全国执业兽医资格考试――动物生物化学

全国执业兽医资格考试——动物生物化学第一单元：生命的化学特征一、组成生命的物质元素：主要有碳、氢、氧、氮四种，占细胞物质总量的99%，另外还含有硫、磷及金属元素。碳、氢、氧、氮四种元素是构成糖类、脂类、蛋白质和核酸的主要元素；含硫和磷的化合物在生物细胞的基团和能量转移反应中比较重要；金属元素在保持组织和细胞一定的渗透压、离子平衡、细胞的电位与极化中有重要作用。二、生命体系中的非共价作用力：主要有氢键、离子键、范德华力和疏水力。三、生物大分子：生物体内的大分子主要有糖原、核酸、蛋白质。四、ATP也称为三磷酸腺苷，是机体内直接用于作功的分子形式，它在生物体内能量交换中起着核心作用，被称为通用能量货币。ATP、GTP、CTP、UTP等都含有高能磷酸键，统称为高能磷酸化合物。第二单元蛋白质第一节蛋白质的结构组成及功能构成蛋白质的主要元素有C、H、O、N、S5种，其中N元素的含量稳定，占蛋白质的16％，因此，测定样品中氮元素的含量就能算出蛋白质的量。一、蛋白质的基本结构单位——氨基酸蛋白质可以受酸、碱或酶的作用而水解成为其基本结构单位——氨基酸。组成蛋白质的基本单位是氨基酸。如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约20种不同的氨基酸。这些氨基酸中，大部分属于L-a-氨基酸。其中，脯氨酸属于L-a-亚氨基酸，而甘氨酸则属于a-氨基酸。二、氨基酸的性质1．一般物理性质(1)含有苯环的氨基酸有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸在近紫外区(280nm)有最大吸收。（2）氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。（3）氨基酸的等电点：当氨基酸在溶液所带正、负电荷数相等（净电荷为零）时，溶液的PH称该氨基酸的等电点（PI）。第二节蛋白质的结构层次1．肽与肽键一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的a-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的a-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。二、蛋白质的一级结构1．蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的排列顺序：蛋白质的一级结构是蛋白质的最基本结构，是蛋白质空间结构及其生物学活性的基础。三、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角。1．a-螺旋①多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm.②肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。③蛋白质分子为右手a-螺旋2．b-折叠b-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。四、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，从而生成特定的空间结构。包括主链和侧链的所有原子的空间排布．一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水极，极性侧链在分子表面。五、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是由两种亚基聚合而成的四聚体。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、盐键六、蛋白质结构与功能的关系1．镰刀形贫血病患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白（Hb-S），它与正常的血红蛋白（Hb-A）的差别：仅仅在于β链的N-末端第6位残基发生了变化，（Hb-A）第6位残基是极性谷氨酸残基，（Hb-S）中换成了非极性的缬氨酸残基，使红细胞收缩成镰刀形，输氧能力下降，易发生溶血。2蛋白质的变性蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。例如，酶失去活性，血红蛋白失去运氧功能等。理化性质的改变，如溶解度降低易于沉淀，肽键暴露易于被酶水解等。蛋白质变性的原理有许多实际运用，如用酒精、加热和紫外线消毒灭菌，用热凝固法检查尿蛋白，选择适当的条件制备或保存疫苗、免疫血清等，这都是利用蛋白质变性的原理。3、变构作用与血红蛋白运输氧的功能变构作用：是指寡聚蛋白与变构剂结合，改变蛋白质构象，导致蛋白质生物活性改变的现象。它是细胞内最简单的调节方式。例：血红蛋白的别构效应一个亚基与氧结合后，引起该亚基构象改变，进而引起另三个亚基的构象改变，整个分子构象改变与氧的结合能力增加。血红蛋白与氧的结合曲线是S形曲线。第三节蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性离解和电泳现象蛋白质是两性电解质。在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳。蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。二、蛋白质的胶体性质由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。四、蛋白质的沉淀和凝固蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质。在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。1．盐析：加入大量中性盐可使蛋白质从水溶液中沉淀析出。2．重金属盐沉淀蛋白质：重金属离子可与蛋白质结合成盐而沉淀。3．酸类沉淀蛋白质：三氯醋酸等可与蛋白质正离子结合成不溶性盐而沉淀。4．有机溶剂沉淀蛋白质：乙醇等能破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质析出沉淀。5．加热凝固：加热可使蛋白质变性，使蛋白质凝聚成凝块。五、蛋白质的颜色反映1．双缩脲反应：蛋白质与碱性硫酸铜作用，生成紫红色的复合物。2．酚试剂反应；在碱性条件下，蛋白质分子中酪氨酸、色氨酸等残基使酚试剂还原，显蓝色。3．考马斯亮蓝G-250：本身为红色，与蛋白质反应呈蓝色4蛋白质的紫外吸收特性：蛋白质中含有芳香族氨基酸在280nm内有特异的吸收光谱。第三单元核酸第一节核酸的化学组成核酸是一类重要的生物大分子，担负着生命信息的储存与传递，有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要存在细胞核内，RNA则分布在胞液。RNA依据其功能分为三类：信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。一、核酸的化学组成核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。（一）碱基：核酸中的碱基主要有嘌呤和嘧啶两类。DNA有A、T、G、C四种碱基；RNA中有A、U、G、C四种碱基。1．常见碱基：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），尿嘧啶（U），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）2．稀有碱基：常见的有7-甲基鸟嘌呤、5-甲基胞嘧啶，5、6-二氢尿嘧啶等。（二）、核糖：核酸属于戊糖，有两种。DNA所含的糖为2`-脱氧核糖；RNA所含的糖则为核糖。（三）核苷：由一个戊糖和一个碱基缩合而成。（四）核苷酸：是构成核酸的基本结构单位。核苷酸是由核苷戊糖上的羟基与磷酸酯化而成，包括核糖核苷酸和脱氧核苷酸。环化一磷酸腺苷（cAMP），环化一磷酸鸟苷（cGMP）不是核酸的组成成分，而是重要的调节物质，在细胞中的浓度很低，但作为激素的第二信使，在物质代谢中发挥重要的作用。三核酸的结构（一）核酸的一级结构核酸分子中核苷酸的连接方式为一个核苷酸戊糖3’碳上的羟基与下一个核苷酸戊糖5’碳上的磷酸脱水缩合成酯键，此键称3’，5’磷酸二酯键。许多核苷酸通过3’，5’磷酸二酯键连接成长的多核苷酸链，称多核苷酸，即核酸。在DNA分子中A=T，G=C，比值接近为1，称为碱基当量定律，是提出DNA分子结构模型的基础。（二）DNA的二级结构在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等1．DNA的双螺旋结构特点：1953年提出（1）两条链反向平行，右手双螺旋；（2）碱基在内（A＝T，G≡C）碱基平面垂直于螺旋轴；戊糖在外，双螺旋每转一周为10碱基对（bp），螺旋的螺距为3.4nm；（3）双螺旋直径2nm，表面一大沟和一小沟交替出现；（4）双螺旋稳定的力：为氢键、碱基堆积力等，A-T之间两个氢键，G-C之间三个氢键。（三）RNA的结构生物体内大多数RNA分子是单链线状分子，但是单链RNA分子可以自身回折，使某些含有互补碱基（A,U,G,C）的区段，发生碱基配对形成双螺旋区；而不能配对的碱基被挤出去，形成突环，即RNA的二级结构。第三节核酸的理化性质一、核酸的一般性质1．两性解离：一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微溶于水，不溶于有机溶剂2．线性大分子（DNA分子愈大，粘度愈高。）3．DNA分子具有紫外吸收性质，最大吸收值为280nm。4．室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解。二、核酸的变性、复性和杂交（一）变性稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。变性后紫外吸收值增高（增色效应）。（二）核酸的复性变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性。将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。变性的DNA缓慢冷却时可复性，因此又称为“退火”。（三）分子杂交概念：DNA单链与在某些区域有互补序列的异源DNA单链或RNA链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为杂交DNA分子。意义：核酸杂交技术不仅用于DNA分子内遗传信息含量的测定，而且还用作DNA亲缘关系地测定，广泛用于分类学和基因工程的研究。第四单元糖类一、重要的单糖：1已糖，包括已醛糖和已酮糖，分布最广的已醛糖有葡萄糖、半乳糖、甘露糖；最广的已酮糖有果糖。2戊糖，主要有核糖和脱氧核糖，分别是构成RNA和DNA的组成成分。二、重要的双糖：重要的双糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖；蔗糖是由葡萄糖和果糖形成的二糖，麦芽糖是由两个葡萄糖缩合形成的二糖，乳糖是由葡萄糖和半乳糖缩合形成的二糖。三、重要的多糖：多糖是由20个以上单糖或者单糖衍生物通过糖苷键连接而成的高分子化合物，有同多糖和杂多糖两类。（一）同多糖：由同一种单糖或者衍生物聚合而成的多糖，主要有糖原（由葡萄糖构成）、纤维素（由葡萄糖构成）、壳多糖（由N-乙酰-葡萄糖胺构成），它是虾、蟹等外壳的结构物质，也称为甲壳素、几丁质。（二）杂多糖：又称糖胺聚糖，指由不同种类的单糖或单糖衍生物聚合而成的多糖。主要有肝素（抗凝血素），透明质酸，硫酸软骨素等。肝素存在于动物肝、肺、肠黏膜等组织中，临床上用作抗凝血剂和防止血栓形成的药物；透明质酸存在于胚胎、关节滑液、眼球玻璃体等组织中，起润滑、防震、促进伤口愈合等作用；硫酸软骨素存在于肌腱、软骨、韧带等组织中。四复合糖：指由糖类和蛋白质或脂类等生物分子共价键连接而成的糖复合物。包括糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等。糖蛋