生物化學Bio-chemistry基礎醫學院黃映紅

question1:什么是生物化學?

question2:學習生化能做什么?

question3:生命科學的進展有哪些?

第一章緒論

一.生物化學的定義及其研究內容

生物化學=生物+化學對象原理,方法生物化學是研究發生在活細胞和組織內各種分子和其化學反應的一門學科。研究方法化學、生物學、生理學、物理學、數學、物理化學研究對象生物有機體：人體、動物、微生物、植物二.研究內容靜態生化：生物大分子的結構和功能蛋白質的結構與功能核酸的結構與功能酶維生素動態生化物質代謝及調節新陳代謝的過程：消化、吸收、合成、分解、轉化、排泄分子生物學遺傳信息的流向及調控，生命科學發展的主流DNA的復制、修復基因的轉錄、轉錄后加工及逆轉錄蛋白質的生物合成----翻譯三.生物化學的發展簡史靜態生化學階段—Fisher動態生化學階段機能生化學階段分子生物學階段WatsonCrick我國生物化學的發展釀酒—《黃帝內經》—

五谷為養，五果為助，五畜為益，五菜為充酶吳憲—血糖測定法；蛋白質變性假說1979年合成酵母丙氨酰tRNA

四.研究目的幫助診斷疾病了解疾病的發病機制針對疾病的發病機制，治療疾病了解藥物的毒副作用了解疾病的預后在營養學和預防醫學中的作用五.生物化學的學習方法記憶與理解歸納與類比六.細胞的基本構造細胞的分類細胞的結構（一）細胞膜1.細胞膜的結構2.細胞膜的分子組成脂類物質（磷脂、膽固醇、糖脂）蛋白質（周邊蛋白、整合蛋白）糖類物質3.細胞膜的功能物質轉運分子識別信息傳遞能量交換細胞免疫神經傳導代謝調控（二）細胞核（三）線粒體結語

生物化學是溝通生物學、生理學、病理學、藥學、微生物學的共同語言周愛儒2001《生物化學》第五版人民衛生出版社MurrayRK,GrannerDK,etal.2000Harper’sBiochemistry(哈珀生物化學）25thMcGraw-Hill(科學出版社，英文影印版）

NelsonDL,CoxMM.2000LehningerPrinciplesofBiochengmistry.3rdedWorthPublishers五、生物化學的參考書第二章蛋白質化學Chapter2StructureandFunctionofProtein研究內容：蛋白質的分子組成、氨基酸的理化性質蛋白質的分子結構（構型）與其理化性質蛋白質的結構與功能的關系重點內容：蛋白質基本組成單位—氨基酸的結構及其性質蛋白質的分子結構及性質：蛋白質兩性電離和等電點、蛋白質的沉淀、蛋白質的變性難點：氨基酸及蛋白質的兩性電離和等電點概述第二章蛋白質化學蛋白質ProteinFirstimportanceQuestion1：什么是蛋白質？Question2：蛋白質有多重要？Question3：如何了解蛋白質？什么是蛋白質？組成：氨基酸連接方式：肽鍵蛋白質是生命的物質基礎一.蛋白質是機體結構的基礎蛋白質是構成生物體的基本成分二.蛋白質是機體功能的基礎蛋白質具有多樣性的生物學功能：塑造、更新和修補作用執行機體重要生理功能催化和調節轉運和儲存作用運動和支持作用免疫保護作用生長和繁殖作用載體和受體基因表達和信息轉導作用氧化供能第一節蛋白質的分子組成Section1TheMolecularComponentsofProtein一、元素組成和分子量1.主要元素：C、H、O、N

稀有元素：P、Fe、Zn、Mn、I等2.特點：N含量恒定，平均16%100克蛋白質中含16克N。

1克N=6.25

克蛋白質應用：凱氏定氮法測定樣品中蛋白質的含量(一)構件分子（buildingblockmolecule)：

L-α氨基酸（aminoacid,aa)二.蛋白質的基本組成單位—氨基酸氨基酸的結構COOHNH2RHCL-α-氨基酸COOHNH2HCH甘氨酸氨基酸的結構特點1.相同的結構主鏈，不同的結構側鏈2.除甘氨酸外，組成蛋白質的氨基酸為L-

α-氨基酸3.氨基酸是兩性電解質（二）氨基酸的分類1.根據有機化合物分類氨基酸芳香烴氨基酸：酪氨酸脂肪族氨基酸：谷氨酸雜環氨基酸：色氨酸、組氨酸、脯氨酸2.根據R側鏈的的結構和極性分類氨基酸堿性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸甘氨酸、丙氨酸：賴氨酸、精氨酸、組氨酸含極性不帶電荷R基團的氨基酸：非極性疏水性氨基酸：：天冬氨酸、谷氨酸半胱氨酸、絲氨酸3.

特殊氨基酸(非編碼的aa)

胱氨酸---2分子Cys氧化羥脯氨酸--Pro羥化羥賴氨酸---Lys羥化4.醫學營養學上將20種氨基酸分為:8種營養必需

12種營養非必需氨基酸（三）氨基酸的主要理化性質1.氨基酸的兩性電離和等電點酸式電離：-COOHCOO＋-H＋堿式電離：-NH2＋＋HNH3＋氨基酸的兩性電離R-CH-COOR-CH-COOH—NH2NH3+氨基酸所帶正電荷數目與負電荷數目相等時，所處的離子狀態為兼性離子狀態。影響氨基酸帶電狀態的因素氨基酸所處溶液pH值氨基酸的R基團結構氨基酸所處溶液PH值對其帶電狀態的影響R-CH-COOHNH2H+OH-H+OH-兼性離子PH＜pIPH=pIR-CH-COOHNH3+R-CH-COO-NH3+R-CH-COO-NH2正離子負離子PH＞pI氨基酸的等電點：氨基酸分子呈兼性離子狀態時，溶液所處的pH值為氨基酸的等電點，用pI表示。氨基酸處于等電點時，其溶解度、粘度、滲透壓最小What’sisoelectricpointofaminoacid?氨基酸的結構及羧基、氨基的相對解離度對其帶電狀態的影響酸性氨基酸：pI＜7堿性氨基酸：pI＞7中性氨基酸：pI＜7思考題：1.要使中性氨基酸成為兼性離子，應向溶液中加酸還是加堿？2.假設某種氨基酸的pI=5，將其放入pH為6的電場中，氨基酸分子應向正極還是負極移動？2.芳香族氨基酸的紫外吸收色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸在波長為260-280nm處有特征性的最大吸收峰這一特性可用于蛋白質定量分析，但容易受到嘌呤、嘧啶化合物的干擾。3.茚三酮顏色反應可用于氨基酸的定量分析4.氨基酸的羧基和氨基反應羧基反應：成鹽、成酯、脫羧氨基反應：成鹽、放氮、合成酰胺5.氨基酸的一般性質

無色結晶、熔點高、易溶于酸堿、不溶于有機溶劑

三.氨基酸在肽鏈（peptide）中的連接方式（一）肽鍵（peptidebond）的形成HNH2-C-COOHR1＋HH-N-C-COOHHR2HONH2-C-C-N-CH-COOR1HR2Glu-His-Lys-H-OH（二）肽、多肽、蛋白質由肽鍵將氨基酸相互連接形成的鏈狀化合物稱為肽。1.肽的定義2.肽鏈的結構主鏈側鏈：R基團兩個末端：N端

C端(三)肽鏈的分類、命名谷氨酰組氨酰賴氨酸第二節蛋白質的分子結構Section2MolecularStructureandFunctionofProtein一.蛋白質分子中的主要化學鍵1.主鍵：肽鍵2.副鍵：（1）氫鍵（hydrogenbond）（2）疏水鍵（hydrophobicinteraction）（3）鹽鍵（saltbond）（4）二硫鍵蛋白質分子中的肽鍵蛋白質分子中氫鍵的形成在蛋白質分子中，由于存在數目眾多的氫鍵，故氫鍵在穩定蛋白質的空間結構上起著重要的作用。但氫鍵的鍵能較低(~12kJ/mol)，易被破壞。

蛋白質分子中離子鍵的形成4．范德華氏引力（vanderWaalsforce)：原子之間存在的相互作用力。二硫鍵（disulfidebond）① 化學共價鍵② 由一條或二條多肽鏈上的Cys脫氫氧化生成③ 作用加固由次級鍵維系的蛋白質空間結構，進一步穩定蛋白質構象和生理功能

二、蛋白質的一級結構（primarystructure）

：(一)定義：1.多肽鏈中氨基酸（殘基）的排列順序2.是蛋白質的基本結構3.是空間結構、生理功能的基礎主要化學鍵：肽鍵副鍵：二硫鍵肽鍵平面（酰胺平面）肽鍵平面連接在肽鍵兩端的C=O、N-H，及兩個α-碳原子共6個原子，空間位置在一個平面上，稱為肽鍵平面（能自由旋轉的鍵為Cα-N，Cα-C）

肽鍵平面示意圖三.蛋白質的二級結構(secondarystructure)

多肽鏈中，肽鍵平面相對旋轉，使主鏈骨架借氫鍵作用盤旋或折疊形成的有規律的空間構象。（一）定義（二）形式1.α-螺旋（-helix）右手螺旋鏈內氫鍵，與長軸平行螺距為0.54nm,每個螺旋含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離0.15nm.2.β-折疊（-pleatedsheet）R基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm-折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的氫鍵與鏈的長軸接近垂直-折疊有兩種類型：平行式及反平行式-折疊的平行式與反平行式排列3.β-轉角（-turn）由四個氨基酸殘基組成.彎曲處的第一個氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵4.無規卷曲（randomcoil）：無規卷曲是指多肽鏈主鏈部分形成的無規律的卷曲構象。對于特定的蛋白質分子而言，其無規卷曲部分的構象則是特異的。（三）特點：1.使主鏈骨架盤旋折疊，不涉及側鏈2.以一級結構為基礎相對旋轉3.有規律、有周期性4.主要化學力為氫鍵四.蛋白質的三級結構(tertiarystructure)（一）定義

在二級結構的基礎上，多肽鏈進一步折疊形成的空間結構。反映主鏈及側鏈所有原子的整體排布。胰島素分子的三級結構溶菌酶分子的三級結構磷酸丙糖異構酶和丙酮酸激酶的三級結構（二）特點：1.以二級結構為基礎，靠側鏈基團相互作用2.整條肽鏈參與構成三級結構3.主要化學力為疏水鍵4.具有三級結構的蛋白質可有生物學活性六.蛋白質的四級結構（quaternarystructure）由具有三級結構的亞基通過副鍵聚合形成的一定空間結構的聚合體，稱為蛋白質的四級結構。（一）定義亞基（subunit）是指參與構成蛋白質四級結構的、每條具有三級結構的多肽鏈。（二）特點：1.多個亞基，亞基間非共價連接2.單獨的亞基無生物學活性。鐮刀狀紅細胞貧血（一）一級結構與功能的關系（二）空間結構與功能的關系七.蛋白質分子結構與功能的關系蛋白質四級結構與功能的關系——變構效應血紅蛋白的變構當血紅蛋白的一個亞基與氧分子結合以后，可引起其他亞基的構象發生改變，對氧的親和力增加，從而導致整個分子的氧結合力迅速增高，使血紅蛋白的氧飽和曲線呈“S”形。血紅蛋白的氧飽和曲線這種由于蛋白質分子構象改變而導致蛋白質分子功能發生改變的現象稱為變構效應（allostericeffect）。Section3ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein,aswellasitsSeparationandPurification第三節蛋白質的理化性質一.蛋白質的紫外吸收特性兩個吸收峰：200-220nm;280nm二.蛋白質的呈色反應1.雙縮脲反應2.酚試劑呈色反應三.蛋白質的兩性電離和等電點1.蛋白質的兩性電離2.蛋白質的等電點（pI）3.等電點的應用電泳技術離子交換層析電泳帶電粒子在電場中趨動的現象稱為電泳（electrophoresis）離子交換層析分離蛋白質四.蛋白質的大分子性質（一）蛋白質分子的擴散、沉降與粘度（二）蛋白質分子的透析（三）蛋白質的沉淀與變性蛋白質顆粒的表面電荷和水化膜+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質++++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質不穩定的蛋白質顆粒酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用1.蛋白質的沉淀（1）鹽析概念和原理

在蛋白質溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質的膠體性質，使蛋白質從溶液中沉淀析出，稱為鹽析（saltprecipitation）。