第一部分生物分子的結(jié)構(gòu)與生理功能

1、第一部分 生物分子的結(jié)構(gòu)與生理功能第一章 蛋白質(zhì)化學(xué)要求：掌握1蛋白質(zhì)的重要生理功能；2掌握蛋白質(zhì)的含氮量及與蛋白質(zhì)定量關(guān)系；3蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位；4掌握蛋白質(zhì)一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的概念；5掌握結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。熟悉1 氨基酸的酸性、堿性、含硫、含羥基及芳香族氨基酸；2 熟悉蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì)及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。 提要：本章著重從蛋白質(zhì)的基本化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、理化性質(zhì)和分類(lèi)等方面進(jìn)行講述。一、 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是各種生命現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，是各種組織的基本組成成分。人體內(nèi)蛋白質(zhì)含量約占人體干重的45。其主要元素有碳、氫、氧、氮、硫等，其中氮的含量比較恒定，平均為

2、16左右。這是蛋白質(zhì)元素組成的重要特點(diǎn)，也是蛋白質(zhì)定量測(cè)定的依據(jù)。通常只要測(cè)定出生物樣品中的含氮量，就可用樣品中含氮的克數(shù)乘以6.25=樣品中蛋白質(zhì)的克數(shù)來(lái)計(jì)算蛋白質(zhì)的含量。二、蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都有一個(gè)共同點(diǎn)，即在-碳原子上都結(jié)合有氨基或亞氨基，都為L(zhǎng)型-氨基酸。所有的氨基酸都含有堿性的氨基，又含有酸性的羧基，因此是兩性電解質(zhì)，在不同的pH值溶液中，可帶不同的電荷。當(dāng)氨基酸處在某一pH值溶液中時(shí)，氨基酸所帶的正、負(fù)電荷數(shù)相等，此時(shí)溶液的pH值為該氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。不同的氨基酸有各自特定的等電點(diǎn)。氨基酸由于

3、和茚三酮反應(yīng)發(fā)生顏色變化，故可用于氨基酸的定性和定量測(cè)定。三、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)由一個(gè)氨基酸的羧基予另一個(gè)氨基酸的氨基脫去一分子水形成的鍵稱(chēng)為肽鍵。肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的基本鍵。根據(jù)多肽鏈中氨基酸的殘基數(shù)分別稱(chēng)為二肽、三肽、寡肽或多肽。多肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)分子的最基本結(jié)構(gòu)形式。蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸按一定排列順序以肽鍵相連形成蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是其高級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈經(jīng)折疊盤(pán)曲而具有一定的構(gòu)象稱(chēng)為蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。高級(jí)結(jié)構(gòu)又可分為二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是次級(jí)鍵，有氫鍵、離子鍵、疏水鍵、二硫鍵以及范德華引力。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多

4、肽鏈本身折疊或盤(pán)曲所形成的局部空間構(gòu)象，主要的有-螺旋和-片層結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤(pán)曲、折疊而形成的整體構(gòu)象。某些蛋白質(zhì)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)即可表現(xiàn)生物學(xué)活性，三級(jí)結(jié)構(gòu)是其分子結(jié)構(gòu)的最高形式。許多蛋白質(zhì)分子是由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈相互聚合而成的蛋白質(zhì)分子稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱(chēng)為亞基或亞單位。亞基之間借次級(jí)鍵締合在一起，形成寡聚體或多聚體。其中每個(gè)亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物學(xué)活性。但并非所有蛋白質(zhì)分子均具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式。蛋白質(zhì)的功能與其特異的構(gòu)象有密切關(guān)系，而一級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)空間結(jié)構(gòu)有決定作用。即蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。蛋

5、白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，其生物學(xué)功能不同，各種蛋白質(zhì)的特定功能是由其特殊的結(jié)構(gòu)決定的。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)改變而使生物學(xué)功能發(fā)生很大的變化。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)直接與其生物活性相關(guān)，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其生物學(xué)活性也隨之改變。四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1兩性游離和等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)的部分理化性質(zhì)與氨基酸相同，如某些呈色反應(yīng)等。根據(jù)蛋白質(zhì)的兩性游離性質(zhì)，采用電泳方法可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分離、純化鑒定和分子量的測(cè)定。 2高分子化合物的性質(zhì)：如膠體性質(zhì)，易沉淀，不易透過(guò)半透膜。根據(jù)蛋白質(zhì)這些性質(zhì)可用透析法分離蛋白質(zhì)，利用超速離心法既能分離、純化蛋白質(zhì)，又能測(cè)定蛋白質(zhì)分子量。天然蛋白質(zhì)常以穩(wěn)定的親水膠體溶液形式存在，這是由于蛋白質(zhì)顆

6、粒表面存在水化膜和表面電荷。如除去這兩個(gè)穩(wěn)定因素，蛋白質(zhì)就可發(fā)生沉淀。例如調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH到等電點(diǎn)，加入脫水劑去除水化膜。常采用鹽析、有機(jī)溶劑和某些酸類(lèi)或重金屬離子等都可使蛋白質(zhì)沉淀。3蛋白質(zhì)的沉淀：蛋白質(zhì)的沉淀和變性反應(yīng)是不同的兩個(gè)概念。蛋白質(zhì)在某些理化條件下，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而喪失其生物活性稱(chēng)為變性。分散在溶液中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生凝聚，并從溶液中沉淀、析出的現(xiàn)象，成為蛋白質(zhì)的沉淀。根據(jù)沉淀的方法和條件不同，蛋白質(zhì)的沉淀可能是變性的，也可能是未變性。第二章核酸化學(xué) 要求：掌握1 DNA和RNA分子組成的異同；2 掌握多核苷酸鏈中單核苷酸之間的連接方式及多核苷酸鏈的方向性；3 掌握DNA雙螺

7、旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)、堿基配對(duì)規(guī)律；4 掌握核酸的紫外吸收特性、DNA變性、Tm、復(fù)性及雜交的概念。熟悉1 核酸的分類(lèi)、細(xì)胞分布及生物學(xué)功能；2 熟悉核酸的平均磷含量與核酸定量之間的關(guān)系；3 熟悉核苷酸、核苷和堿基的基本概念；4 熟記常見(jiàn)的核苷酸的縮寫(xiě)符號(hào)；5 熟悉體內(nèi)重要的環(huán)核苷酸cAMP和cGMP；6 熟悉rRNA、mRNA、tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能。提要：1核苷酸的分子組成核酸分子主要由碳、氫、氧、氮和磷等元素組成，含磷量為910，可通過(guò)測(cè)定磷含量來(lái)估計(jì)樣品中核酸含量。核酸的基本組成單位是核苷酸，核酸是由數(shù)十個(gè)到數(shù)十萬(wàn)個(gè)核苷酸連接而成的，故也稱(chēng)為多核苷酸。核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。堿基又分

8、為嘌呤堿和嘧啶堿兩類(lèi)。戊糖可分為核糖和脫氧核糖。DNA中的堿基和戊糖與RNA的有所不同。DNA分子中主要有A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鳥(niǎo)嘌呤)和C(胞嘧啶)四種堿基，戊糖為脫氧核糖；RNA分子中堿基成分多為A、U(尿嘧啶)、G和C，戊糖為核糖。此外，DNA和RNA還含有少量稀有堿基。 堿基和戊糖縮合后的生成物稱(chēng)核苷。嘌呤和嘧啶可分別與核糖以糖苷鍵相連，形成嘌呤核苷或嘧啶核苷。嘌呤和嘧啶同樣也可與脫氧核糖以糖苷鍵相連，形成各種脫氧核苷。核苷與磷酸以磷酯鍵相連，可形成2-，3-或5-核糖核苷酸。脫氧核苷與磷酸借助磷酯鍵相連可形成3-或5-脫氧核糖核苷酸。在生物體內(nèi)大量游離存在的多是5-核苷酸

9、(NMP)。5-核苷酸的磷酸基上往往可以再連接一分子磷酸或二分子磷酸，形成二磷酸核苷(NDP)或三磷酸核苷(NTP)。脫氧核苷酸(dNMP)也可以再連接一分子或二分子磷酸，形成脫氧二磷酸核苷(dNDP)或脫氧三磷酸核苷(dNTP)。在體內(nèi)有一些游離的核苷酸及其衍生物在代謝中起重要作用。如多種三磷酸核苷特別是ATP是重要的直接供能物質(zhì)。4種NTP和dNTP是合成RNA和DNA的原料。cAMP(環(huán)化腺苷酸)和cGMP(環(huán)化鳥(niǎo)苷酸)是多種激素作用的第二信使，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)多種物質(zhì)代謝。一些游離核苷酸的衍生物是體內(nèi)一些重要酶的輔酶，參與生物氧化和各種物質(zhì)代謝過(guò)程。2DNA分子的空間結(jié)構(gòu)核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

10、。各種生物都含有兩類(lèi)核酸，即核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)。病毒只含有DNA或RNA。DNA是遺傳信息的載體，其絕大部分存在于細(xì)胞核內(nèi)。RNA與蛋白質(zhì)的合成密切相關(guān)，主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。在多核苷酸鏈中，脫氧核苷酸的連接方式、數(shù)量和排列順序稱(chēng)為DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。組成核酸的核苷酸按一定順序排列，以 3，5-磷酸二酯鍵相連的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。首尾分別為5-磷酸基及3-羥基，即按53方向書(shū)寫(xiě)。二級(jí)及三級(jí)結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)高級(jí)結(jié)構(gòu)，DNA和RNA各有特點(diǎn)。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是雙鏈雙螺旋、兩條鏈反向平行、堿基向內(nèi)互補(bǔ)(A-T，G-C)。每個(gè)堿基對(duì)的兩堿基處于同一平面，該平面垂直與雙螺旋的中心軸。配對(duì)堿基之間的

11、氫鍵和范德華引力使該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。無(wú)論DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)形式如何，DNA分子中兩條多核苷酸聯(lián)的堿基排列順序總遵循堿基互補(bǔ)規(guī)律的。只要其中一條鏈排列順序確定，另一條也隨確定。DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成的超螺旋結(jié)構(gòu)。如真核細(xì)胞DNA的雙鏈纏繞在組蛋白上構(gòu)成核小體，它是染色體的基本單位。3RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA為單鏈結(jié)構(gòu)，局部可因堿基互補(bǔ)配對(duì)(A-U，C-G)以氫鍵相連形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。不參加配對(duì)的堿基所形成的單鏈則被排斥在雙鏈外，形成環(huán)狀突起。這就是RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA按功能不同分為三類(lèi)，即信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)及核蛋白體RNA(rRNA)。每三個(gè)堿基對(duì)應(yīng)一

12、種氨基酸，因此其堿基排列順序決定了由它指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸排列順序。mRNA攜帶了DNA的遺傳信息，在蛋白質(zhì)合成中作為合成蛋白質(zhì)的模板起傳遞遺傳信息的作用。tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)最具特色，呈三葉草型。其主要功能部位有二個(gè)，一是氨基酸臂的 3末端為-CCA-OH，起特異結(jié)合氨基酸作用；二是有一個(gè)反密碼環(huán)，環(huán)上有反密碼子，與mRNA上的密碼子反向互補(bǔ)，于是由tRNA攜帶的氨基酸可被轉(zhuǎn)運(yùn)到與密碼子對(duì)應(yīng)的部位，因此tRNA具有攜帶轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的作用。tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)為倒“L”型，是天然狀態(tài)下的構(gòu)象。 rRNA不單獨(dú)存在，它與蛋白質(zhì)結(jié)合為核蛋白體，分為大小亞基，存在于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與胞漿中。核蛋白體是

13、蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。3核酸的理化性質(zhì)和應(yīng)用酸堿性：由于DNA和RNA的多核苷酸鏈上既有酸性的磷酸基團(tuán)，又有堿基上的堿性基團(tuán)，因此它也是兩性電解質(zhì)。在一定pH溶液中可帶某種電荷，故可用電泳方法將其分離。核酸通常顯酸性，易與金屬離子生成鹽，此時(shí)可加入乙醇或異丙醇使其沉淀析出。高分子特性：如：膠體性質(zhì)。紫外吸收特性、變性、復(fù)性與雜交特性：核酸在260nm處有吸收峰，可用于定量分析。核酸還具有高分子化合物的某些性質(zhì)，如粘度大，沉降速度快。核酸在某些條件下會(huì)發(fā)生氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)松散分開(kāi)即為核酸的變性，但無(wú)共價(jià)鍵的斷裂。核酸變性后理化性質(zhì)發(fā)生改變，如紫外(260nm)吸收峰值增高，粘度降低。核酸熱變

14、性時(shí)，其紫外光吸收峰值達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度稱(chēng)解鏈溫度 (Tm)。Tm值大小與核酸分子中的G-C對(duì)含量多少及核酸分子的長(zhǎng)度有關(guān)。核酸熱變性后，溫度再緩慢下降，解開(kāi)的兩條鏈又可重新締合而形成雙螺旋，此即為核酸的復(fù)性。不同來(lái)源的變性核酸一起復(fù)性，有可能發(fā)生雜交，核酸分子雜交在分子生物學(xué)研究中是一項(xiàng)應(yīng)用較多的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)。第三章 酶要求：掌握 1 酶、酶的活性中心、必需基團(tuán)、酶原的激活、同工酶和變構(gòu)酶的概念； 2 酶的化學(xué)組成、特性和結(jié)合蛋白酶（全酶）類(lèi)的特性； 3 影響酶促反應(yīng)的因素； 4 米氏方程和米氏常數(shù)的意義； 5 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的概念； 6 三種抑制作用對(duì)最大速度和Km的影響。提要：生物體

15、內(nèi)所有的反應(yīng)均在常溫、常壓和近中性溫和的內(nèi)環(huán)境條件下進(jìn)行。這是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在著一種生物催化劑一酶。酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生，能在體內(nèi)外對(duì)其底物(作用物)起催化作用的一類(lèi)蛋白質(zhì)。酶與一般催化劑的不同點(diǎn)在于酶具有極高的催化效率、高度專(zhuān)一性(特異性)、高度不穩(wěn)定性和酶活性的可調(diào)控性。酶按其分子組成可分成單純蛋白酶和結(jié)合蛋白酶(全酶)兩類(lèi)。前者酶分子全部由氨基酸組成，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。結(jié)合蛋白酶的分子組成除含蛋白質(zhì)部分(稱(chēng)酶蛋白)外，還含有非蛋白質(zhì)部分(稱(chēng)輔助因子)，根據(jù)與酶蛋白結(jié)合的牢固程度不同又可分為輔基和輔酶。輔助因子由金屬離子、B族維生素衍生物等組成。酶蛋白與輔酶(輔基)的關(guān)系是：一種酶蛋白只能與一種輔酶(輔基)結(jié)合生成一種全酶，催化一種反應(yīng)，而一種輔酶(輔基)可與多種酶蛋白結(jié)合生成不同全酶，催化不同的反應(yīng)。因而酶蛋白決定