1、生物化學 -緒 論1定義： 是研究活細胞和有機體中存在的各式各樣化學分子及它們所參與的化學反應的一門學科。是在分子水平上研究生命分子基礎，探討生命本質。因此是一門研究生命化學的科學。 2任務： 在分子水平來描述和解釋活細胞內及細胞間的全部化學反應及其與生命活動的關系。具體研究生物體的分子結構與功能、物質代謝與調節及其在生命活動中的作用。3對象： 生物-自然界中一切具有生命的物 質（微生物、植物、動物、人）。醫學： 對象是人，但是人體細胞內一些基本生化過程，大多是由簡單生物大腸桿菌、酵母等）的研究中獲得。4內容：一人體組織細胞內化學分子的組成、結 構、特性及功能人體的化學組成： 水、生物大分子、

2、無機鹽、其它5生物大分子： 生物體的物質基礎。對生命活動具有十分 密切且重要作用。所以研究生命，首先要 對這類分子的化學組成、含量進行分析。蛋白質、核酸、糖、脂6生物體主要由這些元素組成： H、C、O、N、P、S、Na、Mg、Cl、K、Ca、Mn、Fe、Co、Cu、I、Zn 99% 以上是C、H、O、N 四種元素化學元素 構件分子 生物大分子 細胞 組織 器官 生物體7 章節： 蛋白質的結構與功能 核酸的結構與功能 酶- 具有催化化學反應的特殊蛋白質 維生素- 機體不可缺少的營養物質 這一部分內容叫做 敘述生化8二人體各化學組分所進行的化學變化 生命的特征是新陳代謝（物質代謝）：維持生命現象正

3、常運動。 生物體不斷地和外界環境進行著物質交換，同時體內的各種化學組分又時刻進行著化學變化及更新。9生物體內代謝的兩個方面：合成代謝：由較小的分子合成較大的分子。分解代謝：由較大的分子降解為較小的分子。 在代謝過程中，伴隨著物質之間的相互轉化及能量的產生及利用。這一部分是生物化學的重點 動態生化10章節：糖代謝- 人體能源物質的來源脂類代謝- 參與能量的供給及其其它的生理活動生物氧化- 能量的產生氨基酸代謝- 氨的處理核苷酸代謝- 核酸的構件分子的形成11三遺傳信息的儲存、傳遞與表達 生物體有關代謝反應，功能等生命特征的體現就是遺傳信息最終表達的結果。 轉錄 翻譯復制 DNA RNA 蛋白質生

4、命中心法則逆轉錄12章節：DNA的生物合成- 復制（遺傳物質的傳代）RNA的生物合成- 轉錄（遺傳物質的表達）蛋白質的合成 - 翻譯（遺傳物質的表達）基因表達調控13四、機能生化肝的生物化學14 本次課程的安排第一部分：重點介紹蛋白質、核酸、酶及維生素的結構、基本功能及這些物質的一些特點（18學時)第二部分：介紹四大物質的代謝及相應的能量代謝（本課程的難點：20學時）第三部分：遺傳性息是如何工作的（分子生物學：8學時）第四部分：機能生化（4學時）總復習：2學時15本課程的考核第一部分：平時成績（出勤、上課提問、上課練習等），約占20%第二部分：小測驗，約占30%第三部分：期末考試，約占50%1

5、6蛋白質的結構與功能 蛋白質（Protein)是生命活動的物質基礎和一種具體的表現。研究生命的活動必須了解蛋白質的結構與功能。17含量： 約占人體固體成分的45%，是生物 體的基本組成成分之一。分布：廣泛，幾乎所有的組織器官、細胞都 有蛋白質存在。（目前所知約有10萬 種蛋白質）18第一節 蛋白質的分子組成一、蛋白質的基本組成單位- 氨基酸 組成蛋白質的主要元素： C（50-55%）、H（6-7%）、O（19-24%）、 N（13-19%）、S（0-4）、少量的金屬元素19比較經典的測定蛋白質含量的方法：凱氏定氮法：測定樣品中的含氮量，隨后通過計算得出蛋白質量蛋白質量 = 含氮克數6.25特點

6、：含N量比較穩定，平均為16%20測的某一蛋白質中氮的含量為5克，下面那個數值最接近于該蛋白質的含量？ 30克 60克 10克 50克 80克21 構件分子：L-氨基酸 組成人體蛋白質有20種編碼氨基酸 基本結構： 變化的側鏈氨基羧基22共同特點： 除了甘氨酸（含C最少）脯氨酸（環狀亞氨酸）外，都具有-氨基、 -羧基 不同點：-碳原子上的R（側鏈）基不同23 氨基酸的分類化學分-脂肪族（15種）、芳香族（2種）、雜環（3種）生物化學分-酸性（2種）、堿性（3種）、中性（15種）中性側鏈-中性極性、中性非極性營養學分-營養必需與營養非必需氨基酸2425天2627天-OH 羥基、-SH 巰基、-C

7、=O 酰胺基 NH2都是親水基團2829特殊a.a：沒有遺傳密碼（非編碼a.a），而 是在蛋白質生物合成后或合成過程 中從相應的編碼氨基酸加工修飾形 成。胱氨酸-由兩個半胱氨酸以二硫鍵形成羥脯氨酸、羥賴氨酸-由賴氨酸和脯氨酸羥化形成30胱氨酸的合成半胱氨酸 +-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS-COOHCH-CH2NH2半胱氨酸 -CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S-COOHCH-CH2NH2二硫鍵胱氨酸31 氨基酸的理化性質：1. 兩性解離與點等電點（pI） R CH COOH R CH COO- R CH COO- NH3+ NH3+ NH2 負

8、離子（pHpI)H+H+OH-OH- 正離子（pHpI)兩性離子（pH=pI)32等電點：在某一pH溶液中氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，呈電中性時，此溶液的pH為該氨基酸的等電點酸性： pI 7.5中性 pI 5.0 6.5332. 紫外吸收特征（280nm）共軛雙鍵 蛋白質定性 此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系-定量343. 茚三酮反應-氨基 + 水合茚三酮有色化合物 + RCHO + CO2用分光光度法進行定性、定量分析藍紫色35思考題:蛋白質的構件分子是什么？具有遺傳密碼編碼的氨基酸有幾種？蛋白質中那種元素含量穩定，約占蛋白質含量的百分之幾？什么叫酸性氨基酸？有幾種？分

9、別是-；什么叫堿性氨基酸？有幾種？分別是-；含硫的氨基酸有幾種？分別是-；36哪些氨基酸具有親水基團？哪些氨基酸具有疏水基團？哪些氨基酸沒有遺傳編碼的？氨基酸處于等電點時，其所帶的電荷為多少？哪些氨基酸在280 nm波長下游紫外吸收？37第二節 蛋白質的分子結構 一、肽鍵： 一個氨基酸的-氨基與另一個氨基酸 的-羧基脫水縮合而成CO NH 38肽鍵是蛋白質分子中最基本的化學鍵肽鍵是共價鍵，比較牢固39 肽：氨基酸通過肽鍵相連的化合物寡肽：10個氨基酸相連的肽多肽：10個氨基酸相連的肽-多肽鏈多肽是蛋白質不完全水解產物40 絲-甘-酪-丙-亮主鏈：N-（末）端（H-）、C-（末）端（-OH）側鏈

10、：R基團氨基酸殘基：肽鏈中的每個氨基酸部分41谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（谷胱甘肽GSH）肽的功能：構成蛋白質 生物活性肽-具有調節功能42氧化型和還原型兩種形式功能：保護體內含巰基的蛋白質(酶)不被氧 化.體內需要足夠的還原型GSH，保持 RBC膜的完整性其它一些重要的肽類（生物活性肽）43二、蛋白質的一級結構一級結構-基本結構 多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序。若分子中含有二硫鍵，一級結構也包括生成二硫鍵的兩個半胱氨酸殘基的位置。44蛋白質一級結構是區分不同蛋白質最基本、最特征的結構 一極結構是區別不同蛋白質的最基本、最重要的標志之一。因為20種氨基酸排列順序不同，數量不同，總數不同，組合成不同的蛋

11、白質。45基本鍵：(共價鍵-肽鍵、一些二硫鍵） 一級結構的氨基酸排列順序是由遺傳密碼決定。遺傳順序決定了氨基酸排列順序，而排列順序又決定了蛋白質空間構象，從而決定蛋白質的功能。461953年Sanger最早被確定蛋白質一極結構是胰島素：A、B兩條肽鏈通過二硫鍵形成A鏈：21個氨基酸殘基，B鏈：30個氨基酸殘基4748三、蛋白質分子的空間結構 蛋白質分子內各原子圍繞某些共價鍵的旋轉而形成的各種空間排布及相互關系-構象 各種蛋白質的分子形狀、理化特性和生物學活性主要取決與蛋白質特定的構象蛋白質構象可人為地分成二極、三極、四級49 蛋白質的二極結構 蛋白質多肽鏈主鏈氨基酸殘基折疊卷曲形成的局部肽鏈的

12、空間結構。 50（2）主鏈原子局部空間排布的基本形式： -螺旋、-折疊、-轉角、不規則卷曲維系鍵： 氫鍵等非共價鍵-螺旋-折疊-轉角51-螺旋（helix）： 肽鏈中的某段局部盤曲成螺旋，是二極結構中最穩定的一種結構- 球狀蛋白質構象中最常見的形式。CN52特征： 螺旋方向N C 右手螺旋 每個螺旋圈平均為3.6個氨基酸殘基， 每個殘基跨距為0.15nm，每個螺距為3.60.15=0.54nm，R側鏈位于螺旋的外側螺旋穩定: 依賴與 C=O 和 -NH-間形成的氫鍵 53-折疊 與-螺旋相比，比較伸展，呈鋸齒狀。可塑性比-螺旋大。54兩個-折疊結構平行排布，以氫鍵維系。-片層 （ - plea

13、ted sheet structure)：55順向平行：N端、C端方向一致逆向平行：N端、C端方向相反（穩定）56-轉角(- turn)： 肽鏈結構中出現的一種1800的轉 折。第一個氨基酸的 C=O與隔幾個氨基酸殘基（一般為4個）的-NH-之間形成氫鍵。比-螺旋更緊密，在球狀蛋白質中多見。57不規則卷曲： 蛋白質中一些沒有特別規則的卷曲。是蛋白質分子的特征性二級結構(蛋白質結構和功能的重要部位）二級結構主要靠非共價鍵中的氫鍵維系它的穩定性58 蛋白質的三極結構 整個蛋白質多肽鏈在二極結構的基礎上進一步折 疊、盤曲形成球狀、橢圓、棒狀、釬維狀等不同形 狀的蛋白質分子。包括了整條多肽鏈種全部氨基

14、酸 原 子（主鏈、 側鏈上的所有原子）的排布。59組成：核心多為疏水基團，表面是親水基團60 結構域的形狀： 大多類似“口袋”、“洞穴”狀 這些結構域與蛋白質活性有直接關系，是蛋白質的活性部位- 功能域。結構域：肽鏈中某些局部的二級結構匯集在一 起，形成發揮生物學功能的特定區域61穩定和維系三極結構的鍵：疏水鍵是維持蛋白質三級結構的最主要的鍵62 大多數蛋白質是有一條多肽鏈組成，相對穩定的三級結構是特征性的空間結構，是蛋白質分子最顯著的特征之一。一級結構不同 - 形成的三級結構不同 -生理功能不同三極結構與蛋白質活性的關系： 具有活性的蛋白質絕大多數有三極結構。63蛋白質的四級結構 兩條或兩條

15、以上具有獨立的三極結構的肽鏈通過非共價鍵相連聚合而成。亞基：在蛋白質四級結構中每一條具有獨立三極 結構的多肽鏈，單獨存在時不具有活性。 幾個亞基結構可以相同，也可以不同。6465維系鍵：鹽鍵、疏水鍵、氫鍵Hb：4個亞基組成 兩個亞基、兩個亞基66血紅蛋白不同層次的結構67思考題蛋白質結構分幾個層次？蛋白質各個層次結構的定義亞基出現在蛋白質的哪一結構中?蛋白質結構中有哪些共價鍵和非共價鍵？這些鍵分別維系蛋白質的哪一層次的結構肽和肽鍵的含義是什么？68第三節 蛋白質分子結構和功能之間的關系 一級結構與功能的關系 蛋白質只有具有空間結構才具有活性，而空間結構是根據肽鏈中氨基酸殘基排列順序、數量和種類

16、決定。 不同的一極結構蛋白質，功能也不同691.蛋白質分子中“關鍵部位”氨基酸殘基改變，會影響到它的功能，甚至造成疾病。 - 分子病：蛋白質一級結構的改變，從而引起其功能的異常或喪失而造成的疾病。 如HbS： 鏈第6位谷氨酸換成纈氨酸 70鐮刀形紅細胞貧血,HbSN-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 血紅蛋白溶解度降低 氧分壓低的外周毛細管中易沉淀并凝集 紅細胞破裂溶血、運氧功能低下71 天然狀態，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態

17、，無活性HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065 核糖核酸酶 形成一級結構的二硫鍵破壞后，生物學活性喪失。722. 蛋白質分子中“非關鍵部位”的一些氨基酸殘基的改變或缺失，不會影響蛋白質分子的生物活性。 蛋白質一級結構序列并不完全一樣，但只要參與活性區域形成的某些氨基酸的位置不變，將不會影響到蛋白質功能。73不同種屬來源的胰島素 一級結構不完全相同，但與特定的空間結構形成有關的氨基酸殘基完全一樣。 51個氨基酸殘基中24個一樣，半胱氨酸殘基的數目及位置不變，發揮功能相同。74 蛋白質 空間結構與功能的關系 蛋白質具有空間結構才具有功能

18、，不同空間結構的蛋白質功能不同機體一些代謝調節- 可以通過改變蛋白質的構象引發其功能的變化75四級結構的蛋白質具有別構作用： 生理性小分子作用與某些具有四級結構的蛋白質（酶），與其活性中心以外的部位（別位）結合，引起蛋白質（酶）的構象發生輕微的變化，分子變得疏松或緊密，活性也發生變化（有到無、無到有、升高、降低）。76Hb是一個比較典型的可調節蛋白質有兩種天然的構象：T（緊密型）：與O2親和力低，不易與O2結合。R（松弛性）：與O2親和力高，易與O2結合77思考題蛋白質非關鍵部位的氨基酸改變，是否對蛋白質功能產生影響蛋白質關鍵部位的氨基酸改變，是否對蛋白質功能產生影響。分子病主要是指蛋白質哪一

19、層次結構發生問題別構作用主要發生在蛋白質幾級結構上。78第四節 蛋白質的分類按組成分類單純蛋白質：組分中只有氨基酸結合蛋白質：組分中除了氨基酸外，還有些非 蛋白部分（輔基）種類：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、 金屬蛋白、色蛋白（HB）79按分子形狀分類球狀蛋白：整個分子盤卷成球形或橢圓形，大多 是胞漿或體液中的蛋白質。纖維狀蛋白：分子構象成長釬維形，大多是一些 結構蛋白，不溶水。80按功能分類活性蛋白：大多易溶于水，體內自身代謝更新 快，有廣泛的生理性功能（酶、蛋 白激素、運輸和儲存蛋白）。 非活性蛋白：代謝更新慢，一些起保護、支持 功能的結構性蛋白質（角蛋白、膠原 蛋白）81第三節 蛋白質

20、的理化性質一、蛋白質兩性解離特性與結構的關系 蛋白質是由兩性的氨基酸組成，所以也具有兩性解離的特性。 在不同的pH條件下，這些基團可解離成帶正電荷或帶負電荷。82 蛋白質在溶液中的解離和帶電荷的狀況是受溶液中的H+影響這種兩性解離的性質可以在溶液中起緩沖作用（pHpI)83 不同的蛋白質一極結構不同，氨基酸的數量、種類不同，電離基團不同，pI不同。蛋白質的等電點： 當溶液處于某一pH值時，蛋白質分子所帶正負電荷相同，即凈電荷為零，此時溶液的pH值為蛋白質的等電點。84 利用這一特性，將混合的蛋白質固定在同一個pH上，置于一個支持物上，利用電泳法將混合蛋白質分離開來。85二、蛋白質的膠體性質大分

21、子，屬膠體顆粒。表面有親水基團，易溶于水兩個因素：水化膜：極性的親水基團多分布在蛋白質分子 表面， 與周圍的水分子結合，在蛋白質顆粒表面形成 一層水膜。 電荷：蛋白質分子表面的親水基團能解離或結合H+， 使其表面帶有一定的凈電荷。 86功能：水化膜的形成，可防止蛋白質分子間因碰撞而 互相聚集 成更大的顆粒，保持蛋白質溶液的 穩 定性，防止溶液中蛋白質的沉淀析出。 87實驗技術-透析： 利用蛋白質的大分子不能透過一種半透膜，去除小分子，達到純化蛋白質的目的。離心：超速離心。沉淀大分子蛋白質 沉降系數（S）：單位力場中沉降速度，與分子量、分子形狀、分子密度、溶劑密度有關88三、紫外吸收特征： 蛋白質在紫外280nm處有最大吸收峰（主要是蛋白質分子中含有酪氨酸、色氨酸殘基），可用于蛋白質含量測定89四、蛋白質的變性、沉淀和凝固變性- 在某些理化因素作用下（超聲波、高 溫、紫外線、強酸、強堿、有機溶劑 等）蛋白質分子內部的非共價鍵斷， 空間結構破壞，引起理化性質改變， 生物活性喪失一極結構未破壞） 。90日常生活中例子：變性蛋白質的特性：1. 活性喪失2. 溶解度降低（內部的疏水基團暴露，使蛋白質 容易沉淀）3. 黏度增加。4.易被酶水解，肽鏈構象由卷曲變為伸展，肽鍵暴露。91復性：絕大多數蛋白質變性后不能恢復活性。 有些蛋白質如變性時間短，變性程度 輕，在合適的條件下（去除變形劑