搜索
■生物化学(Biochemistry)--研究生物体的化学组成和生命过程中化学变化规律的一门科学--从分子水平研究生物体的物质组成、结构与功能、物质代谢与调节的规律，以及遗传信息传递的分子基础与调控规律的一门前沿科学--生物化学已成为生命科学的共同语言第一节生命物质的结构基础--生物体是由许多复杂的分子结构按照严格的规律组成的高度有序的整体--具有复杂空间结构的蛋白质承担着生物体内各种生理功能--蛋白质和核酸是生命活动中最重要的物质基础--研究生物大分子的结构与功能的关系，生物大分子之间的相互识别和相互作用，是当代生物化学研究的重要内容一.蛋白质结构与功能--蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽链相连形成的生物分子;--每种蛋白质都有一定的氨基酸百分比组成及氨基酸排列顺序;--蛋白质也是功能分子,其参与机体的一切生理活动,如酶的催化/运输和传递/免疫防御等∴蛋白质是生命活动的物质基础!1.蛋白质的化学组成♦蛋白质的元素组成:--主要有碳/氢/氧/氮;某些蛋白质还含有少量磷/硫/铁/铜/锌/锰/钴/钼等;--大多数蛋白质含氮量很接近(平均为16%)–这是蛋白质元素组成的特点!♦蛋白质结构的基本单位—氨基酸--组成人体蛋白质的基本氨基酸(编码氨基酸)有20多种;--所有生物都是利用这20多种基本氨基酸作为各种蛋白质的构件分子。--氨基酸分子的H化学结构(通式)是:R-Ca-COOHNH2各种氨基酸的差别在于其侧链R的结构不同!♦多肽结构--蛋白质是由许多氨基酸按一定排列顺序通过肽腱连接起来的多肽链--肽腱是由一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基缩合脱水而成的酰胺腱(图5-1)--由一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基之间失去一个水分子相互连接而成的化合物称为肽--由2个氨基酸缩合成的肽称二肽;由10个以下氨基酸连成的肽称寡肽;由10个以上氨基酸连成的肽称多肽--肽链中的氨基酸因参与肽链的形成已不是原来完整的分子,因此称为氨基酸残基2.蛋白质的分子结构(四级结构,图5-2)●一级结构(基本结构):--指多肽链中氨基酸残基的排列顺序;是蛋白质分子结构的基础,包含了决定蛋白质分子结构层次构象的全部信息和生物学功能--一级结构氨基酸残基的排列顺序与正常顺序不同导致的遗传病称分子病.导致Hb分子不正常聚合→丧失结合O2能力→RBC皱缩成镰刀状→C脆弱溶血●二级结构(与三、四级合称高级结构):--指蛋白质分子中某一段链的局部空间结构；--主要包括a-螺旋、B-折叠、B-转角和无规卷曲等四种形式；--维持二级结构的化学键主要是氢键●三级结构--指整条多肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置；--三级结构的形成和稳定主要靠次级键-疏水作用、离子键、氢键和Vanderweals；--具有三级结构才具有生物学属性，三级结构一旦破坏，生物学特性便丧失●四级结构--每一条多肽链都有其完整的三级结构称为亚基；--各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用称为四级结构；--维系四级结构的作用力主要是疏水作用3.蛋白质的变性与复性--理化因素→分子空间构象破坏→理化性质改变→生物学活性丧失（的现象）称蛋白质变性--蛋白质变性后许多性质发生变化：☉生物学活性丧失；☉某些理化性质改变（如溶解度↓/扩散系↓）；☉生化性质改变(不能形成结晶易被酶水解)--变性的蛋白质,只要一级结构完好,可在一定条件下恢复其空间结构,理化性质和生物学性质亦可重现称为复性二、核酸化学--核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，具有复杂结构和重要功能。凡有生命的地方就有核酸存在。--核酸分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA--DNA功能是贮存生物信息；RNA则参与细胞内DNA遗传信息的表达1.核酸的化学组成(表5-1)--核酸的基本结构单位是单核苷酸;核苷酸则由磷酸、含氮碱基和戊糖组成--DNA是主要由腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四种碱基对组成的脱氧核糖核苷酸--RNA是主要由腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶四种碱基对组成的核糖核苷酸2.DNA结构与功能1)DNA的一级结构--指四种脱氧核苷酸按一定的排列顺序以3’,5’-磷酸二酯腱相连形成的多聚脱氧核苷酸链(图5-3,P184)2)DNA的二级结构-双螺旋结构模型(下图)●DNA双螺旋结构研究背景-●B-DNA双螺旋结构模型特点:(在相对湿度为92%时获得的DNA钠盐纤维称B型DNA)☉DNA是一反向平行的互补双链结构☉碱基配对原则为碱基互补:磷酸与核糖在双螺旋的外侧(形成DNA的分子骨架);嘌呤碱基与嘧啶碱基位于内侧;两条核苷酸链靠碱基之间形成的氢键相连而结合在一起碱基配对方式为:腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T,形成二个氢键)鸟嘌呤-胞嘧啶(G-C,形成三个氢键)3)DNA的高级结构--双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构:盘绕方向与双螺旋方向相同为正超螺旋;盘绕方向与双螺旋方向相反为负超螺旋。--自然界的闭合DNA主要以负超螺旋形式存在3.RNA结构与功能--RNA是无分支的线形多聚核糖核苷酸，主要由4种核糖核苷酸组成--RNA与DNA的差异：☉RNA分子中的戊糖是核糖,不是脱氧核糖；☉RNA分子中的碱基为尿嘧啶,而不含胸腺嘧啶;☉RNA主要是单链分子结构;☉RNA仅与基因的一条链互补,因而碱基成分中U与A或G与C配对;☉RNA易被碱水解,DNA则不易。♦信使RNA（mRNA）的结构与功能:mRNA为传递DNA信息并指导蛋白质合成的一类RNA分子。♦转运RNA（tRNA）的结构与功能:tRNA分子量最小,功能是：在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体。♦核蛋白体RNA（rRNA）的结构与功能:rRNA占C中全部RNA的80%，与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体；核蛋白体是C内蛋白质的合成场所.4.核酸的理化性质及其应用核酸结构和成分赋予的某些理化特性已广泛应用于基础研究和临床疾病的诊断:●核酸的紫外吸收(吸收光密度值以A260表示)DNA钠盐紫外吸收在260nm紫外波段有最大吸收值--鉴别核酸样品中的蛋白质杂质和核酸的定量测定●DNA的变性变性是指双螺旋区的氢键断裂→单键的无规则线团→性质改变当DNA稀盐溶液加热到80-100℃时→双螺旋解体,二链分开→粘度↓/浮力密度↑/生物活性丧失※增色效应变性后双螺旋解体,碱基暴露→DNA对260nm紫外光吸收率↑※DNA变性特点是爆发式的DNA溶液加热到某温度时其紫外光吸收值突然迅速↑,并在一个很窄的温度范围内达到最高值●DNA复性与分子杂交变性DNA在适当条件下,分开的两条链重由氢键连接形成双螺旋结构的过程称复性。※减色效应复性后溶液的A260↓（最多至变性前的A260值）※分子杂交依变性-复性原理,将不同来源的DNA变性,若这些异源DNA之间在某些区域有碱基配对的序列,则退火条件下能形成DNA-DNA异源双链;或将变性的单链DNA与RNA经复性处理形成DNA-RNA杂合双链,这种过程即称分子杂交。--在分子生物学和分子遗传学的研究应用广泛，如镰刀型贫血（密码子GAC→GTC）的产前诊断。三、酶的作用及酶促反应的影响因素生命活动离不开酶的生物催化作用.许多疾病与酶的异常密切相关;许多药物也通过对酶的作用来达到其疗效。1.酶的分子结构和功能♦酶促反应特点:☉酶促反应:条件温和,一般为常压,37℃水的环境;☉高度催化效率:常温条件下,比非酶催化反应高107-1012倍;☉高度的特异性(专一性):一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键,催化一定的化学反应,生成一定的产物即称特异性(分绝对/相对/立体异构三类);☉酶活性的可调节性:酶促反应受多种因素调控,使机体适应内外环境变化。♦酶的分子组成和活性中心酶是蛋白质具蛋白质结构：只由一条多肽链构成的酶–单体酶；由多个相同或不同亚基组成的酶–寡聚酶；由几个不同功能的酶相嵌合形成的复合体--多酶体系●酶的分子组成--依分子构成可分为单纯蛋白酶和结合蛋白酶；--单纯酶只由肽链构成的有活性酶；--结合蛋白酶由蛋白质部分(酶蛋白)和非蛋白质部分(辅助因子)组成;酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活力;只有二者结合成完整的分子(称全酶)才具有酶活力。--辅助因子包括金属离子和小分子有机物(称辅酶或辅基);金属离子作为酶分子活性中心部分的组成成分,或帮助形成酶活性所必需的构象.●酶的活性中心在反应过程中,酶分子中的必需基团(与酶活性紧密相关的基团)在空间上彼此靠近,组成具有特定空间构象能与底物特异结合并将底物转化为产物的区域●酶原及酶原激活某些酶在C内合成或初分泌时是酶的无活性前体即酶原;酶原→活性酶的过程称酶原激活。生物学意义:☉消化管内蛋白酶以酶原形式分泌(既保护消化道本身免遭自身酶水解破坏,又保证其在特定部位与环境下发挥作用)☉凝血与纤维蛋白溶解酶类以酶原形式在血中运行,一旦需要便转化为有活性的酶起凝血作用●同工酶指催化相同的化学反应,但酶蛋白的分子结构/理化性质/反应活性/免疫学性质不同的一组酶2.酶促反应速度的影响因素--酶促反应动力学●底物浓度(S)对酶促反应速度(V)的影响(图5-5)其它因素不变情况下,S与V呈矩形双曲线变化:--当S很低时,V↑与S↑呈正线性关系--当S↑到一定程度后,V↑不再呈正比加速,而呈逐渐减弱趋势--当S↑至足够大时,V便达到极限值●酶浓度对V的影响--当T/pH不变,S足够大时则V与酶浓度呈正比关系●温度(T)对V的影响–双重效应--每升高10℃,V增快1-2倍数//但T过高导致酶失活,则V反而↓--最适T:酶促反应V最快时的环境T●pH对V的影响酶促反应最快时的pH称最适pH,环境pH高于或低于最适pH,酶活性都↓●激活剂对V的影响凡能使酶活性↑的物质都称为激活剂;大部分是金属离子或小分子有机化合物●抑制剂对V的影响使酶活性↓而不引起酶蛋白变性的物质都称为抑制剂;其通过与酶活性中心内、外必需基团结合起作用;依其与酶结合牢固与否,可分为可逆性抑制与不可逆性抑制。☉不可逆性抑制--抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键牢固结合,不能以简单透析/超滤等方法除去抑制剂而恢复酶活性常见抑制剂有:有机磷农药如1605/敌百虫等☉可逆性抑制–以非共价键与酶结合,降低酶活性。能以简单透析/超滤等方法除去抑制剂而恢复酶活力。又可分为三种类型：■竞争性抑制可与底物竞争酶活性中心抑制酶活性■非竞争性抑制与底物无竞争关系,只与酶活性中心外必需基团结合,最终形成的酶-底物-抑制剂复合体不能释放出产物而抑制酶活性。特点是：不能以增加底物来消除抑制作用。■反竞争性抑制抑制剂与酶-底物中间复合物结合成难解离的抑制剂-酶-底物复合物，酶-底物的量、产物生成的量都↓，使酶促反应V↓3.酶与临床医学1)酶与疾病的发生上千种遗传性疾病就是由于遗传性酶蛋白基因突变所致!●酶缺陷→正常代谢物缺乏致病:白化病(因酪氨酸缺乏,黑素C内不能将酪氨酸→黑色素→眼/毛/皮肤呈白色)●酶缺陷→底物积蓄致病:苯丙氨酸血症(因苯丙氨酸羟化酶缺乏,苯丙氨酸不能→酪氨酸,导致苯丙氨酸过高→智力障碍)●酶缺陷→膜转运功能↓致病:肝C微粒体膜内6-磷酸葡萄糖转运酶缺陷→胞浆内葡萄糖-6-磷酸不能转运入微粒体水解成葡萄糖→低血糖/肝肿大2)酶与疾病的诊断血清酶活力在疾病诊断上具有重要意义!●血清酶测定应用于肝胆疾病的诊断--如转氨酶、卵磷脂-胆固醇转酰基酶(LCAT)、r-谷氨酰转酶(r-GT)等●血清酶测定应用于急性心梗的诊断--如乳酸脱氢酶、肌酸激酶具较高阳性率和特异性●血清酶测定应用于肿瘤的诊断四、维生素与辅酶Vitamin在体内不能合成(或合成量很少),但在调节物质代谢和维持生理功能方面作用重要;分为水溶性和脂溶性维生素二大类。1.水溶性维生素包括B族维生素和C族维生素.在体内多余部分经尿排出体外,少有积蓄不产生中毒.须从食物中摄取。●Vit.B1(硫胺素)和TPP(硫胺素焦磷酸)Vit.B1经TPP激酶催化+ATP→TPP(B1的辅酶形式)Vit.B1在糖代谢中起重要作用Vit.B1缺乏症:脚气病(肢端麻木健忘易怒心衰等)●Vit.B2和FAD及FMNVit.