生物化学总结串讲.ppt

总结串讲,生物化学：研究生物分子和生命的化学反应的科学，运用化学的原理在分子水平上解释生命现象的科学。,氨基酸与蛋白质,1.结构特点： 氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除Pro为-亚氨基酸、Gly不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-氨基酸。,一、氨基酸：,2.分类： 根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类： 非极性中性氨基酸(9种)； 极性中性氨基酸(6种)； 极性带电氨基酸，包括：酸性氨基酸(Glu和Asp)和碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。 具有特殊性质的氨基酸：Pro、Trp、Tyr、Phe、Cys、Met、His等,3.等电点（pI） 等电点的计算 氨基酸在等电点状态下，溶解度最小 不同pH时的电泳行为 pH pI时，带负电荷，向正极移动 pH = pI时，净电荷为零 pH pI时，带正电荷，向负极移动,4、氨基酸的化学性质 茚三酮反应：蓝紫色 -水合茚三酮试剂 Sanger反应：黄色 -DNFB (2，4-二硝基氟苯) 与丹磺酰氯反应：具有强烈荧光 -DNS-Cl（5-二甲基氨基萘-1-磺酰氯） Edman反应： PITC (苯异硫氰酸),肽 氨基酸和氨基酸之间通过羧基和氨基脱水缩合而成的化合物，其中的氨基酸单位称氨基酸残基。 每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N端)与自由羧基端(C端)，肽链的方向是N端C端。 肽键 氨基酸间脱水后形成的酰氨键 肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子几乎处在同一平面内称为酰氨平面或肽平面。,二、 肽,三、蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。 一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序（含二硫键），其维系键是肽键。蛋白质的一级结构决定其空间结构（理解牛胰RNase变性、复性实验）。 二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。,超二级结构：由两个以上二级结构聚集形成规则的二级结构的组合体，如和。 模体（motif）属于蛋白质的超二级结构，由2个或2个以上具有二级结构的的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，并发挥专一的功能。,3三级结构：多肽链通过盘旋、折叠，形成紧密的借各种次级键维持的球状构象。指多肽链所有原子的空间排布。其维系键主要是非共价键（次级键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。 结构域（domain）：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的、近似球形的三维实体。,4四级结构：寡聚蛋白中亚基种类、数目、空间排布及亚基间相互作用力。其维系键为非共价键。 亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。,四、蛋白质的理化性质,1两性解离与等电点： 2蛋白质的胶体性质： 3蛋白质的紫外吸收： 4蛋白质的变性： 变性本质：破坏非共价键和二硫键，即破坏空间结构，但不改变蛋白质的一级结构。,五、蛋白质的分离与纯化：,1盐析（与盐溶区分）与有机溶剂沉淀： 2电泳： 3透析与超滤： 4层析：离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析,六、蛋白质一级结构的测定,二硫键的处理 巯基化合物还原法和过甲酸氧化法 常用的水解酶等,N端氨基酸的测定等,胰蛋白酶 LysX (X Pro)，ArgX 胰凝乳蛋白酶 TyrX (X Pro) TrpX，PheX,溴化氰（CNBr） MetX 只断裂由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键 CNBr裂解产生的片段较大,酶与辅酶,酶是一类由活细胞产生的对其特异底物具有高效催化作用的生物大分子，包括蛋白质、核酸。 全酶的组成：酶蛋白和辅因子（辅酶、辅基） 酶分子上只有少数氨基酸残基与催化活性直接相关，这些与酶活性相关的区域称为酶的活性中心，又称活性部位。,理解底物浓度对反应速度的影响 米氏方程 Vm的意义 Km的意义,三种可逆抑制的特点: 竞争性抑制 反竞争性抑制 非竞争性抑制,辅酶,1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（Vit B1）焦磷酸化而生成，是脱羧酶的辅酶，在体内参与糖代谢过程中-酮酸的氧化脱羧反应。 2.FMN和FAD：即黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），是核黄素（VitB2）的衍生物。FMN或FAD通常作为脱氢酶的辅基，在酶促反应中作为递氢体（双递氢体）。,3.NAD+和NADP+：即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，辅酶），是Vit PP （VitB3）的衍生物。NAD+和NADP+主要作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用，为单递氢体。 4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：是Vit B6的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作为氨基转移酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的辅酶。,5.CoA：泛酸（遍多酸）在体内参与构成辅酶A（CoA）。CoA中的巯基可与羧基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用，是酰化酶的辅酶。 6.生物素：是羧化酶的辅基，在体内参与CO2的固定和羧化反应。,7. FH4：由叶酸衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶。 8. Vit B12衍生物：Vit B12分子中含金属元素钴，故又称为钴胺素。Vit B12在体内有多种活性形式，如5'-脱氧腺苷钴胺素、甲基钴胺素等。其中，5'-脱氧腺苷钴胺素参与构成变位酶的辅酶，甲基钴胺素则是甲基转移酶的辅酶。,核酸,一、核酸的化学组成与结构： 1含氮碱基： 2戊糖： 3核苷： 二、DNA的二级结构 A、B、Z型,三、核酸的紫外吸收特性 纯DNA，A260/A280 1.8（1.651.85） 若大于1.8，表示污染了RNA或DNA降解 纯RNA，A260/A280 2.0 若有杂蛋白或苯酚，则A260/A280明显降低,四、DNA的变性与复性 DNA变性的本质是双链间氢键的断裂，并不涉及共价键断裂。 Tm 增色效应 复性与分子杂交 五、限制性核酸内切酶：是识别DNA的特异序列, 并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶,糖代谢,糖酵解(glycolysis，又称EM或EMP途径）： 一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸，并释放出少量ATP的过程。 糖酵解的调节：主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。 部位：胞液 糖酵解与糖异生对照记忆 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶,糖的有氧酵解：TCA循环 TCA循环途径、关键酶、ATP的生成等 磷酸戊糖途径（HMS）生理意义,生物能学与生物氧化,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。 底物水平磷酸化：在底物氧化的基础上释放出的能量推动ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化反应。 氧化磷酸化：是NADH、FADH2上的电子通过一系列的电子传递体传递给O2生成水，并将释放的能量使ADP磷酸化形成ATP的过程。,氧化呼吸链 ：定位于线粒体内膜上的一组排列有序的具有电子传递功能的酶复合体，可将代谢物脱下的成对氢原子通过连锁的氧化还原反应最终传递给氧生成水。这一系列酶与辅酶构成的链状传递体系，也称电子传递链(electron transport chain)。,呼吸链的组成,* 泛醌（CoQ）和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中,电子传递顺序：,电子传递链中氧化-还原电势：从低向高传递。,胞液中的NADH的氧化 1. 甘油-3-磷酸穿梭作用（神经组织和骨骼肌）,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）,2.5ATP,氧化磷酸化机制 化学渗透学说 P/O比：每消耗1mol原子氧时ADP磷酸化摄取无机磷酸的摩尔数（即合成的ATP的摩尔数），P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。,实测得NADH呼吸链： P/O 2.5,实测得FADH2呼吸链： P/O 1.5,鱼藤酮 安密妥,×,抗霉素A,×,CO、CN-、N3-及H2S,×,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,阻止电子从NADH向CoQ传递,抑制电子从Cyt b向Cyt c1传递,阻断电子从Cyt aa3 向O2传递,粘噻唑,×,解偶联剂 解偶联剂的作用机制在于它们能够快速地 消耗跨膜的质子梯度，使得质子难以通过F1F0-ATP合酶上的质子通道来合成ATP，从而使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 解偶联剂只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递产生的自由能都变成为热能. 2,4-二硝基酚等 F1F0-ATP合酶抑制剂:寡霉素和DCCD,脂代谢,脂肪酸- 氧化,脂肪酸的- 氧化可以划分为活化-转移-氧化三个阶段 脂酸的活化 脂酰 CoA 的生成（胞液） 转移：肉碱,线粒体内脂肪酸的氧化,包括脱氢、加水、再脱氢、硫解四个过程。,脂酸氧化的能量生成,脂肪酸的合成,合成原料：乙酰CoA、ATP、HCO3、NADPH、Mn2+ 乙酰CoA的主要来源： 乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环 (citrate pyruvate cycle)出线粒体。,丙二酸单酰CoA的合成,乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。 乙酰CoA羧化酶包括生物素羧基载体（BCCP）、生物素羧化酶、羧基转移酶。,氨基酸代谢,脱氨基方式： 氧化脱氨基：指氨基酸在酶的作用下伴有氧化的脱氨基反应。 催化反应的酶有L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶。 转氨基作用：氨基酸在转氨酶(transaminase)的作用下，可逆的将其氨基转移给-酮酸，结果氨基酸转变成-酮酸，而原来的-酮酸接受氨基转变成另一种氨基酸，此反应称为转氨基作用。,联合脱氨基：两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。 类型： 转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用 转氨酶与腺苷酸脱氢酶的联合脱氨基作用,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成某些氨基酸的主要方式。,氨的去路： 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺（氨基氮的储存形式） 排出体外 排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出 排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出 排尿动物：以尿素形式排出,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。,氨的转运：主要以无毒的丙氨酸和谷氨酰胺两种形式在血液中运输。,20种氨基酸的碳骨架可以降解转变为7种不同的分子：丙酮酸、乙酰辅酶A、乙酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰辅酶A、延胡索酸和草酰乙酸。,生糖氨基酸：降解为丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、和草酰乙酸的氨基酸（13种氨基酸） 生酮氨基酸: 降解为乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的氨基酸，包括Leu & Lys 生酮兼生糖氨基酸:Trp, Thr, Tyr, Ile, Phe (tttip),尿黑酸氧化酶缺陷会导致先天性尿黑酸尿症,Phe的主要代谢途径是合成Tyr。 先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷会导致苯酮酸尿症。,几种生物活性物质： 儿茶酚胺类： 多巴胺是脑中的神经递质。 酪氨酸代谢另一途径是合成黑色素。酪氨酸酶缺失会导致白化病。 组胺是强烈的血管舒张剂 5-羟色胺 -氨基丁酸,一碳单位：某些氨基酸代谢过程中所产生的含有一个碳原子基团的总称.包括：甲基(-CH3),甲烯基(-CH2-),甲炔基(-CH=),甲酰基(-CHO),亚氨甲基(-CH=NH)等。 一碳单位的来源：Ser、Gly、His、Trp,氨基酸与一碳单位,必需氨基酸：体内需要自己又不能合成，必需由食物供给的氨基酸。包括： Ile、Leu、Trp、Thr、Phe、Lys、Met、Val （“一两色素本来淡些”） 非必需氨基酸：机体能自己合成，不一定需要从食物供给的氨基酸。,作为合成嘌呤和嘧啶的原料合成核酸 把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 通过S-腺苷甲硫氨酸向其它化合物提供甲基 应用（抗癌抗菌）,一碳单位的生理功能,核苷酸代谢,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸的过程称为从头合成途径。 肝组织中的合成途径 利用体内的游离碱基或核苷，经过比较简单的反应过程合成核苷酸，称为补救合成途径。 脑、骨髓等组织中只能进行补救途径,嘌呤核苷酸的从头合成,由5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP） ，然后由次黄嘌呤核苷酸转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体： CO2 、一碳单位、Gln、Asp、Gly 起始物：PRPP,PRPP的生成：PRPP合成酶 可被产物IMP、AMP、GMP、ADP、GDP反馈抑制，而ATP可提高PRPP合成酶的活性。 5-磷酸核糖胺的生成:PRPP酰胺转移酶 PRPP酰胺转移酶是从头合成过程中的限速酶，可被产物AMP、ADP、ATP及GMP、GDP、GTP等反馈抑制，其中对AMP和GMP尤为敏感。PRPP浓度的增加可以增强此酶的活性。,嘌呤核苷酸的补救合成,核苷激酶途径（在生物体内只发现有腺苷激酶）,磷酸核糖转移酶途径（重要途径）,嘧啶核苷酸的生物合成,.嘧啶核苷酸的从头合成,首先合成嘧啶环，然后再与PRPP中的磷酸核糖连接起来形成嘧啶核苷酸。 从头合成首先合成尿嘧啶核苷酸（UMP），然后再转变成其他嘧啶核苷酸。,嘧啶环从头合成的元素来源,Asp,CO2,Gln,氨基甲酰磷酸,嘧啶核苷酸生物合成的调节,细菌中，天冬氨酸氨基甲酰转移酶使嘧啶核苷酸从头合成的主要调节酶，CTP是其别构抑制剂。 哺乳动物细胞中CPS是合成过程的主要调节酶。UMP是其别构抑制剂，PRPP则有激活作用。 PRPP合成酶是嘧啶和嘌呤两类核苷酸合成过程中共同需要的酶，它可同时接受嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸的反馈抑制。嘧啶和嘌呤的合成有着协调控制关系。,脱氧核糖核苷酸的合成,脱氧核苷酸分子中的脱氧核糖是通过核糖核苷酸的还原作用，以氧原子取代C-2的羟基而生成的。 还原作用是在核苷二磷酸（NDP）水平上，由核糖核苷酸还原酶催化。,某些低等动物,物质代谢的联系,DNA复制,DNA复制的特点：复制方式、方向、引物、酶、底物等 半保留复制 半不连续复制 前导链 后随链 冈崎片段 复制子 端粒,反转录（或逆转录） 逆转录酶的特点,转录与加工,转录 模板链（反意义链） 编码链（有意义链） 转录的特点以及与DNA复制的异同点 启动子 终止子 hnRNA加工成mRNA的过程,蛋白质的生物合成,遗传密码 密码子的特点 蛋白质合成的主要部件及其作用 真核与原核生物蛋白质合成起始的氨基酸不同,考试题型,名词解释（24） 英文缩写（9） 单项选择（14 ） 判断题（10 ） 问答题（4题，共28分） 论述题（15 ）,生物化学实验,深刻理解实验原理、实验目的 理解每种实验试剂的作用 掌握试剂英文缩写名称 掌握每个实验操作要注意的地方 掌握实验的操作步骤,试卷题型： 填空题（20） 判断题（8） 问答题（38） 实验分析题（10） 实验设计题（24）,