第一章绪论 生物化学的的概念: 生物化学( biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学,它是 介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。 生物化学的发展 1.叙述生物化学阶段:是生物化学发展的萌芽阶段,其主要的工作是分析和研 究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。 2.动态生物化学阶段:是生物化学蓬勃发展的时期。就在这一时期,人们基本 上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。 3.分子生物学阶段:这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构 与其功能之间的关系 三、生物化学研究的主要方面: 1.生物体的物质组成:高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、 无机盐等组成,此外还含有一些低分子物质。 2.物质代谢:物质代谢的基本过程主要包括三大步骤:消化、吸收→中间代谢 排泄。其中,中间代谢过程是在细胞内进行的,最为复杂的化学变化过程,它 包括合成代谢,分解代谢,物质互变,代谢调控,能量代谢几方面的内容。 3.细胞信号转导:细胞内存在多条信号转导途径,而这些途径之间通过一定的 方式方式相互交织在一起,从而构成了非常复杂的信号转导网络,调控细胞的代 谢、生理活动及生长分化。 4.生物分子的结构与功能:通过对生物大分子结构的理解,揭示结构与功能之 间的关系。 5.遗传与繁殖:对生物体遗传与繁殖的分子机制的硏究,也是现代生物化学与 分子生物学研究的一个重要内容。 第二章蛋白质的结构与功能 氨基酸 1.结构特点:氨基酸 amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白 质分子的氨基酸约有20种,除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外, 其余氨基酸均为L-a-氨基酸
第一章 绪论 一、生物化学的的概念： 生物化学（biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是 介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。 二、生物化学的发展： 1．叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研 究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。 2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。就在这一时期，人们基本 上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。 3．分子生物学阶段：这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构 与其功能之间的关系。 三、生物化学研究的主要方面： 1．生物体的物质组成：高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、 无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质。 2．物质代谢：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢 →排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它 包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。 3．细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的 方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代 谢、生理活动及生长分化。 4．生物分子的结构与功能：通过对生物大分子结构的理解，揭示结构与功能之 间的关系。 5．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与 分子生物学研究的一个重要内容。 第二章 蛋白质的结构与功能 一、 氨基酸： 1．结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白 质分子的氨基酸约有 20 种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外， 其余氨基酸均为 L-α-氨基酸
2.分类:根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类:①非极性中 性氨基酸(8种);②极性中性氨基酸(7种;③酸性氨基酸(Gu和Asp);④碱 性氨基酸(Lys、Arg和His) 、肽键与肽链 肽键( peptide bond)是指由一分子氨基酸的a-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经 脱水而形成的共价键(CONH-)。氨基酸分子在参与形成肽键之后,由于脱水而 结构不完整,称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端:即自由氨基端(N端)与自 由羧基端(C端),肽链的方向是N端→C端 三、肽键平面(肽单位): 肽键具有部分双键的性质,不能自由旋转;组成肽键的四个原子及其相邻的两个 碳原子处在同一个平面上,为刚性平面结构,称为肽键平面 四、蛋白质的分子结构: 蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为 线状结构,二、三、四级结构为空间结构。 1.一级结构:指多肽链中氨基酸的排列顺序,其维系键是肽键。蛋白质的一级 结构决定其空间结构。 2.二级结构:指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象,借氢键维系。主要有 以下几种类型: (1)α-螺旋:其结构特征为:①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋;②螺旋 每上升一圈是36个氨基酸残基,螺距为0.54nm;③相邻螺旋圈之间形成许多 氢键;④侧链基团位于螺旋的外侧。 影响α-螺旋形成的因素主要是:①存在侧链基团较大的氨基酸残基;②连续 存在带相同电荷的氨基酸残基;③存在脯氨酸残基 (2)β-折叠:其结构特征为:①若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片;②所 有肽键的C=O和N-H形成链间氢键:③侧链基团分别交替位于片层的上、下 (3)β-转角:多肽链180°回折部分,通常由四个氨基酸残基构成,借1、4残基 之间形成氢键维系。 (4)无规卷曲:主链骨架无规律盘绕的部分
2．分类：根据氨基酸的 R 基团的极性大小可将氨基酸分为四类：① 非极性中 性氨基酸(8 种)；② 极性中性氨基酸(7 种)；③ 酸性氨基酸(Glu 和 Asp)；④ 碱 性氨基酸(Lys、Arg 和 His)。 二、 肽键与肽链： 肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经 脱水而形成的共价键(-CO-NH-)。氨基酸分子在参与形成肽键之后，由于脱水而 结构不完整，称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N 端)与自 由羧基端(C 端)，肽链的方向是 N 端→C 端。 三、肽键平面(肽单位)： 肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个 α碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构，称为肽键平面。 四、蛋白质的分子结构： 蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为 线状结构，二、三、四级结构为空间结构。 1．一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键。蛋白质的一级 结构决定其空间结构。 2．二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要有 以下几种类型： ⑴α-螺旋：其结构特征为：①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；②螺旋 每上升一圈是 3.6 个氨基酸残基，螺距为 0.54nm；③ 相邻螺旋圈之间形成许多 氢键；④ 侧链基团位于螺旋的外侧。 影响α-螺旋形成的因素主要是：① 存在侧链基团较大的氨基酸残基；② 连续 存在带相同电荷的氨基酸残基；③ 存在脯氨酸残基。 ⑵β-折叠：其结构特征为：① 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；② 所 有肽键的 C=O 和 N—H 形成链间氢键；③侧链基团分别交替位于片层的上、下 方。 ⑶β-转角：多肽链 180°回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借 1、4 残基 之间形成氢键维系。 ⑷无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的部分
3.三级结构:指多肽链所有原子的空间排布。其维系键主要是非共价键(次级 键):氢键、疏水键、范德华力、离子键等,也可涉及二硫键 4.四级结构:指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等,其维系键为非共价 键。亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。 五、蛋白质的理化性质 1.两性解离与等电点:蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离的羧基,因此 蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶 液的pH值称为蛋白质的等电点。 2.蛋白质的胶体性质:蛋白质具有亲水溶胶的性质。蛋白质分子表面的水化膜 和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素 3.蛋白质的紫外吸收:蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外 光有吸收,以色氨酸吸收最强,最大吸收峰为280nm 4.蛋白质的变性:蛋白质在某些理化因素的作用下,其特定的空间结构被破坏 而导致其理化性质改变及生物活性丧失,这种现象称为蛋白质的变性。引起蛋白 质变性的因素有:髙温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属 盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。 六、蛋白质的分离与纯化 1.盐析与有机溶剂沉淀:在蛋白质溶液中加入大量中性盐,以破坏蛋白质的胶 体性质,使蛋白质从溶液中沉淀析出,称为盐析。常用的中性盐有:硫酸铵、氯 化钠、硫酸钠等。盐析时,溶液的p在蛋白质的等电点处效果最好。凡能与水 以任意比例混合的有机溶剂,如乙醇、甲醇、丙酮等,均可引起蛋白质沉淀, 2.电泳:蛋白质分子在高于或低于其pI的溶液中带净的负或正电荷,因此在电 场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大 小 3.透析:利用透析袋膜的超滤性质,可将大分子物质与小分子物质分离开。 4.层析:利用混合物中各组分理化性质的差异,在相互接触的两相(固定相与 流动相)之间的分布不同而进行分离。主要有离子交换层析,凝胶层析,吸附层 析及亲和层析等,其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。 5.超速离心:利用物质密度的不同,经超速离心后,分布于不同的液层而分离
3．三级结构：指多肽链所有原子的空间排布。其维系键主要是非共价键（次级 键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。 4．四级结构：指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等，其维系键为非共价 键。亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。 五、 蛋白质的理化性质： 1．两性解离与等电点：蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离的羧基，因此 蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶 液的 pH 值称为蛋白质的等电点。 2．蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的性质。蛋白质分子表面的水化膜 和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。 3．蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外 光有吸收，以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为 280nm。 4．蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素的作用下，其特定的空间结构被破坏 而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。引起蛋白 质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属 盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。 六、蛋白质的分离与纯化： 1．盐析与有机溶剂沉淀：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶 体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、氯 化钠、硫酸钠等。盐析时，溶液的 pH 在蛋白质的等电点处效果最好。凡能与水 以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。 2．电泳：蛋白质分子在高于或低于其 pI 的溶液中带净的负或正电荷，因此在电 场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大 小。 3．透析：利用透析袋膜的超滤性质，可将大分子物质与小分子物质分离开。 4．层析：利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与 流动相）之间的分布不同而进行分离。主要有离子交换层析，凝胶层析，吸附层 析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。 5．超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离
超速离心也可用来测定蛋白质的分子量,蛋白质的分子量与其沉降系数S成正 比 七、氨基酸顺序分析: 蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析,即蛋白质一级结构的测定,主要有以下几个步 骤 1.分离纯化蛋白质,得到一定量的蛋白质纯品 2.取一定量的样品进行完全水解,再测定蛋白质的氨基酸组成 3.分析蛋白质的N-端和C-端氨基酸: 4.采用特异性的酶(如胰凝乳蛋白酶)或化学试剂?匚玟寤瑁-鞍字蚀砦 舾商蹼亩危? 5.分离纯化单一肽段; 6.测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用 Edman降解法,用异硫氰酸苯酯进行 反应,将氨基酸降解后,逐一进行测定; 7.至少用两种不同的方法处理蛋白质,分别得到其肽段的氨基酸顺序 8将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较,以获得完整的蛋白质分子的氨基酸 顺序。 第三章核酸的结构与功能 、核酸的化学组成 1.含氮碱:参与核酸和核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱和嘧啶碱两大类 组成核苷酸的嘧啶碱主要有三种—一尿嘧啶(U)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T), 它们都是嘧啶的衍生物。组成核苷酸的嘌呤碱主要有两种—一腺嘌呤(A)和鸟 嘌呤(G),它们都是嘌呤的衍生物。 2.戊糖:核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D-核糖与β-D-2-脱氧核糖,由此 构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类 3.核苷:核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。通常是由核糖 或脱氧核糖的C1’′β-羟基与嘧啶碱N或嘌呤碱N9进行缩合,故生成的化学 键称为β,N糖苷键。其中由D-核糖生成者称为核糖核苷,而由脱氧核糖生成 者则称为脱氧核糖核苷。由“稀有碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷”。假尿 苷(ψ)就是由D-核糖的C1’与尿嘧啶的C5相连而生成的核苷
超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数 S 成正 比。 七、氨基酸顺序分析： 蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有以下几个步 骤： 1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品； 2. 取一定量的样品进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成； 3. 分析蛋白质的 N-端和 C-端氨基酸； 4. 采用特异性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化学试剂?ㄈ玟寤 瑁┙ 鞍字蚀 砦 舾商蹼亩危? 5. 分离纯化单一肽段； 6. 测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用 Edman 降解法，用异硫氰酸苯酯进行 反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定； 7. 至少用两种不同的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序； 8. 将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸 顺序。 第三章 核酸的结构与功能 一、核酸的化学组成： 1．含氮碱：参与核酸和核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱和嘧啶碱两大类。 组成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）， 它们都是嘧啶的衍生物。组成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤（A）和鸟 嘌呤（G），它们都是嘌呤的衍生物。 2．戊糖：核苷酸中的戊糖主要有两种，即β-D-核糖与β-D-2-脱氧核糖，由此 构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。 3．核苷：核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。通常是由核糖 或脱氧核糖的 C1’ β-羟基与嘧啶碱 N1 或嘌呤碱 N9 进行缩合，故生成的化学 键称为β，N 糖苷键。其中由 D-核糖生成者称为核糖核苷，而由脱氧核糖生成 者则称为脱氧核糖核苷。由“稀有碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷”。假尿 苷（ψ）就是由 D-核糖的 C1’ 与尿嘧啶的 C5 相连而生成的核苷
、核苷酸的结构与命名 核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包括核糖核苷酸和 脱氧核糖核酸两大类。最常见的核苷酸为5’-核苷酸(5′’常被省略)。5’-核 苷酸又可按其在5′位缩合的磷酸基的多少,分为一磷酸核苷(核苷酸)、二磷 酸核苷和三磷酸核苷。 此外,生物体内还存在一些特殊的环核苷酸,常见的为环一磷酸腺苷(cAMP) 和环一磷酸鸟苷(cGMP),它们通常是作为激素作用的第二信使。 核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用小写字母d代表脱氧,第二位 用大写字母代表碱基,第三位用大写字母代表磷酸基的数目,第四位用大写字母 P代表磷酸。 三、核酸的一级结构: 核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物 就称为核酸。核酸具有方向性,5’-位上具有自由磷酸基的末端称为5’-端,3′ 位上具有自由羟基的末端称为3’-端 DNA由dAMP、dGMP、dCMP和dIMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的 级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方 式。RNA由AMP,GMP,CMP,UMP四种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构 就是指RNA分子中核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。 四、DNA的二级结构 DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式,它是 Watson和 Crick两位 科学家于1953年提出来的一种结构模型,其主要实验依据是 Chargaff 1究小组 对DNA的化学组成进行的分析研究,即DNA分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T、G=C、A+G=TC( chargaff原则),以及由 Wilkins研究小组完成的DNA 晶体X线衍射图谱分析。 天然DNA的二级结构以B型为主,其结构特征为:①为右手双螺旋,两条链以 反平行方式排列;②主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧;③两条链间存在碱基互 补,通过氢键连系,且A-T、G-C(碱基互补原则);④螺旋的稳定因素为氢键 和碱基堆砌力;⑤螺旋的螺距为34nm,直径为2nm 五、DNA的超螺旋结构:
二、核苷酸的结构与命名： 核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和 脱氧核糖核酸两大类。最常见的核苷酸为 5’-核苷酸（5’ 常被省略）。5’-核 苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷 酸核苷和三磷酸核苷。 此外，生物体内还存在一些特殊的环核苷酸，常见的为环一磷酸腺苷（cAMP） 和环一磷酸鸟苷（cGMP），它们通常是作为激素作用的第二信使。 核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用小写字母 d 代表脱氧，第二位 用大写字母代表碱基，第三位用大写字母代表磷酸基的数目，第四位用大写字母 P 代表磷酸。 三、核酸的一级结构： 核苷酸通过 3’,5’-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物 就称为核酸。核酸具有方向性，5’-位上具有自由磷酸基的末端称为 5’-端，3’ -位上具有自由羟基的末端称为 3’-端。 DNA 由 dAMP、dGMP、dCMP 和 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA 的 一级结构就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方 式。RNA 由 AMP，GMP，CMP，UMP 四种核糖核苷酸组成。RNA 的一级结构 就是指 RNA 分子中核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。 四、DNA 的二级结构： DNA 双螺旋结构是 DNA 二级结构的一种重要形式，它是 Watson 和 Crick 两位 科学家于 1953 年提出来的一种结构模型，其主要实验依据是 Chargaff 研究小组 对 DNA 的化学组成进行的分析研究，即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff 原则），以及由 Wilkins 研究小组完成的 DNA 晶体 X 线衍射图谱分析。 天然 DNA 的二级结构以 B 型为主，其结构特征为：①为右手双螺旋，两条链以 反平行方式排列；②主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；③两条链间存在碱基互 补，通过氢键连系，且 A-T、G-C（碱基互补原则）； ④螺旋的稳定因素为氢键 和碱基堆砌力；⑤螺旋的螺距为 3.4nm，直径为 2nm。 五、DNA 的超螺旋结构：
双螺旋的DNA分子进一步盘旋形成的超螺旋结构称为DNA的三级结构。 绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋,其三级结构呈麻花状 在真核生物中,双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕,从而形成特 殊的串珠状结构,称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。 六、DNA的功能: DNA的基本功能是作为遗传信息的载体,为生物遗传信息复制以及基因信息的 转录提供模板 DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因(gene)。一个生物体的全部 DNA序列称为基因组( genome)。基因组的大小与生物的复杂性有关 七、RNA的空间结构与功能: RNA分子的种类较多,分子大小变化较大,功能多样化。RNA通常以单链存在, 但也可形成局部的双螺旋结构。 1.mRNA的结构与功能:mRNA是单链核酸,其在真核生物中的初级产物称为 HnRNa。大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鸟苷三磷酸 (m7GTP)帽子结构和3’-端的多聚腺苷酸(poyA)尾巴结构。mRNA的功能是 为蛋白质的合成提供模板,分子中带有遗传密码。mRNA分子中每三个相邻的 核苷酸组成一组,在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸,这种核苷酸三联 体称为遗传密码( coden)。 2.tRNA的结构与功能:tRNA是分子最小,但含有稀有碱基最多的RNA。tRNA 的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形,故称为“三叶草”结 构,可分为五个部分:①氨基酸臂:由tRNA的5’-端和3’-端构成的局部双螺 旋,3’-端都带有- CCA-OH顺序,可与氨基酸结合而携带氨基酸。②DHU臂: 含有二氢尿嘧啶核苷,与氨基酰tRNA合成酶的结合有关。③反密码臂:其反密 码环中部的三个核苷酸组成三联体,在蛋白质生物合成中,可以用来识别mRNA 上相应的密码,故称为反密码( anticodon)。④TψC臂:含保守的TψC顺序, 可以识别核蛋白体上的rRNA,促使tRNA与核蛋白体结合。⑤可变臂:位于T ψC臂和反密码臂之间,功能不详 3.TRNA的结构与功能:rRNA是细胞中含量最多的RNA,可与蛋白质一起构 成核蛋白体,作为蛋白质生物合成的场所。原核生物中的rRNA有三种:5S,16S
双螺旋的 DNA 分子进一步盘旋形成的超螺旋结构称为 DNA 的三级结构。 绝大多数原核生物的 DNA 都是共价封闭的环状双螺旋，其三级结构呈麻花状。 在真核生物中，双螺旋的 DNA 分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特 殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于 DNA 的三级结构。 六、DNA 的功能： DNA 的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的 转录提供模板。 DNA 分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。一个生物体的全部 DNA 序列称为基因组（genome）。基因组的大小与生物的复杂性有关。 七、RNA 的空间结构与功能： RNA 分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。RNA 通常以单链存在， 但也可形成局部的双螺旋结构。 1．mRNA 的结构与功能：mRNA 是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为 HnRNA。大多数真核成熟的 mRNA 分子具有典型的 5’-端的 7-甲基鸟苷三磷酸 （m7GTP）帽子结构和 3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。mRNA 的功能是 为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。mRNA 分子中每三个相邻的 核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联 体称为遗传密码（coden）。 2．tRNA 的结构与功能：tRNA 是分子最小，但含有稀有碱基最多的 RNA。tRNA 的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三叶草”结 构，可分为五个部分：①氨基酸臂：由 tRNA 的 5’-端和 3’-端构成的局部双螺 旋，3’-端都带有-CCA-OH 顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。②DHU 臂： 含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰 tRNA 合成酶的结合有关。③反密码臂：其反密 码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别 mRNA 上相应的密码，故称为反密码（anticoden）。④ TψC 臂：含保守的 TψC 顺序， 可以识别核蛋白体上的 rRNA，促使 tRNA 与核蛋白体结合。⑤可变臂：位于 T ψC 臂和反密码臂之间，功能不详。 3．rRNA 的结构与功能：rRNA 是细胞中含量最多的 RNA，可与蛋白质一起构 成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。原核生物中的 rRNA 有三种：5S，16S
23S。真核生物中的rRNA有四种:5S,58S,18s,28S 八、核酶: 具有自身催化作用的RNA称为核酶( ribozyme),核酶通常具有特殊的分子结构, 如锤头结构。 九、核酸的一般理化性质 核酸具有酸性;粘度大;能吸收紫外光,最大吸收峰为260nm。 十、DNA的变性: 在理化因素作用下,DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链,从而导致 DNA的理化性质及生物学性质发生改变,这种现象称为DNA的变性。 引起DNA变性的因素主要有:①髙温,②强酸强碱,③有机溶剂等。DNA变性 后的性质改变:①增色效应:指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的 现象;②旋光性下降:③粘度降低;④生物功能丧失或改变。 加热DNA溶液,使其对260nm紫外光的吸收度突然增加,达到其最大值一半时 的温度,就是DNA的变性温度(融解温度,Tm)。Tm的高低与DNA分子中 G+C的含量有关,G+C的含量越高,则Tm越高。 十一、DNA的复性与分子杂交: 将变性DNA经退火处理,使其重新形成双螺旋结构的过程,称为DNA的复性, 两条来源不同的单链核酸(DNA或RNA),只要它们有大致相同的互补碱基顺 序,以退火处理即可复性,形成新的杂种双螺旋,这一现象称为核酸的分子杂交, 核酸杂交可以是 DNA-DNA,也可以是 DNA-RNA杂交。不同来源的,具有大致 相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。 常用的核酸分子杂交技术有:原位杂交、斑点杂交、 Southern杂交及 Northern杂 交等。 在核酸杂交分析过程中,常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行 标记,这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。 十二、核酸酶 凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶 称为核酸外切酶,凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能 识别特定的核苷酸顺序,并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶
23S。真核生物中的 rRNA 有四种：5S，5.8S，18S，28S。 八、核酶： 具有自身催化作用的 RNA 称为核酶（ribozyme），核酶通常具有特殊的分子结构， 如锤头结构。 九、核酸的一般理化性质： 核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰为 260nm。 十、DNA 的变性： 在理化因素作用下，DNA 双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致 DNA 的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为 DNA 的变性。 引起 DNA 变性的因素主要有：①高温，②强酸强碱，③有机溶剂等。DNA 变性 后的性质改变：①增色效应：指 DNA 变性后对 260nm 紫外光的光吸收度增加的 现象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物功能丧失或改变。 加热 DNA 溶液，使其对 260nm 紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时 的温度，就是 DNA 的变性温度（融解温度，Tm）。Tm 的高低与 DNA 分子中 G+C 的含量有关，G+C 的含量越高，则 Tm 越高。 十一、DNA 的复性与分子杂交： 将变性 DNA 经退火处理，使其重新形成双螺旋结构的过程，称为 DNA 的复性。 两条来源不同的单链核酸（DNA 或 RNA），只要它们有大致相同的互补碱基顺 序，以退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。 核酸杂交可以是 DNA-DNA，也可以是 DNA-RNA 杂交。不同来源的，具有大致 相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。 常用的核酸分子杂交技术有：原位杂交、斑点杂交、Southern 杂交及 Northern 杂 交等。 在核酸杂交分析过程中，常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行 标记，这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。 十二、核酸酶： 凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶 称为核酸外切酶，凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能 识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶
(限制酶)。 第四章酶 、酶的概念 酶( enzyme)是由活细胞产生的生物催化剂,这种催化剂具有极高的催化效率 和高度的底物特异性,其化学本质是蛋白质。酶按照其分子结构可分为单体酶、 寡聚酶和多酶体系(多酶复合体和多功能酶)三大类 、酶的分子组成 酶分子可根据其化学组成的不同,可分为单纯酶和结合酶(全酶)两类。结合酶 则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成,酶蛋白部分主要与酶的底物特异性有关, 辅助因子则与酶的催化活性有关。 与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶。与 酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅基。 、辅酶与辅基的来源及其生理功用: 辅酶与辅基的生理功用主要是:(1)运载氢原子或电子,参与氧化还原反应。(2)运 载反应基团,如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等,参与基团转移。大部分 的辅酶与辅基衍生于维生素。 维生素( vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的,但在许多生物体内不能 自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。 维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维 生素有ⅤitA、VitD、ⅤiE和ⅤiK四种;水溶性维生素有VitB1,ⅤiB2,ⅤtPP, VitB6,viB12,ⅤitC,泛酸,生物素,叶酸等 1TPP:即焦磷酸硫胺素,由硫胺素(VⅱBⅠ)焦磷酸化而生成,是脱羧酶的辅酶, 在体内参与糖代谢过程中α-酮酸的氧化脱羧反应。 2FMN和FAD:即黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),是核 黄素(VitB2)的衍生物。FMN或FAD通常作为脱氢酶的辅基,在酶促反应中 作为递氢体(双递氢体)。 3NAD+和NADP+:即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+,辅酶Ⅰ)和尼克酰胺 腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+,辅酶Ⅱ),是ⅤitPP的衍生物。NAD+和NADP+ 主要作为脱氢酶的辅酶,在酶促反应中起递氢体的作用,为单递氢体
（限制酶）。 第四章 酶 一、酶的概念： 酶（enzyme）是由活细胞产生的生物催化剂，这种催化剂具有极高的催化效率 和高度的底物特异性，其化学本质是蛋白质。酶按照其分子结构可分为单体酶、 寡聚酶和多酶体系（多酶复合体和多功能酶）三大类。 二、酶的分子组成： 酶分子可根据其化学组成的不同，可分为单纯酶和结合酶（全酶）两类。结合酶 则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成，酶蛋白部分主要与酶的底物特异性有关， 辅助因子则与酶的催化活性有关。 与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶。与 酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅基。 三、辅酶与辅基的来源及其生理功用： 辅酶与辅基的生理功用主要是：⑴ 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。⑵ 运 载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。大部分 的辅酶与辅基衍生于维生素。 维生素（vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在许多生物体内不能 自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。 维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维 生素有 VitA、VitD、VitE 和 VitK 四种；水溶性维生素有 VitB1，VitB2，VitPP， VitB6，VitB12，VitC，泛酸，生物素，叶酸等。 1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（Vit B1）焦磷酸化而生成，是脱羧酶的辅酶， 在体内参与糖代谢过程中α-酮酸的氧化脱羧反应。 2.FMN 和 FAD：即黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），是核 黄素（VitB2）的衍生物。FMN 或 FAD 通常作为脱氢酶的辅基，在酶促反应中 作为递氢体（双递氢体）。 3.NAD+和 NADP+：即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶Ⅰ）和尼克酰胺 腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，辅酶Ⅱ），是 Vit PP 的衍生物。NAD+和 NADP+ 主要作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用，为单递氢体
4磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺:是ViB6的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作 为氨基转移酶,氨基酸脱羧酶,半胱氨酸脱硫酶等的辅酶。 5CoA:泛酸(遍多酸)在体内参与构成辅酶A(CoA)。CoA中的巯基可与羧 基以髙能硫酯键结合,在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用,是酰化酶的 辅酶。 6生物素:是羧化酶的辅基,在体内参与CO2的固定和羧化反应。 7.FH4:由叶酸衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶 8.VitB12衍生物:VitB12分子中含金属元素钴,故又称为钴胺素。ⅤtB12在 体内有多种活性形式,如5-脱氧腺苷钴胺素、甲基钴胺素等。其中,5-脱氧腺 苷钴胺素参与构成变位酶的辅酶,甲基钴胺素则是甲基转移酶的辅酶 四、金属离子的作用 1.稳定构象:稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象 2.构成酶的活性中心:作为酶的活性中心的组成成分,参与构成酶的活性中心 3.连接作用:作为桥梁,将底物分子与酶蛋白螯合起来 五、酶的活性中心: 酶分子上具有一定空间构象的部位,该部位化学基团集中,直接参与将底物转变 为产物的反应过程,这一部位就称为酶的活性中心。 参与构成酶的活性中心的化学基团,有些是与底物相结合的,称为结合基团,有 些是催化底物反应转变成产物的,称为催化基团,这两类基团统称为活性中心内 必需基团。在酶的活性中心以外,也存在一些化学基团,主要与维系酶的空间构 象有关,称为酶活性中心外必需基团。 六、酶促反应的特点: 1.具有极高的催化效率:酶的催化效率可比一般催化剂高106~1020倍。酶能 与底物形成ES中间复合物,从而改变化学反应的进程,使反应所需活化能阈大 大降低,活化分子的数目大大增加,从而加速反应进行。 2.具有高度的底物特异性:一种酶只作用于一种或一类化合物,以促进一定的 化学变化,生成一定的产物,这种现象称为酶作用的特异性。 (1)绝对特异性:一种酶只能作用于一种化合物,以催化一种化学反应,称为绝对 特异性,如琥珀酸脱氢酶
4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：是 Vit B6 的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作 为氨基转移酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的辅酶。 5.CoA：泛酸（遍多酸）在体内参与构成辅酶 A（CoA）。CoA 中的巯基可与羧 基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用，是酰化酶的 辅酶。 6.生物素：是羧化酶的辅基，在体内参与 CO2 的固定和羧化反应。 7. FH4：由叶酸衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶。 8. Vit B12 衍生物：Vit B12 分子中含金属元素钴，故又称为钴胺素。Vit B12 在 体内有多种活性形式，如 5'-脱氧腺苷钴胺素、甲基钴胺素等。其中，5'-脱氧腺 苷钴胺素参与构成变位酶的辅酶，甲基钴胺素则是甲基转移酶的辅酶。 四、金属离子的作用： 1. 稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象； 2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心； 3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。 五、酶的活性中心： 酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基团集中，直接参与将底物转变 为产物的反应过程，这一部位就称为酶的活性中心。 参与构成酶的活性中心的化学基团，有些是与底物相结合的，称为结合基团，有 些是催化底物反应转变成产物的，称为催化基团，这两类基团统称为活性中心内 必需基团。在酶的活性中心以外，也存在一些化学基团，主要与维系酶的空间构 象有关，称为酶活性中心外必需基团。 六、酶促反应的特点： 1．具有极高的催化效率：酶的催化效率可比一般催化剂高 106～1020 倍。酶能 与底物形成 ES 中间复合物，从而改变化学反应的进程，使反应所需活化能阈大 大降低，活化分子的数目大大增加，从而加速反应进行。 2．具有高度的底物特异性：一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的 化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性。 ⑴绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对 特异性，如琥珀酸脱氢酶
(2)相对特异性:一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键,催化一类化学反应 称为相对特异性,如脂肪酶。 (3)立体异构特异性:一种酶只能作用于一种立体异构体,或只能生成一种立体异 构体,称为立体异构特异性,如L-精氨酸酶 3.酶的催化活性是可以调节的:如代谢物可调节酶的催化活性,对酶分子的共 价修饰可改变酶的催化活性,也可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性 七、酶促反应的机制 1.中间复合物学说与诱导契合学说:酶催化时,酶活性中心首先与底物结合生 成一种酶-底物复合物(ES),此复合物再分解释放出酶,并生成产物,即为中间 复合物学说。当底物与酶接近时,底物分子可以诱导酶活性中心的构象以生改变, 使之成为能与底物分子密切结合的构象,这就是诱导契合学说 2.与酶的高效率催化有关的因素:①趋近效应与定向作用;②张力作用;③酸 碱催化作用;④共价催化作用;⑤酶活性中心的低介电区(表面效应)。 八、酶促反应动力学: 酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。在探讨 各种因素对酶促反应速度的影响时,通常测定其初始速度来代表酶促反应速度, 即底物转化量<5%时的反应速度 1.底物浓度对反应速度的影响: (1)底物对酶促反应的饱和现象:由实验观察到,在酶浓度不变时,不同的底物浓 度与反应速度的关系为一矩形双曲线,即当底物浓度较低时,反应速度的增加与 底物浓度的增加成正比(一级反应);此后,随底物浓度的增加,反应速度的增 加量逐渐减少(混合级反应):最后,当底物浓度增加到一定量时,反应速度达 到一最大值,不再随底物浓度的增加而增加(零级反应)。 (2)米氏方程及米氏常数:根据上述实验结果, Michaelis& Menten于1913年推 导出了上述矩形双曲线的数学表达式,即米氏方程:V= Vmax[s](Km+S] 其中,Vmax为最大反应速度,Km为米氏常数 (3Km和Vmax的意义 ①当=Vmax2时,Km=S]。因此,Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底 物浓度
⑵相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应， 称为相对特异性，如脂肪酶。 ⑶立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异 构体，称为立体异构特异性，如 L-精氨酸酶。 3．酶的催化活性是可以调节的：如代谢物可调节酶的催化活性，对酶分子的共 价修饰可改变酶的催化活性，也可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性。 七、酶促反应的机制： 1．中间复合物学说与诱导契合学说：酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生 成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物，即为中间 复合物学说。当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心的构象以生改变， 使之成为能与底物分子密切结合的构象，这就是诱导契合学说。 2．与酶的高效率催化有关的因素：①趋近效应与定向作用；②张力作用；③酸 碱催化作用；④共价催化作用；⑤酶活性中心的低介电区（表面效应）。 八、酶促反应动力学： 酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。在探讨 各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度， 即底物转化量<5%时的反应速度。 1．底物浓度对反应速度的影响： ⑴底物对酶促反应的饱和现象：由实验观察到，在酶浓度不变时，不同的底物浓 度与反应速度的关系为一矩形双曲线，即当底物浓度较低时，反应速度的增加与 底物浓度的增加成正比（一级反应）；此后，随底物浓度的增加，反应速度的增 加量逐渐减少（混合级反应）；最后，当底物浓度增加到一定量时，反应速度达 到一最大值，不再随底物浓度的增加而增加（零级反应）。 ⑵米氏方程及米氏常数：根据上述实验结果，Michaelis & Menten 于 1913 年推 导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即米氏方程： ν= Vmax[S]/(Km+[S])。 其中，Vmax 为最大反应速度，Km 为米氏常数。 ⑶Km 和 Vmax 的意义： ①当ν=Vmax/2 时，Km=[S]。因此，Km 等于酶促反应速度达最大值一半时的底 物浓度