1、生 物 化 學Biochemistry劉 毅韶關學院醫(yī)學院 生化檢驗教研室整理課件歡迎交流、探討！地點：實驗樓四樓東側電話號：669544第一章 緒 論一、概 念 生物化學是研究生物體的化學組成和生命過程中化學變化規(guī)律的科學，從而從分子水平闡明各種生命現(xiàn)象的本質，又稱為生命的化學。生命的化學，化學的生命生物學動物學植物學微生物學化學生物學生物化學二、研究內(nèi)容整理課件生物體的物質組成、分子結構及功能（敘述生化） 蛋白質化學 核酸化學 酶和維生素研究物質的化學結構、性質及功能生物分子七大營養(yǎng)要素：糖、脂類、蛋白質、維生素、氧、水、無機鹽無機物：水、無機鹽有機物大分子有機物

2、：多糖、復合脂類、核酸和蛋白質等小分子有機物：維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等物質代謝及其調(diào)節(jié)（動態(tài)生化） 氧的代謝 糖代謝 脂類代謝 氨基酸代謝 核苷酸代謝 研究物質的新陳代謝，是生物體最基本的生命特征，是生命活動的基礎基因信息的貯存、傳遞與調(diào)控（遺傳生化） DNA的復制 RNA的轉錄 蛋白質的翻譯 癌基因與抑癌基因 分子生物學技術組織器官代謝及與功能的關系（機能生化） 細胞信號轉導 水、電解質、酸堿代謝 肝、腎和血液的生化三、生化的重要性整理課件(一)發(fā)病機制的闡明1. 糖類代謝紊亂導致的糖尿病2. 脂類代謝紊亂導致的動脈粥樣硬化3. 氨代謝異常與肝性腦病4. 膽色素代謝異常與黃疸5.

3、 維生素缺乏與夜盲癥和佝僂病6. 基因突變導致腫瘤和分子病7. 遺傳性酶缺乏導致白化病、痛風等8. 蛋白質空間構象改變導致瘋牛病生物化學是一門重要的醫(yī)學專業(yè)基礎課(二) 疾病的診斷、治療和預防 1. 體液中無機鹽類、有機化合物和酶類等的檢測診斷。 2. PCR技術和基因診斷檢測技術的臨床應用、法醫(yī)學鑒定和流行病學調(diào)查。 3. 遺傳病基因療法、傳染病基因療法、腫瘤基因療法和其他疾病基因療法的完善和應用。4. 基因工程藥物(如胰島素)的研究開發(fā)應用。四、生化魅力整理課件所有生物學科都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互補充、相互滲透，其基礎就是“生命的化學語言”。換而言之，生物化學是聯(lián)系生物學科之間的橋

4、梁。有 用 可以知道很多有趣問題的答案 例如：貓為什么要吃老鼠？ 可以了解人體的眾多奧秘 例如：火的利用對人體的價值？ 多吃糖為什么會發(fā)胖？為什么會影響視力？ 可實現(xiàn)個人愿望有 趣可成名20-21世紀Nobel生理學與醫(yī)學獎中半數(shù)以上是在生物化學與分子生物學領域取得重大突破例如：日本山中伸彌與英國約翰戈登因在細胞核重新編程研究領域的杰出貢獻，而獲得2012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。美國羅伯特萊夫科維茨和布賴恩科比爾卡分享2012年諾貝爾化學獎，以表彰他們在“G蛋白偶聯(lián)受體”方面的研究。 可獲利無形資產(chǎn)：知識、專利有形資產(chǎn)：基因工程產(chǎn)品五、學習方法整理課件生化的內(nèi)容較枯燥，理論性較強，希望同學們注

5、意預習、復習，注意與日常生活和臨床病例相聯(lián)系。不要求背化學結構式和化學反應過程，但要求記重要的中間產(chǎn)物和物質代謝的聯(lián)系；重點是各代謝途徑的生理意義。生化與其他學科如解剖、生理等的關系，要注意知識點的橫向交叉；生化各章節(jié)的內(nèi)容也是相互關聯(lián)，注意縱向聯(lián)系。一條主線：生命的化學、化學的生命 一個中心：認識生命、改造生命萬能學習法：理解記憶學會自學溫故而知新什么都略懂一點，生活才會更精彩！第二章蛋白質的結構與功能整理課件概 述一、蛋白質（protein，pro）的概念蛋白質是由氨基酸構成的具有特定空間結構的大分子有機化合物，是生命活動的物質基礎。沒有蛋白質就沒有生命二、蛋白質的生物學功能2、蛋白質是生

6、命活動的物質基礎3、氧化供能1g蛋白質在體內(nèi)氧化產(chǎn)能417KJ第一節(jié)蛋白質的分子組成 元素組成 氨基酸 氨基酸的連接 分子結構一、元素組成1、主要元素：C、H、O和N，有些蛋白質還含有S、P和金屬元素等。2、特點：各種蛋白質的含氮量很接近，平均含氮量為16%。3、定氮法測定蛋白質含量： 蛋白質含量樣品含氮量 6.25如何算來的？【應用舉例1】蛋白質含量是評價食物營養(yǎng)價值的指標之一，例如牛奶、雞蛋、肉類等。食物中蛋白質含量測定一般使用微量凱氏定氮法，測定食物中的含氮量，再乘以6.25，就可得到食物蛋白質的含量。如何測定？什么原理？三聚氰胺（cyanuramide），分子式C3H6N6，分子量：1

7、26.12。其含氮量為66左右，俗稱“蛋白精”。 【應用舉例2】三聚氰胺的來龍去脈長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)損害和泌尿系結石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌，導致腎功能衰竭。 二、基本組成單位氨基酸(amino acid, aa)（一）蛋白質的基本組成單位（二）氨基酸結構的共同特點兩性電解質既具有酸性的羧基(-COO-)，又有堿性的氨基(-NH3+) 旋光異構現(xiàn)象L- -氨基酸（甘氨酸除外）側鏈R基團不同影響蛋白質的性質、結構和功能非極性脂肪族氨基酸（側鏈非極性、疏水） 甘(Gly), 丙(Ala)；纈(Val), 亮(Leu), 異亮(Ile)；脯(Pro，亞氨基)極性中性氨基酸（側鏈極性、

8、不帶電荷） Ser, Thr (含羥基)；Cys, Met (含硫)；Gln, Asn (含酰氨) 芳香族氨基酸（側鏈帶苯環(huán)） 苯丙(Phe)；酪(Tyr)；色(Trp)（三）氨基酸的分類酸性氨基酸（含有兩個羧基） Asp (含羧基)； Glu (含羧基)堿性氨基酸（含有兩個以上氨基） Lys (氨基)；Arg (胍基)；His (咪唑基)根據(jù)氨基酸某些結構共性分類含硫氨基酸：Met、Cys （含有硫）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp（含有苯環(huán)）支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile側鏈含烴鏈的氨基酸是非極性脂肪族氨基酸側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族

9、氨基酸側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸側鏈含正性解離基團的氨基酸是堿性氨基酸蛋白質基本結構單位：L氨基酸 氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外 L氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外 氨基酸結構通式：RCH(NH2)COOH 常見氨基酸種類：20種。小結顧名思義 L-氨基酸氨基羧基，呈酸性-碳原子側鏈R基團（四）氨基酸的理化性質氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。 等電點(isoelectric point, 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，呈電中性，此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。1、 氨基酸的兩性解離和等電點pH=p

10、I+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽離子陰離子2、芳香族氨基酸的紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。大多數(shù)蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。3、氨基酸與茚三酮反應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系，因此可作為氨基酸定量分析方法。三、氨基酸在蛋白質分子中的連接方式1、肽鍵（peptide bond）一個氨基酸的-羧基與另一氨基酸的-氨基脫水縮合而成的共價鍵稱為肽鍵，又稱酰胺鍵。（CO-NH）成

11、肽反應：2、肽（peptide）4、醫(yī)學上重要的多肽：谷胱甘肽神經(jīng)肽：腦啡肽(9肽) 、內(nèi)啡肽(9肽) 、強啡肽(9肽)肽類激素：TRH(3肽)、催產(chǎn)素(9肽)、加壓素(9肽)其他：生長因子；短桿菌S；甜味肽等3、蛋白質的基本結構形式：多肽呈鏈狀，又可稱多肽鏈 (NHCHCO-NHCHCO)多肽鏈的方向性：從N末端指向C末端。GSH的功能：保護含SH的蛋白質和酶免遭氧化，維持其生物活性；具有解毒功能 第二節(jié)蛋白質的分子結構高級結構（空間結構），又稱構象，是指蛋白質分子中所有原子在三維空間的排布。一級結構是指蛋白質的多肽鏈中氨基酸的排列順序；主要靠肽鍵維系，另外還有二硫鍵。二四級結構稱為蛋白質的

12、空間結構，或空間構象；主要靠次級鍵維系。一、蛋白質的一級結構(primary structure) 定義：是指蛋白質分子中氨基酸的排列順序。 連接鍵：主要靠肽鍵維系，另外還有二硫鍵。 重要意義：一級結構體現(xiàn)生物信息：20n .多樣性一級結構是空間結構及生物活性的基礎.特異性研究一級結構有助于從分子水平診斷和治療遺傳病一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素。二、蛋白質的空間結構 定義 指蛋白質分子內(nèi)各原子圍繞某些共價鍵的旋轉而形成的各種空間排布及相互關系，又稱蛋白質的構象。 分類 主鏈構象是指多肽主鏈骨架上各原子的排布及相互關系； 側鏈構象是指各氨基酸

13、殘基側鏈基團中原子的排布及相互關系。（一）蛋白質的二級結構定義 指多肽主鏈骨架原子的局部空間排列，不涉及氨基酸殘基側鏈的構象，也就是該肽段主鏈骨架原子的相對空間位置。1、形成二級結構的基礎 肽鍵平面(peptide unit) 由肽鍵中的四個原子和與之相鄰的兩個碳原子共同構成的剛性平面。（C1CO-NHC2）肽鍵結構互變肽鍵平面C N OHC N+ O-H2、蛋白質二級結構的基本形式分類：主要有-螺旋、-折疊、-轉角和無規(guī)則卷曲等維持二級結構的力量為氫鍵（1）-螺旋(-helix)以肽鍵平面為單位，以-碳原子為轉折點，形成的右手螺旋3.6個AA/圈，螺距0.54nm；氫鍵：第一個肽鍵的-NH與

14、第四個肽鍵的-CO形成氫鍵，方向與主鏈長軸平行；側鏈R基團伸向螺旋的外側【舉例】肌紅蛋白、血紅蛋白、角蛋白、肌球蛋白和纖維蛋白等（2）-折疊(-pleated sheet)多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；側鏈交錯位于鋸齒狀結構的上下方；氫鍵：氫鍵的方向垂直長軸；可有順向平行和反向平行2種結構?！九e例】蠶絲蛋白（3）-轉角（ -turn）多肽主鏈出現(xiàn)的180回折部分稱-轉角通常由4個連續(xù)的氨基酸殘基構成，第1個殘基的-CO與第4個殘基的-NH形成氫鍵。（4）不規(guī)則卷曲 多肽鏈中沒有確定規(guī)律性的部分構象（二）三級結構定義 指在一條多肽鏈中所有原子的整體空間排布，包括主鏈構象和側鏈構象。三級結構

15、的形成使得在序列中相隔較遠的氨基酸側鏈相互靠近。 氨基酸位置由側鏈極性決定：非極性（內(nèi)）、極性（表面，少數(shù)內(nèi)部）、帶電（表面）次級鍵維系：疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范德華力、二硫鍵功能區(qū)：表面或特定部位次級鍵介導蛋白質高級結構形成纖維連接蛋白分子的結構域結構域是三級結構層次上的局部折疊區(qū)肽鏈中某些局部的二級結構?？烧郫B成多個結構較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結構域(domain)。定義：由2個或2個以上具有獨立三級結構的多肽鏈借非共價鍵相互聚合形成的整體 。 亞基(subunit)：寡聚蛋白中的單條獨立的多肽鏈，具有獨立的一、二、三級結構，單獨存在時一般無生物學活性。亞基之間以非共價鍵聯(lián)系，包

16、括疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范德華力亞基可以相同或不同（三）四級結構若亞基分子結構相同，稱之為同聚體；若亞基分子結構不同，則稱之為異聚體。 血紅蛋白的四級結構對比蛋白質的分子結構分子結構定義連接鍵一級結構氨基酸的排列順序肽鍵二級結構局部主鏈骨架原子的空間排列肽鍵平面為基礎，氫鍵連接三級結構一條多肽鏈內(nèi)所有原子的空間排列次級鍵四級結構兩條及以上的多肽鏈的空間排列次級鍵三、蛋白質結構與功能的關系蛋白質一級結構是空間結構和生物功能的基礎，一級結構決定空間結構；但一級結構并非決定空間結構的唯一因素?？臻g結構是生物活性的直接體現(xiàn)。一級結構中的保守序列決定空間結構（1）不同蛋白質之間的比較：相似結構相似功能、

17、不同結構不同功能（2）同一蛋白質不同狀態(tài)的比較：一級結構決定空間結構（3）保守序列改變，功能改變；保守序列不變，功能不變【舉例】胰島素（一）蛋白質一級結構與功能的關系其活性仍能維持100%其活性只剩210其活性完全喪失將A、B兩鏈間的二硫鍵還原，A、B兩鏈即分離，胰島素的功能完全消失。氨基酸序列提供重要的生物化學信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質如細胞色素(cytochrome C)，比較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間的關系。 1、空間結構體現(xiàn)生物特異性2、空間結構體現(xiàn)生物活性3、空間結構的靈活性，體現(xiàn)了生物活性的可調(diào)節(jié)特性（二）蛋白質空間結構與功能的關系空間結構中的特定區(qū)域體現(xiàn)生物活性

18、【經(jīng)典舉例】血紅蛋白（Hb）：由22四聚體組成，每個亞基含有1個血紅素輔基；Hb的氧解離曲線呈“S”型。多種空間構象，多種活性狀態(tài) Hb未結合O2時，4個亞基結構緊密,稱 緊密型(T型) 隨著O2 的結合,空間結構發(fā)生變化，使 結構相對松弛，稱松弛型(R型) T型對氧親和力低, 不易與O2 結合 R型對氧親合力高，是Hb結合O2 的形式肺部 O2 分壓高, 促使T型轉變成R型 組織 O2 分壓低, 促使R型轉變成T型 Hb的這種變構效應 有利于它在肺部與O2結合、在周圍組織釋放O2 補充蛋白質結構改變與疾病結構決定功能功能改變產(chǎn)生疾病（一）蛋白質的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧血N

19、-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。分子?。╩olecular disease）：由于基因結構改變，蛋白質一級結構中的關鍵氨基酸發(fā)生改變，從而導致蛋白質功能障礙，出現(xiàn)相應的臨床癥狀，這類遺傳性疾病稱為分子病?！窘?jīng)典舉例】鐮形細胞貧血癥：編碼珠蛋白鏈的結構基因第六個密碼子由CTTCAT，相應的多肽序列中N端的第六個氨基酸由GluVal；其空間結構發(fā)生相應改變，在表面形成互補區(qū)，使蛋白質分子之間彼此聚合，促使紅細

20、胞在低氧壓下變形成鐮形，喪失運輸氧的生物活性。（二）蛋白質構象改變可引起疾病蛋白質構象疾?。喝舻鞍踪|的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病知識 1985年在英國發(fā)現(xiàn)后，90年代初發(fā)展成為一個高潮，又逐漸擴展到西歐目前已經(jīng)變成世界性問題。瘋牛病可能通過牛肉和牛肉制品，尤其是內(nèi)臟和骨髓傳染給人類，引起新型早老性 癡呆

21、癥即新型克雅氏癥。瘋牛病是對牛海綿狀腦病(BSE)的俗稱，它是一種慢性、具有傳染性的致死性 中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為-折疊的PrPsc，從而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折疊正常瘋牛病瘋牛病的蛋白質構象改變第三節(jié)蛋白質的理化性質兩性解離和等電點膠體性質變性、沉淀和凝固紫外吸收性質 呈色反應一、【概念】PrCOOHNH3+PrCOO-NH3+PrCOO-NH2+OH-+H+OH-+H+pH=pIpHpIPrCOOHNH2pI是

22、蛋白質特征性常數(shù)各種蛋白質有各自的pI 血漿中絕大部分蛋白質的pI在pH5左右，故在血漿pH7.4的生理情況下，血漿蛋白質呈負電。帶電狀態(tài)判定 pH pI .帶負電 pH pIpH pI向負極向正極位于原點不易 易 不易 溶解度最小，易沉淀折出 利用此性質，可以分離提純蛋白質。+ - 清蛋白 1 2 清蛋白 1 2 B血 清 蛋 白 電 泳 圖A: 染色后的圖譜B: 光密度掃描后的電泳峰整理課件 電泳技術是生化檢驗和實驗研究常用技術，如利用該技術可作血清蛋白電泳、尿蛋白電泳及同工酶的鑒定，以幫助診斷疾病。(對診斷肝、腎疾病有較大參考價值)幾種常見疾病的電泳圖型二、【原理】【應用舉例】例1透析蛋

23、白質不能透過半透膜。利用半透膜特性分離小分子物質，純化蛋白質的方法稱為透析。 透析可用于臨床疾病的治療如肝硬化腹水患者自身腹水的超濾回輸及尿毒癥患者的透析療法等?！緫门e例】例2營養(yǎng)不良性水腫人體毛細血管壁也具有半透膜特性，形成膠體滲透壓，對維持血容量具有十分重要的意義。當由于營養(yǎng)不良，導致血漿蛋白下降，會形成水腫。例3超速離心1、變性(denaturation) ：在某些理化因素作用下，蛋白質的空間結構被破壞，導致理化性質改變和生物活性喪失的現(xiàn)象。變性的因素：物理、化學、生物等變性的本質：空間結構被破壞，不涉及一級結構的變化。理化性質的變化：溶解度下降，粘度增加，結晶能力喪失，易被蛋白酶水解

24、。三、蛋白質的變性、沉淀和凝固2、沉淀概念：蛋白質自溶液中析出的現(xiàn)象 蛋白質在溶液中維持穩(wěn)定的因素： 表面電荷、水化層沉淀蛋白質的方法： 鹽析：在蛋白質溶液中加入高濃度的中性鹽（氯化鈉、硫酸銨等），破壞pr的水化層和電荷層，使之沉淀，而不使之變性。3、復性：若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，仍可恢復其原有的構象和功能，這種現(xiàn)象稱為復性(renaturation) 。4、凝固：變性蛋白經(jīng)加熱煮沸，可形成較堅固的凝塊，不再溶于強酸和強堿中，這種現(xiàn)象稱為蛋白質的凝固作用(protein coagulation)。變性的蛋白質不一定沉淀，沉淀的蛋白質不一定變性，凝固的蛋白質一定變性 5、應用利用變性：酒精消毒高壓滅菌血濾液制備防止變性：