生化重點(還不錯)

1、緒論重點生物化學(xué)（biochemistry）研究生物體的化學(xué)組成及在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律的學(xué)科，即生命的化學(xué)，是在分子水平上研究生物體生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的一門科學(xué)。生物化學(xué)的發(fā)展簡史生物化學(xué)源于十八世紀(jì)晚期化學(xué)的發(fā)展及十九世紀(jì)生物學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)的，在化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展影響下，生物化學(xué)在十八世紀(jì)開始萌芽，十九世紀(jì)初步發(fā)展，在二十世紀(jì)初期生物化學(xué)才成為一門獨立的學(xué)科，最初稱為生理化學(xué)，1903年，德國學(xué)者紐伯（Neuberg）首次提出“生物化學(xué)”的名稱。靜態(tài)（初期）生物化學(xué)時期 18世紀(jì)中葉至十九世 紀(jì)末 動態(tài)（快速發(fā)展）生物化學(xué)時期 20世紀(jì)上葉 分子生物學(xué)時期：20世紀(jì)50年代，生物化學(xué)的發(fā)展進入

2、了一個空前突飛猛進的黃金時代，這一時期的主要標(biāo)志是1953年James D. Watson和Francis H. Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立。同年，F(xiàn)rederick Sanger完成了胰島素一級結(jié)構(gòu)的測定。 從此開始了以核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能為研究焦點的分子生物學(xué)時代。 1990年人類基因組計劃，揭開組成人體4萬個基因的30億個堿基對的秘密。 生化重要發(fā)現(xiàn)大事年表1773：發(fā)現(xiàn)尿素1779：從橄欖油中提出甘油1780：提出呼吸即氧化作用1810：指出發(fā)酵反應(yīng)1828：由氰酸銨合成尿素。這是第一個人工合成 的，機體自身的有機化合物1836：明確催化劑的概念1847：完成淀粉酶的分

3、解作用，將淀粉變成麥芽糖1857：提出發(fā)酵的“活力論”1862：指出淀粉為光合作用的產(chǎn)物1869：發(fā)現(xiàn)核酸1886：發(fā)現(xiàn)“組織血紅素”，后來命名為細胞色素1890：結(jié)晶出第一個蛋白質(zhì)：卵白蛋白1897：完成無細胞發(fā)酵作用1902：表明蛋白質(zhì)為多肽鏈1903：分離出第一個激素：腎上腺素1905：明確“激素”一詞1937：將檸檬酸循環(huán)模式化1938：發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)氨基作用1939：發(fā)現(xiàn)氧化磷酸化作用1941：認(rèn)為ATP的主要作用在于它是“高能化合物”1944：酶的遺傳1944：DNA是細菌的轉(zhuǎn)化因子1952：提出蛋白質(zhì)的螺旋模型1953：闡明胰島素的結(jié)構(gòu)1953：提出核酸的螺旋模型（揭開了分子生物學(xué)時代）

4、1958：闡明純病毒核酸的感染性1965：第一次闡明核酸的順序1968-1970：發(fā)現(xiàn)限制性核酸內(nèi)切酶1978：發(fā)現(xiàn)DNA中的內(nèi)含子1990：人類基因組計劃，2003年完成。美國、英國、法國、德意志聯(lián)邦共國、日本和中國 。（人物：楊煥明）生化的學(xué)習(xí)內(nèi)容：1、人體的物質(zhì)組成（生物大分子(biomacromolecules)：即由某些基本結(jié)構(gòu)單位按一定順序和方式連接所形成的多聚體，分子量一般大于104，如蛋白質(zhì)、核酸和復(fù)合脂類等大分子量的有機化合物）2、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能3、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)4、基因信息傳遞及其調(diào)控為什么學(xué)習(xí)生物化學(xué) 生物化學(xué)與醫(yī)學(xué) 生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，也是生命科學(xué)的前沿學(xué)科

5、、疾病的發(fā)生機制與生物化學(xué)、疾病的診斷與檢測、基因工程誕生與醫(yī)學(xué)的關(guān)系怎樣學(xué)習(xí)生物化學(xué) 掌握熟悉了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性：1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80。2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能：1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用（激素）3）免疫保護作用（抗體）4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲（血

6、紅蛋白）5）運動與支持作用（肌肉）6）參與細胞間信息傳遞（受體）3.氧化功能蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘 。 蛋白質(zhì)元素組成的特點 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )例外： 脯氨酸（亞氨基酸）、甘氨酸= 每克樣品含氮克數(shù)× 6.25×100二、組成蛋白質(zhì)的基本單位 氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種

7、。 組成蛋白質(zhì)的氨基酸為-氨基酸，組成蛋白質(zhì)氨基酸（甘氨酸除外）均為L-型氨基酸氨基酸的分類：共20種，根據(jù)側(cè)鏈和性質(zhì)分非極性脂肪族氨基酸、極性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸（兩個羧基解離帶負電，天冬氨酸谷氨酸）、堿性氨基酸（兩個以上氨基解離帶正電，賴氨酸精氨酸組氨酸）。幾種特殊氨基酸 甘：無手性碳原子 脯：為環(huán)狀亞氨基酸 半胱氨酸胱氨酸：二巰鍵(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸（二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸(3) 側(cè)鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectric po

8、int, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，凈電荷為零。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。芳香族氨基酸紫外吸收 色氨酸酪氨酸 多數(shù)蛋白含這兩種氨基酸殘基，測定蛋白溶液280nm光吸收值可快速簡便分析蛋白含量。（色氨酸>酪氨酸>苯丙氨酸） 茚三酮反應(yīng)： 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式：1、肽鍵（ 肽鍵(peptide bond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成

9、的化學(xué)鍵。肽鍵有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽 由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。）多肽鏈有兩端：氨基末端（N端）：多肽鏈中a-氨基游離的一端羧基末端（C端）：多肽鏈中a-羧基游離的一端按照慣例肽的書寫從N端到C端 人體內(nèi)具有特殊生物活性的肽類如谷胱甘肽。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的一級

10、結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。牛胰島素的一級結(jié)構(gòu) 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。主要的化學(xué)鍵：氫鍵?；窘Y(jié)構(gòu)單元：肽單元（參與組成肽鍵的Ca1、C、O、N、H、Ca2 6個原子在同一平面,稱為肽鍵平面。）。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基本形式：-螺旋 (-helix ) 特點：右手螺旋(順時針)。肽鏈的主鏈形成緊密的螺旋，每一圈包含3.6個氨基酸殘基，每個殘基跨距為0.15nm，螺旋上升一圈的距離(螺距)為3.6×

11、;0.15=0.54nm.相鄰螺旋間的NH和CO形成氫鍵，氫鍵方向與螺旋中心平行，螺旋通過氫鍵維持穩(wěn)定。R基團伸向外側(cè)，R基團影響 -螺旋的形成。影響-螺旋穩(wěn)定的因素： 酸性或堿性AA集中的區(qū)域（同種電荷的相斥）； 脯氨酸，不利于-螺旋形成（亞氨基酸）； 較大的R側(cè)鏈集中，不利于-螺旋形成（空間位阻效應(yīng)）。-折疊 ( -pleated sheet )結(jié)構(gòu)要點：肽段折紙狀、鋸齒狀，相對伸展。幾個肽段順向平行、反向平行維持因素：氫鍵。R基團的位置：鋸齒的上下方（外側(cè)）。-轉(zhuǎn)角 ( -turn )結(jié)構(gòu)要點：4個氨基酸殘基、第二個常為脯氨酸、180°回折、氫鍵維持 無規(guī)卷曲 ( random

12、 coil ) ：無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。（5） 模體（motif）或超二級結(jié)構(gòu)：二個或二個以上二級結(jié)構(gòu)、空間上靠近、特殊的構(gòu)象、特殊的功能。（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響：蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 定義：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。主要的化學(xué)鍵：次級鍵：疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等；此外還有：二硫鍵 肌紅蛋白 (Mb) 153氨基酸 2、結(jié)構(gòu)域：大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)常可分割成一個或數(shù)個球狀或纖維狀

13、的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain) 。 免疫球蛋白 分子伴侶：分子伴侶通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。 具體作用：1.能可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進行可防 止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。2.可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 3. 在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。亞基間通過非共價鍵相連。蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用

14、，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。亞基之間的結(jié)合力主要是離子鍵和氫鍵。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系：一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)決定生物學(xué)功能。一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象與功能的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系：1. 蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu) （一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似 肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基 肌紅蛋白：肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。 血紅蛋白：血紅蛋白具有4個亞基組成

15、的四級結(jié)構(gòu)，每個亞基可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。 （二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合 Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合， Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。 一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)（如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)）。 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化

16、，稱為變構(gòu)效應(yīng)。血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1、 兩性電離性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點/2、膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，

17、為膠粒范圍之內(nèi)。穩(wěn)定因素：表面同種電荷、水化膜。蛋白質(zhì)的變性：在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。（變形的本質(zhì)：破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。應(yīng)用舉例:臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。）若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation) 。4、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰：由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙

18、鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的A280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。5.蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)：（一）茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)含有的自由氨基也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)呈紫藍色。（二）雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。三）Folin-酚試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)中酪氨酸與磷鉬酸與磷鎢酸反應(yīng)成藍色。蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物（透析：利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合

19、物分開的方法。超濾法：應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。）二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法 使用丙酮沉淀時，必須在04低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。 免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白

20、。三、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分離：蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù), 稱為電泳(elctrophoresis) 。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。 等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)等電點的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。 雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。 帶電粒子在電場力作用下向著所帶電荷相反的方向泳動的現(xiàn)象叫電泳。利用這一原理，可以將蛋白質(zhì)進行分離純化。四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進行層析分離 層析(chromatogra

21、phy)分離蛋白質(zhì)的原理 待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達到分離蛋白質(zhì)的目的。 蛋白質(zhì)分離常用的層析方法 離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進行分離。凝膠過濾(gel filtration)又稱分子篩層析，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。 五、利用蛋白質(zhì)顆粒沉降行為不同可進行超速離心分離 超速離心法(ultracentrifugation)既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量。蛋白質(zhì)在離心場中的行為用沉降系數(shù)(sedimentat

22、ion coefficient, S)表示，沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān) 。因為沉降系數(shù)S大體上和分子量成正比關(guān)系，故可應(yīng)用超速離心法測定蛋白質(zhì)分子量，但對分子形狀的高度不對稱的大多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)不適用。 六、應(yīng)用化學(xué)或反向遺傳學(xué)方法可分析多肽鏈的氨基酸序列核酸的結(jié)構(gòu)與功能核算的發(fā)現(xiàn)和研究工作進展：1868年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取“核素” 1944年 Avery等人證實DNA是遺傳物質(zhì)1953年 Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1968年 Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1975年 Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1981年 Gilbert

23、和Sanger建立DNA 測序方法1985年 Mullis發(fā)明PCR 技術(shù)1990年 美國啟動人類基因組計劃(HGP) 1994年 中國人類基因組計劃啟動2001年 美、英等國完成人類基因組計劃基本框架核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。元素組成：C、H、O、N、P。核酸分為脫氧核糖核酸（存在于細胞核和線粒體，攜代遺傳信息，決定細胞和個體的基因型，是遺傳信息的載體）和核糖核酸（分布于細胞核細胞質(zhì)線粒體，是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物,傳遞遺傳信息RNA也可作為遺傳信息的載體）核酸的化學(xué)組成：核苷酸（磷酸、核苷和脫氧核苷（戊糖（核糖RNA、脫氧核糖DNA）、堿基（嘌呤、嘧啶）堿基(

24、base)是含氮的雜環(huán)化合物。DNA(A/T/C/G) RNA(A/U/C/G)嘌呤N-9 或嘧啶N-1與核糖C-1¢通過糖苷鍵相連形成核苷（糖苷鍵）。核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸。核苷酸衍生物：如:環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。DNA是脫氧核苷酸通過3 ¢,5 ¢-磷酸二酯鍵連接形成的大分子。一個脫氧核苷酸3¢-OH與另一個核苷酸5¢-Pi縮合形成3 ¢,5 ¢ -磷酸二酯鍵。 多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。RNA也是具有

25、3,5-磷酸二酯鍵的線性大分子，RNA也是多個核苷酸分子通過酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序 定義：核酸中核苷酸的排列順序，即堿基序列。核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長度可以高達幾十萬個堿基。 DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能空間結(jié)構(gòu)：構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對位置關(guān)系。DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)和高級結(jié)構(gòu)。

26、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，研究背景：Charagaff規(guī)則：A = T，G = C，不同生物種屬的DNA的堿基組成不同，同一個體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同。獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片 A%T% G%C%DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性 DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)正超螺旋(positive supercoil)：盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負超螺旋(negative supercoil)：盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu) 原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。

27、真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)：真核生物DNA以非常有序的形式存在于細胞核內(nèi)。在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。 DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)（核心顆粒（核心組蛋白，DNA雙螺旋分子(140bp)在核心組蛋白纏繞 1.75圈）、連接區(qū)）。DNA：約200bp組蛋白：H1/H2A，H2B/H3/H4DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)

28、上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。RNA與蛋白質(zhì)共同負責(zé)基因的表達和表達過程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠比DNA表現(xiàn)出多樣性。RNA的種類、分布、功能mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messenger RNA, mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。其前體hnRNA含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。 外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。壽命最短的RNA 內(nèi)含子外顯子 mRNA結(jié)構(gòu)特點：大多數(shù)真核mRNA的5´末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個

29、7-甲基鳥苷三磷酸，同時第一個核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。大多數(shù)真核mRNA的3´末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。 帽子結(jié)構(gòu) 3. 5端非編碼序列和3端非編碼序列4. 開放讀碼框（open reading frame, ORF） 指從真核生物mRNA5端出現(xiàn)的第一個AUG序列開始，一直到出現(xiàn)UAA(或UAG, UGA)序列為止的這一段mRNA堿基序列。ORF中酶3個相鄰的核苷酸為一組，決定蛋白質(zhì)分子中的一個氨基酸殘基，被稱為三聯(lián)體密碼子（或密碼子）mRNA的功能：把DNA的遺傳信息，轉(zhuǎn)錄成mRNA的密碼、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的

30、氨基酸排列順序。 tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體 * tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點Ø 含 1020% 稀有堿基Ø 3´末端為 CCA-OH分子量最小、含稀有堿基比例最高的一類RNAtRNA的二級結(jié)構(gòu)三葉草形(Ø反密碼環(huán)Ø TC環(huán)Ø DHU環(huán)Ø 氨基酸臂) tRNA的三級結(jié)構(gòu) 倒L形 tRNA的功能：把活化的aa搬運到核糖體，tRNA的反密碼子與mRNA的密碼子特異性結(jié)合，使氨基酸對號入座。 以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場所，含量最多的RNA，多個莖環(huán)結(jié)構(gòu)組成，功能：參與組成核蛋白體，為蛋白質(zhì)生物合成的場所。核酸在真

31、核細胞和原核細胞中表現(xiàn)了不同的時空特性，原核生物基因表達的特異性、真核生物基因表達的特異性 核酸的理化性質(zhì)：核酸分子具有強烈的紫外吸收：核酸在波長 260nm 處有強烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。240290nm范圍，最大吸收峰在260nm。DNA或RNA的定量A260 = 1.0 相當(dāng)于 50g/ml 雙鏈DNA(dsDNA)40g/ml 單鏈DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸確定樣品中核酸的純度 純 DNA: A260/A280 = 1.8純 RNA: A260/A280 = 2.0核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸為多元酸，具有

32、較強的酸性。核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNA dsDNA > ssDNA沉降行為:不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的速率有很大差異，這是超速離心法提取和純化核酸的理論基礎(chǔ)。DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。DNA變性的本質(zhì)：堿基堆積力和雙鏈間氫鍵的破壞。熱變性：特點 驟然、突發(fā)式融解溫度Tm：A260變化值達到最大變化值一半時的溫度，即50DNA雙鏈被解開時候的溫度。Tm與G+C含量成正比。增色效應(yīng)： DNA變性時其溶液A260增高的現(xiàn)象G+C 含量越高，解鏈溫度就越高 變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙鏈當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解

33、離的互補鏈可重新配對，恢復(fù)原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火。減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時，其溶液A260降低。核酸分子雜交(hybridization) 只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，在適宜的條件可以在不同的分子間形成雜化雙鏈。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。核酸分子雜交的應(yīng)用：研究DNA分子中某一種基因的位置。監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否。是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)核酸酶 核酸酶是指所

34、有可以水解核酸的酶。依據(jù)底物不同分類DNA酶(DNase)：專一降解DNA。RNA酶 (RNase)：專一降解RNA。依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶：5´3´或3´5´核酸外切酶。酶酶是活細胞合成的具有高度特異性和高度催化效率的生物催化劑。目前將生物催化劑分為兩類:酶 、 核酶（脫氧核酶）研究簡史：公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細胞生命活動的結(jié)果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)

35、酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，Jack W.Szostak研究室首先報道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶酶的分子結(jié)構(gòu)與功能：不同形式：單體酶：僅具有三級結(jié)構(gòu)的酶。寡聚酶：具有四級結(jié)構(gòu)的酶。多酶體系：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。多功能酶或串聯(lián)酶：多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。（單純酶，結(jié)合酶（蛋白部分（酶蛋白）、輔助因子（小分子有機化合物、金屬離子）酶蛋白決定反應(yīng)的特異性。輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)。酶的活性中心

36、是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位。必需基團：酶分子中氨基酸殘基R側(cè)鏈的化學(xué)基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團。酶的活性中心：指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。結(jié)合基因（與底物結(jié)合）、催化基因（催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物）?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F：位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象和（或）作為調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位所必需。 酶促反應(yīng)的特點與機制：酶與一般催化劑的共同點（在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不改變反應(yīng)的平衡點。通過降低反應(yīng)所需的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)的速度）高效性（與不加催化

37、劑相比提高1081020與普通催化劑相比提高1071013）、特異性（一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。）根?jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：絕對特異性：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。相對特異性：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。立體結(jié)構(gòu)特異性：作用于立體異構(gòu)體中的一種。酶促反應(yīng)的專一性：1.絕對特異性：一種酶只作用于一種底物,發(fā)生特定反應(yīng)，生成一種產(chǎn)物。2.相對特異性： 作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。如脂肪酶、磷酸酶和蛋白水解酶等。包括鍵專一性和基團專一性（ 蔗糖棉子糖）

38、3.立體異構(gòu)特異性如:L- 乳酸脫氫酶（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性 酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。（四）酶促反應(yīng)的不穩(wěn)定性 二、酶通過促進底物形成過渡態(tài)而提高反應(yīng)速率一）酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)活化能：酶和一般催化劑一樣，加速反應(yīng)的作用都是通過降低反應(yīng)的活化能 實現(xiàn)的。活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。（二）酶-底物復(fù)合物的形成有利于底物轉(zhuǎn)變成過渡態(tài) 誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合（酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合。）酶促反應(yīng)動力學(xué) 酶促反應(yīng)動力學(xué)：研究各種因素對酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括：酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。酶促反應(yīng)動力學(xué)：研究各種因素對酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括：酶濃度、底物濃度、pH