南昌大学生物化学生化教案Word格式.doc
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同化作用
异化作用
这部分内容主要包括：
糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢和核酸代谢、生物氧化和代谢调节六专题。
（三）生物体遗传信息传递与表达
生物体区别于非生物物体的另一个重要特征就是具有自我复制的能力，即以自身为模板复制出与自身相同的后代的能力也即繁殖作用。
本质是遗传信息在生物体亲子代间的传递作用。
生物化学按其研究内容的不同又可以划分为：
静态生物化学（有机生物化学）
代谢生物化学（动态生物化学）
功能生物化学（机能生物化学）
（四）生命物质的基本特征
生命是物质的一种特殊存在形式，生命物质具有一系列基本特征。
（1）生物体内的化学反应遵循普通物理化学规律。
（2）生物功能分子的结构、理化性质及功能之间具有明显的相互依存关系。
（3）细胞是生命活动的基本结构和功能单位，一切重要功能分子都有明确的细胞定位。
（4）生命是“一致性与差异性”的统一体
1）不同生物体内的各类有机大分子均由相同的单体构成。
2）不同生物体内各类有机大分子的代谢均按照相同的方式进行。
3）所有生物体均以核酸为遗传信息载体，并共用一套遗传密码。
二、生物化学发展简史
生物化学和其他自然科学一样，他的产生和发展主要是由生产实践和科学研究的需要所决定。
早期生物化学发展的动力主要来自于医药学及发酵业的兴起。
在西方，十七、十八世纪工业革命的兴起对生物化学的发展也起着重大的推动作用。
生物化学作为一门科学，他的发展大体上可以分成三个阶段。
20世纪之前
20世纪初至50年代
20世纪50年代以后
20世纪之前，本时期是静态生物化学迅速兴起的时期，主要研究生物体的化学组成成分的种类、结构、含量、分布。
整体上属于描述性的，在此时期出现了许多奠基性的重要发现。
1770-1774年Priestely发现O2，并证明动物消耗O2，植物产生O2。
1776-1778年Scheele（舍勒）通过对许多天然药物化学成分的分析，首次分离得到了乳酸、酒石酸、苹果酸、尿酸、甘油等一系列天然有机物。
1779-1796年Ingen-Housz证明绿色植物产生O2需要光，并证明绿色植物可利用CO2。
1780-1789年Lavoisier（拉瓦锡），法国的一位生物化学家，第一次发现动物的呼吸作用本质就是氧化作用，它和蜡烛的燃烧作用一样，都是碳氢化合物的氧化反应，并首先认识到乙醇的形成是一系列化学反应的结果。
1854-1864年L.Pasteur证明发酵是由于微生物活动的结果，推翻了自生论。
1864年Hoppe-seyler结晶出第一种蛋白质血红蛋白。
1869年Miescher发现核酸。
1877年Hoppe-seyler首次提出Biochemie，译成英语是Biochemistry或Biologicalchemistry将生理化学改为生物化学，使生物化学从生理学中分离出来，成为一门独立的学科。
Hoppe-seyler还首创Proteids译成英语即Protein，他还创办了世界上第一本生物化学方面的杂志《生理化学杂志》。
因此，Hoppe-seyler是生物化学的创始人之一。
20世纪初期至50年代该时期是新陈代谢过程研究的全盛时期，由于酶、激素、维生素等活性物质的发现及分离提取，使生物化学家的研究兴趣从此从静态转到到了动态，导致了许多新的代谢过程的被发现，现在人们所知的许多代谢过程都是在那个时期研究清楚的。
1905年，Knoop提出了脂肪酸的β-氧化。
1912年，Nuberg提出了生醇发酵的化学过程。
1933年，Embden-Myerhof证明糖酵解及发酵化学历程中的关键性中间物。
1937-1940年，Kreb'
s提出了三羧酸循环的假设等。
20世纪50年代以后这个时期是生物大分子结构与功能研究突飞猛进的时期，许多与此有关的重要成果都是在这个时期取得的。
1950年Pauling和Corey在X-光衍射实验的基础上提出了蛋白质的二级模型学说。
1953年Sanger完成了世界上第一个天然蛋白质分子牛胰岛素51个氨基酸序列的分析。
同年，Watson和Crick在M.H.F.WilkinsX-光衍射图谱研究的基础上提出了著名的DNA双螺旋结构模型，由于此贡献这三人分别获得了1962年度的诺贝尔生理医学奖
1960年，Kendrew获得了高分辨率的鲸鱼血红蛋白结构X-光衍射分析。
1961年，Jacob、Monod提出了操纵子学说，并假设了mRNA的功能，获得1965年度的诺贝尔生理医学奖。
1965年，Holly测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构，获得了1968年度诺贝尔生理医学奖。
1965年，我国首次在世界上用人工的方法合成了具有天然活性的结晶牛胰岛。
1973年，使用0.18umX-光衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。
1975年，DulbeccoTemin和Baltimore在劳氏肉瘤病毒中发现逆转录现象，共享诺贝尔生理医学奖。
1980年，Sanger发明DNA双脱氧测序法，与Gilbert和Berg共享诺贝尔生理医学奖。
1981年，中国上海生物化学研究所的科学工作者人工全成了具有完全生物活性的酵母丙氨酸tRNA。
1989年，Altman和Cech由于发现某些RNA具有催化作用（核酶），获诺贝尔化学奖。
1993年，Robert和Sharp由于发现断裂基因，诺贝尔生理医学奖。
Mullis因发明PCR仪与第一个设计基因突变的Smith共享诺贝尔化学奖。
1997年，Prusiner由于发现早老性痴呆症的病因——朊病毒，诺贝尔生理医学奖。
1990年10月：
被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的人类基因组计划（HumanGenomeProject,HGP）启动。
项目目标是了解人类自身，操纵生命。
1998年5月，美国科学家建塞莱拉遗传公司，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因组图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。
2000年6月26日，科学家公布人类基因组工作草图。
2001年7月，国际人类基因组计划的科学家和美国塞莱拉公司分别宣布将绘制人类基因变异图谱。
1999年7月，中国科学院遗传所人类基因组中心，在国际人类基因组HGSI注册，承担了其中1%，即3号染色体上3000万个碱基的测序任务，使我国成为继美、英、德、日、法之后第六个参与该计划的国家，也是唯一的发展中国家。
2002年4月3日，中国科学家公布水稻基因组工作草图，水稻基因组有4亿3千万个碱基对（约为人的基因组的1/8），12对染色体，50，000个基因，我国科学工作者承担测序的是4号染色体，36Mb（占8%）。
继2001年，人类基因组计划，小鼠、大鼠、水稻、拟南芥等模式生物基因组计划的完成,生物学研究了进入后基因组时代。
比较基因组学（comparativegenomics）
功能基因组学（functionalgenomics）
蛋白质组学（proteomics）
RNA组学（RNomics）
代谢组学（metabonomics）
三、生物化学与工农业生产关系
（一）生物化学与工业生产的关系
发酵工业是利用微生物的生命活动，生产人类所需产品的工艺过程。
由于原料的投入到产品的形成都是人工控制的条件下，通过微生物的新陈代谢来实现的。
在工业发酵过程中，人们之所以能够获得多种多样的产品，关键就是微生物代谢的多样性、工艺条件的不同性，因此生物化学知识对发酵工业来讲是非常重要，它是阐明工业发酵机理、选择合理工艺条件、指导微生物菌种的选育等都有重要意义。
（二）生物化学与农业的关系
生物化学对农业生产也有很大使用意义，如弄清楚植物的新陈代谢规律，我们就可以控制植物的发育，摸清蛋白质、糖、脂等的生物合成规律，我们就可以控制一定的条件，获得更多、更优质的农产品。
在现代品质育种中，也有许多只有通过生化技术才能办到的工作，如农作物育种亲本的选择，各种重要成分的测定、许多遗传性状如抗旱型、耐寒性、高产性的鉴定等都可以用生物化学方法来实现。
（三）生物化学与医学的关系
生物化学对于医学研究有极其重要意义，集中体现在四个方面：
一是阐明疾病发生机理，二是提供临床生化检验和诊断方法，三是寻找治疗方法，四是为新药设计提供理论依据等。
生物化学对营养学也很重要，如为人类提供合适营养是保证人体健康的重要保证，而各种营养成分的比例如何，功能如何，过多过少会有什么问题等等都可以从生物化学中找到答案。
因此，有人说营养学是生物化学的对人类的一个重要贡献，我觉得这一点也不夸张。
四、生物化学学习中应该注意的几个问题
1.善于记忆、勤于思考学习心理学理论认为，学习可以分成为4个不同的层次，即记住、理解、活用和创新。
2.坚持用辨证统一的观点和唯物辩证的观点学习和分析生物化学问题。
3.要学会从生物进化和生物体整体观点看待生物化学问题。
4.学以致用的原则，理论学习与实践技能学习并重的原则。
思考题
1．什么是生物化学？
它的研究对象及主要研究内容是什么？
2．生物化学的发展大体上经历了哪三个重要阶段？
各个阶段的研究重点是什么？
3．生物化学与工农业生产有何重要联系？
参考书
《基础生物化学》白宝璋等编，延边大学出版社出版
《生物化学》王镜岩等译，科学出版社出版
《PrinciplesofBiochemistry》（ebook）
《Molecularcellofbiology》（ebook）
生物化学专业网站
1.生物软件网http:
//www.bio-
2.免疫学信息网
3.DNAfromtheBeginninghttp:
//www.dnaftb.org/dnaftb/
4.BioChemLinks:
Biology,Chemistry,andBiochemistryEducation
5.PDBfilesforteachingbiochemistryhttp:
//chemistry.gsu.edu/glactone/PDB/
6.BiochemistryTeachershttp:
//www.usm.maine.edu/rhodes/GRHomePage.html
7.AccessExcellencehttp:
//www.accessexcellence.org/
8.GraphicsGalleryhttp:
//www.accessexcellence.org/AB/GG/
9.生物化学步进教程http:
//
第二专题蛋白质化学
教学基本要求：
掌握蛋白质的化学组成、基本结构特点以及结构和功能的关系，熟悉蛋白质和氨基酸重要的理化性质，了解蛋白质的分类和分离纯化的手段。
课时安排：
5－6学时
一、蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质
1.酶：
作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必须，酶的另一化学本质是RNA，不过它比蛋白质差远了，种类、速度、数量。
2.免疫系统：
防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体），发炎。
细胞免疫：
T细胞本身，分化，脓细胞。
体液免疫：
B细胞，释放抗体，导弹，免疫球蛋白（Ig）。
3.肌肉：
肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。
4.运输和储存氧气：
Hb和Mb。
5.激素：
含氮类激素，固醇类激素。
6.基因表达调节：
操纵子学说，阻遏蛋白。
7.生长因子：
EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长因子），促使细胞分裂。
8.信息接收：
激素的受体，糖蛋白，G蛋白。
9.结构成分：
胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。
生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定的。
10.精神、意识方面：
记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。
11.蛋白质是遗传物质？
只有不确切的少量证据。
如库鲁病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。
二、构成蛋白质的元素
构成蛋白质的主要元素有C、H、O、N、S5种，其中N元素的含量很稳定，16％，因此，测定样品中氮元素的含量就能算出蛋白质的量。
三、蛋白质的结构层次
1．一级结构：
蛋白质分子中氨基酸的线性排列顺序。
2．二级结构：
蛋白质主链局部有规则的空间排布方式。
3．三级结构：
肽链在空间的折叠和卷曲形成的形状，所有原子在空间的排布。
4．四级结构：
多条肽链之间的作用。
第一节蛋白质的结构单位
一、氨基酸的结构通式：
P50
α-碳原子，α-羧基，α-氨基
氨基酸的构型：
自然选择L型，D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。
二、氨基酸的表示法
生物体中有20种基本氨基酸（合成蛋白质的原料），还有其它非基本氨基酸，20种基本氨基酸的表示方法有下列几种：
1．中文名：
X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。
20种要会背。
2．英文名：
3字名，如Gly、Cys等，20种要会背。
三、氨基酸的具体结构：
20种全部记住，仅注意R。
四、氨基酸的分类
1.结构上
（1）脂肪族氨基酸：
酸性氨基酸（2羧基1氨基：
Glu、Asp），碱性氨基酸（2氨基1羧基：
Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：
很多）
（2）芳香族氨基酸：
含苯环：
Phe、Tyr
（3）杂环氨基酸：
His（也是碱性氨基酸）、Pro、Trp
2.R基的极性
（1）极性氨基酸：
亲水氨基酸：
溶解性较好，酸性氨基酸、碱性氨基酸、含巯基、羟基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、Asn
（2）非极性氨基酸：
疏水氨基酸：
溶解性较差，具有烷烃链、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp
3营养价值
（1）必需氨基酸：
人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有8种：
Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val
（2）半必需氨基酸：
人和哺乳动物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有2种：
Arg、His。
有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有10种。
记法：
TipMTVHall
（3）非必需氨基酸：
人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余10种
从营养价值上看，必需>
半必需>
非必需
五、非基本氨基酸
1．氨基酸的衍生物：
蛋白质化学修饰造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最为重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通过二硫建连接起来的，P54
2．非蛋白氨基酸：
仅游离存在，瓜氨酸、鸟氨酸、β-丙氨酸
3．D-氨基酸：
缬氨霉素、短杆菌肽中含有。
六、氨基酸的性质
1．物理性质
（1）紫外吸收：
有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在20种基本氨基酸中，有4种是具有共轭双键的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2个共轭双键，紫外吸收比较弱，Trp、Tyr、Phe均有3个共轭双键，具有较强的紫外吸收，其中Trp的紫外吸收最厉害，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者，此3种氨基酸的紫外吸收特点如下：
氨基酸
最大吸收波长（nm）
消光系数（A/Mol/L）
Phe
257
2×
102
Tyr
275
1.4×
103
Trp
280
5.6×
（2）旋光性：
仅Gly不具旋光性，其它19种都有，且自然选择为L-型。
（3）溶解性：
溶解于水，特别是稀酸稀碱溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。
（4）熔点：
均大于200℃，也就是说氨基酸都是固态，而同等分子量的其它有机物则是液态，这说明了氨基酸与氨基酸之间的结合力很强，是离子键，即氨基酸是以离子状态存在的，而不是以中性分子存在的。
2.化学性质
（1）解离和等电点：
氨基酸是个两性电解质，既可进行酸解离也可进行碱解离，用解离方程式表示就是：
见P57，这样，氨基酸在水溶液中就可能带电，+或-，以及呈电中性，到底是什么情况，完全由溶液的PH值来决定。
等电点：
如果调节溶液的PH值使得其中的氨基酸呈电中性，我们把这个PH值称为氨基酸的等电点：
PI。
PI是氨基酸的重要常数之一，它的意义在于，物质在PI处的溶解度最小，是分离纯化物质的重要手段。
（2）等电点的计算：
对于所有的R基团不解离的氨基酸而言（即解离只发生在α-羧基和α-氨基上），计算起来非常简单：
PI＝（PK1’+PK2’）/2
若是碰到R基团也解离的，氨基酸就有了多级解离，这个公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。
在这种情况下可以按下面的步骤来计算：
1）由PK’值判断解离顺序，总是PK1’<
PK2’<
PK3’<
…，即谁的PK’值小，谁就先解离。
2）按照解离顺序正确写出解离方程式：
简式，注意解离基团的正确写法。
3）找出呈电中性的物质，其左右PK’值的平均值就是氨基酸的等电点：
PI＝（PK左’+PK右’）/2
（3）等电点的测定：
等电聚焦法：
这是一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的PH梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的PH与氨基酸的PI不同，则氨基酸就会带电，PH值>
PI时，氨基酸带-电；
PH值<
PI时，氨基酸带+电。
通电后，氨基酸就会移动，直到某处的PH＝PI，氨基酸才呈电中性，不再移动，因此，可以测出PI。
（4）氨基酸的重要化学反应（参见教材）
第二节肽
氨基酸肽与肽键
氨基酸的羧基与另一氨基酸氨基脱水缩合形成的化合物就是肽，其实就是一种酰胺化合物，其酰胺键就是肽键，它的特点是刚性平面、反式构型。
见补页。
肽中的氨基酸叫氨基酸残基，几个氨基酸残基就叫几肽。
二、肽的种类
寡肽：
2-10，无构象，谷胱甘肽是3肽
多肽：
10-50，介于之间，胰高血糖素是29肽
蛋白质：
50以上，有特定的构象，胰岛素是51肽
三、肽的表示法
N端、C端的概念：
肽链的两个端点，N端的氨基酸残基的α-氨基未参与肽键的形成，C端的氨基酸残基的α-羧基未参与肽键的形成。
写法和读法：
规定书写方法为N端→C端，例如：
Ala-Gly-Phe，读作：
丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。
注意有时会看到一些奇怪的写法，比如：
NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均属于画蛇添足，但Ala-Gly-Phe-NH2则表示C端被酰胺化了。
若有必要从C端→N端写，则必须标明，如（C）Phe-Gly–Ala（N）
四、肽的性质
1.酸碱性：
肽至少有一个游离的氨基和游离的羧基，也是两性化合物，至少有2级解离，通常都有多级解离。
因此，肽在水溶液中也能够带电，也有自己的等电点PI，其计算与测定完全同氨基酸的。
例如：
谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，其结构见P72，注意Glu-Cys之间的肽键（γ-，而不是正常的α-），各解离基团的PK’值见P72，PI＝（2.13+2.34）/2＝2.235，很酸。
2.双缩脲反应：
见笔记P33，双缩脲（相似于三肽，即2个肽键）、碱性铜离子、紫红色化合物。
凡大于三肽的肽都能发生此反应，2肽不行。
3.水解反应：
肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下：
（1）酸水解：
浓酸（6N以上，解释一下N＝M/价），高温（110℃以上），长时（24-36小时），污染，Trp遭到破坏，不消旋，水解彻底
（2）碱水解：
浓碱（6N以上），高温（100℃以上），6小时，污染，含-OH和-SH的氨基酸均遭到破坏，Ser、Thr、Tyr、Cys，消旋，水解彻底。
（3）酶水解：
胰酶，常温常压，常PH，不消旋、不破坏、不彻底。
常用的蛋白酶，即工具酶：
外切酶：
氨肽酶：
从N端开始一个个水解肽键
羧肽酶：
从C端开始一个个水解肽键：
羧肽酶A：
Arg、Lys、Pro除外的氨基酸残基
羧肽酶B：
仅Arg、Lys
羧肽酶C：
所有的氨基酸残基
内切酶：
胰蛋白酶：
仅作用于Arg、Lys的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。
产物为C端Arg、Lys的肽链。
糜蛋白酶：
仅作用于含苯环的氨基酸的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。
Trp、Tyr、Phe，产物为C端Trp、Tyr、Phe的肽链。
五、肽的实例
1.谷胱甘肽：
其结构见P72，注意Glu与Cys的连接（γ-，而不是正常的α-），还原型GSH和氧化型GSSG，多种酶的激活剂，参与体内多项代谢，主要作用是还原剂，消除体内的自由基（过氧化物，抽烟，黑坳）。
2.催产素和加压素：
9肽或环8肽，都是脑垂体后叶激素，都有升血压、抗利尿、刺激子宫收缩、排乳的作用，催产素促进遗忘，加压素增强记忆。
3.短杆菌肽和缬氨霉素
4.促甲状腺素释放因子：
TRF，是个三肽，TRF→促甲状腺素→甲状腺素
5.胰高血糖素：
29肽，升高血糖，作用同肾上腺素。
第三节蛋白质
氨基酸种类和性质
1.种类
（1）组成上分：
简单蛋白：
仅由氨基酸构成；
结合蛋白：
简单蛋白与其它生物分子的结合物，糖蛋白（共价）、脂蛋白（非共价）。
（2）形态上分：
球蛋白：
长/宽≤3～4，血红蛋
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