1、生生 物物 化化 学学（biochemistry）第一章第一章 绪论绪论 生物化学的概念、任务生物化学的概念、任务 生物化学的发展生物化学的发展 生物化学与药学生物化学与药学 学习方法学习方法 认识生物化学 人为什么要吃饭？l这些物质进入体内如何转化？n我们每天吃什么？糖脂肪蛋白质维生素第一节第一节 生物化学的概念、任务生物化学的概念、任务第一章第一章 绪论绪论 生物化学生物化学（生命的化学）对象工具 化学构成物的化学组成、理构成物的化学组成、理化性质、结构与功能的化性质、结构与功能的关系关系物质在体内的物质在体内的变化规律变化规律静态生物化学动态生物化学1、静态生物化学 -生物体的化学组成、
2、分子结构、理化性质、生物体的化学组成、分子结构、理化性质、结构与功能的关系。结构与功能的关系。水无机物 无机盐 蛋白质氨基酸（肽键）核 酸核苷酸（磷酸二酯键）有机物 脂 类脂肪酸+甘油 糖 类单 糖（糖苷键）一、生物化学的研究内容第一章第一章 绪论绪论2、动态生物化学 -物质代谢及其调控物质代谢及其调控研究物质代谢的过程、在代谢过程中能量的转换和代谢调节规律。由机体的调节控制机制完成的。若物质代谢发生紊乱则可引起疾病。三、生物化学的研究内容第一章第一章 绪论绪论第二节第二节 生物化学的发展生物化学的发展一、古代生化的应用一、古代生化的应用 1.饮食：酒、麦芽糖、醋、酱的制作（酶）第一章第一章
3、绪论绪论2.医药：地方性甲状腺肿（瘿病）脚气病 夜盲症（雀目）二、近代生化的发展二、近代生化的发展 分为三个阶段：初期阶段 蓬勃发展阶段 分子生物学时代案例案例1 1、人类基因组计划、人类基因组计划(human genome project,HGP)1990年启动，耗时10年；由美、英、法、德、日和我国共同参与；为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。人类基因草图的完成，为基因诊断、基因治疗及基因工程药物的开发创造了前提。第一章第一章 绪论绪论案例案例2 2、基因工程（、基因工程（DNADNA重组技术）重组技术）第一章第一章
4、绪论绪论把某种生物的遗传物质分离出来，在体外进行切割、拼接和重组，然后导入另一更易生长、繁殖的受体细胞中，进行正常的复制和表达，改变他们的遗传性能，从而获得新物种的一种崭新技术。转基因动植物：抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等；克隆：绵羊多利基因重组制成的药物，如基因工程胰岛素、基因乙肝疫苗等。1937年，英国生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环,获1953年诺贝尔生理学奖。1、生化发展中的重大事件案例案例第一章第一章 绪论绪论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。案例 1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定
5、牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。1980年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列的方法，获1980年诺贝尔化学奖。1965年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成猪胰岛素X射线晶体0.25nm及0.18nm的分析研究，表明我国生物大分子的X射线晶体结构研究跨入了世界先进行列。1981年首先人工合成了具有生物活性的酵母tRNAAla。2、我国在生化方面的重要成就案例案例第一章第一章 绪论绪论在医学上，与疾病的病因、诊断和治疗有关。从生化角度来说，代谢过程的紊乱即表现为疾病。测定血糖浓度和糖耐量曲线（糖尿病）；血清中酸性磷酸酶活性增大（前列腺癌
6、）；碱性磷酸酶活性增大（骨癌）；血清和尿中淀粉酶活性增大（急性胰腺炎）。在预防医学上，适当的营养可预防、治疗疾病。第三节 生物化学与药学第一章第一章 绪论绪论第三节 生物化学与药学v与其它专业课：微生物发酵-药理学-药物化学 药剂学-v生化药物：用生物化学理论和技术从生物资源制取的具有治疗作用的生物活性物质。脑磷脂、卵磷脂；胃蛋白酶、胶原蛋白酶；人血白蛋白、免疫球蛋白、人胰岛素、疫苗；第一章第一章 绪论绪论第三节 生物化学与药学 发酵工业：利用微生物的菌体或代谢产物以制备化工、医药等方面的产品，同时还可以进一步用人工方法来改变微生物的代谢途径，使其按照人们的需要进行生产，以提高产量或生产新品种
7、。农业方面：杀虫农药就是根据对酶的抑制作用来设计的，如有机磷农药就是胆碱酯酶抑制剂，核苷酸对农作物具有增产作用等。第四节第四节 学习方法学习方法 必须预习。抓住特点，建立以生物功能为轴线的思维体系。循序渐进，前后联系。归纳对比：概念性描述性的内容居多，很少有推导性或计算性的内容，因此，它不同于理科而更近似于文科，记忆的东西多。第一章第一章 绪论绪论蛋白质是生命的物质基础 蛋白质的分子结构蛋白质的性质第二章第二章 蛋白质的化学蛋白质的化学蛋白质的化学组成蛋白质类药物的工业生产由20种基本氨基酸组成的、具有复杂的结构和一定生理功能的大分子物质。第二章第二章 蛋白质的化学蛋白质的化学第一节第一节 蛋
8、白质是生命的物质基础蛋白质是生命的物质基础 蛋白质的主要功能：蛋白质的主要功能：结构功能结构功能-例如：膜蛋白、糖蛋白例如：膜蛋白、糖蛋白催化功能催化功能-例如：酶例如：酶运输、贮存功能运输、贮存功能-例如：血红蛋白、肌红蛋白例如：血红蛋白、肌红蛋白运动功能运动功能-例如：肌球蛋白和肌动蛋白例如：肌球蛋白和肌动蛋白免疫功能免疫功能-例如：抗体例如：抗体代谢调节功能代谢调节功能-例如：激素例如：激素 总之，人的皮肤、头发、肌肉、骨骼、韧带、血总之，人的皮肤、头发、肌肉、骨骼、韧带、血液等都是由蛋白质组成的。液等都是由蛋白质组成的。第二节 蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成 蛋白质的N含量比较接近而
9、恒定，平均为16%。蛋白质含量=氮的含量 6.25其他（磷、铜、铁、钴、锰、钼）例题:通过凯氏定氮法测得某细菌培养物的N含量为1.25g,问该细菌中蛋白质含量为多少?三鹿奶粉事件牛奶和奶粉添加三聚氰胺，主要是提升蛋白质含量指标。三聚氰胺白色结晶粉末，没有气味和味道;含氮量为66 婴幼儿产生肾结石 氨基酸-含有氨基的羧酸，即羧酸分子中-碳原子上的一个氢原子被氨基取代。二、蛋白质的二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸酸、碱或酶水解 蛋白质氨基酸H-C-C-C-C-COOHH HHHH HHHNH2HHHHH H H NH2H-C-C-C-C-COOH氨基酸的结构通式不变部分脯氨酸是-亚氨基酸。侧链R不
10、同，代表不同的氨基酸。除甘氨酸外的氨基酸都有旋光性。天然蛋白质都是L-氨基酸。可变部分HNCOHOv 根据侧链R的结构：脂肪族、芳香族、杂环（亚）氨基酸v 根据侧链R的极性：非极性氨基酸（R疏水）极性氨基酸氨基酸的分类极性非电离（R有极性但不电离）酸性氨基酸（R含羧基）碱性氨基酸（R含碱性基团）氨基酸的分类v酸性氨基酸：酸性氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸。天冬氨酸和谷氨酸。v碱性氨基酸：碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸。赖氨酸、精氨酸和组氨酸。v极性非电离氨基酸极性非电离氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷氨
11、酰胺。v非极性疏水氨基酸：非极性疏水氨基酸：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸和甘氨酸酸和甘氨酸 必需氨基酸 体内不能生成的，必需从食物中供给。l赖氨酸、缬氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸8种：一 家 写 两 三 本 书 来一、肽键：-氨基与-羧基脱水缩合形成的键肽 键CH3CHCOOH+HNCH2COOHH2OCH3CHCNH2ONCH2COOHHNH2H 第三节 肽又称酰胺键，属于共价键。氨基酸之间通过肽键连接。氨基酸残基：蛋白质分子中氨基酸已脱水，结构不完整
12、。肽键中的4个原子和它相邻的两个C 处于同一个平面上。C NO-H+CC肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转；N-C和C-C键都可以旋转。二、肽：二、肽：氨基酸通过肽键连接起来的化合物。二肽、三肽：寡肽（10个）多肽（10个），也叫链N末端多肽链C 末端H2N CHC N CHHCR2HN N CHCNHCHRnCOOHR3HOOR1O肽链写法：游离-氨基在左，-羧基在右。主链，侧链三、三、生物活性肽生物体内有许多游离的肽，具有很强的生物活性：谷胱甘肽：激素：催产素、加压素（9肽）脑啡肽：高等动物脑中，有镇痛作用，比吗啡强，且不会使人上瘾。骨骼肌：肌肽-鹅膏覃碱：毒蘑菇中的多肽 2G
13、-SH还原型G-S-S-G氧化型-2H+2Hv多肽链多肽链卷曲、折叠空间结构v蛋白质的结构层次：一级结构-多肽链 二级结构 三级结构 四级结构第四节第四节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构空间结构一、蛋白质分子中重要的化学键一、蛋白质分子中重要的化学键 氢键：盐键（离子键）：NH+3 -OOC疏水键：疏水基团为了避开水相而相互接近的趋势。范德华力：分子间静电引力共价键次级键肽键二硫键：-S-S-H NC O()氢键二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构 定义：多肽链中氨基酸残基的排列顺序。化学键：肽键和二硫键肽键和二硫键，都是共价键。举例：人胰岛素结构671120213017191ssssA
14、链B链 S S三、蛋白质的空间结构三、蛋白质的空间结构主要研究多肽链的走向及各原子和基团在空间的排列分布。包括二级、三级和四级结构（一）二级结构 定义：多肽链主链螺旋或折叠所成的空间结构。主要形式：-螺旋、-折叠、-转角、主要化学键：氢键；右手螺旋；右手螺旋；螺旋一周，含螺旋一周，含3.63.6个氨基酸残基个氨基酸残基;肽链内形成氢键肽链内形成氢键。R R侧链均伸向螺旋外侧。侧链均伸向螺旋外侧。l稳定因素：链内氢键的形成l影响因素：R基的空间形状、大小、电荷；思考：1.为什么肽链中出现脯氨酸就中断-螺旋？2.为什么侧链带电荷及侧链基团过大的氨基酸不易形成-螺旋？l头发结构：3或7个-螺旋互相拧
15、在一起，形成三股或七股的螺旋索，彼此以二硫键交联在一起。l烫发：头发经含有使二硫键还原的试剂处理后，使原来的二硫键打开，形成还原性的-SH，再使用氧化剂处理，形成错接的新的二硫键，导致头发弯曲成卷。l生物体的毛、角、甲壳的-角蛋白是-螺旋。案例（2 2）-折叠折叠v-折叠是肽链主链中肽平面折叠呈锯齿状的构象。折叠是肽链主链中肽平面折叠呈锯齿状的构象。1、相邻的肽链平行排列，通过氢键连接。2、侧链R上下交替分布。4、相邻排列的两条链走向相同时，叫顺向平行，反之，逆向平行。一定条件下-螺旋可转化为-折叠多肽链180回折，形成发夹形状。氢键是主要的次级键。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CH
16、NRRHOHRROHO（）（）-转角（转角（-turn-turn）指没有一定规律的松散肽链结构。（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构在二级结构基础上，肽链的侧链基团在空间进一步盘绕、折叠形成的结构。三级结构特点三级结构特点:三级结构近似球形；“亲水表面，疏水核”；疏水键是驱动力；具有三级结构的蛋白质有生物活性;化学键：疏水键、盐键、氢键、范德华力.肌红蛋白的三级结构（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构v由两条或多条各自具有三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式。v主要是次级键：疏水键、氢键、盐键和范德华力每条具有独立三级结构的肽链称为亚基或亚单位蛋白质结构的形成 一级结构
17、 二级结构 三级结构 四级结构 化学键 肽键 氢键为主 疏水键为主 疏水键为主 重点 aa排列顺序 螺旋 一条多肽链中 2条或以上多 折叠 R基团作用 肽链作用共价键次级键 肽键 一级结构氢键二硫键疏水键盐键范德华力化学键二、三、四级结构三、四级结构 二硫键 氢键、盐键 氢键、盐键（一）蛋白质一级结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系1、种属差异不同氨基酸对维持蛋白质生理功能所起的作用不同：一级结构中关键部位相同，功能也相同；关键部位变化，功能也随之变化。如不同种属的胰岛素。人胰岛素A链的8、9、10和B链30位属于非关键部位 2、分子病、分子病蛋白质分子一级结构
18、的氨基蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。糖尿病：糖尿病：镰刀形贫血病镰刀形贫血病胰岛素B链第24位的氨基酸：正常人：苯丙氨酸糖尿病：亮氨酸血红蛋白链的N-末端第六位残基（二）（二）蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系v蛋白质的空间结构决定其生物学功能，空间结构发生变化，其功能活性也随之改变。v肌红蛋白与血红蛋白v核糖核酸酶在变性后正常三维结构被破坏，生物活性丧失；用透析法除去变性剂后，其生物活性恢复。五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类（2 2）依据分子形状分类）依据分子形状分类球状蛋白质：球状蛋白质：球形或椭圆形，可溶，有
19、特异生物活性：血球形或椭圆形，可溶，有特异生物活性：血红蛋白、肌红蛋白。红蛋白、肌红蛋白。纤维状蛋白质纤维状蛋白质：纤维状，生物体组织的结构材料（角蛋白），大纤维状，生物体组织的结构材料（角蛋白），大多数不溶。多数不溶。（1）依据组成分类v单纯蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白v结合蛋白质：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白 第五节第五节 蛋白质的性质蛋白质的性质两性解离变性胶体性质沉淀颜色反应紫外吸收目的：利用蛋白质的性质，进行分离纯化及药物生产。两性解离：蛋白质在一定条件下可酸性、碱性电离；可电离基团：-氨基、-羧基、侧链上的咪唑基、胍基等 蛋白质的电离情况与溶液PH值有关：一、蛋
20、白质的两性解离一、蛋白质的两性解离PNH2COO-COO-NH+3OH-H+H+OH-PPCOOHNH+3 负离子 两性离子 正离子 （pHpI）（pH=pI）（pHpI时，氨基酸以_离子形式存在。v概念：蛋白质分子由于受物理和化学因素的影响，空间结构发生改变或被破坏，致使理化性质有所改变和生物学功能丧失。变性因素1、物理因素：加热、紫外线、高压等。2、化学因素：强酸（碱）、重金属盐、乙醇。二、蛋白质的变性二、蛋白质的变性变性的特点：次级键被破坏，使空间结构发生变化，但保留一级结构。溶解度降低，粘度增加，易被蛋白酶水解二、蛋白质的变性二、蛋白质的变性举例：v 豆腐制做：大豆浓溶液加热加盐变性凝
21、固豆腐制做：大豆浓溶液加热加盐变性凝固；v 化验血清中非蛋白质成分；化验血清中非蛋白质成分；v 检验尿中的蛋白质；检验尿中的蛋白质；v 高温消毒。高温消毒。随年龄增大皮肤变粗糙、干燥；随年龄增大皮肤变粗糙、干燥；白内障白内障；植物种子放久后失去发芽能力植物种子放久后失去发芽能力。蛋白质胶体溶液的稳定性：1）水化层：蛋白质表面带有很多亲水基，对水有较强的吸引力，形成一层水膜，从而相互隔开，不易聚集沉淀。2）电荷层：蛋白质在偏离等电点时带同种电荷，同性电荷相斥，也不易聚集沉淀。+三、蛋白质的高分子性质三、蛋白质的高分子性质蛋白质分子颗粒在1100nm之间，溶于水后形成胶体溶液。四、四、蛋白质的沉淀
22、蛋白质的沉淀v蛋白质分子聚集而从溶液析出。蛋白质分子聚集而从溶液析出。v主要原因：主要原因：水化膜和电荷层水化膜和电荷层遭到破坏遭到破坏。1.盐析：（NH4）2SO4（破坏水膜、电荷）2.有机溶剂：酒精、甲醇（破坏水膜）3.加重金属盐：蛋白质带负电时，可与重金属离子Pb2+、Hg2+、Cu2+等形成不溶性蛋白盐而变性沉淀。重金属盐中毒，服用牛乳或鸡蛋清。红汞溶液消毒灭菌 4.加生物碱试剂：单宁酸、三氯乙酸沉淀方法沉淀方法单宁酸：尿蛋白的检查试剂柿石症：三氯乙酸：检查中草药中有无杂蛋白。蛋白质带正电荷时，与这些酸的带负电荷基团结合而发生不可逆沉淀反应。讨论1：为什么医院里用高温蒸煮、照射紫外线、
23、喷洒苯酚溶液、在伤口处涂抹酒精溶液等方法来消毒杀菌？讨论2：为什么生物实验室用甲醛溶液（福尔马林）保存动物标本？讨论3：为什么在农业上用波尔多液（由硫酸铜、生石灰和水制成）来消灭病虫害？五、蛋白质的颜色反应五、蛋白质的颜色反应 茚三酮反应茚三酮反应 蓝紫色蓝紫色 双缩脲反应双缩脲反应 NaOH、CuSO4 紫红色紫红色（二个以上肽键）二个以上肽键）酚试剂反应酚试剂反应 蓝色蓝色 色氨酸和酪氨酸在280nm波长处有紫外吸收峰。远紫外220-360760 红外 紫外可见光吸收值与蛋白质浓度成正比。第六节第六节 蛋白质的分离与纯化蛋白质的分离与纯化 一、蛋白质的提取一、蛋白质的提取 将细胞破碎（超声
24、波、搅拌器、高压挤压等），用适将细胞破碎（超声波、搅拌器、高压挤压等），用适当溶剂提取提取。当溶剂提取提取。（一）以溶解度为依据的方法 1、盐析法 2、低温有机溶剂沉淀法 3、等电点法（二）以分子大小和形状为依据的方法 1、透析法 2超滤法 3凝胶过滤法 凝胶过滤法 分子量大的蛋白质通过凝胶颗粒之间大孔隙排出，流程短，速度快，先流出来；小分子进入颗粒内部再扩散出来，流程长，速度慢，最后流出。（三）以电离性质为依据的方法（三）以电离性质为依据的方法 1 1电泳法电泳法 2 2离子交换层析：离子交换层析：带电荷的离子交换剂吸附与带电荷的离子交换剂吸附与它带相同电荷的蛋白质离子。它带相同电荷的蛋白质
25、离子。（四）亲和层析法（四）亲和层析法 蛋白质可与某些相对应的化合物特异结合，蛋白质可与某些相对应的化合物特异结合，这些物质称为配基。如抗原与抗体、酶与底物。这些物质称为配基。如抗原与抗体、酶与底物。将配基连到不溶性载体上，装入层析柱，将将配基连到不溶性载体上，装入层析柱，将混合液倒入，能与配基特异结合的蛋白质被吸混合液倒入，能与配基特异结合的蛋白质被吸附，其他组分直接流出。附，其他组分直接流出。第第3章章 核酸的化学核酸的化学 核酸的化学组成核酸的化学组成核酸的分子结构核酸的分子结构 核酸的理化性质核酸的理化性质 核酸的提取、分离核酸的提取、分离 一、核酸简介一、核酸简介19091909年年
26、Levene.P.ALevene.P.A发现酵母核酸含有核糖，以后又发现脱氧核糖，正确指出了核苷、发现酵母核酸含有核糖，以后又发现脱氧核糖，正确指出了核苷、核苷酸的核苷酸的分子结构分子结构。核酸核酸-生物体内的生物大分子，是生物遗传的物质基础生物体内的生物大分子，是生物遗传的物质基础。核酸的发现简史核酸的发现简史-1861868 8年年米歇尔从脓细胞核中分离出米歇尔从脓细胞核中分离出核素（核蛋白核素（核蛋白）；）；18188 89 9年年 AltmanAltman制备制备了了不含蛋白的核素，定名为不含蛋白的核素，定名为核核酸酸；KesselKessel等等研究了核酸的研究了核酸的化学组成化学组
27、成，分离出，分离出四种四种碱基；碱基；19441944年，科学家通过年，科学家通过DNADNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌，证明了可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌，证明了核酸核酸是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者。核酸的应用（核酸的应用（1 1）核酸类衍生物可抑制病原核酸与蛋白质的合成，从而抑制核酸类衍生物可抑制病原核酸与蛋白质的合成，从而抑制了癌细胞与病毒的进一步增殖。了癌细胞与病毒的进一步增殖。如对病毒引起的天花、狂犬病和乙型脑炎等如对病毒引起的天花、狂犬病和乙型脑炎等 1 1、核酸类衍生物可作为抗病毒、抗癌药物。、核酸类衍生物可作为抗病毒、抗癌药物。日本开发出了治疗白血病的
28、人造核酸。它就像一把剪刀，可发现引起白血病的日本开发出了治疗白血病的人造核酸。它就像一把剪刀，可发现引起白血病的遗传基因并将其剪除，将来有望成为治疗白血病的主要药物。遗传基因并将其剪除，将来有望成为治疗白血病的主要药物。核酸的应用（核酸的应用（2 2）通过遗传工程，可用人工方法改组通过遗传工程，可用人工方法改组DNADNA，可以，可以定向改变遗传特性，还可以跨越种属界限，从定向改变遗传特性，还可以跨越种属界限，从而有可能创造出新型的生物品种。而有可能创造出新型的生物品种。如利用大肠杆菌生产胰岛素、干扰素等如利用大肠杆菌生产胰岛素、干扰素等2 2、遗传工程、遗传工程人类基因组计划人类基因组计划一
29、、一、核酸的种类与分布核酸的种类与分布种类种类分布功能脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNADNA）细胞核储存遗传信息储存遗传信息核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）细胞质传递遗传信息，传递遗传信息，参与蛋白质合成参与蛋白质合成 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸 碱基碱基嘌呤碱嘌呤碱 或或 嘧啶碱嘧啶碱 戊糖戊糖 核糖核糖 或或 脱氧核糖脱氧核糖二、核酸的化学组成二、核酸的化学组成水水解解核酸的基本结构单位是核苷酸核酸的基本结构单位是核苷酸戊戊 糖糖（构成（构成RNA）核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)12453OOHOHHHHCH2OHHO
30、HOHOHHHHCH2OHHOH12345例、例、RNA RNA 和和DNA DNA 彻底水解后的产物是彻底水解后的产物是 A A 核糖相同核糖相同,部分碱基不同部分碱基不同 B B 碱基相同碱基相同,核糖不同核糖不同 C C 碱基不同碱基不同,核糖不同核糖不同 D D 碱基不同碱基不同,核糖相同核糖相同 DNA和RNA的化学组成RNA DNA碱基A G C UA G C T戊糖核糖脱氧核糖磷酸磷酸磷酸核苷酸的结构碱基戊糖磷酸核苷酸核苷糖苷键磷酸酯键核苷酸核苷酸三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物 1 1、多磷酸多磷酸核苷酸：核苷酸：腺嘌呤腺嘌呤核苷酸（一磷酸核苷）核苷酸（一磷酸核苷）AMP二
31、磷酸核苷酸二磷酸核苷酸ADP三磷酸核苷酸三磷酸核苷酸ATP+磷酸磷酸+磷酸磷酸高能磷酸键高能磷酸键ATPATP的性质的性质末端末端含有两个高能磷酸键。含有两个高能磷酸键。具有很高的水解自由能，习具有很高的水解自由能，习惯上称为高能键，通常用惯上称为高能键，通常用“”表示。水解时表示。水解时,可以可以释放出大量自由能。释放出大量自由能。ATPATP分解为分解为ADPADP或或AMPAMP时释放出大量的能量，这是时释放出大量的能量，这是生物体主要的供能方式。生物体主要的供能方式。核苷三磷酸的生理作用：核苷三磷酸的生理作用：ATPATP：能量储存和利用的中心；：能量储存和利用的中心；UTPUTP：参
32、与糖原的合成：参与糖原的合成 CTPCTP：参与脂肪和磷脂的合成：参与脂肪和磷脂的合成 GTPGTP：参与蛋白质合成：参与蛋白质合成 其他的：其他的：核苷二磷酸：核苷二磷酸：GDPGDP、CDPCDP、UDPUDP核苷三磷酸：核苷三磷酸：GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP，是合成，是合成的原料；的原料；脱氧核苷二磷酸：脱氧核苷二磷酸：dADPdADP、dGDPdGDP、dTDPdTDP、dCDPdCDP脱氧核苷三磷酸：脱氧核苷三磷酸：dATPdATP、dCTPdCTP、dGTPdGTP、dTTPdTTP，是合成是合成D D的原料。的原料。2、辅酶类核苷酸、辅酶类核苷酸 辅酶辅酶（NADN
33、AD）辅酶辅酶（NADPNADP）黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMNFMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）都属于核苷酸类衍生物，在生物氧化过程中参与都属于核苷酸类衍生物，在生物氧化过程中参与氢和某些化学基团的传递，在糖、脂肪和蛋白质代氢和某些化学基团的传递，在糖、脂肪和蛋白质代谢中起着重要的作用。谢中起着重要的作用。二级结构三级结构一级结构第二节第二节 核酸的分子结构核酸的分子结构一、一、DNADNA的分子结构的分子结构核苷酸的排列顺序 双螺旋结构 超螺旋 碱基堆积力氢键 3-5磷酸二酯键 v连接方式连接方式:3-5 3-5磷酸二酯键磷酸二酯键1 1、DNADNA的一级
34、结构的一级结构脱氧核苷酸的3-3-羟基羟基5-5-磷酸脱水缩合磷酸脱水缩合 交替的戊糖和磷酸基团形成核苷酸链的主链；交替的戊糖和磷酸基团形成核苷酸链的主链；碱基可看成是侧链；碱基可看成是侧链；不同核苷酸链的区别就在于碱基组成的不同。不同核苷酸链的区别就在于碱基组成的不同。书写方法书写方法PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA53pApCpTpGpCpTpApApC-OH 35 ACTGCTAAC352 2、DNADNA的二级结构的二级结构：双螺旋双螺旋两条链，反平行，右手螺旋。两条链，反平行，右手螺旋。碱基在双螺旋的内侧，磷酸与脱碱基在双螺旋的内侧，磷酸与脱氧核糖在外侧。氧核糖在外侧。双螺旋
35、的直径双螺旋的直径2nm2nm。碱基之间轴向距离碱基之间轴向距离0.34nm0.34nm，每圈螺旋含每圈螺旋含1010个核苷酸。个核苷酸。碱基互补原则：碱基互补原则：双链同一水平的一对碱基依靠氢双链同一水平的一对碱基依靠氢链结合在一起。链结合在一起。A和和T间二个氢键，间二个氢键，G和和C间三个氢键。间三个氢键。稳定双螺旋结构的因素稳定双螺旋结构的因素碱基堆积力。碱基堆积力。碱基配对的氢键。碱基配对的氢键。离子键：磷酸基上负电荷与介质中的阳离子离子键：磷酸基上负电荷与介质中的阳离子形成的，中和了磷酸基上负电荷间的斥力，有形成的，中和了磷酸基上负电荷间的斥力，有助于助于DNADNA稳定。稳定。3
36、 3、DNADNA的三级结构的三级结构DNADNA双螺旋链的扭曲或再次螺旋双螺旋链的扭曲或再次螺旋-超螺旋。超螺旋。原核生物：环状原核生物：环状DNADNA可形成可形成超螺旋。超螺旋。真核生物真核生物DNADNA与蛋白质结合成核小体而使两端固定，与蛋白质结合成核小体而使两端固定，也可形成也可形成超螺旋。超螺旋。二、二、RNARNA的分子结构的分子结构 v天然天然RNARNA是单链线形分子。是单链线形分子。l戊糖为戊糖为D-D-核糖核糖。l基本碱基：腺嘌呤基本碱基：腺嘌呤A A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G G、胞嘧啶、胞嘧啶C C、尿嘧啶、尿嘧啶U U。l稀有碱基。稀有碱基。l基本单位基本单位核苷酸核苷酸
37、。（二）RNA的一级结构核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序3 3 -5 -5 磷酸二酯键磷酸二酯键（三）RNA的二级结构 RNARNA分子是一条分子是一条单链单链。通过自身回折使可以配对的碱基相遇，形成氢键。通过自身回折使可以配对的碱基相遇，形成氢键。由由双螺旋区双螺旋区和和环状突起环状突起构成。构成。tRNA的二级结构的二级结构（四）tRNA的三级结构 tRNA的二级结构在空间伸展，形成倒“L”型的三维空间立体结构。第三节第三节 核酸的理化性质核酸的理化性质（一）核酸的分子量（一）核酸的分子量 DNADNA的分子量一般为的分子量一般为10106 610101010。RNARNA的分子大小不同，
38、在数百至数百万之间。的分子大小不同，在数百至数百万之间。DNA溶液的粘度极高，变性后粘度降低。溶液的粘度极高，变性后粘度降低。（四）核酸的酸碱性质 为两性电解质，有等电点。通常表现为酸性。磷酸根负离子可与金属离子成盐，增加溶解度。在PH411之间碱基对最稳定。核酸的碱基具有共扼双键，在核酸的碱基具有共扼双键，在260nm260nm处处有紫外吸收峰有紫外吸收峰。l核酸是极性化合物，微溶于水，核酸是极性化合物，微溶于水，不溶于有机溶剂不溶于有机溶剂。lRNA溶于稀氯化钠溶液，溶于稀氯化钠溶液，DNA溶于浓的氯化钠溶液。溶于浓的氯化钠溶液。（六）核酸的变性（六）核酸的变性v核酸三维结构受到破坏；核酸
39、三维结构受到破坏；v变性的本质是双链间氢键的断裂，一级变性的本质是双链间氢键的断裂，一级结构不变。结构不变。v变性的因素：加热、过高或过低的变性的因素：加热、过高或过低的PHPH、有机溶剂等有机溶剂等 。在适当条件下，变性核酸的互补链重新缔合在适当条件下，变性核酸的互补链重新缔合成双螺旋的过程。成双螺旋的过程。复性时，各片段只要有相同的碱基彼此复性时，各片段只要有相同的碱基彼此互补，就可重新形成双螺旋。互补，就可重新形成双螺旋。（DNA-DNADNA-DNA，RNA-RNA RNA-RNA，DNA-RNA DNA-RNA）DNADNA的变性与复性的变性与复性核酸的杂交示列核酸的杂交示列核酸分子
40、杂交的应用核酸分子杂交的应用1.研究研究DNA分子中某一分子中某一种基因的位置种基因的位置2.定两种核酸分子间的定两种核酸分子间的序列相似性序列相似性第四节第四节 核酸的提取、分离和定量测定核酸的提取、分离和定量测定 核酸提取的一般原则：l核蛋白的提取（核蛋白的提取（DNPDNP溶于浓溶于浓NaCINaCI，RNPRNP溶于稀溶于稀NaCINaCI）l蛋白质的去除：变性法、酶解法蛋白质的去除：变性法、酶解法l分离纯化（分离出不同形状、不同分子量的核酸）分离纯化（分离出不同形状、不同分子量的核酸）设计实验方案：核酸的分离、纯化核酸的含量测定核酸的含量测定 定磷法：无机磷，在钼酸及还原剂作用下生成
41、钼蓝。无机磷，在钼酸及还原剂作用下生成钼蓝。钼蓝在钼蓝在660nm660nm处有最大吸收。处有最大吸收。l定糖法定糖法 1 1、核糖、核糖 糠醛糠醛 ，与地衣酚，与地衣酚 深绿色深绿色化合物化合物 ，670nm670nm2 2、脱氧核糖、脱氧核糖 w-OH-w-OH-酮戊醛，与二苯胺酮戊醛，与二苯胺蓝色蓝色化合物化合物,595nm,595nm紫外吸收法紫外吸收法核酸对核酸对260 nm260 nm左右的紫外光有最大吸收。左右的紫外光有最大吸收。两种最重要的生物大分子比较两种最重要的生物大分子比较蛋白质蛋白质 核酸核酸组成单位组成单位 氨基酸氨基酸 核苷酸核苷酸组成单位组成单位 2020种种 A
42、 A、C C、G G、T(DNA)T(DNA)的种类的种类 A A、C C、G G、U(RNA)U(RNA)连接方式连接方式 肽键肽键 磷酸二酯键磷酸二酯键一级结构一级结构 AAAA排列顺序排列顺序 碱基序列碱基序列空间结构空间结构 二、三、四级结构二、三、四级结构 双螺旋、超螺旋双螺旋、超螺旋 功能功能 生命活动生命活动 遗传信息贮存、传递、遗传信息贮存、传递、直接执行者直接执行者 表达表达,决定蛋白结构决定蛋白结构第四章第四章 酶（酶（enzymeenzyme）一、酶的概念（一、酶的概念（The concept of enzyme）：）：酶是活细胞产生的，对其特异底物具有高效酶是活细胞产生
43、的，对其特异底物具有高效 催化功能的一类生物分子，所以又称为生物催催化功能的一类生物分子，所以又称为生物催 化（化（Biocatalysts）。包括蛋白质类酶和核酶。包括蛋白质类酶和核酶。蛋白质类酶（蛋白质类酶（enzyme）：是活细胞产生的、对）：是活细胞产生的、对其特异底物起高效率催化作用的蛋白质其特异底物起高效率催化作用的蛋白质 核酶（核酶（ribozyme）：是具有高效、特异催）：是具有高效、特异催 化作用的核酸（化作用的核酸（RNA）。）。第一节第一节 概论概论n公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。n一百余年前，一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母
44、细胞生命活动的认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。结果。n1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。n1897年，年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。了发酵。n1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。n1982年，年，Cech首次发现首次发现RNA也具有酶的催化活性，提也具有酶的催化活性，提出出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。n1995年，年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有研究室首先报道了具有DNA连连接酶活性接酶活性DNA片段，称为片段，称为脱
45、氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。二、二、酶的催化特性酶的催化特性1、作为生物催化剂的特性、作为生物催化剂的特性（1）用量少而催化效率高；）用量少而催化效率高；（2）不改变化学反应的平衡点；）不改变化学反应的平衡点；（3）降低反应的活化能；）降低反应的活化能；2、高效性、高效性酶催化反应的速率闭菲催化反应高酶催化反应的速率闭菲催化反应高108-1020倍比其倍比其它催化反应高它催化反应高107-1013倍。倍。3、专一性、专一性酶只对某一反应或某一类反应具有催化作用。酶只对某一反应或某一类反应具有催化作用。4、酶活性的可调控性、酶活性的可调控性5、不稳定性、不稳定性三、酶的命名和分
46、类 1961年国际酶学委员会（enzyme commission）提出的酶的命名和分类方法。（一）命名 1系统名称（systematic name）（1）标明底物，催化反应的性质 G-6-PF-6-P G-6-P异构酶 例:（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。如其中一个底物为水时，水可略去。例1：丙氨酸+-酮戊二酸 谷氨酸+丙酮酸 丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶 例2：脂肪+H2O 脂酸+甘油 脂肪水解酶 2习惯名称（recommended name）（1）底物（2）反应性质（3）底物，反应性质（4）来源或其它特点（二）酶的分类：（二）酶的分类：1、氧化还原酶、氧化还原酶2
47、、转移酶类、转移酶类3、水解酶类、水解酶类4、裂合酶类、裂合酶类5、异构酶类、异构酶类6、连接酶类、连接酶类第二节第二节 酶的结构特定与催化机制酶的结构特定与催化机制一、酶的化学本质一、酶的化学本质大多数酶都是蛋白质，有少数的是核酸。大多数酶都是蛋白质，有少数的是核酸。绝大多数绝大多数酶是蛋白质，按其组成分为：酶是蛋白质，按其组成分为：结合酶结合酶(conjugated enzyme):(conjugated enzyme):结合酶蛋白质部分结合酶蛋白质部分+非蛋白质部分非蛋白质部分 （酶蛋白（酶蛋白 （辅助因子（辅助因子 apoenzyme apoenzyme）cofactor)cofact
48、or)二、酶的分子组成：二、酶的分子组成：人体内大部分的酶类都是结合蛋白酶。人体内大部分的酶类都是结合蛋白酶。单纯酶（单纯酶（simple enzyme):simple enzyme):完全由氨基酸组成。完全由氨基酸组成。全酶全酶=Metal ion Metal ion（金属离子（金属离子)Small molecular organics 小分子有机物小分子有机物辅酶辅酶辅基辅基酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶全酶。辅酶辅酶(Coenzyme):与酶的结合比较松散，可用透析或超滤的方法可与酶的结合比较松散，可用透析或超滤
49、的方法可 以除去。以除去。辅基辅基(Prosthetic group):与酶的共价结合比较紧密，不能用透析或超与酶的共价结合比较紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。滤的方法除去。酶蛋白的作用：决定酶的特异性，即底物的选择性，但酶蛋白的作用：决定酶的特异性，即底物的选择性，但 单纯的酶蛋白无催化功能。单纯的酶蛋白无催化功能。辅助因子：是金属离子及小分子有机化合物。辅助因子：是金属离子及小分子有机化合物。辅助因子的作用：决定酶所催化的反应类型与性质，在辅助因子的作用：决定酶所催化的反应类型与性质，在 反应过程中，直接参与电子、原子或某些化学基团的传递反应过程中，直接参与电子、原子或某些化学基团的传
50、递或连接作用。或连接作用。全酶全酶（chole enzyme）：酶蛋白和辅助因子结合）：酶蛋白和辅助因子结合形成的复合物，只有全酶才具有催化作用。形成的复合物，只有全酶才具有催化作用。酶分子中的金属离子：酶分子中的金属离子：常见的金属离子有常见的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：1、金属酶、金属酶(Metalloenzyme)：金属离子与酶结合紧密，提取过程：金属离子与酶结合紧密，提取过程 中不易丢失。中不易丢失。2、金属激酶（、金属激酶（Metal-activated e
