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生物化学1生物大分子2蛋白质的结构与功能一、蛋白质的分子组成元素二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸存在于自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-α一氨基酸(除甘氨酸外)。生物界中也有D一氨基酸。氨基酸的一般结构式为NH2—CH（R）—COOH。连在COOH基团上的C称为a—碳原子，不同氨基酸其侧链(R)各异。3三、氨基酸分类4四、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质（一）氨基酸的两性解离在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(pI)。PHPI阳离子；PH=PI兼性离子；PHPI阴离子。（二）紫外吸收色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）最大吸收峰值在280nm。5五、氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸分子之间通过去水缩合形成肽链，NH2—CH（R）—CO—NH—CH（R）—COOH在相邻两个氨基酸之间新生的酰胺键称为肽键。肽键(C—N)的键长为0.132nm，介于C一N的单键长(0.149nm)和双键长(0.127nm)之间，所以有一定程度双键性能，不能自由旋转。NH2—CH（R）—CO—NH—CH（R）—COOH6蛋白质的分子结构一、蛋白质的结构7（一）蛋白质的二级结构特征①每隔3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距为0.54nm；②氢键维持了α-螺旋结构的稳定；③α-螺旋为顺时针方向，所谓右手螺旋。8（二）模体是具有特殊功能的超二级结构模体是由两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象。超二级结构与蛋白质模体9蛋白质三级结构（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区（三）分子伴侣参与蛋白质折叠10蛋白质的四级结构在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链，才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基，亚基与亚基之间以非共价键相连接，称为蛋白质的四级结构。在四级结构中，各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。11蛋白质的理化性质蛋白质的变性在某些理化因素的作用下，蛋白质的空间结构遭到破坏，导致蛋白质若干理化性质和生物学活性的改变，称为蛋白质的变性作用一般认为蛋白质的变性主要发生在二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。蛋白质变性后，其溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失，易被蛋白酶水解。若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。12核酸的化学组成与结构一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位参与核苷酸组成的主要碱基有5种。属于嘌呤类化合物的碱基有腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)，属于嘧啶类化合物的碱基有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。二、DNA是脱氧核苷酸通过3’，5’一磷酸二酯键连接形成的大分子三、RNA也是具有3’，5’一磷酸二酯键的线性大分子四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序：即碱基的排列顺序13DNA的空间结构和功能一、DNA的二级结构是双螺旋结构1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构2.DNA双链间形成互补碱基对，每个螺旋含10.5个碱基对3.疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定（一）双螺旋结构的特点14（二）DNA双螺旋结构的多样性人们将Watson和Crick提出的双螺旋结构称为B-DNA或B型一DNA。当环境的相对湿度降低后，虽然DNA仍然是右手螺旋的双链结构，但是它的空间结构参数已不同于B型-DNA，人们将其称为A型-DNA。1979年，发现DNA具有左手螺旋，后来称为Z-DNA或Z型一DNA。二、DNA的高级结构是超螺旋结构三、DNA是遗传信息的物质基础15RNA的结构与功能三种主要RNA的比较：一、mRNA是蛋白质合成的模板1.mRNA占总RNA的(2～5)%，种类最多，寿命最短2.mRNA的5’末端有7一甲基鸟嘌呤一三磷酸核苷结构；3’端有多聚腺苷酸3.mRNA是蛋白质合成的模板16174.mRNA的成熟过程是hnRNA的剪接过程5.mRNA前体剪接的场所发生在剪接体；6.剪接体由snRNA和蛋白质组成。二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体1.tRNA占总RNA15%2.tRNA含有多种稀有碱基：包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤3.tRNA具有茎环结构：这些茎环结构的存在，使得RNA的二级结构形似三叶草4.tRNA的3’末端连有CCA5.tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子18三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所rRNA是细胞内含量最多的RNA，约占RNA总量的80％以上。19核酸的理化性质1.嘌呤和嘧啶都含有共轭双键，它们的最大吸收值在260nm附近2.纯DNA样品的A260／A280应为1.8；而纯RNA样品的A260／280应为2.0。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收二、DNA变性是双链解离为单链的过程1.温度、pH、离子强度2.氢键发生断裂3.DNA变性只改变其二级结构，不改变它的核苷酸序列4.增色效应：DNA在260nm处的吸光度随之增加5.融解温度Tm：Tm值与其DNA长短以及碱基的GC含量相关。GC的含量越高，Tm值越高；离子强度越高，Tm值也越高2021三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，可以在RNA单链之间形成，甚至还可以在DNA单链和RNA单链之间形成Southern印迹、Northern印迹、斑点印迹以及基因芯片都是利用了核酸分子杂交的原理酶单纯酶结合酶脲酶、一些消化酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶酶蛋白：决定反应的特异性辅助因子金属离子：传递电子、稳定酶的构象、降低反应中的静电斥力辅酶：决定反应的种类和性质。传递电子、质子或一些基团辅基：辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶，结合紧密，在反应中不能离开酶蛋白一、酶的分子组成中常含有辅助因子酶的分子结构和功能22二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位1.必需基团：与酶的活性密切相关的化学基团2.这些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，形成疏水“口袋”。必需基团活性中心内的必需基团活性中心外的必需基团结合基团催化基团23三、同工酶是催化相同化学反应但一级结构不同的一组酶同工酶是指催化相同化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。24酶的工作原理一、酶反应特点（一）酶反应具有极高的效率（二）酶促反应具有高度的特异性绝对特异性相对特异性立体异构特异性（三）酶促反应具有的可调节性二、酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能25酶促反应动力学一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线（一）米-曼方程：V=Vmax[S]/Km+[S]（二）Km值的意义1.Km值在数值上等于酶促反应速度达到最大反应速度1／2时的底物浓度2.表示酶蛋白分子与底物的亲和力：Km值愈小，酶对底物的亲和力愈大3.Km值是酶的特性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境(如温度、pH、离子强度)有关，与酶的浓度无关二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系2627三、温度对反应速率的影响具有双重性酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温酶的最适温度不是酶的特征性常数生化实验中测定酶活性时，应严格控制反应液的温度四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率虽然不同酶的最适pH各不相同，但除少数(如，胃蛋白酶的最适pH约为1.8，肝精氨酸酶最适pH为9.8)外，动物体内多数酶的最适pH接近中性。最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度以及酶纯度等因素的影响。酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH。28五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率(一)不可逆性抑制剂主要与酶共价结合(二)可逆性抑制剂与酶和(或)酶一底物复合物非共价结合（三）磺胺类药物的化学结构与对氨基苯甲酸相似，是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，抑制二氢叶酸合成。29六、激活剂可加快酶促反应速率激活剂大多为金属离子；少数为阴离子；也有有机化合物，如胆汁酸盐大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，这类激活剂称为必需激活剂激活剂必需激活剂：大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，否则测不到酶的活性。非必需激活剂：有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性，这类激活剂称为非必需激活剂30酶的调节酶的调节酶促反应速率的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）变构调节化学修饰调节：某些化学基团与酶的共价结合与分离酶原的激活实际上酶活性中心暴露的过程酶蛋白合成的诱导和阻遏酶蛋白的降解溶酶体蛋白酶降解依赖ATP和泛素的降解生物化学31物质代谢及其调节糖代谢一、糖的无氧氧化（一）关键酶（催化不可逆的反应）（1）己糖激酶(或葡萄糖激酶)（2）6-磷酸果糖激酶-1（3）丙酮酸激酶（二）底物水平磷酸化反应：（1）1，3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸（2）磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸（三）脱氢反应：3-磷酸甘油醛→1，3-二磷酸甘油酸，生成1分子NADH+H+（四）加氢反应：丙酮酸被还原为乳酸所需的氢原子由NADH+H+提供，后者来自3-磷酸甘油醛的脱氢反应32（五）糖酵解的调节调节糖酵解途径流量最重要的是6-磷酸果糖激酶-1的活性。6-磷酸果糖激酶-1变构抑制剂：ATP和柠檬酸变构激活制剂：AMP、ADP、1，6-二磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖（最强的变构激活剂）丙酮酸激酶变构抑制剂：ATP变构激活剂：1，6-二磷酸果糖（六）糖酵解的生理意义糖酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供应能量。33糖的有氧氧化（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA（1）关键酶：丙酮酸脱氢酶复合体（2）辅酶：硫胺素焦磷酸酯(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD十及CoA（三）三羧酸循环（TCA循环）又称柠檬酸循环或Krebs循环1.关键酶（催化不可逆的反应）（1）柠檬酸合酶（2）异柠檬酸脱氢酶（3）α-酮戊二酸脱氢酶343.四次脱氢反应：异柠檬酸→α-酮戊二酸+NADHα-酮戊二酸→琥珀酰辅酶A+NADH琥珀酸→延胡索酸+FADH2苹果酸→草酰乙酸+NADH352.底物水平磷酸化反应：琥珀酰辅酶A→琥珀酸，生成GTP。123436三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式一分子乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化分解共生成10个ATP。若从丙酮酸脱氢开始计算，共产生12.5分子ATP。1mol的葡萄糖彻底氧化生成可净生成30或32molATP。四、巴斯德(Pasteur)效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象葡萄糖的其他代谢途径一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖1.关键酶：6一磷酸葡萄糖脱氢酶2.意义：为核酸的生物合成提供核糖；提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸37糖原的合成与分解一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行1.UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体2.糖原合酶（关键酶）形成α-1，4糖苷键3.分支酶形成α-1，6一糖苷键二、肝糖原分解产物——葡萄糖可补充血糖1.糖原磷酸化酶（关键酶）分解α-1，4糖苷键，生成1-磷酸葡萄糖2.脱支酶水解α-1，6一糖苷键3.葡萄糖一6一磷酸酶水解6一磷酸葡萄糖为葡萄糖4.葡萄糖一6一磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。38三、糖原的合成与分解受到彼此相反的调节糖原磷酸化酶激活的因素：磷酸化失活的因素：去磷酸化、血糖升高糖原合酶激活的因素：去磷酸化、胰岛素失活的因素：磷酸化、胰高血糖素39糖异生肝脏是糖异生的主要器官。只有肝、肾能够通过糖异生补充血糖。能进行糖异生的非糖化合物主要为甘油、氨