生物化学教案

-1-基础生物化学教案[说明：对于生物技术、生物工程专业学生(第一类授课对象)：授课学时70-76，实验44-50学时；对于农学、园艺、资环、林学、食品科学本科生(第二类授课对象)：授课学时54-60，实验30-46学时；第一类授课对象理论学时取上限，第二类授课对象，理论学时取下限，具体由授课教师按照学员实际情况合理掌握内容讲解的难易程度，合理布置课外作业，准确把握进度，按期完成教学任务。]第一部分：理论教学内容第一章绪论（1学时）1.阐明生物化学的概念、研究内容及发展，使学生了解生物化学学科基本内容；2.介绍生化知识的应用，激发学生的学习热情；3.简要介绍学习方法（具体到某个章节）。第二章蛋白质（10～12学时）本章重点：蛋白质的分子结构、重要性质及结构与功能的关系。明确蛋白质结构的不同层次之间的联系，为进一步学习酶和信息代谢奠定基础11．．关关于于氨氨基基酸酸重重点点讲讲授授2200种种基基本本氨氨基基酸酸的的结结构构及及重重要要性性质质，，注注意意：：（（11））要要求求学学生生记记住住2200种种基基本本氨氨基基酸酸的的结结构构及及三三字字母母缩缩写写。。近年发现谷胱甘肽过氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有证据表明此氨基酸由终止密码UGA编码，可能是第21种蛋白质氨基酸。（2）氨基酸的滴定曲线以丙氨酸为主来讲，简单介绍两种侧链可解离的氨基酸（组氨酸和谷氨酸）滴定曲线。提问：pH=pKa时，缓冲能力最大，等电点时缓冲能力最小，为什么？His在生理pH条件下为什么是唯一具有缓冲能力的氨基酸？（3）氨基酸的等电点计算公式应用提问：不同pH下的组成分析和电泳行为？pHpI时，氨基酸带负电荷，Aa-COOH解离成Aa-COO-，向正极移动。pH=pI时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小pHpI时，氨基酸带正电荷，Aa-NH2解离成-N+H3，向负极移动。（4）8种必需氨基酸（记忆）：Ile、Met、Val、Leu、Trp、Phe、Thr、Lys（5）氨基酸的化学反应强调参与反应的基团22．．蛋蛋白白质质的的分分子子结结构构：：(1)阐明概念：一级结构、构型与构象、二级结构、酰胺平面、超二级结构、三级结构、结构域、四级-2-结构。(2)通过示意图精讲授各级结构的特点，并结合实例加深理解。重点应强调各级结构层次关系。结构层次举例一级结构：胰岛素、牛胰RNase超二级结构：角蛋白、弹性蛋白、胶原蛋白三级结构：肌红蛋白四级结构：血红蛋白ΔΔ实实验验课课过过程程让让部部分分提提早早结结束束的的学学生生看看αα--螺螺旋旋结结构构模模型型，，并并精精讲讲特特点点。。((33))提提问问：：区区分分单单体体蛋蛋白白与与寡寡聚聚蛋蛋白白的的主主要要标标志志？？（（亚亚基基之之间间结结合合作作用用力力：：非非共共价价建建，，二二硫硫键键例例外外））单条肽链(肌红蛋白、Rnase、胰岛素等)单体蛋白蛋白质多条肽链（胰凝乳蛋白酶）相同亚基（乳酸脱氢酶α4）寡聚蛋白不同亚基（血红蛋白α2β2）((44))蛋蛋白白质质分分子子结结构构与与功功能能的的关关系系一级结构与功能的关系从镰刀型细胞贫血病、酶原激活等几个方面阐述高级结构与功能的关系，主要讲授牛胰核糖核酸酶变性复性实验。把握真正内涵：一级结构由基因决定，一级结构含有高级结构信息：最多氢键、疏水基团包埋、亲水基团外露、最多离子键、融洽的范德华作用是能量最低原理具体体现，多肽盘卷折叠的动力。33．．蛋蛋白白质质的的重重要要性性质质（（11））蛋蛋白白质质胶胶体体溶溶液液稳稳定定性性主主要要因因素素：：球球状状蛋蛋白白分分子子表表面面水水化化膜膜；；同同性性电电荷荷排排斥斥。。（（22））蛋蛋白白质质的的沉沉淀淀作作用用：：盐盐析析、、盐盐溶溶、、有有机机溶溶剂剂沉沉淀淀、、等等电电点点沉沉淀淀的的原原理理（（33））蛋蛋白白质质的的变变性性与与复复性性的的概概念念（（44））颜颜色色反反应应，，简简介介几几种种蛋蛋白白质质含含量量的的测测定定方方法法。。列列表表对对比比：：紫紫外外吸吸收收法法、、双双缩缩脲脲法法、、福福林林酚酚法法等等方方法法的的特特点点，，应应用用范范围围。。第三章酶（8-9学时）本章重点：酶的作用特点、酶的催化机理、影响酶促反应速度的因素，较系统地掌握酶的一般知识，为学习物质代谢奠定基础；1.阐明概念：酶的专一性、简单蛋白酶、结合蛋白酶、辅助因子、辅基、辅酶、单体酶、寡聚酶、多酶体系、必需基团、酶的活性中心、米氏常数、别构酶、同工酶、抗体酶、核酶；2.酶按反应性质分成6大类：每一类写出反应通mei式并举一具体的代谢反应例子。如：氧化还原酶类-3-氧化还原酶类：A·2H+B←→A+B·2H具体例子：剧烈运动肌肉发酸及乳酸发酵的最后一步六大类酶的记忆技巧：氧转水，裂异合思考题：催化ATP+G←→G-6-P+ADP反应的酶是那一类酶？蛋白酶属于哪类？淀粉酶？3.酶的化学本质：(1)是蛋白质：酶的性质符合蛋白质的特性，为主，80年代以前的书籍都认为酶的本质就是蛋白质。(2)是RNA：新发现的某些酶的成分是RNA，称为核酶。对比而言，蛋白质作为的酶种类多，数量大，效率高，是酶中的主力。核糖酶仅限于自身剪切或剪接。简单介绍关于核酶研究的重要文献，研究意义，引起兴趣，使学有余力的同学有可能更多了解。4.关于酶的作用机理：(1)中间复合物学说：解释酶的高效性的理论，即酶为什么能催化生化反应。内容：（以单底物单产物的生化反应为例：S←→P），酶首先与底物形成过渡态的中间复合物，进而分解成为产物和酶，从而降低了反应的活化能。用方程式表示为：E+S↔［ES］↔E+Pv-t图和v-[s]二维坐标图双曲线特征：(2)作用专一性的机制：锁钥学说：解释酶专一性的理论，比较形象，但是明显存在缺陷，即它把酶分子构象看的一成不变，这与事实不符。诱导契合学说：锁钥学基础上而提出的一种理论。它认为，酶的活性中心与底物的结构就好像手与手套的关系一样。该理论已得到实验上的证实。(3)关于酶与底物具体作用的方式：全部用于说明酶的高效性，不同的酶适用于不同的类型，但邻近与定向效应类型是共有的。RNase或溶菌酶为例进行小结。5.讲授酶促反应速度的影响因素时，利用各因素对反应速度曲线来进行阐述并分析机理如何根据中间复合物学说推导米氏方程，精讲，时刻体现科学工作者处理试验结果的思想关于可逆抑制作用，最后将三种抑制作用对比小结：KmVm竞争性的抑制剂↑不变非竞争性抑制剂不变↓反竞争性抑制剂↓↓6．酶的活力：酶催化底物变化为产物的能力，称为酶活力。酶活性的大小用活力单位（U）表示，其定义为：在最适条件下，单位时间内催化一定量的底物转化成产物的酶量。国际标准活力单位的定义为：在标准条件（25℃、最适PH、底物过量）下，1分钟催化1µmol底物转化成产物的酶的量，就是1个活力单位，举例。有些情况下用国际标准活力单位不方便，则用习惯单位。例如淀粉酶、蛋白酶等。-4-刚开始接触这个概念时不大习惯，因为平时我们衡量物质的量都是用重量和体积。关键在于“活性”上，举例，密闭的酶制剂。7．关于别构酶：(1)别构效应的生理意义：酶对底物量的变化十分敏感。举例：对米氏酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝81，即［S］提高了81倍，v才提高9倍，说明酶对［S］的变化很迟钝。而对于一般的别构酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝3，意思是［S］只要提高了3倍，v就能提高9倍，说明酶对［S］的变化很敏感。(2)别构效应的机制：序变模型（KNF）：此模型适应于活性中心和别构中心同处于一条亚基上的别构酶。齐变模型（MWC）：此模型适应于活性中心和别构中心分别处于不同亚基上的别构酶。血红蛋白的功能可以用此模型解释。(3)具体例子：Asp氨甲酰磷酸氨甲酰转移酶（ATCase）催化的反应：ATCaseAsp+氨甲酰磷酸→氨甲酰Asp→CTP组成：12亚基，6个催化亚基，C表示；6个调节亚基，R表示。对称排列，图示。动力学特征：双底物反应，固定氨甲酰磷酸，变化［Asp］，其s-v图为S形，是别构酶。效应物：S（底物、同促、正协同）、ATP（异促、正协同、“S”曲线左移）、CTP（异促、负协同、“S”曲线右移），图示。8.关于抗体酶作简单介绍时，主要注意以下几方面：(1)概念：具有催化活性的一类免疫球蛋白；(2)抗体与酶的异同；都是蛋白质都有特异性一般酶不能被诱导，即持家基因编码的酶在细胞从生到死基本恒定；而且种类有限。抗体则不然，抗体可以诱导，只有在抗原存在时它才产生，而且种类无限。(3)应用前景：第三章核酸（6学时）本章重点：DNA的分子结构和核酸的主要理化性质，为进一步学习核酸的代谢奠定基础11..简简单单介介绍绍核核酸酸的的发发现现及及研研究究历历史史，，使使学学生生了了解解核核酸酸化化学学的的研研究究概概况况，，精精讲讲HHGGPP,,引引起起学学生生兴兴趣趣。。22..关关于于DDNNAA的的生生物物学学功功能能，，介介绍绍重重要要的的实实验验，，从从前前人人科科学学研研究究的的思思路路方方面面启启发发学学生生：：1890年瑞典科学家Fischer从浓细胞中发现酸不溶物质，定名为核酸；1928年，英国科学家Griffith的肺炎链球菌感染小鼠实验；1944年，O.T.Avery（美）肺炎链球菌的转化实验；1952年，美国冷泉港Hershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验。-5-３３..关关于于核核酸酸的的分分子子结结构构，，重重点点讲讲授授：：((１１))BB--DDNNAA双双螺螺旋旋结结构构模模型型的的特特点点、、稳稳定定因因素素及及意意义义,,提提醒醒同同学学注注意意与与蛋蛋白白质质的的αα--螺螺旋旋相相区区别别记记忆忆。。实实验验课课中中短短时时间间让让学学生生看看DDNNAA双双螺螺旋旋结结构构模模型型，，精精讲讲其其特特点点。。((２２))DNA的超螺旋：正超螺旋：左手超螺旋，是B-DNA加剧螺旋形成的超螺旋，用绳子示意，非自然选择，不利于基因表达。负超螺旋：右手超螺旋，是B-DNA减弱螺旋形成的超螺旋，用两条拧紧的细绳示意，利于基因表达。(３)ttRRNNAA三三叶叶草草型型的的二二级级结结构构特特点点,,图图示示((4)真核生物与原核生物mRNA结构的区别注意通过展示图片讲授，注重条理清晰！4.DNA的熔点（Tm）,分析影响Tm的因素：(1)DNA分子中的碱基比：G-C%/A-T%↑Tm↑，原因是GC，A=T，经验公式：G-C%＝（Tm-69.3）*244(2)介质的离子强度：I↑Tm↑。(3)DNA复杂度↑Tm↑5.DNA双脱氧末端终止法测序原理简介：Fred.Sanger生命科学的鼻祖。有生之年两获诺贝尔奖（罕见）。第五章维生素的结构与功能（2学时）重点讲授几种重要辅酶（辅基）的结构及在酶促反应中的作用机制：NAD+和NADP+、FMN和FAD、焦磷酸硫胺素、磷酸吡哆醛、辅酶A、生物素、四氢叶酸、5'-脱氧腺苷、维生素C、硫辛酸。第六章生物膜的组成与结构（5学时）本章重点：生物膜的五大结构特点与功能生物膜的分子结构模型主要讲授流动镶嵌模型及其发展。举例精讲生物膜运输功能（１）Ｎa＋,Ｋ＋-ATPase工作机理（２）次级主动转运：葡萄糖的跨膜运输（３）大分子的吞噬、胞饮生物膜的信号转导功能：简单介绍第二信息学源（G蛋白）。第七章生物氧化（5学时）本章重点：电子传递链和氧化磷酸化作用概念、机理，明确物质代谢与能量代谢的关系1．高能化合物：ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，由于细胞内含量极少，不可能是能量的贮存者。磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用-6-的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质。2．关于呼吸链：电子传递体结构及分布和功能特点电子传递体顺序(图示)：电子传方向决定因素：氧化还原电位（必要条件）；电子传递依次性因素：酶专一性（充分条件）；电子传递机理。电子传递抑制剂：鱼藤酮、寡霉素、抗生素等。3．关于氧化磷酸