1、一、生物化学的学习方法 生物化学有与数学，物理和化学不同，它还没有进入定量科学的阶段，还处在定性科学阶段，不可能象物理数学那样通过公式，定理推出一个准确的结论。所以生物化学的学习还是以概念为主，当然也有规律和规则，学习时，应该以记忆为主，在记忆的基础上可以在一定限度内进行推理。生物学的另一个特点是没有绝对，到目前为止，所有的结论都在被一些例外打破，这也许也是生物多样性的一个方面。但也有一些一般规则。所以学习时既要记住一般规则，也要注意个别例外。象其他学科一样，学习时，应该前后左右联系，前后就是在学了后面的内容后要返回到前面进行比较，分析，才能将整个内容贯穿一体。左右联系就是要把生物化学与其他学
2、科，如动物学，植物学，细胞学，遗传学，微生物学，以及化学，物理学等进行联系，使生物化学与整个生物学融为一体。是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学一、蛋白质的生物学意义1.生物体的组成成分2.酶3.运输4.运动5.抗体6.干扰素7.遗传信息的控制8.细胞膜的通透性9.高等动物的记忆、识别机构二、蛋白质的元素组成二、蛋白质的元素组成C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、S（04%）、N的含量平均为16%凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础三、蛋白质的氨基酸组成三
3、、蛋白质的氨基酸组成氨基酸氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。（一）氨基酸的结构通式：19种氨基酸具有一级氨基（-NH3+、-NH2）和羧基（-COOH）结合到碳原子（C），同时结合到（C）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro具有二级氨基（-亚氨基酸、-NH2+、-NH）不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称C（除Gly），则：1.具有两种立体异构体 D-型和L-型2.具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）3.构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸种氨基酸4.非蛋
4、白质氨基酸非蛋白质氨基酸 包含包含D-型氨基酸，型氨基酸，氨基酸等。有氨基酸等。有的作为其它大分子合成的结构单元，如细的作为其它大分子合成的结构单元，如细菌细胞壁成分中的菌细胞壁成分中的D-谷氨酸和谷氨酸和D-丙氨酸，抗丙氨酸，抗生素中的短杆菌素中的生素中的短杆菌素中的D-苯丙氨酸，有的苯丙氨酸，有的作为代谢中间产物，如鸟氨酸，瓜氨酸。作为代谢中间产物，如鸟氨酸，瓜氨酸。大多数的功能还不清楚。大多数的功能还不清楚。（二）氨基酸的分类1.根据根据R的化学结构的化学结构（1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、
5、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）杂环氨基酸：Trp、His（4）杂环亚氨基酸：Pro2.根据根据R的极性的极性（1）极性氨基酸：1）不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp（三）氨基酸的重要理化性质1.一般物理性质 无色晶体，熔点极高（200以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。2.两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基
6、酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子，为两性电解质。调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。H3NCHCOOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在碱性溶液中的氨基酸（pHpI）（当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的-氨基，-羧基是可以离子化的。氨基酸等电点的确定：2）酸碱滴定（滴定曲线）1）根据pK值（该基团在此pH一半解离）计算：等电点等于两性离子两
7、侧pK值的算术平均数。pI=pK1+pK22or（pI=）pK2+pK32（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法HCHOHCHORCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+OH-中和滴定RCHCOO-NHCH2OHRCHCOO-N(CH2OH)23.化学性质（1）与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。酪氨酸的酪氨酸的 max275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的苯丙氨酸的 max257nm，257=2.0 x102;色氨酸的色氨酸的 max280nm，280=5.6x103;四、肽四、肽 一个氨基酸的-羧基和另
8、一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。当两个氨基酸通过肽键相互连接形成二肽，在一端仍然有游离的氨基和另一端有游离的羧基，每一端连接更多的氨基酸。氨基酸能以肽键相互连接形成长的、不带支链的寡肽（25个氨基酸残基以下）和多肽（多于25个氨基酸残基）。多肽仍然有游离的-氨基和-羧基。肽链写法肽链写法：游离-氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸之间用“-”表示肽键。H2N-丝氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe（S-L-F）（一）谷胱甘肽（一）谷胱甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2COCOOH-GluNHCH2COOHGly2GSHGSSG
9、（二）催产素和升压素（二）催产素和升压素 均为9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。NHCHCOCH2SHCys五、五、蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）（conformation）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构（primary），二级结构（secondary），三级结构（tertiary）和四级结构（quaternary）（不总是有）。（一）蛋白质的一级结构（化学结
10、构）（一）蛋白质的一级结构（化学结构）一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键（covalent bonds）主要指肽键（peptide bond）和二硫键（disulfide bond）HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链157101519 20212530HGly-Ile-
11、Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSS牛胰岛素的化学结构SS一级结构确定的原则：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出蛋白质的一级结构。（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structu
12、re），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。CCNCOHC NO-H+CC氨基的H与羰基的O几乎总是呈反式（trans）而不是顺式（cis）。蛋白质构象稳定的原因：蛋白质构象稳定的原因：1）酰胺平面；2）R的影响。肽键肽键 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。1.蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式（1）-螺旋（螺旋（-helix）Pau
13、ling和Corey于1965年提出。结构要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。C(NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)3)R侧链基团伸向螺旋的外侧。RRRRRRRRR螺旋的横截面4）Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。左手和右手螺旋左手和右手螺旋（2）-折叠结构（折叠结构（-pleated sheet）是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列
14、，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。CCCCCCRRRRRRNNCNNCCC平行反平行-折叠片中，相邻多肽链平行平行或反平行反平行（较稳定）。（3）-转角（转角（-turn）为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。第三个一般均为甘氨酸残基,第一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。（4）自由回转）自由回转没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。2.超二级结构和结构
15、域超二级结构和结构域超二级结构超二级结构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。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。结构域结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。超二级结构超二级结构在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，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。几种类型的超二级结构：；超二级结构在结构超二级结构在结构层次上高于二级结构，但层次上高于二级
16、结构，但没有聚集成具有功能的结没有聚集成具有功能的结构域构域 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。如，血红蛋白的四级结构得测定由佩鲁茨1958年完成，其结构要点为：球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基两条链，两条链，22 链：141个残基；链：146个残基分子量65 000含四个血红素辅基亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部共价键次级键化学键化学键 肽键一级结构氢键二硫键二、三、
17、四级结构疏水键盐键范德华力三、四级结构（三）蛋白质分子中的共价键与次级键（三）蛋白质分子中的共价键与次级键 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二硫键一级结构二级结构超二级结构结构域三级结构亚基四级结构六、蛋白质分子结构与功能的关系六、蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。（一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系
18、1.种属差异种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。2.分子病分子病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。镰刀状红细胞贫血（镰刀状红细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys Val 取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧HbS疏水位点血红蛋白分子凝集4
19、.11.4镰刀形细胞贫血病是一种分子病镰刀形细胞贫血病是一种分子病 在正常细胞之中存在着许多异常的镰刀形的细胞，这种非在正常细胞之中存在着许多异常的镰刀形的细胞，这种非正常血液病称之镰刀形细胞贫血病。镰刀形细胞不能象正常细正常血液病称之镰刀形细胞贫血病。镰刀形细胞不能象正常细胞那样通过毛细血管。因此血液循环被破坏，还可能发生严重胞那样通过毛细血管。因此血液循环被破坏，还可能发生严重的组织损伤。镰刀形细胞易破裂，导致红细胞的减少。的组织损伤。镰刀形细胞易破裂，导致红细胞的减少。（二）蛋白质构象与功能的关系（二）蛋白质构象与功能的关系 别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余
20、亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。血红蛋白血红蛋白肌肌红红蛋蛋白白组织组织肺肺七、蛋白质的性质七、蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量（一）蛋白质的相对分子量蛋白质相对分子量在10 0001 000 000之间。测定分子量的主要方法有渗透压法、超离心法超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。最准确可靠的方法是超离心法超离心法（Svedberg于1940年设计）蛋白质颗粒在2550104 g离心力作用下从溶液中沉降下来。沉降系数（s）：单位（cm）离心场里的沉降速度。沉降系数的单
21、位常用S，1S=110-13（s）（二）蛋白质的两性电离及等电点（二）蛋白质的两性电离及等电点蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点pH时为两性离子。电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。1.自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。2.区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分形成带状区域。（1）纸上电泳：用滤纸作支持物。（2）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。1）圆盘电泳：玻璃管中进行的凝胶电泳。+2）平板电泳：铺有凝胶的玻板上进行的电泳。-+等电聚焦电泳
22、：当蛋白质在其等电点时，净电荷为零，在电场中不再移动。+5.06.07.0稳定pH梯度5.06.07.0稳定pH梯度通电+（三）蛋白质的胶体性质（三）蛋白质的胶体性质布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相同电荷。+（四）蛋白质的沉淀反应（四）蛋白质的沉淀反应1.加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。2.加有机溶剂3.加重金属盐4.加生物碱试剂单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸
23、、三氯乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。（五）蛋白质的变性（五）蛋白质的变性天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性变性。变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化。变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固凝固。有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经适当处理后，可重新变为天然蛋白质。反应名称反应名称试试 剂剂颜色颜色反应有关基团反应有关基团有此反应的有此反应的蛋白质或氨蛋白质或氨基酸基酸双缩
24、脲反应NaOH、CuSO2紫 色 或 粉红色二个以上肽键所有蛋白质米伦反应H g N O3、H g(N O3)2及HNO3混合物红色 Tyr黄色反应浓HNO3及NH3黄 色、橘色 Tyr、Phe乙醛酸反应(Hopking-Cole反应)乙醛酸试剂及浓H2SO4紫色 Trp坂口反应(Sakaguchi反应)-萘酚、NaClO红色胍基Arg酚试剂反应(Folin-Cioculteu反应)碱性CuSO4及磷钨酸-钼酸蓝色酚基、吲哚基Tyr茚三酮反应茚三酮蓝色自由氨基及羧基-氨基酸（六）蛋白质的颜色反应（六）蛋白质的颜色反应OHN一、核酸的概念和重要性一、核酸的概念和重要性1869年Miescher从
25、细胞核中分离出核素（nuclein）。1889年Altman制备了核酸（nucleic acid）。193040年，Kossel&Levene等确定核酸的的组分：核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）“四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。20世纪40年代末，Avery 的“肺炎双球菌转化”实验证明DNA是有机体的遗传物质：DNA无荚膜，不致病温育有荚膜，致病传代传代有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是DNA
26、。不同有机体遗传物质（信息分子信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。二、核酸的组成成分二、核酸的组成成分核酸 nucleic acid核苷酸 nucleotide核苷 nucleoside磷酸 phosphate嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base（碱基 base）核糖 ribose 或 脱氧核糖脱氧核糖 deoxyribose（戊糖 amyl sugar）（一）核糖和脱氧核糖（一）核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHO
27、H12OHOH2COHOH12-D-2-核糖-D-2-脱氧核糖O核糖+H+糠醛甲基间苯二酚FeCl3绿色产物绿色产物脱氧核糖+H+-羟基-酮戊醛二苯胺蓝色产物蓝色产物RNA和和DNA定性、定量测定定性、定量测定（二）嘌呤碱和嘧啶碱（二）嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤NH2腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤 guanine（G）NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶 Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶 uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶 thymine（T）（三）核苷（三）核苷OHO
28、H2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺 苷OHOH2COHOHOH12345核 糖OHOH2COHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（）（四）核苷酸（四）核苷酸OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺 苷腺苷-5-磷酸AMPADPATPPO-OOOP O-OOP O-OO各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。在体内能量代谢中的作用在体内能量代谢中的作用：ATP能量“货币”UTP参加糖的互相转化与合成CTP参加磷脂的合成GTP参加蛋白质和嘌呤的合成第二信使第二信使cAMP、
29、cGMP三、三、DNA的结构的结构（一）（一）DNA的一级结构的一级结构因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列碱基序列（base sequence)。通常碱基序列由DNA链的53方向写。DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。（二）（二）DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1953年，Watson 和Crick 提出。1.双螺旋结构的主要依据双螺旋结构的主要依据（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的X射线衍射图谱。（2）Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等
30、。后Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。（3）电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。2.双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（1）两条多核苷酸链反向平行。（2）碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键。（3）双螺旋每转一周有10个bp，螺距3.4nm，直径2nm。3.双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素（1）氢键氢键（太弱）；（2）碱基堆积力碱基堆积力（base stacking force，由芳香族碱基电子间的相互作用引起的，能形成疏水核心，是稳定DNA最重要的因素；（3）离子键离子键（减少双链间的静电斥力）。4.DNA双螺旋的构象
31、类型双螺旋的构象类型B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与Watson 和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构象相似，推测转录时发生BA。其碱基平面倾斜20，螺距与每一转碱基对数目都有变化。Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm，每一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基因的调控有关。C-DNA：4446%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱基对，碱基对倾斜6。可能是特定条件下B-DNA和A-DNA的转化中间物。D-DNA：60%相对湿度，DNA中A、T序列交
32、替的区域。每个螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾斜16。（三）（三）DNA的三级结构的三级结构线形分子、双链环状(dcDNA)超螺旋、染色体包装染色体包装染色体包装的结构模型多级螺旋模型多级螺旋模型压缩倍数 7 6 40 5 （8400）DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装 二级包装 三级包装 四级包装 真核生物染色体由真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，和蛋白质构成，其基本单位是其基本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2
33、BH3H4四、四、DNA与基因组织与基因组织DNATranscription RNA（mRNA、tRNA、rRNA）TranslationProtein基因基因基因基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。结构基因调节基因基因组基因组（一）（一）DNA与基因与基因（二）原核生物基因组的特点（二）原核生物基因组的特点1.DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。2.功能相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。3.有基因重叠现象。ABCDEFG（三）真核生物基因组的特点（三）真核生物基因组的特点1.重复序列单拷贝序列：在整个DNA中只出现一次或少数几次，主要为编码
34、蛋白质的结构基因。中度重复序列：在DNA中可重复几十次到几千次。高度重复序列：可重复几百万次高度重复序列一般富含A-T或G-C，富含A-T的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口；富含G-C的更靠近管底，称为卫星卫星DNA（satellite DNA）富含A-T富含G-C主体DNA2.断裂基因mRNA1 872bp内含子（内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。中出现。外显子（外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。）：为多肽编码的基因片段。：由于基因中内含子的存在。例外例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基
35、因(interferon gene)没有内含子。transcriptionABCDEG7 700bpF五、五、RNA的结构与功能的结构与功能RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。（一）（一）tRNAtRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。主要特征主要特征：1.四臂四环；2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有结构；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含有T和；7.含有修饰碱基和不变核苷酸
36、。NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 （二）（二）rRNA占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体。原原 核核 生生 物物 真真 核核 生生 物物核糖体rRNA核糖体rRNA70S（30S、50S）16S、5S、23S80S（40S、60S）18S、5S、5.8S、28S（三）（三）mRNA与与hnRNAmRNA约占细胞RNA总量的35%，是蛋白质合成的模板。真核生物mRNA的前体在核内合成，包括
37、整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。（四）（四）snRNA和和asRNAsnRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.11%，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在，在hnRNA和rRNA的加工、细胞分裂和分化、协助细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。asRNA可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译，还可抑制DNA的复制和转录。RNAi又称RNA干扰通过互补序列与特定的mRNA结合，激发降解机制。miRNA（五）（五）RNA的其它功能的其它功能1981年，Cech发现RNA的催化活性，提出核酶核酶（ribozyme）。大部分核酶
38、参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某写物质的运输与定位有关。六、核酸的性质六、核酸的性质（一）一般理化性质（一）一般理化性质1.为两性电解质，通常表现为酸性。2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。（二）核酸的紫外吸收性质（二）核酸的紫外吸收性质核酸核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质蛋
39、白质的紫外吸收峰在280nm）。核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应减色效应）。00.10.20.30.4220240260280300波长/nm光吸收天然DNA变性 DNA核苷酸总吸收值1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0O
40、D260的应用的应用目目 录录（三）核酸结构的稳定性（三）核酸结构的稳定性1.碱基对间的氢键；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。（四）核酸的的变性（四）核酸的的变性：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度熔解温度(melting temperature,Tm)。7075808590T/A/260nmTmTm影响Tm的因素：（1）G-C的相对含量 （G+C）%=（Tm 69.3）2.44（2）介质离子强度低，Tm低。（3）高pH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。（4
41、）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。（五）核酸的复性（退火）（五）核酸的复性（退火）变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。影响复性速度的因素：（1）单链片段浓度（2）单链片段的大小（3）片段内重复序列的多少（4）溶液离子强度的大小（5）溶液温度的高低 （T 25）（六）分子杂交（六）分子杂交：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。探针探针：用放射性同位素或荧光标记的DNA或RNA片段。原位杂交技术原位杂交技术：直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，未改变核酸所在的位置。点杂交点
42、杂交：将核酸直接点在膜上，再与核酸杂交。Southern印迹法印迹法：将电泳分离后的DNA片段从凝胶转移到硝酸纤维素膜上，再进行杂交。Northern印迹法印迹法：将电泳分离后的RNA吸印到纤维素膜上再进行分子杂交。糖类的概念和分类单糖的构型、结构、构象自然界存在的重要单糖及其衍生物寡糖多糖多糖代表物糖复合物三：糖类三：糖类第三章第三章 糖类的结构与功能糖类的结构与功能最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧核糖（C5H10O4)定义：定义：糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。糖类的生物学意义：糖类的生物学意义：1.是一
43、切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；2.是生物体合成其它化合物的基本原料；2.充当结构性物质；4.糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；5.糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。一、糖类的结构与功能一、糖类的结构与功能糖的分类：糖类化合物单糖寡糖多糖：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）：有210个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。同多糖同多糖杂多糖杂多糖糖缀合物糖缀合物单糖有D-及L-两种异构体。凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖皆为D-型糖。单糖具有
44、旋光性：D=100tDtcL二、单糖的构型、结构、构象二、单糖的构型、结构、构象葡萄糖的结构葡萄糖的结构多羟基醛的开环形式CHOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OH半缩醛吡喃糖OCH2OHOHOHOHOH15呋喃糖OCH2OHHO-CHOHOHOH14OCH2OHOHOHOH15OHOCH2OHHO-CHOHOH14OH葡萄糖的构象船式椅式OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOH单糖的重要衍生物衍生物：糖醇糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇、山梨醇糖醛酸糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸氨基糖氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。D-氨
45、基葡萄糖糖苷糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛。洋地黄苷、皂角苷三、自然界存在的重要单糖及其三、自然界存在的重要单糖及其 衍生物衍生物寡糖是少数单糖（210个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖纤维二糖四、寡糖四、寡糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。多糖的功能：1.贮藏和结构支持物质。2.抗原性（荚膜多糖）。3.抗凝血作用（肝素）。4.为细胞间粘合剂（透明质酸）。5.携带生物信息（糖链）。五、多糖五
46、、多糖（一）淀粉与糖原（一）淀粉与糖原天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。六、多糖代表物六、多糖代表物（二）纤维素与半纤维素（二）纤维素与半纤维素纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。（三）壳多糖（几丁质）（三）壳
47、多糖（几丁质）由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。比较坚硬，为甲壳动物等的机构材料。（四）葡聚糖（四）葡聚糖是D-葡萄糖以-(1,6)糖苷键缩合为主链骨架，以-(1,3)和-(1,4)糖苷键构成支链，整个分子形成网状。其凝胶可用作分子筛。（五）糖胺聚糖（五）糖胺聚糖含有氨基己糖或乙酰氨基糖，也称为粘多糖。肝素、透明质酸和硫酸软骨素。是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的 产物。（一）糖蛋白与蛋白多糖（一）糖蛋白与蛋白多糖两种不同类型苷键：N-糖苷键糖苷键（肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成）；O-糖苷键糖苷键（肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛
48、羟基形成）糖蛋白中寡糖链末端糖基末端糖基组成的不同决定人体的血型。O型：Fuc（岩藻糖）A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖）B型：Fuc和Gal（半乳糖）七、糖复合物七、糖复合物（二）糖脂与脂多糖（二）糖脂与脂多糖脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。1.甘油醇糖脂：甘油二酯与己糖（半乳糖、甘露糖和脱氧葡萄糖）结合而成。2.N-酰基神经醇糖脂：ROCH2CHCHCH=CHC13H27RNH OH（R为糖基或糖链基；R为脂肪酸链。）透明质酸透明质酸核心蛋白核心蛋白连接蛋白连接蛋白第四章第四章 脂类和生物膜脂类和生物膜一、脂类一、脂类不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂。脂类脂肪可变脂可变脂磷脂糖
49、脂固醇基本脂基本脂（一）脂肪（三酰甘油）（一）脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）甘油三酯甘油三酯CHCH2 2OCROCR1 1O OCHCH2 2CHCHOCROCR2 2O OOCROCR3 3O O脂肪酸的结构脂肪酸的结构 saturated fatty acid unsaturated fatty acid（二）甘油磷酸酯类（二）甘油磷酸酯类CH2OCOR1R2OCOCHCH2OH POO-OH X
50、非极性尾非极性尾极性头磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。磷脂磷脂 主要是磷酸甘油二脂。甘油主要是磷酸甘油二脂。甘油中第中第1 1，2 2位碳原子与脂肪酸位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含酯基（主要是含1616碳的软脂碳的软脂酸和酸和1818碳的油酸）相连，第碳的油酸）相连，第3 3位碳原子则与磷酸酯基相位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。基组成也不相同。磷脂酸磷脂酸（三）鞘脂类（三）鞘脂类由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。鞘脂类鞘磷脂类脑苷脂类（糖鞘脂）神经节苷脂类（四）固醇（甾醇）类（四）固醇（甾醇）类固醇类都是环
