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生 物 化 学 学习指导与习题集 生物化学与分子生物学系 目 录 生物化学B教学大纲……………………………………………………………1 生物化学辅助教材 第一章 核酸的结构与功能 …………………………………………………9 第二章 蛋白质的结构与性质………………………………………………14 第三章 酶……………………………………………………………………20 第四章 生物氧化与氧化磷酸化……………………………………………27 第五章 糖类代谢……………………………………………………………32 第六章 脂类代谢……………………………………………………………39 第七章 蛋白质降解和氨基酸代谢…………………………………………43 第八章 核酸降解和核苷酸代谢……………………………………………47 第九章 核酸的生物合成……………………………………………………50 第十章 蛋白质的生物合成…………………………………………………56 第十一章 代谢调节…………………………………………………………59 生物化学习题及参考答案 第一章 核酸的结构与功能…………………………………………………63 第二章 蛋白质的结构与性质………………………………………………79 第三章 酶……………………………………………………………………94 第四章 生物氧化与氧化磷酸化 …………………………………………117 第五章 糖类代谢 …………………………………………………………135 第六章 脂类代谢 …………………………………………………………147 第七章 蛋白质降解和氨基酸代谢 ………………………………………160 第八章 核酸降解和核苷酸代谢 …………………………………………170 第九章 核酸的生物合成 …………………………………………………180 第十章 蛋白质的生物合成 ………………………………………………202 第十一章 代谢调节 ………………………………………………………220 模拟试题一 …………………………………………………………………231 模拟试题二 …………………………………………………………………237 《生物化学B》教学大纲 绪论 一、生物化学的含义、任务和主要内容 二、生物化学的发展及在各专业中的地位和作用 三、生物化学在我国的发展及与各专业的关系 四、生物化学的学习方法 本章重点、难点： 1.熟悉生物化学的含义、主要内容和发展。 2.明确生物化学在各专业中的地位和作用。 思考题：生物化学的发展及与各专业的关系 第一章 核酸的结构与功能 第一节 核酸的种类、分布和组成 第二节 核苷酸 1. 碱基 2. 核苷和核苷酸的形成 3. 核苷酸的种类 第三节 核酸的分子结构 1.DNA的一级结构 2.DNA的二级结构、三级结构 3.RNA的基本结构、二级结构和三级结构 第四节 核酸理化性质 分子大小、溶解性、紫外吸收光谱、变性。 本章重点、难点： 1.核酸的化学组成、分类、命名。 2.核酸的一级结构。 3.DNA的空间结构，DNA双螺旋结构模型的要点及DNA的功能。 4.掌握RNA的分类、结构及各类RNA的功能。 5.DNA的变性、复性的概念，变性、复性DNA的特点；分子杂交的原理及应用。 思考题： 1.比较DNA和RNA在化学结构、高级结构和生物学功能上的特点。 2.DNA双螺旋结构模型有哪些基本要点？ 3.RNA有哪些主要类型？比较其结构与功能特点。 第二章 蛋白质化学 第一节 蛋白质的概念 1.蛋白质的元素组成 2.蛋白质的构成单位 第二节 氨基酸 1.组成蛋白质的20种氨基酸的结构、分类、命名、缩写符号。 2.氨基酸理化性质：两性解离与等电点、紫外吸收、重要显色反应（茚三酮反应等）。 第三节 肽 1.肽与肽键的概念 2.肽和肽键的结构及命名 3.重要的天然寡肽—谷胱甘肽 第四节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质的一级结构 1.蛋白质的一级结构的概念及重要性 2.氨基酸的基本连接方式。 3.蛋白质的构象和维持构象稳定的作用力 4.蛋白质的二级结构及二级结构单元，超二级结构和结构域 5.蛋白质的三级和四级结构 第五节 蛋白质结构与功能的关系 1. 蛋白质一级结构与功能的关系 2.蛋白质的空间结构与功能的关系 第六节 蛋白质的重要性质 胶体性质、两性解离与等电点，变性与复性、沉淀性质、紫外吸收，呈色反应。 本章重点、难点： 1.蛋白质的元素组成及其特点，运用含氮量计算生物样品中的蛋白质含量。 2.蛋白质基本组成单位—氨基酸的结构特点、分类及理化性质。 3.蛋白质分子的基本结构（一级结构）和空间结构（二级结构、三级结构、四级结构）的概念，各种结构的组成方式及特点。 4.蛋白质结构与功能的关系。 5.蛋白质的两性电离性质、胶体性质、变性和紫外吸收性质，蛋白质的茚三酮和双缩脲反应。 思考题： 1.如何计算氨基酸的pI。 2.什么是蛋白质的一、二、三、四级结构？ 3.维持蛋白质空间结构的力有哪些？ 4.简述蛋白质结构与功能的关系？ 第三章 酶学 第一节 酶的概念、命名和分类 第二节 酶的催化特点及酶的组成 第三节 酶的作用机理 酶的活性中心、酶与底物分子的结合、降低分子活化能的因素、酶原及酶原激活。 第四节 酶的反应速度及影响酶促反应速度的因素 1.酶浓度的影响； 2.底物浓度的影响(米氏方程)； 3.pH的影响； 4.温度的影响； 5.激活剂的影响； 6.抑制剂的影响； 第五节 同工酶、变构酶、诱导酶 第六节 酶的活力测定 本章重点、难点： 1.酶的结构与功能：包括酶的分子组成（单体酶、寡聚酶、多酶复合体、单纯酶、结合酶），酶的活性中心，必需基团，重要的辅助因子。 2.酶促反应的特点，酶促反应的机制。 3.酶促反应速度的影响因素及其作用机制和作用结果，最适温度、最适pH、抑制剂、激活剂的概念。可逆性抑制作用的两种类型及其作用原理和作用结果。 4. 酶原与酶原激活，酶的别构调节和共价修饰调节，同工酶。 思考题： 1.Km的意义是什么？ 2.影响酶促反应速度的因素有哪些？ 3.抑制剂的类型及作用特点？ 第四章 生物氧化 第一节 生物氧化概述 概念、高能磷酸化合物。 第二节 电子传递链(呼吸链) 概念、电子传递链、传递链抑制剂。 第三节 氧化磷酸化 概念及类型，偶联部位，解偶联剂和抑制剂，氧化磷酸化的作用机理，线粒体穿梭系统，能荷。 本章重点、难点： 1.生物氧化的概念。 2.氧化磷酸化的概念，呼吸链的主要组成成分，掌握NADH呼吸链和FADH2呼吸链中的电子传递顺序、氧化与磷酸化的偶联部位。 3.α-磷酸甘油穿梭作用和苹果酸穿梭作用。 4.影响氧化磷酸化的因素。 5.能荷的概念。 思考题： 1.电子传递链和氧化磷酸化之间有何关系？ 2.什么是磷/氧比（P/O比），测定P/O比有何意义？ 第五章 糖类代谢 第一节 双糖、多糖的酶促降解 1.蔗糖、麦芽糖、乳糖的酶促降解 2.淀粉(糖原)的酶促降解 第二节 糖酵解 概念、化学历程 化学计量、生物学意义、丙酮酸的去路。 第三节 三羧酸循环 1.丙酮酸氧化为乙酰CoA 2.化学历程与化学计量 3.三羧酸循环调控 4.生物学意义 第四节 磷酸戊糖途径 反应历程、化学计量与生物学意义、调控。 第五节 单糖的生物合成 糖异生途径。 第六节 蔗糖和多糖的生物合成 1.糖核苷酸的作用 2.蔗糖的生物合成 3.淀粉(糖原)的合成 本章重点、难点： 1.糖酵解的反应过程、限速酶（限速步骤）、能量计算、生物学意义。 2.三羧酸循环的反应过程、特点、能量计算、调节（关键步骤和限速酶）。 3.磷酸戊糖途径的反应特点、关键酶、调节和生物学意义。 4.糖异生途径的反应过程。 思考题： 1.糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径的反应过程、限速酶、能量计算。 2.三羧酸循环在生物体代谢中的作用和地位如何？ 3.糖异生途径过程中的关键酶。 第六章 脂类代谢 第一节 脂肪的降解 1.脂肪的酶促水解 2.甘油的降解与转化 三、脂肪酸的氧化分解 第二节 脂肪的生物合成 1.脂肪酸的生物合成 2.脂肪的生物合成 本章重点、难点： 1.脂肪酸的β—氧化反应过程、限速酶、能量的生成。 2.脂肪酸从头合成的合成部位、原料、限速酶及基本过程。 3.乙醛酸循环及其生物学意义。 思考题： 1、说明脂酰CoA穿过线粒体内膜进入线粒体基质的机制。 2、脂肪酸合成酶系的组成及作用机理是什么？ 3、试比较脂肪酸从头合成过程与脂肪酸β-氧化过程有哪些不同？ 第七章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 第一节 蛋白质的酶促降解 蛋白酶、肽酶 第二节 氨基酸的分解与转化 1.脱氨基作用； 2.脱羧基作用 3.氨基酸分解产物的去向 第三节 氨及氨基酸的生物合成 1.氨的同化 2.氨基酸的生物合成 本章重点、难点： 1.氨基酸的脱氨基作用方式。 2.α—酮酸的代谢方式。 3.体内氨的来源和去向。 4.一碳单位的概念、构成及其与四氢叶酸的关系； 思考题： 1.生物体细胞合成氨基酸主要通过什么途径？ 2.生物体内氨基酸脱氨作用的主要方式是什么？有何意义？ 3.蛋白质分解代谢的最终产物是什么？ 4.氨基酸脱氨基以后产生的NH3及α－酮酸有哪些代谢途径？ 第八章 核酸的酶促降解及核苷酸代谢 第一节 核酸的酶促降解 1.核酸外切酶 2.核酸内切酶 3.限制性内切酶 第二节 核苷酸的降解 1.核苷酸的降解 2.嘌呤的降解 3.嘧啶的降解 第三节 核糖核苷酸的合成代谢 1.核苷酸的生物合成 2.脱氧核苷酸的生物合成 3.多磷酸核苷的生物合成 本章重点、难点： 1.核酸的酶促降解。 2.嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸从头合成途径特点。补救合成途径及其生理意义 3.核苷酸的相互转变。 思考题： 1. 首先合成出具有嘌呤环结构的中间物是什么？合成嘌呤核苷酸的原料是什么？ 2. 首先合成出具有嘧啶环结构的中间物是什么？合成嘧啶碱基的起始物是什么？ 3. 脱氧核苷酸是如何生成的？ 4. 何为核苷酸合成的补救途径？ 第九章 核酸的生物合成 第一节 中心法则 第二节 DNA的生物合成 1.DNA复制 2.逆转录 3.DNA突变 4.DNA损伤与修复 第三节 RNA的生物合成 1.转录 2.RNA转录后加工 3.RNA的复制 4.核酸合成抑制剂。 第四节 基因工程简介 概念、基本流程、应用前景 本章重点、难点： 1、生物学中心法则。 2、半保留和半不连续复制的特点和意义。 3、DNA复制体系及其功能（DNA聚合酶的种类和作用；解螺旋酶、单链DNA结合蛋白、DNA连接酶、引物酶和引发体的作用）。 4、逆转录的概念、过程及逆转录酶的功能。 5、转录的特点，转录过程；真核生物转录后的加工修饰方式。 思考题： 1.何谓DNA的半保留复制和半不连续复制？DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？ 2.mRNA前体转录后的加工包括哪些内容？ 3.生物体内对DNA损伤的修复存在哪几种修复系统？ 第十章 蛋白质的生物合成 第一节 蛋白质合成体系的组成 1.信使RNA与遗传密码 2.转运RNA 3.核糖体RNA 4.蛋白质合成辅助因子 第二节 蛋白质合成过程 1.氨基酸的活化 2.肽链合成的起始 3.肽链合成的延伸 4.肽链合成的终止与释放 5.真核细胞的蛋白质生物合成 6.蛋白质合成后的加工 7.蛋白质构象的形成。 本章重点、难点： 1.参与蛋白质生物合成的物质及其作用。 2.蛋白质生物合成过程。 思考题： 1、蛋白质生物合成体系由哪些物质组成？它们各有何作用？ 2、试述原核生物蛋白质合成后多肽链的加工修饰主要有哪些内容？ 3、密码子的简并性与变偶性各指什么？这些性质有何生物学意义？ 第十一章 代谢调节 第一节 物质代谢的相互联系： 1.糖代谢与脂代谢的相互联系 2.糖代谢与蛋白质代谢相互联系 3.脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 4.核酸代谢与糖、脂、蛋白质代谢的相互联系 第二节 代谢调节 1.细胞的区域化调节 2.酶水平的调节 3.激素的调节 4.辅因子调节 5.全属离子浓度的调节。 第三节 基因表达调控 1.原核和真核生物基因组 2.原核生物的基因表达调控 本章重点、难点： 1.四类生物大分子的相互转化 2. 原核基因转录调节特点及乳糖操纵子调节机制。 思考题： 1.酶对代谢的调节是通过几种方式实现? 2.根据酶对代谢调节作用大小不同，可以把酶分成几类? 3.什么是前馈激活和反馈抑制？什么是级联放大系统? 5.何谓操纵子?根据乳糖操纵子模型说明酶合成的诱导和阻遏过程。 绪 论 一、什么是生物化学 生物化学是用 的方法解释 的科学。或者说是阐述生命的化学本质的科学。 二、生物化学研究的对象 生物化学主要在基本生物分子、 和 三个水平上研究生物的组成和变化规律。 第一章 核酸的结构与功能 第一节 核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的生物学功能 核酸携带着遗传信息，是遗传的物质基础；它决定蛋白质和酶的结构，因此它决定每一种生物体的代谢类型及形态。 二、核酸的种类和分布 （一）种类： ` （DNA） mRNA： ，指导蛋白生物合成的模板 特点：含量 ，种类 ，半衰期 rRNA： ，负责组装核糖体。 特点：含量 ，种类 tRNA： ，负责蛋白合成过程氨基酸向 核糖体的转运 特点： 最多 核酸 （RNA） （二）分布 1．细胞生物的DNA主要集中在 内。线粒体和叶绿体也含有DNA，RNA主要分布在 中，细胞核也有少量RNA（调控RNA及RNA前体）。 2．病毒中要么只含DNA，要么只含RNA。 三、核酸的化学组成： 从核酸连续水解的产物可了解核酸的化学组成概况 （一）核糖和脱氧核糖 DNA中含 核糖；RNA中含β—D —核糖。 （二）嘌呤碱和嘧啶碱 1．嘌呤碱：核酸中常见的嘌呤碱有两类：腺嘌呤及鸟嘌呤 A： 嘌呤 G： 嘌呤 2．嘧啶碱 核酸中常见的嘧啶碱有三类：胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶 C： 嘧啶 U： 嘧啶 T： 嘧啶 （三）核苷 核苷由（2′-脱氧） 和 脱水缩合而成，并以 键相连，核苷分为核糖核苷和脱氧核糖核苷两大类。 （四）核苷酸 核苷中的戊糖的3′羟基被磷酸酯化，形成核苷酸，核酸中的稀有核苷酸常以其核苷的形式表示，下面是一些稀有核苷。 ： dGDP: Ψ： DHU： IMP: Cm： ` （嘌呤和嘧啶） ` （核糖或脱氧核糖） `. 核 酸 四、细胞内的游离核苷酸及其衍生物 细胞内还有一些以游离形式存在的核苷酸及其衍生物，它们都具有重要的生物功能，如游离的多磷酸核苷酸，环化核苷酸等。 cAMP： dTTP： [提高] 1． DNA和RNA的区别：①分布不同。DNA主要分布在细胞核中，而RNA主要分布在细胞质中。②组成不同。包括核糖种类不同（主）和基本碱基种类不同。核糖和脱氧核糖可以通过显色反应区分，D-核糖在酸性条件下和地衣酚共热生成绿色产物，而D-2׳-脱氧核糖在酸性条件下与二苯胺共热产生蓝色产物。DNA的脱氧核糖使DNA在碱性条件下更稳定，因为不能形成2׳,3׳-环核苷酸。DNA的基本碱基有A、G、C、T，RNA的基本碱基有A、G、C、U。当然并不是说RNA中不会出现T，在tRNA中它是以稀有核苷（酸）形式出现的。③结构不同。DNA一般都是双链，形成双螺旋结构；而RNA一般都是单链，只能形成局部螺旋结构。④理化性质的不同。如溶解性、粘度等（见后）。 2． 细胞生物同时存在DNA和RNA，成熟的病毒是由DNA或RNA与蛋白构成的非细胞结构。他们的遗传物质可能是DNA或者RNA，但任何一种生物体都只能以其中一种作为遗传物质。 第二节 核酸的分子结构 一、DNA 的分子结构 （一）DNA的一级结构 1．一级结构的概念：DNA分子的基本结构单位 沿 方向的排列顺序叫核酸的一级结构。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带不同的遗传信息。 2．DNA分子中核苷酸的连接方式及表示方法 （1） 结构式 （2）线条式 （3）文字式：pATCGoH 3．DNA的碱基组成— chargaff规则 （1）同一生物体DNA分子碱基组成： + = + ，即： 碱总和= 碱总和。 （2）有种的特异性，同种生物（各组织、器官）DNA碱基组成相同，异种生物DNA碱基组成差异很大，可用不对称比率 + / + 的相近程度表示种间亲缘关系的远近。 （3）DNA碱基组成稳定：不受年龄，营养状况及环境的影响。 （二）DNA的二级结构 1、双螺旋结构模型的要点（1953，Watson & Crick ） （1）DNA分子由两条 平行的多核苷酸链构成双螺旋结构。两条链围绕同一个“中心轴”形成右手螺旋，螺旋表面有一条大沟和一条小沟。 （2） 层叠于螺旋内侧，其平面与纵轴垂直； 在外侧，彼比之间通过磷酸二酯键连接，形成DNA的骨架，其平面与中轴平行。 （3）双螺旋的直径为 nm，旋转一周有10个核苷酸，碱基之间的堆集距离为 nm，即螺距为 nm，两个核苷酸之间的夹角为 °。 （4）一条多核苷酸链上的嘌呤碱基与另一条链上的 碱基以氢键匹配成对，配对的原则是A和 之间形成二个氢链， G和 之间形成三个氢链。 2、稳定双螺旋结构的力 （1） ：层层堆集的芳香族碱基上N原子Π电子云交错而形成的一种力，使双螺旋结构内部形成一个强大的疏水区，与介质中的水分子隔开，有利于互补碱基间形成氢键，稳定双螺旋结构。 （2） ：电负性强的N（或O）与H之间的非共价键。 （3） ：磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的化学键。 其中 使DNA双螺旋结构稳定的最主要因素。 3、DNA二级结构的多态性 Watson和Crick（1953）所描述的DNA双螺旋构象现在称为 型DNA，另外还有 型和 型等构象类型的DNA，在一定条件下可相互转变。RNA/DNA杂交分子以及RNA双螺旋区具有与 型DNA相似的结构。呈左手螺旋的是 型DNA。 4、三链DNA （三）DNA的三级结构 真核生物染色体DNA呈 形双链，真核细胞器和原核染色体及质粒DNA呈 形。在细胞中，由于DNA与其它分子（如蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进一步扭曲成环状或麻花状形态，称为DNA的三级结构（超螺旋）。 二、RNA的分子结构 多数天然RNA分子是一条单链，其可以发生分子自身回折，而使碱基互补区形成局部双螺旋区，不能配对的碱基区域则形成突环。 （一） tRNA的结构 1、 RNA的二级结构为 形结构，由四臂四环构成。 氨基酸臂：3‘端具有保守的 结构，蛋白生物合成时接受氨基酸； 左臂连接 环；右臂连接 环； 反密码子环：环中间三个核苷酸组成 ； 额外环：反密码环与右臂之间。 2、tRNA的三级结构为 形结构。 在倒L的两端分别是二级结构中对应的 环和 臂，拐角处是 环和 环。 （二）rRNA的结构 基本上都是由部分双螺旋与部分突环相间排列而成。 （三）mRNA的结构 真核生物mRNA的结构有明显特征（原核和病毒一般没有）： （1）3′末端具有长约200核苷酸的 结构； A：保护作用，抗核酸外切酶水解 B：与mRNA半寿期有关 C：与mRNA转移有关 （2）5′末端有一个特殊的 结构：5′m7G－5ˊPPP5′－Nm（5′,5′-焦 磷酸酯键）。 A：保护作用，抗核酸外切酶水解 B：与蛋白质合成起始有关 C：维持结构稳定 三、染色体 基本结构单位是 。它是由组蛋白 、 、 、 各两分子组成八聚体核心，DNA分子链绕组蛋白核心1.75圈而成。连接两个核小体之间的DNA链上结合一个 组蛋白分子。许多核小体由DNA链连接成念珠状结构。 [提高] 核酸一级结构的测定有Sanger提出的末端双脱氧终止法和Maxam-Gilbert的化学降解法。前者是借助DNA生物合成机制，通过加入ddNTP（DNA链中掺入ddNTP后不能继续延伸）合成出不同长度DNA片段，其3′端是所加的ddNTP，再通过电泳分离后，根据电泳谱带读出与ddNTP对应的dNTP的顺序。后者是利用降解不同磷酯键的化学试剂处理获得不同长度的DNA片段，再通过电泳分离后，根据电泳谱带读出dNTP的排列顺序。 DNA链长度单位为bp（碱基对，base pair），长链可以用千碱基对（kb）为单位。核酸单链可以用碱基（nt）为长度单位。 第三节 核酸的理化性质及分离提纯 一、一般性质 两性解离，微溶于水，不溶于乙醇等有机溶剂。 二、紫外吸收性质 核酸的 键使其在 nm附近有最大吸收值，据此特性可定性和定量检测。而蛋白质吸收峰为 nm，因此利用两光吸收的比值可判断核酸样品的纯度。纯的DNA样品的比值接近 。过大说明含 ，过小说明含 等杂质。 DNA的 效应：核酸的紫外吸收常比其各核苷酸成分光吸收值之和少 的现象，这是在有规律的双螺旋结构中碱基紧密地堆积在一起造成的。 三、变性、复性与分子杂交 （一）变性 1、概念： 键断裂使核酸由 变成分散的 ， 丧失的过程。 2、变性因素：热力、强酸、强碱、有机溶剂、变性剂、射线、机械力等。 3、变性指标： （1）熔解温度（Tm）：又称熔点，是指DNA发生 变性时紫外光吸收达增加 一半（完全变性一半或双螺旋结构解链一半）时的温度。 Tm与下列因素有关：①核酸的均一程度。均一性愈高的样品，变性温度范围愈小。 ②Tm值与G－C含量成 比： ③Tm值与介质离子强度成 比。 （2）增色效应：DNA分子从 变为 状态（变性）时，它在260nm处的紫外吸收值 现象。 （二）复性 变性DNA在适当条件下，又可使彼此分开的 重新缔合成为 的过程称为复性。DNA复性后，许多理化性质和部分生物活性可得到恢复。 （三）分子杂交 不同来源的DNA分子放在一起 性，然后让其 性，若这些异源DNA之间有互补或部分互补序列，则复性时会形成异源双链的“杂交分子”，此过程称之为分子杂交（Southern blotting）。DNA与互补的RNA之间也可以发生分子杂交（Northern blotting）。 [提高] 1．Tm值是变性中点的温度，而不是温度变化范围的中点温度。 2．核酸微溶于水，不溶于乙醇、异丙醇等有机溶剂。可以用2倍体积的乙醇或0.6-1倍体积的异丙醇沉淀核酸。另外，DNA溶于1.4mol/L NaCl而不溶于0.14mol/L NaCl，RNA则相反。大分子RNA不溶于4mol/L LiCl，而DNA可溶。这些性质可用于DNA和RNA的分离提取。 第二章 蛋白质化学 第一节 蛋白质的概念及生物学意义 一、蛋白质的概念 从化学结构来说，蛋白质是以氨基酸为基本结构单位的生物大分子。 1、分子量：蛋白质分子量一般为1万至几百万道尔顿。 2、基本化学组成：大多数蛋白质均含C、H、O、N、S几种元素，其中N的含量较恒定，一般平均为 ，可用于测定蛋白含量（凯氏定氮法）。 3、基本结构单位 通过 键形成多肽链，多肽链盘绕、折叠形成一定的空间结构。 4、蛋白质都有一定的空间结构，因此表现出特定的生物功能。 5、蛋白质种类繁多。如大肠杆菌细胞中有3000多种蛋白质，真核细胞中的蛋白质则有100，000种以上。 二、蛋白质的生物学意义 1、蛋白质是生物体的基本结构成分。 2、各种蛋白质表现出不同的生物功能。 第二节 氨基酸 一、蛋白质氨基酸的一般结构特点及其分类： （一）氨基酸的结构通式： 生物体内各种蛋白质者是由20种基本氨基酸构成的。除脯氨酸是一种α－亚氨基酸外，其余的都是α－氨基酸，除甘氨酸外，其它蛋白质氨基酸的α－碳原子均为不对称碳原子，因此氨基酸有D－型与Ｌ－型两种构型。构成蛋白质的天然氨基酸都是 氨基酸。 （二）氨基酸的分类： 非极性 (疏水)氨基酸) ：丙缬亮异亮苯脯色蛋 （8） 极性 (亲水)氨基酸) 1．按R基团的极性 酸性氨基酸：天谷（2） 碱性氨基酸：赖精组（3） 非解离的极性氨基酸：甘丝苏半酪天谷（7） 蛋白质氨基酸 其中，含-OH的氨基酸有 、 、 ；含硫的氨基酸有 和 。精氨酸的侧链基团是 基，脯氨酸中含有 基，色氨酸的侧链基团是 基。 2．按侧链结构 脂肪族；芳香族（ 、 、 ）；杂环族（ 、 、 ） 3、按营养学： 非必需氨基酸 （半）必需氨基酸：某种生物由于 而需要从外界摄取的氨基酸。（非极性氨基酸去掉丙、脯+苏氨酸+碱性氨基酸） 二、氨基酸的理化性质 (一)氨基酸的两性解离与等电点 氨基酸在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。 氨基酸的等电点（pI）：氨基酸所带净电荷为零时 的 。 若要求算酸性或碱性氨基酸的pI值，则只需求算出解离方程中兼性离子两边的解离常数对数的算术平均数即可。 规律：pH=pI时，净电荷为零，[R+]=[R-]; pH<pI时，净电荷为“+”； pH>pI时，净电荷为“-”。 （二）吸收光谱 R基团含有苯环共轭双键系统的 ， 和 ，其最大光吸收分别为259nm、278nm和279nm，蛋白质由于含有这些氨基酸，最大光吸收在 nm处。 （三）重要的化学反应 1、茚三酮反应： 两个亚氨基酸－脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应形成 色化合物，其它氨基酸与茚三酮反应均生成 色化合物。利用此反应能定性或定量测定各种氨基酸。 2、Sanger反应：此反应最初被用于测定肽链N—未端氨基酸 3、Edman反应；该反应被成功地用于氨基酸序列分析。 [提高] 氨基酸极性是指在中性溶液中带极性电荷。非极性氨基酸中以Ala的疏水性最小，介于非极性和极性氨基酸之间；Gly侧链介于极性和非极性之间，His在pH7时以质子化形式存在。 20种氨基酸在蛋白中分布频率最高的是Leu，Trp在蛋白质含量最低。Cys的侧链巯基既不易解离，也不参与形成氢键，但反应活性很高，2个Cys的巯基氧化后可形成二硫桥，在维持某些蛋白质的高级结构和生物功能非常重要。His的咪唑基是pK值接近中性的唯一氨基酸，在生理条件下常处于可逆解离状态，往往能够与Fe2+等金属离子形成配位键，在蛋白质活性中心处常常有His。 第三节 肽 一、肽键与肽的概念 肽键：氨基酸的 与另一个氨基酸的 形成特殊的酰胺键，称为肽键。氨基酸以肽键相连形成的化合物称为肽。 二、肽和肽键的结构及命名 （一）结构 由上图看出，多肽链的骨架由重复的肽单位排列而成，称为主链，由重复的肽单位组成；不同的多肽链氨基酸排列顺序不同，因而侧链R基因的排列顺序不同。 （二）命名 常把12个氨基酸以下的短肽称为寡肽。一般由几个氨基酸形成的肽就叫做几肽。常把几十个氨基酸形成的肽叫做多肽。多肽与寡肽之间无严格界限。小分子肽一般按其氨基羧残基排列顺序命名，如Tyr-Gly-Gly-PHe-Met称为酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸。 三、重要的天然寡肽 很多动物激素属于肽类物质，如脑啡肽（5肽）、加压素（8肽）等。某些抗菌素也是肽或肽衍生物，如短杆菌肽S（环10肽）等。 谷胱甘肽：谷胱甘肽是广泛分布于生物体内的一种3肽，由γ－谷氨酰一半胱氨酰一甘氨酸组成。谷胱甘肽是某些氧化还原酶的辅酶，对巯基酶的－SH基有保护作用，且有防止过氧化物累积的功能。 GSH： GSSG： 第四节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质的一级结构 （一）一级结构的含义和重要性 1、含义：指多肽链上 从 端 端的排列顺序。一级结构也称为氨基酸序列。 2、重要性：蛋白质的一级结构决定其高级结构，高级结构决定蛋白质的性质与功能。 （二）一级结构测定的一般程序。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 （一）构象与构型的概念 1、构象：取代基团绕单键旋转时形成的不同的立体结构。构象的改变不涉及共价键的断裂。 2、构型：主体异构体分子中取代原子或基团的空间取向，两种构型若无共价键的断裂和再形成则不能互变。 （二）维持蛋白质构象的作用力 包括 、 、 、 、 、 等。 维持蛋白质高极结构的主要是 键。 （三）立体化学原理 1、肽单位平面的结构：肽键形式上是单键，但具有 的性质，因此不能自由旋转。 2、肽平面（酰胺平面）：N的孤电子与羰基共轭形成肽单位,6个原子必须处于同一平面，即肽平面，多肽链的主键就是由许多肽平面通过其间的Cα相互连接而成的 特点：① 6个原子（肽键上）同处一刚性平面上 ② O与H反排 ③ Cα－Ｎ和Ｃα－C两个键可以自由旋转。 三、蛋白质的二级结构 （一）二级结构的概念 蛋白质的二级结构是指多肽链的 链在空间盘绕、折叠所形成的有规律的结构形态。 （二）二级结构的基本类型 1、α－螺旋（3.613） 螺旋每圈含有 个aa残基。沿螺旋轴方向上升 nm。相邻的螺圈之间形成链 键，aa残基的N－H与前面隔 个氨基酸残基的C=O形成，氨基酸残基的侧链基因伸向外侧。 毛、发、蹄、角等的纤维蛋白多含α－螺旋，在α－螺旋末端常出现Pro。以右手螺旋为主，少数蛋白中出现左手螺旋。 2、β－折叠 亦称β－片层，由两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集，通过相邻肽链上有规则的链 氢键，形成β－折叠片。这种构象可分为 和 两种类型。从能量角度而言，反平行式的β－折叠片更为伸展、稳定。 纤维状蛋白（如蚕丝心蛋白）以反式为主；球状蛋白二者均广泛存在。 3、β－转角 又称β－弯曲、回折或发夹结构，包含 个氨基酸残基，第一个残基的C=0与第四个残基的N－H之间形成氢键，使肽链在该处是180°回折。 转角所在的氨基酸常出现Gly和Pro，常见于连接反平行式β－折叠的端头。 4、无规卷曲 又称自由回转，是指多肽链主链既非螺旋、又非折叠片或转角的没有特定规律的松散结构。E的功能部位常处于此种构象中，故与生物活性有密切关系。无规卷曲虽然存在少数柔性的无序去段，但也是明确为稳定的结构，并非完全无规律，只是受侧链相互作用影响很大。 四、超三级结构和结构域 超二级结构：是指多肽键上若干相邻的