生物化學（醫(yī)藥衛(wèi)生類專業(yè)通用）全套教學課件

緒論

全套可編輯PPT課件分為四篇，共十六章，內(nèi)容分別為：緒論、第一篇——生物大分子的結構與功能（共三章）、第二篇——基因信息的傳遞與調(diào)節(jié)（共四章）、第三篇——物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)（共五章）、第四篇——專題篇（共四章），其中第一篇介紹了核酸、蛋白質(zhì)和酶，第二篇介紹了DNA、RNA和蛋白質(zhì)的生物合成，以及基因表達的調(diào)控與基因工程，第三篇介紹了生物氧化、糖代謝、脂類代謝、核苷酸代謝和氨基酸代謝，第四篇介紹了肝的生化、血液的生化、維生素與輔酶，以及水、電解質(zhì)與酸堿平衡。

掌握生物化學研究的主要內(nèi)容。

了解生物化學的發(fā)展簡史。

掌握醫(yī)學專業(yè)學生學習生物化學的目的；

熟悉生物化學在疾病診斷和治療中的應用。第一節(jié)生物化學概述生物化學簡介生物化學在生命科學中的地位生物化學研究的主要內(nèi)容一、生物化學簡介

生物化學（biochemistry）是研究生物體中化學進程的一門學科，即運用化學的理論和方法，研究生物的化學組成、結構及生命過程中的各種化學變化，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。生物化學作為一門基礎學科，是學習其他專業(yè)學科的必修課程。二、生物化學在生命科學中的地位生物化學為生命科學提供了一種可以精確描述生命過程的化學語言，從而使生物學從描述性科學成為精確的定量科學，使生物學能利用生物體內(nèi)的化學反應闡述生命過程的各種現(xiàn)象。

例如膽汁酸的肝腸循環(huán)，為闡述某些疾病的機理提供了理論基礎：膽汁酸的腸肝循環(huán)三、生物化學研究的主要內(nèi)容生物化學研究的對象是整個生物界所有生物細胞內(nèi)發(fā)生的各種化學過程，不局限于某種生物、某類細胞、某個器官或者組織，具有普遍性和代表性。醫(yī)藥衛(wèi)生類專業(yè)的學生學習的生物化學側重于研究人體內(nèi)發(fā)生的各種化學變化。

研究的內(nèi)容主要包括生物大分子的結構與功能、基因信息的傳遞與調(diào)控、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)、重要器官及體液的生化等。醫(yī)藥衛(wèi)生類專業(yè)學生學習的生物化學側重研究哪一塊內(nèi)容？？生物大分子的結構與功能

生物大分子是構成生命的基礎物質(zhì)，不但有生物功能，而且分子量較大，結構也比較復雜。

在生物大分子中除主要的蛋白質(zhì)與核酸外，還有糖、脂類和它們相互結合的產(chǎn)物，如糖蛋白、脂蛋白等。

生物大分子的復雜結構決定了它們的特殊性質(zhì)，它們在體內(nèi)的運動和變化體現(xiàn)著重要的生命功能，如進行新陳代謝供給維持生命需要的能量與物質(zhì)、傳遞遺傳信息、控制胚胎分化、促進生長發(fā)育、產(chǎn)生免疫功能等。DNARNA蛋白質(zhì)

生物大分子種類繁多、結構復雜、功能各異的特征決定了它們在生物體中的重要作用，我們要想揭開多彩生命的面紗，一探生命現(xiàn)象的本質(zhì)，就必須對生物大分子基本結構單位的種類、排列方式、空間結構及結構功能關系進行研究。結論：基因信息的傳遞與調(diào)控

生物體在繁殖的過程中，決定生物特性的基因信息是代代相傳的?，F(xiàn)已證明，除一部分病毒的遺傳物質(zhì)是RNA外，其余的病毒及全部具典型細胞結構的生物的遺傳物質(zhì)都是DNA。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，基因信息的傳遞與表達調(diào)控是通過“中心法則”實現(xiàn)的?；蛐畔鬟f的過程需要某些蛋白質(zhì)參與調(diào)控，

以確保傳遞過程的正確性和準確性。物質(zhì)代謝與調(diào)控

物質(zhì)在體內(nèi)的消化、吸收、運轉(zhuǎn)、分解等與生理有關的化學過程稱為物質(zhì)代謝。

物質(zhì)代謝是新陳代謝的核心，其實質(zhì)是由酶催化的一系列化學反應來實現(xiàn)生物體與外界環(huán)境的物質(zhì)交換過程。

物質(zhì)代謝的兩個方面1合成代謝分解代謝合成代謝

又稱同化作用或生物合成，是從小的前體或構件分子（如氨基酸和核苷酸），合成較大的分子（如蛋白質(zhì)和核酸）的過程。分解代謝是指機體將來自環(huán)境或細胞自身儲存的有機營養(yǎng)物質(zhì)分子（如糖類、脂類、蛋白質(zhì)等），通過一步步反應降解成較小的、簡單的終產(chǎn)物（如二氧化碳、乳酸、氨等）的過程，又稱異化作用。

物質(zhì)代謝的三大階段2消化吸收中間代謝排泄食物在消化道內(nèi)經(jīng)過酶的催化進行水解稱為消化；各種營養(yǎng)物質(zhì)的消化產(chǎn)物、水、維生素和無機鹽，經(jīng)腸黏膜細胞進入小腸絨毛的毛細血管和淋巴管的過程稱為吸收。食物經(jīng)消化吸收后，由血液及淋巴液運送到各組織中參加代謝，在許多相互配合的各種酶類催化下，進行分解和合成代謝，進行細胞內(nèi)外物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)變。物質(zhì)經(jīng)過中間代謝過程產(chǎn)生多種終產(chǎn)物，這些終產(chǎn)物再經(jīng)腎、腸、肝及肺等器官隨尿、糞便、膽汁及呼氣等排出體外。

食物的營養(yǎng)成分，除水、無機鹽、維生素和單糖等小分子物質(zhì)可被機體直接吸收之外，多糖、蛋白質(zhì)、脂類及核酸等都須經(jīng)消化，分解成比較簡單的水溶性物質(zhì)，才能被吸收到體內(nèi)。整個物質(zhì)代謝的過程中，中間代謝是核心，也是生物化學研究的主要內(nèi)容之一。

物質(zhì)代謝的調(diào)控3正常情況下，人體內(nèi)的物質(zhì)代謝按照一定的規(guī)律有條不紊地進行著。機體正是靠這種有條不紊的狀態(tài)維持其正常功能，那么，這種穩(wěn)定的狀態(tài)是靠什么來保證的呢？？？

生物體的整體，或其器官組織和細胞，都必須有適宜的環(huán)境，方能使生命所需的物質(zhì)代謝正常進行。一旦外環(huán)境有所改變，體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境也必定有所反應，隨之物質(zhì)代謝就會有相應的調(diào)節(jié)控制，使代謝途徑正確無誤，速度適宜，營養(yǎng)物質(zhì)的供應和代謝產(chǎn)物的應用及消除得當，才能維持生命的正常繼續(xù)。由于物質(zhì)代謝發(fā)生紊亂可能會導致疾病的發(fā)生，對體內(nèi)發(fā)生的物質(zhì)代謝調(diào)控的研究便顯得尤為重要。重要器官及體液的生化

組成機體的各種器官在體內(nèi)行使不同的功能，以促使機體的正常運轉(zhuǎn)。各器官內(nèi)發(fā)生的生化反應與對應器官的功能密切相關。

肝臟

是人體內(nèi)最重要的生化器官，具有非常復雜的生理、生化功能。肝的組織解剖特點及其所含的豐富的酶，使肝有可能參與幾乎所有的物質(zhì)代謝。

血液

是體液的重要組成成分，在維持機體的新陳代謝、血漿晶體滲透壓、酸堿平衡及神經(jīng)興奮性等方面發(fā)揮著重要作用。從整體代謝的角度來講，肝、血液、酸堿平衡等的代謝過程也是生物化學研究的主要內(nèi)容。第二節(jié)生物化學發(fā)展簡史啟蒙時期的生物化學生物化學學科的確立與發(fā)展現(xiàn)代生物化學的發(fā)展一、啟蒙時期的生物化學

17世紀以前，人類雖然已經(jīng)積累了許多生物化學的相關知識，但由于當時封建社會宗教勢力的束縛，大多數(shù)人將釀酒、制醋等的生產(chǎn)方法和某些醫(yī)學技術的發(fā)展歸功于神明、上帝。

直到17世紀到18世紀，歐洲爆發(fā)了資產(chǎn)階級民主革命，

生產(chǎn)力得到了一定的解放，經(jīng)濟開始復蘇，才推動了科學發(fā)

展的進程。這一階段生物化學的發(fā)展處于啟蒙時期。1828年，弗里德里希·維勒首次使用無機化合物氰酸銨與硫酸銨人工合成有機化合物尿素；1833年，安塞姆·佩恩發(fā)現(xiàn)第一個酶——淀粉酶；1842年，李比希首次提出新陳代謝和生理化學的概念；1865年，孟德爾利用豌豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)了遺傳定律，即現(xiàn)在的分離定律與自由組合定律；1869年，弗雷德里希·米歇爾發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)核素（即現(xiàn)在所知的核酸）；1877年，霍佩·賽勒首次提出名詞“Biochemie”，即英語中的“Biochemistry”；1896年，愛德華·畢希納發(fā)現(xiàn)無細胞發(fā)酵。研究成果

這個時期生物化學的發(fā)展可以歸納概括為以下幾個方面：①對糖類、脂類及氨基酸的性質(zhì)進行了較為系統(tǒng)的研究；②發(fā)現(xiàn)了核酸；③從血液中分離出了血紅蛋白；④發(fā)現(xiàn)了酵母發(fā)酵過程中存在“可溶性催化劑”，奠定了酶學的基礎等。二、生物化學學科的確立與發(fā)展

20世紀初期和中期，西方科學家對酶、維生素和激素的研究作出了重大貢獻。這些研究成果標志著生物化學發(fā)展的新紀元。1912年，霍普金斯等發(fā)現(xiàn)食物輔助因子——維生素；1926年，奧圖·瓦伯格發(fā)現(xiàn)呼吸作用關鍵酶——細胞色素氧化酶；1937年，漢斯·阿道夫·克雷布斯闡明三羧酸循環(huán)；1940年，恩布登·埃姆頓、奧托·邁爾霍夫和杰克布·帕納斯闡明糖酵解的作用機理；1944年，奧斯瓦爾德·埃弗里、麥克林恩·麥克勞德、科林·麥卡蒂三人通過著名的肺炎球菌實驗證明DNA是細胞遺傳信息的基本物質(zhì)。研究成果

發(fā)現(xiàn)了必需氨基酸、維生素和激素等物質(zhì)，并能夠?qū)⑵浞蛛x與合成；

認識了酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，并成功制備了酶晶體；由于化學分析及同位素示蹤技術的發(fā)展與應用，對生物體內(nèi)主要物質(zhì)的代謝途徑已基本確定，如糖代謝、脂肪酸的β氧化、尿素的合成途徑及三羧酸循環(huán)等。這個時期生物化學的發(fā)展：三、現(xiàn)代生物化學的發(fā)展

20世紀中葉以來，生物化學進入了嶄新的分子生物學時期，研究的重心轉(zhuǎn)移到了蛋白質(zhì)和核酸這兩種生物大分子上。1953年，詹姆斯?沃森和佛朗西斯?克里克等提出了DNA雙螺旋結構模型，為揭示遺傳信息傳遞的規(guī)律奠定了分子基礎；1958年，佛朗西斯?克里克提出了遺傳信息傳遞的中心法則；1985年，美國科學家首次提出“人類基因組計劃”；1997年，伊恩?維爾穆特成功獲得體細胞克隆羊——多莉；2003年，美、中、日、德、法、英6國科學家宣布人類基因組圖繪制成功。研究成果第三節(jié)生物化學與醫(yī)學生物化學在疾病診斷和治療中的應用醫(yī)學專業(yè)學生學習生物化學的目的一、生物化學在疾病診斷和治療中的應用

生物化學作為醫(yī)學的基礎，為疾病預防、診斷和治療提供了理論基礎。1

現(xiàn)已證實，人或動物的病理狀態(tài)，常常是由于細胞中的化學成分發(fā)生變化而引起的功能紊亂。

例如，血液中的脂質(zhì)物質(zhì)含量增高，可能引起各種心血管疾病；血紅蛋白一級結構的改變可導致溶血。

用藥物或者醫(yī)學技術來調(diào)節(jié)這些物質(zhì)的異常狀態(tài)，便可對某些疾病進行治療。

生物化學作為醫(yī)學的基礎，為疾病預防、診斷和治療提供了理論基礎。2例如，肝癌患者的甲胎蛋白含量會升高，急性黃疸性肝炎患者血液中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶的活力會升高等。在臨床上，許多疾病的診斷越來越多地依靠于生化指標的測定。二、醫(yī)學專業(yè)學生學習生物化學的目的你想通過學習這門課程獲得什么知識？達到什么要求？？通過對這門基礎課程的學習，從分子水平上認識生命現(xiàn)象的本質(zhì)，并且能夠了解生物體處于常態(tài)時所表現(xiàn)出來的生理狀態(tài)。通過學習這門基礎課程，為其他專業(yè)性較強的醫(yī)學課程的學習打基礎，做鋪墊。ThankYou!第一章核酸

掌握核酸的元素組成、基本結構單位。

掌握DNA的分子結構。

掌握醫(yī)學mRNA和rRNA的分子結構；熟悉tRNA的二、三級結構。

掌握核酸的理化性質(zhì)；熟悉核酸分子雜交的原理。第一節(jié)核酸的分子組成核酸的元素組成核酸的基本結構單位——核苷酸核酸中核苷酸的連接方式一、核酸的元素組成

核酸

是生物體內(nèi)的高分子化合物，包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩大類。

組成核酸的元素主要包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）五種。與蛋白質(zhì)不同，核酸一般不含元素硫（S）。核酸中的磷（P）元素含量較多而且恒定，約占核酸的9%～10%。思考核酸中的P元素恒定且已知，在實際中可以應用這個數(shù)字嗎？實際應用中，可通過測定生物樣品中磷（P）的含量來計算核酸的大概含量，這種測定核酸含量的方法稱為定磷法。二、核酸的基本結構單位——核苷酸

核苷酸（nucleotide）是核酸的基本結構單位，由堿基、戊糖和磷酸組成。右圖所示為核苷酸組成DNA的平面結構和立體結構。

核酸在核酸酶的作用下可水解為核苷酸，核苷酸進一步可水解生成磷酸和核苷，核苷再進一步水解可生成堿基和戊糖。DNA的結構示意圖核苷酸的基本組成成分1．堿基堿基是嘌呤和嘧啶的衍生物，包括嘌呤類堿基和嘧啶類堿基兩種類型。常見的嘌呤堿基常見的嘧啶呤堿基二、核酸的基本結構單位——核苷酸DNA分子主要包含A、G、C、T四種堿基。RNA分子主要包含A、G、C、U四種堿基。核酸分子中還有一些含量稀少的堿基，通常稱為稀有堿基，主要存在于RNA中。二、核酸的基本結構單位——核苷酸2．戊糖核苷酸中的戊糖主要有兩種，β-D-核糖（ribose）和β-D-2-脫氧核糖（deoxyribose），對應的核酸分別為RNA和DNA。二、核酸的基本結構單位——核苷酸β-D-核糖和β-D-2-脫氧核糖的差別僅在于分子結構中C-2′原子所連接的基團不同，β-D-核糖C-2′原子連接的基團是“OH”，β-D-2-脫氧核糖C-2′原子連接的基團是“H”。β-D-核糖和β-D-2-脫氧核糖的分子結構有何不同？二、核酸的基本結構單位——核苷酸3．磷酸核酸分子中的磷酸是無機磷酸（H3PO4），H3PO4在一定條件下可通過酯鍵同時連接兩個核苷酸中的戊糖，使多個核苷酸連接成長鏈。酯鍵二、核酸的基本結構單位——核苷酸核苷酸是由核苷或脫氧核苷與磷酸脫水縮合而成的，其中的核苷則是由戊糖與含氮堿基通過脫水縮合形成的。核酸（DNA或RNA）單核苷酸磷酸堿基核苷戊糖堿基戊糖磷酸二、核酸的基本結構單位——核苷酸核苷酸的基本組成成分三、核酸中核苷酸的連接方式

DNA和RNA分子均是由各自的基本結構單位——單核苷酸，通過3′,5′-磷酸二酯鍵相連而成的。3′,5′-磷酸二酯鍵是由一個核苷酸的3′-羥基與另外一個核苷酸的5′-磷酸基脫水縮合形成的。

許多個核苷酸連續(xù)脫水縮合可形成一種線性大分子，稱為多核苷酸鏈。多核苷酸鏈兩端的基團通常以游離的狀態(tài)存在，一端為游離的磷酸基，稱為5′-末端，另一端為游離的羥基，稱為3′-末端。核苷酸的連接方式第二節(jié)DNA的分子結構DNA的一級結構DNA的二級結構DNA的三級結構一、DNA的一級結構DNA的一級結構是指4種脫氧核苷酸的鏈接及排列順序，表示該DNA分子的化學構成。由于脫氧核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，所以核酸的一級結構即為堿基的排列順序。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中4種脫氧核苷酸（A、T、C、G）千變?nèi)f化的不同排列組合之中。DNA分子一級結構的穩(wěn)定性靠什么維持？？DNA一級結構的表示方式？二、DNA的二級結構DNA的二級結構是指兩條脫氧多核苷酸鏈反向平行盤繞所形成的雙螺旋結構，堿基和脫氧核糖骨架排列在外側，堿基在內(nèi)部，有大小溝。

DNA的雙螺旋結構DNA二級結構的本質(zhì)

DNA的二級結構分為兩大類：一類是右手雙螺旋，如A-DNA、B-DNA、C-DNA和D-DNA等；另一類是左手雙螺旋，如Z-DNA。沃森和克里克發(fā)現(xiàn)的雙螺旋是B型水結合DNA，在細胞中最為常見。右手雙螺旋與左手雙螺旋的對比二、DNA的二級結構雙螺旋結構的要點主鏈由脫氧核糖和磷酸通過酯鍵交替連接而成，共兩條，它們繞一共同軸心以右手方向盤旋，相互平行而走向相反形成雙螺旋構型。堿基位于螺旋的內(nèi)側，它們以垂直于螺旋軸的方向通過糖苷鍵與主鏈糖基相連。同一平面的堿基在兩條主鏈間形成堿基對。大溝和小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。雙螺旋結構的直徑為2.0nm，螺距為3.4nm，每一個螺旋周期包含10對堿基，每兩個相鄰堿基對平面之間的垂直距離為0.34nm。主鏈堿基對大溝和小溝結構參數(shù)二、DNA的二級結構DNA雙螺旋結構的橫向穩(wěn)定性靠氫鍵維系，A與T間形成兩個氫鍵，C與G間形成三個氫鍵。DNA雙螺旋結構的縱向穩(wěn)定性靠堿基平面間的疏水性堿基堆積力維系。思考DNA雙螺旋結構的穩(wěn)定性是如何保障的？由于A-T/C-G配對時，兩個核糖磷酸連接的堿基的主軸并不成180°，因此DNA在磷酸骨架距離較近的一側形成小溝，而對側形成大溝。思考大溝和小溝是如何形成的？二、DNA的二級結構大、小溝在DNA與蛋白質(zhì)相互作用中起到了關鍵的作用，如引發(fā)甲基化作用、結合轉(zhuǎn)錄因子等。思考暴露在DNA的外側，大溝和小溝可能有什么功能？二者內(nèi)部蘊含的結合位點的差別，從而引發(fā)不同蛋白的結合及不同的生化反應。思考大溝和小溝在行使其功能時，有什么差別？二、DNA的二級結構三、DNA雙螺旋結構與DNA復制雙螺旋結構模型能夠圓滿地解釋作為遺傳分子的DNA是如何進行復制的。

沃森和克里克設想DNA結構中的兩條鏈是一對互補的模板（親本），復制時堿基對間的氫鍵斷開，兩條鏈分開，每條鏈都作為模板指導合成與自身互補的新鏈（復本），最后從原有的兩條鏈得到兩對鏈而完成復制。DNA雙螺旋結構與DNA復制有什么關系？？現(xiàn)已明確：半保留復制是生物體遺傳信息傳遞的最基本方式。（詳細見第五章）三、DNA的三級結構

DNA在二級結構的基礎上，在細胞內(nèi)進一步盤繞折疊、壓縮成致密的超螺旋結構，是DNA三級結構的主要形式。絕大部分原核生物和真核生物線粒體、葉綠體中的DNA是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋結構，這種環(huán)狀的雙螺旋結構進一步盤繞折疊形成超螺旋結構。電鏡下環(huán)狀DNA的環(huán)狀結構和超螺旋結構當盤繞方向與DNA雙螺旋的方向相同時，形成正超螺旋，反之則形成負超螺旋。三、DNA的三級結構核小體是染色質(zhì)的基本組成單位，由DNA和組蛋白以致密的結構組成，是DNA三級結構的另外一種形式。某些病毒是由DNA分子盤旋折疊形成的超螺旋結構與蛋白質(zhì)的復合體。真核生物的DNA以高度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以松散的染色質(zhì)形式出現(xiàn)，在細胞分裂期間形成高度致密的染色體。三、DNA的三級結構第三節(jié)RNA的分子結構mRNA的結構tRNA的結構rRNA的結構一、mRNA的結構

原核生物mRNA的一級結構1一般原核生物mRNA的5′-端有一段不翻譯區(qū)，稱為前導序列，3′-端有一段不翻譯區(qū)，中間是蛋白質(zhì)的編碼區(qū)。

原核生物mRNA分子中一般沒有修飾核苷酸，也沒有5′-端帽子結構和3′-端聚腺苷酸尾巴。前導序列編碼區(qū)原核生物的

mRNA

原核生物mRNA的二級結構2mRNA分子自身可回折產(chǎn)生許多雙鏈結構，稱為二級結構，原核生物的mRNA有豐富的二級結構。在原核生物中，mRNA的起始密碼子很容易被埋在二級結構中，這種狀況會影響起始密碼子與翻譯啟動因子的結合，進而影響翻譯的效率。一、mRNA的結構1一級結構一般由5′-端帽子、5′-端不翻譯區(qū)、編碼區(qū)、3′-端不翻譯區(qū)和3′-端尾巴五部分構成。2真核生物mRNA也具有豐富的二級結構，折疊起來的二級結構有利于蛋白質(zhì)合成的啟動。一、mRNA的結構真核生物的

mRNA二、tRNA的結構單股tRNA鏈可通過自身折疊形成四個螺旋區(qū)和四個環(huán)的基本結構，類似三葉草形，故將tRNA的二級結構稱為三葉草結構，如右圖所示。與tRNA功能密切相關的兩個部分是氨基酸臂和反密碼環(huán)。氨基酸臂的3′-末端的“CCA-OH”結構是結合氨基酸的位置。組成反密碼環(huán)的是三個堿基可識別mRNA上的密碼子。tRNA的三葉草結構1974年，科學家通過X射線晶體衍射法發(fā)現(xiàn)tRNA的三級結構為倒L形。tRNA的三級結構是在三葉草結構的基礎上折疊而成的，“CCA-OH”結構和反密碼子處于倒L的兩端，DHU環(huán)和TψC環(huán)形成了倒L的角，如右圖所示。tRNA具有相同的三級結構嗎？？tRNA的倒L形三級結構二、tRNA的結構三、rRNA的結構rRNA占RNA總量的82%左右，是最多的一類RNA，也是三類RNA中相對分子質(zhì)量最大的一類RNA。它能與蛋白質(zhì)結合，共同組成核糖體——蛋白質(zhì)生物合成的場所。在核糖體內(nèi)，rRNA可作為mRNA的支架，使mRNA分子展開，促進肽鏈的合成，但rRNA單獨存在時沒有這個功能。核糖體rRNA簡介rRNA是單鏈RNA，核苷酸序列中G-C堿基對與A-U堿基對的總量不等。單股rRNA鏈可自行折疊，形成螺旋區(qū)和環(huán)區(qū)，即二級結構。所有來源rRNA均能形成4個結構域（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ），每個結構域均含許多莖（螺旋段）和環(huán)，它們通過無距離堿基對的相互反應彼此靠近，形成空間結構。rRNA的空間結構三、rRNA的結構第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)與應用核酸的理化性質(zhì)核酸的應用——分子雜交一、核酸的理化性質(zhì)核酸的一般性質(zhì)DNA和RNA均屬于極性化合物，微溶于水，可溶于2-甲氧乙醇，但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有機溶劑。研究者常用乙醇從溶液中沉淀核酸，當乙醇濃度達50%時，DNA就沉淀出來；當乙醇濃度達75%時，RNA也沉淀出來。DNA分子極大，分子量在106以上，RNA的分子比DNA分子小得多。核酸分子的大小可用長度、堿基數(shù)（b）、堿基對數(shù)（bp）、沉降系數(shù)（S）和分子量等來表示。核酸（特別是線形DNA）分子極為細長，其直徑與長度之比可達1∶107。核酸溶液的黏度很大，即使是很稀的DNA溶液也有很大的黏度。RNA溶液的黏度要小得多。核酸若發(fā)生變性或降解，其溶液的黏度降低。溶解度分子大小形狀及黏度一、核酸的理化性質(zhì)核酸的紫外吸收性嘌呤和嘧啶及兩者的衍生物具有共軛雙鍵，使得堿基、核苷、核苷酸和核酸在240～290nm的紫外波段有一強烈的吸收峰，因此核酸具有紫外吸收特性。原因DNA鈉鹽的紫外吸收在260nm附近有最大吸收值，其吸光率以A260表示，A260是核酸的重要性質(zhì)，在核酸的研究中很有用處。DNA不同核苷酸有不同的吸收特性，所以可以用紫外分光光度計加以定量及定性測定。實驗室中最常用的是定量測定小量的DNA或RNA。應用對待測樣品是否純品可用紫外分光光度計讀出260nm與280nm的OD值，因為蛋白質(zhì)的最大吸收在280nm處，因此從A260/A280的比值即可判斷樣品的純度。純DNA的A260/A280應為1.8，純RNA應為2.0。樣品中如含有雜蛋白及苯酚，A260/A280比值即明顯降低。如何對DNA或RNA進行定量測定？不純的樣品不能用紫外吸收法做定量測定。一、核酸的理化性質(zhì)一、核酸的理化性質(zhì)DNA的變性DNA的變性是指DNA分子由穩(wěn)定的雙螺旋結構松解為無規(guī)則線性結構的現(xiàn)象。定義維持雙螺旋穩(wěn)定性的氫鍵和疏水鍵的斷裂，不涉及其一級結構的改變。本質(zhì)DNA變性能導致溶液黏度降低、溶液旋光性發(fā)生改變、產(chǎn)生增色效應等。結果凡能破壞雙螺旋穩(wěn)定性的因素都可以成為變性條件，如加熱、極端的pH、有機試劑（如甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺）等。條件增色效應是指變性后DNA溶液的紫外吸收作用增強的效應。DNA變性是在一個很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的，即增色效應是爆發(fā)式的。通常，將核酸加熱變性過程中，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為核酸的解鏈溫度。由于這一現(xiàn)象和結晶的融解相類似，又稱為融解溫度（Tm）。Tm值的大小與CG的含量成正比。一、核酸的理化性質(zhì)一、核酸的理化性質(zhì)DNA的復性DNA的復性是指變性DNA在適當條件下，兩條互補鏈全部或部分恢復到天然雙螺旋結構的現(xiàn)象，它是變性的一種逆轉(zhuǎn)過程。定義熱變性DNA一般經(jīng)緩慢冷卻后即可復性，此過程稱為“退火”。退火復性時，溫度下降必須緩慢地進行，若將熱變性DNA迅速冷卻至4℃以下，則不能發(fā)生復性。核酸實驗中經(jīng)常以此方式保持DNA的變性（單鏈）狀態(tài)。條件二、核酸的應用——分子雜交分子雜交應用核酸分子變性和復性的性質(zhì)使來源不同的DNA（或RNA）片段按堿基互補配對原則形成雜交雙鏈分子的過程就是分子雜交。二、核酸的應用——分子雜交分子雜交是核酸研究中一項最基本的實驗技術，它是定性或定量檢測特異性DNA或RNA片段序列的有效工具。多種遺傳性疾病的基因診斷1惡性腫瘤的基因分析2傳染病病原體的檢測3應用ThankYou!第二章蛋白質(zhì)掌握蛋白質(zhì)的元素組成、基本結構單

位和組成形式。掌握蛋白質(zhì)的一級結構和空間結構；熟悉蛋白質(zhì)結構與功能的關系；了解蛋白質(zhì)結構的改變所引起的疾病。掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)；了解蛋白質(zhì)理化性質(zhì)的應用。第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的基本結構單位——氨基酸氨基酸的連接方式蛋白質(zhì)（protein）是機體內(nèi)一類重要的生物大分子，參與機體所有重要組成部分的構成，并在新陳代謝中充當重要角色，是生命活動的主要承擔者。沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。一、蛋白質(zhì)的元素組成

對已獲得的蛋白質(zhì)結晶純品進行元素分析，得知蛋白質(zhì)主要由碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）5種元素組成。另外，蛋白質(zhì)可能還會含有磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、硼（B）、錳（Mn）、碘（I）、鉬（Mo）等元素。思

考已知：①生物界有多種不同類型的蛋白質(zhì)，每種蛋白質(zhì)的含氮量十分接近，平均約為16%；

②蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)。請問：如何測量生物樣品中蛋白質(zhì)含量？一、蛋白質(zhì)的元素組成凱氏定氮法二、蛋白質(zhì)的基本結構單位——氨基酸氨基酸是含有氨基（—NH2）和羧基（—COOH）一類有機化合物的通稱。目前，從各種生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的氨基酸已有上百種，但是參與蛋白質(zhì)組成的基本氨基酸只有20種。這20種氨基酸在結構上有一個共同的特點，即α-碳原子（與羧基相鄰的碳原子）上都結合有氨基或亞氨基，稱為α-氨基酸。氨基酸的種類及命名二、蛋白質(zhì)的基本結構單位——氨基酸除甘氨酸外，其他氨基酸的α-碳原子均為手性碳原子，有L-型和D-型兩個旋光異構體。組成天然氨基酸的氨基酸均為L-型，因此人體內(nèi)的氨基酸均為L-α-氨基酸，其結構式如右圖所示。二、蛋白質(zhì)的基本結構單位——氨基酸氨基酸的種類及命名1234非極性氨基酸極性酸性氨基酸極性堿性氨基酸極性中性氨基酸非極性氨基酸的R基團主要由非極性基團構成，在水中的溶解度極小。極性酸性氨基酸的R基團含有羧基，易解離出H＋而呈酸性。極性中性氨基酸的R基團含有不解離的極性基團，具有親水性。極性堿性氨基酸的R基團含有氨基、胍基或咪唑基等堿性基團，易接受H＋而呈堿性。根據(jù)R基團極性和解離狀態(tài)的不同，可將20種蛋白質(zhì)氨基酸分為非極性氨基酸、極性氨基酸、極性酸性氨基酸和極性堿性氨基酸四類。根據(jù)在體內(nèi)的營養(yǎng)價值不同，氨基酸還可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。二、蛋白質(zhì)的基本結構單位——氨基酸非必需氨基酸可在動物體內(nèi)合成，作為營養(yǎng)源不需要從外部補充。非必需氨基酸必需氨基酸指不能在體內(nèi)合成，必須由食物提供的氨基酸。20種氨基酸中，有8種為必需氨基酸。必需氨基酸在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸之間通過肽鍵相互連接。氨基酸之間通過肽鍵相互連接。肽鍵是蛋白質(zhì)分子結構中的基本化學鍵，由一個氨基酸的α-羧基（—COOH）和另一個氨基酸的α-氨基（—NH2）脫水縮合而成。反應通式：三、氨基酸的連接方式氨基酸通過肽鍵相互連接而成的化合物稱為肽（peptide）。由兩分子氨基酸脫水縮合成的肽稱為二肽；由三分子氨基酸脫水縮合成的肽稱為三肽，以此類推；一般來說，由10個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽；由10個或10以上的氨基酸相連而成的肽稱為多肽。三、氨基酸的連接方式多肽是鏈狀化合物，又稱為多肽鏈，是蛋白質(zhì)的基本結構。有些蛋白質(zhì)由一條多肽鏈構成，有些蛋白質(zhì)由兩條或兩條以上的多肽鏈構成，其中每條多肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。三、氨基酸的連接方式氨基酸殘基三、氨基酸的連接方式多肽側鏈多肽主鏈三、氨基酸的連接方式在表示多肽鏈或肽時，習慣上將N-端寫在左邊，依次將各氨基酸的中文或英文縮寫符號列出，C-端寫在最后（即右邊）。蛋白質(zhì)分子中的多肽不表現(xiàn)生物活性，但生物體內(nèi)存在一些游離的具有生物活性的寡肽，稱為生物活性肽，在代謝調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳導和生長發(fā)育等過程中發(fā)揮重要作用，例如，谷胱甘肽（三肽）、催產(chǎn)素（九肽）、加壓素（九肽）、促甲狀腺素釋放激素（三肽）等。H2N—丙—色—甘—OH第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結構蛋白質(zhì)的一級結構蛋白質(zhì)的空間結構蛋白質(zhì)結構與功能的關系一、蛋白質(zhì)的一級結構蛋白質(zhì)的一級結構（primarystructure）是蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序，由基因上遺傳密碼的排列順序決定（詳見第七章），是蛋白質(zhì)最基本的結構。蛋白質(zhì)的一級結構決定了蛋白質(zhì)的二級、三級等高級結構。蛋白質(zhì)一級結構的闡明，對揭示某些疾病的發(fā)病機制、指導疾病治療有十分重要的意義。蛋白質(zhì)的空間結構是如何形成的？？？二、蛋白質(zhì)的空間結構蛋白質(zhì)的二級結構（secondarystructure）是指多肽鏈中有規(guī)則重復的構象，這些構象由主鏈原子形成，不涉及側鏈部分的構象。蛋白質(zhì)二級結構的形成是以肽單元（肽鍵平面）為基礎的，肽單元是由參與肽鍵組成的C、O、N、H四個原子和與它們相鄰的兩個α-碳原子共同構成的剛性平面。肽單元可隨α-碳原子兩側單鍵的旋轉(zhuǎn)進行折疊、盤曲，進而形成不同的結構形式。什么是剛性平面？？？蛋白質(zhì)的二級結構二、蛋白質(zhì)的空間結構肽單元通過折疊、盤曲可形成四種結構類型，分別為α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。其中α-螺旋和β-折疊是蛋白質(zhì)二級結構的主要形式。1．α-螺旋多肽鏈中，多個肽單元以α-碳原子為轉(zhuǎn)折點，按照順時針的方向圍繞中心軸盤曲而成的右手螺旋稱為α-螺旋。2．β-折疊多肽鏈中，兩段以上折疊成鋸齒狀的肽鏈，通過氫鍵相連而成的平行片層狀結構稱為β-折疊或β-片層。3．β-轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會出現(xiàn)180°的回折，在這種回折角處的構象就是β-轉(zhuǎn)角。4．無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指肽鏈中沒有確定規(guī)律性的構象，不能被歸入明確的二級結構，本身也具有一定的穩(wěn)定性。主要形式二、蛋白質(zhì)的空間結構α-螺旋的主鏈呈螺旋上升，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當于0.54nm。相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中羰基氧（C＝O）與亞氨基氫（N—H）形成氫鍵，這類氫鍵的主要作用是穩(wěn)定α-螺旋。α-螺旋二、蛋白質(zhì)的空間結構肽鏈中氨基酸側鏈R基團分布在螺旋外側，其形狀、大小及電荷會影響α-螺旋的形成，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：4321甘氨酸的R基為H，空間占位很小，也會影響該處螺旋的穩(wěn)定。脯氨酸因其α-碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易形成氫鍵，故不易形成上述α-螺旋；較大R基團集中的區(qū)域，也妨礙α-螺旋形成；酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于α-螺旋形成；4321二、蛋白質(zhì)的空間結構β-折疊是肽鏈相當伸展的結構，肽鏈平面之間折疊成鋸齒狀，相鄰肽鍵平面間呈110°角，氨基酸殘基的R側鏈伸出在鋸齒的上方或下方。β-折疊中，兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的羰基氧（C＝O）與亞氨基氫（N—H）形成的氫鍵可使構象穩(wěn)定。β-折疊中，兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的。平行的β-折疊中，兩個殘基的間距為0.65nm；反平行的β-片層結構中，兩個殘基的間距為0.7nm。β-折疊二、蛋白質(zhì)的空間結構超二級結構和結構域在蛋白質(zhì)中，經(jīng)常有若干相鄰的二級結構單元在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成規(guī)則的二級結構組合體，稱為超二級結構。目前發(fā)現(xiàn)的超二級結構有三種基本形式：α-螺旋組合（αα）、β-折疊組合（βββ）和α-螺旋β-折疊組合（βαβ），其中以βαβ組合最為常見。超二級結構結構域也是蛋白質(zhì)構象中二級結構與三級結構之間的一個層次，是多肽鏈在二級結構或超二級結構的基礎上形成的相對獨立的緊密球狀實體。結構域二、蛋白質(zhì)的空間結構蛋白質(zhì)的三級結構蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級結構的基礎上，進一步盤曲、折疊形成具有一定規(guī)律的三維空間結構，稱為蛋白質(zhì)的三級結構，右圖為雞卵溶菌酶的三級結構。由一條多肽鏈構成的蛋白質(zhì)，只要形成三級結構便具有生物活性。二、蛋白質(zhì)的空間結構蛋白質(zhì)三級結構的形成主要依靠多肽鏈的R基團之間的相互作用，R基團相互作用形成的次級鍵，包括氫鍵（②）、疏水鍵（③）、離子鍵（①）及范德華力（⑤）等，是維持三級結構的主要力量（其中疏水鍵最為重要），如右圖所示。

次級鍵都是非共價鍵，易受環(huán)境中pH、溫度、離子強度等的影響，有變動的可能性。二硫鍵不屬于次級鍵，但在某些肽鏈中能使遠隔的兩個肽段連接在一起，對蛋白質(zhì)三級結構的穩(wěn)定起著重要作用。二、蛋白質(zhì)的空間結構蛋白質(zhì)的四級結構生物體內(nèi)，有很多蛋白質(zhì)包含兩條或兩條以上具有獨立三級結構的多肽鏈，這些多肽鏈間通過次級鍵相互組合形成的空間結構，稱為蛋白質(zhì)的四級結構（quarternarystructure）。其中，每條具有獨立三級結構的多肽鏈單位稱為亞基（subunit）。

一種蛋白質(zhì)的亞基可以是相同的，也可以是不同的。

另外，雖然亞基具有獨立的三級結構，但單獨存在時無生物活性。例如，血紅蛋白（上圖）由四個亞基組成，每個亞基在含氧量高的地方均能結合一分子的氧，在含氧量低時，釋放所結合的氧。但任何一個亞基單獨存在時，只能結合氧，不能釋放氧，不具有血紅蛋白的運氧作用。二、蛋白質(zhì)的空間結構維持蛋白質(zhì)四級結構的作用力主要是亞基之間形成的次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力等。四級結構實際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的構象。亞基之間不含共價鍵，亞基間次級鍵的結合比二、三級結構疏松，因此在一定的條件下，四級結構的蛋白質(zhì)可分離成單獨的亞基，亞基本身構象仍可不變。維持蛋白質(zhì)四級結構的作用力都有哪些？？三、蛋白質(zhì)結構與功能的關系蛋白質(zhì)一級結構

與蛋白質(zhì)功能的關系

蛋白質(zhì)分子中，由于氨基酸排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳?。ɑ蛲蛔冊斐傻模?，稱為分子病。一級結構相似的蛋白質(zhì)，其空間構象和功能也相近例如，哺乳動物胰島素都是由A鏈和B鏈構成，且二硫鍵配對和一級結構均相似，它們都執(zhí)行相同的功能（如調(diào)節(jié)血糖代謝）。比較來源不同的胰島素的一級結構，可能有某些差異，但與功能相關的結構卻總是相同。三、蛋白質(zhì)結構與功能的關系蛋白質(zhì)空間結構

與蛋白質(zhì)功能的關系蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間結構密切相關蛋白質(zhì)的空間結構是其功能活性的基礎，即空間發(fā)生變化時，其功能活性也隨之改變。蛋白質(zhì)變性時，由于其空間結構被破壞，會引起蛋白質(zhì)功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復性后，構象復原，活性即能恢復。在生物體內(nèi)，當某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個部位結合，觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構象發(fā)生一定變化，從而導致其功能活性變化的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的別構效應。蛋白質(zhì)的別構效應三、蛋白質(zhì)結構與功能的關系蛋白質(zhì)（或酶）的別構效應在生物體內(nèi)普遍存在，對物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化有重要意義。請思考：蛋白質(zhì)空間結構的改變會導致疾病嗎？然而，蛋白質(zhì)空間結構的改變也可能會導致疾病。這種由于蛋白質(zhì)空間結構的改變而導致的機體組織結構或功能的異常稱為構象病，例如，老年癡呆癥、瘋牛病等。構象病三、蛋白質(zhì)結構與功能的關系第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與應用蛋白質(zhì)的兩性解離蛋白質(zhì)的高分子性蛋白質(zhì)的變性、復性與凝固蛋白質(zhì)的紫外吸收性蛋白質(zhì)的呈色反應一、蛋白質(zhì)的兩性解離蛋白質(zhì)由氨基酸組成，分子表面帶有很多可解離基團，如羧基、氨基、酚羥基、咪唑基、胍基等，此外，在多肽鏈兩端還有游離的氨基和羧基，可以與酸或堿相互作用，是一種兩性電解質(zhì)。

當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相同，所帶凈電荷為零，呈電中性，此時溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點（用pI表示）。

一、蛋白質(zhì)的兩性解離由于不同蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，因而蛋白質(zhì)都有各自特定的等電點。如果蛋白質(zhì)中堿性氨基酸較多，則等電點偏堿，如果酸性氨基酸較多，則等電點偏酸。酸堿氨基酸比例相近的蛋白質(zhì)的等電點大多為中性偏酸，約在5.0左右。思考不同蛋白質(zhì)的等電點相等嗎？？蛋白質(zhì)顆粒在等電點時，以兩性離子的形式存在，總電荷數(shù)為零。這樣的蛋白質(zhì)顆粒在溶液中沒有相互排斥的作用力，極易借靜電引力迅速結合成較大的聚集體沉淀析出。這一性質(zhì)常應用于蛋白質(zhì)分離、提純。在等電點時，除了蛋白質(zhì)的溶解度最小外，其導電性、黏度、滲透壓及膨脹性均為最小。思考蛋白質(zhì)顆粒在等電點時，其本身有何特點？一、蛋白質(zhì)的兩性解離蛋白質(zhì)顆粒在溶液中解離成帶電的顆粒，在直流電場中向其所帶電荷相反的電極移動。這種大分子化合物在電場中定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。電泳法通常用于實驗室、生產(chǎn)或臨床診斷來分析分離蛋白質(zhì)混合物，也可以用于蛋白質(zhì)純度的鑒定。二、蛋白質(zhì)的高分子性蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關。其中兩個很重要的因素是水化膜和表面電荷。使蛋白質(zhì)沉淀的方法：鹽析法蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性還有什么試劑可以破壞蛋白質(zhì)的水化膜？二、蛋白質(zhì)的高分子性膠體溶液中的蛋白質(zhì)顆粒大，不易通過半透膜，可將含有小分子雜質(zhì)的蛋白質(zhì)膠體溶液放入透析袋中，再置于流動的清水中進行透析，透析過程中小分子化合物不斷從透析袋中滲出，大分子蛋白質(zhì)則留在袋內(nèi)，經(jīng)過一定時間后，便可達到分離純化蛋白質(zhì)的目的。蛋白質(zhì)的膜過濾分離純化這種利用半透膜將大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法稱為透析，

是實驗室和工業(yè)生產(chǎn)上提純蛋白質(zhì)時廣泛應用的一種方法。二、蛋白質(zhì)的高分子性血液透析是急慢性腎功能衰竭患者腎臟替代治療的方式之一。三、蛋白質(zhì)的變性、復性與凝固蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結構密切相關。在某些物理或化學因素的作用下，蛋白質(zhì)的空間結構被破壞，從而導致蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變和生理活性喪失的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)的變性和復性引起蛋白質(zhì)變性的物理因素有：高溫高壓振蕩紫外線照射超聲波X射線三、蛋白質(zhì)的變性、復性與凝固變性程度較輕的蛋白質(zhì)，在去除變性因素后仍可恢復原有空間構象和功能的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)的復性。如果變性后的蛋白質(zhì)不能復性，稱為不可逆變性。引起蛋白質(zhì)變性的化學因素有：強酸強堿振蕩重金屬離子有機溶劑變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)一定變性嗎？？三、蛋白質(zhì)的變性、復性與凝固臨床上或?qū)嶋H生活中，常利用75%的乙醇、高溫、高壓和紫外線等使蛋白質(zhì)變性而達到消毒及滅菌的目的。此外，還可利用低溫能防止蛋白質(zhì)變性的原理保存激素、酶、疫苗和免疫血清等蛋白質(zhì)生物制劑。三、蛋白質(zhì)的變性、復性與凝固蛋白質(zhì)變性后進一步加熱后凝固的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)的凝固。例如，雞蛋煮熟、豆?jié){變成豆腐。蛋白質(zhì)變性和凝固常是相繼發(fā)生的，凝固可以說是蛋白質(zhì)變性進一步發(fā)展的不可逆結果。蛋白質(zhì)的凝固四、蛋白質(zhì)的紫外吸收性大部分蛋白質(zhì)均含有酪氨酸和色氨酸，這兩種種氨基酸在280nm附近有最大吸收值。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在280nm附近顯示強的吸收。利用這個性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)進行定性鑒定。五、蛋白質(zhì)的呈色反應在蛋白質(zhì)的分析工作中，經(jīng)常利用蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸或某些特殊結構與某些試劑產(chǎn)生的顏色反應，對蛋白質(zhì)進行定性、定量分析。茚三酮反應呈色反應蛋白質(zhì)水解后產(chǎn)生的氨基酸與茚三酮水合物加熱可生成藍紫色的化合物，稱為茚三酮反應。蛋白質(zhì)和多肽分子中的肽鍵在稀堿中與硫酸銅共熱，可生成紫紅色或紅色的復合物，稱為雙縮脲反應。雙縮脲反應如何利用呈色反應對蛋白質(zhì)進行定性、定量分析？ThankYou!第三章酶掌握酶的組成、特性及酶活性中心的組成；了解酶的作用機制和酶活性的調(diào)節(jié)。掌握酶促反應的特點和影響酶促反應的因素。第一節(jié)酶的結構與功能酶的分子組成酶的活性中心酶的特性與作用機制酶活性的調(diào)節(jié)酶與醫(yī)學一、酶的分子組成單純酶只由蛋白質(zhì)組成的一類酶，稱為單純酶（simpleenzyme）。該類酶的催化活性由自身的蛋白質(zhì)結構決定，脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均屬于單純酶。結合酶結合酶（conjugatedenzyme）由蛋白質(zhì)成分和非蛋白質(zhì)成分兩部分組成，蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白（apoenzyme），非蛋白質(zhì)部分稱為輔助因子（cofactor）。酶蛋白和輔助因子結合成全酶（holoenzyme）時才具有催化活性，兩者單獨存在時沒有活性。根據(jù)組成成分的不同，酶可分為單純酶和結合酶兩類?，F(xiàn)知大多數(shù)維生素是組成許多酶的輔酶或輔基的成分（詳見第十五章）。體內(nèi)酶的種類很多，而輔酶（基）的種類卻較少，通常一種酶蛋白只能與一種輔酶結合，成為一種特異的酶，但一種輔酶往往能與不同的酶蛋白結合構成許多種特異性酶。一、酶的分子組成酶的分子中存在有許多功能基團，如—NH2、—COOH、—SH、—OH等，但并不是這些基團都與酶活性有關。有些必需基團雖然在一級結構上可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間結構的區(qū)域，該區(qū)域能與特定的底物結合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，稱為酶的活性中心（activecenter）。對于結合酶來說，輔酶或輔基上的一部分結構往往是活性中心的組成成分。二、酶的活性中心二、酶的活性中心123一般將與酶活性有關的基團稱為酶的必需基團。構成酶活性中心的必需基團可分為兩種，與底物結合的必需基團稱為結合基團，促進底物發(fā)生化學變化的基團稱為催化基團。不同的酶有不同的活性中心，對底物有嚴格的特異性。酶的特異性不但取決于酶活性中心功能基團的性質(zhì)，而且還取決于底物和活性中心的空間構象。酶分子很大，但實際參與催化反應的往往是酶分子的一部分。三、酶的特性與作用機制酶的特性酶是高效的生物催化劑，比一般催化劑的效率高107～1013倍。1.高效性酶的專一性（specificity）是指酶對催化的反應和底物有嚴格的選擇性。酶常常只能催化一種或一類反應，作用于一種或一類物質(zhì)。酶催化作用的特異性取決于酶蛋白分子上的特殊結構——酶活性中心。

根據(jù)酶對底物選擇的嚴格程度不同，酶的專一性大致可分為絕對專一性、相對專一性和立體異構專一性三種類型。2.專一性三、酶的特性與作用機制酶的可調(diào)控性主要體現(xiàn)在酶活性上，生物體內(nèi)代謝活動的協(xié)調(diào)進行是通過調(diào)節(jié)和控制酶活性來實現(xiàn)的（詳見酶活性的調(diào)節(jié)）。3.可調(diào)控性絕大部分酶的實質(zhì)是蛋白質(zhì)，在受到紫外線、熱、射線、表面活性劑、金屬鹽、強酸、強堿及其他化學試劑如氧化劑、還原劑等因素影響時，酶蛋白的空間結構容易發(fā)生改變，進而影響酶的催化能力。所以，酶促反應常常需要在較為溫和、穩(wěn)定的條件下進行。4.不穩(wěn)定性三、酶的特性與作用機制酶的作用機制在任何化學反應中，反應物分子必須超過一定的能閾，成為活化的狀態(tài)，才能發(fā)生變化形成產(chǎn)物。這種提高低能分子達到活化狀態(tài)的能量，稱為活化能（activationenergy）。催化劑的作用，主要是降低反應所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，從而加速反應的進行。酶能顯著地降低活化能，故能表現(xiàn)為高度的催化效率。目前普遍認為：酶有效降低活化能的機制，可以用“中間產(chǎn)物學說”說明。三、酶的特性與作用機制酶的結構不是固定不變的，有些酶分子（包括輔酶在內(nèi)）的構型與底物原來并非吻合，當?shù)孜锓肿优c酶分子相碰時，可誘導酶分子的構象變得能與底物配合，然后底物才能與酶的活性中心結合，進而引起底物分子發(fā)生相應化學變化。這種由底物分子誘導產(chǎn)生的酶分子構象改變，稱為“誘導契合”作用。1．“誘導契合”作用三、酶的特性與作用機制任何化學反應中，參加反應的分子都必須按一定方向靠近才能發(fā)生反應。趨近效應和定向排列都是底物與酶活性中心特異性結合時產(chǎn)生的效應。酶催化反應時，與底物特異性結合，使得底物分子間的距離大大縮短的效應稱為趨近效應。由于趨近效應的產(chǎn)生，酶活性中心附近的底物濃度遠遠高于溶液中底物的濃度，底物濃度的升高大大加快了反應的速度。定向效應是指酶的催化基團與底物的反應基團之間正確匹配產(chǎn)生的效應。在酶的催化反應中，底物結合在酶的活性中心，使酶的催化基團與底物的反應基團嚴格地排列，從而加快了反應的速度。2．趨近效應與定向排列三、酶的特性與作用機制酶是兩性電解質(zhì)，可進行兩性解離——提供質(zhì)子和接受質(zhì)子。在催化過程中，酶活性中心的催化基團通過提供質(zhì)子來促進催化反應進程的過程，稱為酸催化作用；通過接受質(zhì)子來促進催化反應進程的過程，稱為堿催化作用。同一種酶常常具有酸、堿雙重催化作用，極大地提高了酶的催化效能。3．酸-堿催化作用三、酶的特性與作用機制酶的活性中心多由氨基酸殘基的疏水基團組成，構成相對穩(wěn)定的疏水環(huán)境。底物與酶在酶活性中心內(nèi)部的疏水環(huán)境中結合，可防止底物與酶之間形成水化膜，有利于兩者之間的接觸反應。4．表面效應四、酶活性的調(diào)節(jié)酶原與酶原激活有些酶在剛合成或初分泌時沒有生物活性，這些沒有活性的酶的前身稱為酶原（zymogen），使酶原經(jīng)過修飾轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚悦傅倪^程，稱為酶原激活。酶原激活在生物體內(nèi)廣泛存在，是一種重要的酶活性調(diào)控方式，具有重要的生理意義。一方面，它能保證合成蛋白酶的細胞本身不受酶的消化破壞，另一方面使酶原在特定的生理條件和規(guī)定的部位受到激活并發(fā)揮其生理作用。四、酶活性的調(diào)節(jié)變構調(diào)節(jié)與化學修飾某些物質(zhì)能與酶分子上的非催化部位特異地結合，引起酶蛋白分子構象發(fā)生改變，從而改變酶的活性，這種現(xiàn)象稱為酶的變構調(diào)節(jié)或別位調(diào)節(jié)（allostericregulation）。變構調(diào)節(jié)在生物界普遍存在，是人體內(nèi)快速調(diào)節(jié)酶活性的一種重要方式。酶分子肽鏈上的某些基團可在另一種酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾，從而引起酶活性的改變，稱為酶的化學修飾（chemicalmodification）。酶的化學修飾如變構調(diào)節(jié)一樣，也是機體物質(zhì)代謝中快速調(diào)節(jié)的一種重要方式。五、酶與醫(yī)學酶的醫(yī)學意義體內(nèi)幾乎所有代謝反應均需酶的參與，而且對物質(zhì)代謝的控制也多通過對酶活性的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)清楚，人類的不少疾病是由于某種酶的變異、減少或缺失所致，因此酶的缺失或變異可引起代謝紊亂而致病。對某些酶的活性的測定，常有助于疾病的診斷，因此酶學與疾病病因、診斷、治療諸方面都很密切。不少代謝性疾病是先天性某種酶的缺乏，如白化病因缺乏酪氨酸羥化酶，糖原貯積病、脂質(zhì)貯積病苯丙酮酸尿癥等也是酶缺陷所致。有機磷（如敵敵畏）等農(nóng)藥可抑制膽堿酯酶的活性，故有毒性。疾病時常有血清酶的改變，可用此作為診斷的依據(jù)。常用于診斷的血清酶有20多種。如肝臟疾病時可測定血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶。許多酶可應用于治療，各類水解酶，如淀粉酶、胃蛋白酶可口服以幫助消化。尿激酶、鏈激酶可以激活纖溶酶原，用以溶解血栓、疏通血管、治療各類栓塞，如心肌梗死和腦栓塞。五、酶與醫(yī)學同工酶及其臨床應用雖然有些酶的蛋白質(zhì)一級結構存在差異，但其活性中心的三維結構相同或相似，可以催化相同的化學反應。這種可以催化相同的化學反應，但酶蛋白的分子結構、理化性質(zhì)和免疫學性質(zhì)各不相同的酶稱為同工酶（isoenzyme）。它們存在于生物的同一種屬或同一個體的不同組織，甚至在同一組織、同一細胞的不同細胞器中。幾乎一半以上的酶都有同工酶存在?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有數(shù)種同工酶，如6-磷酸葡萄糖脫氫酶、乳酸脫氫酶、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶等。其中乳酸脫氫酶（lactatedehydrogenase，LDH）是最早發(fā)現(xiàn)的同工酶。不同類型的LDH同工酶在不同組織中的比例不同，心肌中以LDH1及LDH2較為豐富，骨骼肌及肝中含LDH4及LDH5較多，這種分布與各器官的生理功能相關。LDH同工酶相對含量的改變在一定程度上更敏感地反映了某些臟器的功能狀況。第二節(jié)酶促反應的動力學酶濃度對酶促反應的影響底物濃度對酶促反應的影響溫度對酶促反應的影響pH對酶促反應的影響激活劑對酶促反應的影響抑制劑對酶促反應的影響一、酶濃度對酶促反應的影響在一定的溫度和pH條件下，當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度時，酶的濃度與反應速度呈正比關系。即當?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。但事實上，當酶濃度很高時，并不保持這種關系，曲線逐漸趨向平緩。根據(jù)分析，這可能是高濃度的底物夾帶有許多的抑制劑所致。酶濃度對酶促反應速度的影響二、底物濃度對酶促反應的影響在酶濃度不變的情況下，底物濃度對反應速度影響的作用呈現(xiàn)矩形雙曲線。在底物濃度很低時，反應速度隨底物濃度的增加而急劇上升，兩者呈正比關系，反應呈一級反應。隨著底物濃度進一步升高，反應速度不再呈正比例加快，反應速度增加的幅度不斷下降。如果繼續(xù)加大底物濃度，反應速度將不再增加，表現(xiàn)出零級反應。此時，無論底物濃度增加多大，反應速度也不再增加，說明酶已被底物飽和。所有酶都有飽和現(xiàn)象，但達到飽和時所需底物濃度各不相同。底物濃度對酶促反應速度的影響米曼氏方程式二、底物濃度對酶促反應的影響式中，Vmax

指該酶促反應的最大速度，［S］指底物濃度，Km

是米氏常數(shù)，V是在某一底物濃度時相應的反應速度。當?shù)孜餄舛群艿蜁r，［S］<<Km，則米曼氏方程式此時，反應速度與底物濃度呈正比。當?shù)孜餄舛群芨邥r，［S］>>Km，此時V≌Vmax，反應速度達到最大，底物濃度再增高對反應速度不產(chǎn)生影響。米氏方程只適用于較為簡單的酶促反應，對于比較復雜的酶促反應，如多酶體系、多底物、多產(chǎn)物、多中間物等，還不能全面地概括和說明。米氏常數(shù)（Km）的意義二、底物濃度對酶促反應的影響Km值是酶學研究中一個重要的常數(shù)，它等于酶促反應速度為最大速度一半時的底物濃度，即V＝1/2Vmax時，米氏方程可轉(zhuǎn)變?yōu)椋篕m＝［S］。Km值是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結構、底物和反應環(huán)境有關，與酶的濃度無關。

Km值大，表示酶與底物的親和力小，在酶促反應中需要很高的底物濃度才能達到最大速度；

Km值小，表示酶與底物的親和力大，在酶促反應中不需要很高的底物濃度就能達到最大速度。因此，

Km可用來判斷酶作用的最適底物，即為酶促反應中有最小Km值的底物。三、溫度對酶促反應的影響從動物組織提取的酶，其最適溫度多在35～40℃之間，溫度升高到60℃以上時，大多數(shù)酶開始變性，升高到80℃以上時，大多數(shù)酶發(fā)生不可逆變性而失活。酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，但低溫一般不破壞酶的活性，溫度回升后，酶又恢復活性，臨床上低溫麻醉就是利用酶的這一性質(zhì)以減慢組織細胞代謝速度，從而提高機體對氧和營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的耐受性，有利于進行手術治療。溫度對酶促反應速度的影響四、pH對酶促反應的影響pH可通過影響酶和底物的解離及酶活性中心的構象影響酶與底物的結合，進而影響酶促反應的速度。通常，我們把酶促反應速度最大的pH環(huán)境稱為酶的最適pH（optimumpH）。動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH約為1.8，肝精氨酸酶最適pH約為9.8。最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液的種類和濃度及酶的純度等因素的影響。溶液的pH值高于和低于最適pH時都會使酶的活性降低，遠離最適pH值時甚至導致酶的變性失活。pH對某幾種酶酶活性的影響五、激活劑對酶促反應的影響

激活劑（activator）是指能使酶活性提高的一類物質(zhì)，它們大多都是無機離子或小分子有機化合物。大多數(shù)金屬離子激活劑對酶促反應不可缺少，稱為必需激活劑；有些激活劑不存在時，酶的催化效率降低，但仍有一定活性，這類激活劑稱為非必需激活劑。常見的激活劑有Mg2＋、K＋、Mn2＋、半胱氨酸等。六、抑制劑對酶促反應的影響某些抑制劑通常以共價鍵方式與酶的必需基團結合，從而使酶的活性下降。這類抑制劑不能通過透析、超濾的方式去除，對酶分子產(chǎn)生的抑制作用稱為不可逆抑制（irreversibleinhibition）。按抑制劑作用的特點又有非專一性與專一性之分。不可逆性抑制六、抑制劑對酶促反應的影響某些抑制劑能與酶分子中一類或幾類基團共價結合，對酶產(chǎn)生不可逆抑制作用，稱為非專一性不可逆抑制。例如，某些重金屬及對氯汞苯甲酸等能與酶分子的巰基進行不可逆結合，許多以巰基作為必需基團的酶（通稱巰基酶）會因此而遭受抑制。用二巰基丙醇或二巰基丁二酸鈉等含巰基的化合物可使酶復活。非專一性不可逆抑制某些抑制劑專一地對酶的活性中心或其必需基團進行共價結合，對酶產(chǎn)生不可逆抑制作用，稱為專一性不可逆抑制。專一性不可逆抑制六、抑制劑對酶促反應的影響有些抑制劑與酶以非共價鍵的形式結合，在用透析等物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復，即抑制劑與酶的結合是可逆的，這種抑制作用稱為可逆性抑制（reversibleinhibition）。這類抑制劑大致可分為以下三類?？赡嫘砸种屏?、抑制劑對酶促反應的影響參與競爭性抑制作用（competitiveinhibition）的抑制劑（I）和底物（S）對游離酶（E）的結合有競爭作用。抑制作用的大小取決于抑制劑與底物的濃度比，加大底物濃度，可使抑制作用減弱。此外，競爭性抑制作用在臨床上應用廣泛，許多抗代謝藥和抗癌藥都是競爭性抑制劑。競爭性抑制

參與非競爭性抑制作用（non-competitiveinhibition）的抑制劑（I）和底物（S）與酶（E）的結合互不相關。I和S在結構上一般無相似之處，I常與酶分子上結合基團以外的化學基團結合，這種結合并不影響底物和酶的結合，增加底物濃度并不能減少I對酶的抑制程度。非競爭性抑制作用可使Vm

降低，但由于S與EI復合物的親和力與S與E的親和力相同，故Km

不變。非競爭性抑制六、抑制劑對酶促反應的影響

參與反競爭性抑制作用的抑制劑（I）不直接與酶（E）結合，只與ES復合物結合，形成的ESI不能生成產(chǎn)物。但是，I與ES的結合能促進E與S的結合，即增加了E與S的親和力，故Km降低。反競爭性抑制ThankYou!第四章DNA的生物合成掌握DNA復制的特點、復制的體系及復制的過程。掌握逆轉(zhuǎn)錄的意義；熟悉逆轉(zhuǎn)錄的過程；了解端粒酶及端粒酶在醫(yī)學中的應用。掌握DNA損傷的類型及DNA損傷的修復；了解DNA損傷的原因。第一節(jié)DNA的復制DNA復制的特點DNA復制的體系DNA復制的過程

最終，科學家證明DNA復制的方式為半保留復制。（一）半保留復制關于DNA復制模型的猜想一、DNA復制的特點DNA聚合酶：是細胞復制DNA的重要作用酶，以DNA為復制模板，由5′端開始復制到3'端。（二）半不連續(xù)復制DNA的半不連續(xù)復制一、DNA復制的特點DNA復制的模板是親代DNA分子，親代DNA解螺旋后的兩條鏈均可作為模板指導DNA合成。二、DNA復制的體系（一）DNA復制的模板、原料、能量和引物1．模板DNA復制的原料是四種脫氧三磷酸核糖核苷（dNTP），即dATP、dGTP、dCTP和dTTP。在模板存在的前提下，dNTP在酶的作用下聚合形成多聚核苷酸鏈。2．原料

DNA復制主要依靠ATP供能，另外，參與DNA復制的原料本身也能為反應提供能量。二、DNA復制的體系3．能量由于DNA聚合酶的5′→3′聚合酶活性不能催化兩個游離的dNTP直接進行反應，所以在DNA復制開始時，需要一小段RNA作為引物為第一個游離dNTP提供3′-OH末端。4．引物二、DNA復制的體系（二）DNA復制所需的酶和蛋白因子DNA復制時，首先需要解旋、解鏈成相對固定的單鏈狀態(tài)，才具有指導新鏈合成的模板作用。把DNA解旋、解鏈成相對固定的單鏈狀態(tài)需要一些酶與蛋白因子的參與來完成，包括DNA拓撲異構酶、解旋酶和單鏈DNA結合蛋白（SSB）。1．DNA拓撲異構酶、解旋酶和單鏈DNA結合蛋白（SSB）二、DNA復制的體系引物酶是一種特殊的依賴DNA的RNA聚合酶，它以解開的DNA鏈為模板，以4種NTP為原料，按5′→3′方向合成短片段的RNA，作為引物引發(fā)DNA的復制。2．引物酶二、DNA復制的體系DNA聚合酶是DNA復制的主要酶，又稱為依賴DNA的DNA聚合酶。DNA聚合酶最早在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，以后陸續(xù)在其他生物中找到。它們的共同性質(zhì)是：3．DNA聚合酶以dNTP為原料催化DNA合成；需要模板和引物的存在；不能起始合成新的催化dNTP加到延伸中的DNA鏈的3′-OH末端；催化DNA合成的方向是5′→3′。二、DNA復制的體系原核生物的DNA聚合酶有DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。DNA聚合酶Ⅲ是復制延長中真正起催化作用的，除具有5′→3′聚合活性，還有3′→5′核酸外切酶活性和堿基選擇功能，能夠識別錯配的堿基并切除，起即時校讀的作用。DNA聚合酶Ⅰ具有5′→3′聚合活性、3′→5′和5′→3′核酸外切酶活性，5′→3′核酸外切酶活性可用于切除引物及突變片段，起切除、修復作用。DNA聚合酶Ⅱ在無DNA聚合酶Ⅰ和DNA聚合酶Ⅲ時起作用，也具有5′→3′和3′→5核酸外切酶活性。二、DNA復制的體系

真核生物的DNA聚合酶分為α、β、γ、δ、ε。DNA聚合酶α具有引物酶活性，能催化合成RNA引物。DNA聚合酶δ類似于原核生物DNA聚合酶Ⅲ，在DNA復制延伸階段中起主要作用，此外，還有解螺旋酶的活性。DNA聚合酶ε類似于原核生物的DNA聚合酶Ⅰ，在DNA復制中主要起校讀、修復和填補引物缺口的作用。DNA聚合酶β類似于原核生物D