基：与酶蛋白结合紧密，

35、不能用透析或超滤方法除去。酶蛋白与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。2、按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类1）单体酶由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子牛胰R N a s e 1 2 4 a.a 单链；胰凝乳蛋白酶 三条肽链单体酶种类较少，一般多催化水解反应。2）寡聚酶由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。3）多酶复合体由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酸催化一个反应，所有反

36、应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶（E 1）以二聚体存在2 X 9 6 0 0二氢硫辛酸转乙酰基酶（E 2）7 0 0 0 0二氢硫辛酸脱氢酶（E 3）以二聚体存在2 X 5 6 0 0 0复合体：1 2 个 E 1 二聚体 2 4 X 9 6 0 0 0；2 4 个 E 2 单体 2 4 X 7 0 0 0 0；6个 E 3 二聚体 1 2 X 5 6 0 0 0 总分子量5 6 0 万4）多酶融合体条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，这往往是基因融合的产物。例如：天冬氨酸激酶I 一高丝颔酸脱氢

37、酶I 融 合 体（双头酶）该酶是四聚体a 4,每条肽链含两个活性区域：N-端区域是A s p 激酶，C端区域是高S e r脱氧酶三、酶的分类和命名1、习惯命名：1）（绝大多数酶）依据底物来命名。如：催化蛋白质水解的醐称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。2）依据催化反应的性质命名。如：水解酶、转氨酶3）结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。4）有时加上酶的来源。如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶习惯命名较简单，但缺乏系统性。2、国际系统命名系统名称应明确标明前的底物及催化反应的性质。如：谷丙转氨酶（习惯名），系统名：丙氨酸：a-酮戊二酸氨基转移酶反应：丙氨酸+a-酮戊二酸一谷氨酸+丙酮酸3、国际系统分类

38、法及编号（EC编号）原则：将所有酶促反应按性质分为六类，分别用1、2、3、4、5、6 表示。再根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用1、2、3，每个亚类又可分为若干个亚 亚类，用编号1、2、3表示。每一个酶的编号山4 个数字组成，中间以“隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。1、氧化还原酶类催化氧化还原反应：A 2H+B -A+B 2H乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27）,习惯名：乳酸脱氢酶2、转移酶类：AR+C=A+BRAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2）,习惯名：谷丙转氨酶3、水

39、解酣类：AB+H2O _ AOH+BH催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。4、裂合酶类（裂解酸）：X-AB-Y-A=B+X-Y催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7）,习惯名：醛缩酶5、异构前：Av-B催化同分异构体相互转化，如葡萄糖异构酶6、合 成 酶（连接酶）：A+B+ATP 3）b.D 酶（糖甘转移酶），将麦芽糖的残余段加成到其他a 1,4 糖甘键的多糖上，形成引物。c.淀粉合成酶，淀粉合成的主要途径，以ADPG为主要原料催化ADPG+引物（nG）形成淀粉（n+1）G+ADP（2）支链淀粉在淀粉合成酶和1,4-a 葡聚糖分支酶（

40、Q 酶）共同作用下合成3）糖原的合成与分解糖原是葡萄糖的储存形式，又被称为动物淀粉，主要发生在肝脏、骨骼肌中。糖原合成的反应过程可分为三个阶段：（1 ）活化：.由己糖激酶（葡萄糖激酶）催 化 葡 萄 糖 生 成 UDPG（uridine diphosphateglucose）,是一耗能过程。a.磷酸化：己糖激酶（葡萄糖激酶）催化G+ATP形成G-6-P+ADPb.异构：磷酸葡萄糖变位酶催化G-6-P转变为G-1-Pc.转形：UDPG焦磷酸IE酶催化G-l-P+UTP形成UDPG+PPi(2)缩合：糖原合酶催化UDPG+(G)n形成(G)n+1+UDP(3)分支：当直链长度达12个葡萄糖残基以上

41、时，在分支醐(branching enzyme)的催化下，将距末端6 7 个葡萄糖残基组成的寡糖链由a-1,4-糖昔键转变为a 一 1,6-糖背键，使糖原出现分支。糖原合成的特点：L必须以原有糖原分子作为引物；2.合成反应在糖原的非还原端进行；3.合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2 个高能磷酸键(2 分子ATP)；4.其关键醐是糖原合醐(glycogen synthase),为一共价修饰前：5.需 UTP参 与(以 UDP为载体)。糖原的分解：(1)水解a.磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对a-1,4-糖昔键磷酸解，生成G-1-Po(G)

42、n+P i _(G)n-l+G-1-Pb.转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，山葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。c.脱支：由a 一 1,6-葡萄糖甘酶催化。将 a 一 1,6-糖背键水解，生成一分子自由葡萄糖。(G)n+H20-(G)n-l+G(2)异构：磷酸葡萄糖变位酶催化G-1-P生成G-6-P(3)脱磷酸：山葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化，生成自山葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。G-6-P+H20-a G+Pi糖原分解代谢的特点：1 .水解反应在糖原的非还原端进行；2.是一非耗能过程；3.关

43、键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase),为一共价修饰酶，其辅醐是磷酸毗哆醛。第六章 生物氧化一、生物能学的几个概念(-)化学反应中的自由能变化及其意义1、化学反应中的自由能自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自山能，用符号G 表示。在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。自由能的变化：4 6 =6 产 物 一 G 反 应 物=AH-T A SG 代表体系的自由能变化，!代表体系的焰变化，T 代表体系的绝对温度，代表体系的嫡变化。焰与嫡都是体系的状态函数。焰代表体系的内能与压力P*体积V 之和：H=U+P*V

44、 dH=dU+P*dV+V*dP嫡代表体系中能量的分散程度，也就是体系的无序程度：=dQ/T,AS=S 体系+$环 境，只有$()，过程才能自发进行。2、ZM3是判断个过程能否自发进行的根据G 0,反应不能自发进行，必须供给能量。G=0,反应处于平衡状态。一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化(H),不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。GV0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂(酶)只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力。当4 G 为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才

45、能进行。（-）标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系aA+bB f cC+dD标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用表示。标准条件：25 C,参加反应的物质的浓度都是Im ol/L（气体则是1 大气压）。若同时定义pH=7.0,则标准自由能变化用a G。表示。对于一个溶液中的化学反应：aA+bB f cC+dD当反应达到平衡时，GnOK 是化学反应的平衡常数，因此，G。也是一个常数。常见物质的标准生成自由能4 G。已经列在各种化学手册中，可以根据A G。=-RTInK的公式求出平衡常数K 。P 15举例说明如何用K 求出4 G 和4 G从例子可以看出4G 和4 G 实际上是两

46、个不同条件下的自由能变化值。（1）AG;是标准条件下的自由能变化，既反应物A、B、C、D 的起始浓度都为Imol/L,温度为25,pH=7.0时的A G。每一个化学反应都有其特定的标准自由能变化（既G ）,是一个固定值，G 是任意给定条件下的自由能变化，它是反应物A、B、C,D 的起始浓度、温度、pH 的状态函数，在一个自发进行的化学反应中，自由能总是在降低，4 G 总是负值，随着反应向平衡点的趋近，4 G 的绝对值逐渐缩小，直到为0。（2）从AG。=-R T ln K,可以求出 K 及Z ,根据4 G 、ZG 与 K可以判断任何条件下反应进行的方向及程度。（三）自由能变化的可加和性。在偶联的

47、几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。例如：Glc+ATP-G6P+ADP（总反应）第一步，Glc+Pi-G6P+H20,此反应不能自发进行。第二步，ATP+H20-ADP+Pi总反应：Glc+ATP-G6P+ADP.因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。二、高能磷酸化合物高能化合物：水解时释放20.1kj/mol及以上自由能的化合物。高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放20.1kj/mol以上能量的磷酸化合物。（-）高能化合物的类型1、磷氧键型。（1）、酰基磷酸化合物。3一磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氮甲酰

48、磷酸，酰基腺甘酸，氨酰腺甘酸。（2）、焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP,ADP（3）、烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醉式丙酮酸。2、氮磷键型。磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯键型。3 一磷酸腺昔一 5 一磷酰硫酸，酰基辅酶A。4、甲硫键型。S 一腺首甲硫氨酸。（二）ATP的特殊的作用。1、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、在磷酸基转移中的作用。Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是 Glc的一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATP-G-6-P+ADP.,3-磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP-3 一磷酸甘油+ADP。（三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作

49、用磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯 的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质三、生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用（一）生物氧化的概念和特点。糖，脂，蛋白质等有机物质在,牙胞中进行氧化分解，生成C02,H 20并释放出能量，这个过程称生物氧化。生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞较化或细胞呼吸。特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。生物氧化在活细胞中进行，pH 中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞

50、膜上进行。生物氧化的三阶段：第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位单糖、甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸B氧化、氨基酸氧化等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的中间代谢物物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三竣酸循环彻底氧化为C02、H2Oo释放大量的能量。在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子经过一个氧化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给0 2,并生成A T P,以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是一种很重要的将生物氧化和能量生