生物化学教案_教案生物化学
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江南大学生物工程学院教案
课程名称：生物化学 任课教师：廖祥儒
上课班级：生工0402，生工0403 授课时数：72学时
第一章 绪论（1学时）第一节课：
一、生物化学的涵义及内容 1.化学的概念（共性和个性）化学学科的共性都是研究： 1)化学组成物质的本质，包括：物质的组成、结构和性质；
物质的转化即物质转化的条件和方法。
根据研究的方法和角度不同，可划分成各种不同的化学： 如：无机化学、有机化学、物理化学 我们由此可以引出生物化学的概念。
2）结构与功能：生物分子的结构、功能，结构与功能的内在关系。
3）物质和能量的转化：生物体内大分子、小分子之间的相互转化，以及伴随的能量变化。4）一切生命现象的新陈代谢，包括：生长、分化、运动、思维等；和自我复制如： 繁殖、遗传等。
3.生物化学的内容 1）生物体的化学组成四类基本生物大分子 2）新陈代谢的研究
3）遗传的分子基础和代谢的调节控制
(a)以膜结构和膜功能为基础的细胞结构效应;(b)以代谢途径和酶分子结构为基础的酶活调节;(c)以酶的合成系统为基础的酶量调节。
二、生物化学的发展简史 1.史前期
2.18世纪（启蒙期）3.19世纪（发展期）4.20世纪上半叶 5.20世纪下半叶
6.我国生物化学的发展情况
三、本课程在生物科学中的地位及作用 1.微生物的代谢活动是工业发酵的基础。2.菌种是发酵工业的基础
四、如何学好生物化学1.框架式记忆 2.上课前预习 3.上课认真做笔记 4.下课后总结
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5.结合实验来学习 6.充分利用网络资源
第二章 糖类化学（4学时）
第一节课： 第一节 概述
一、糖的概念及分布 1.糖的分布 2.糖的定义
二、糖类物质的生物学功能 1.作为生物能源
2.作为其他物质如蛋白质、核酸、脂类等生物合成的碳骨架 3.作为生物体的结构物质
4.参与信号识别如糖蛋白、糖脂等具有细胞识别、免疫活性等多种生理活性功能
三、糖的种类
分为：单糖、寡糖、多糖和复合糖 1.单糖 2.寡糖
由2～6个相同或不同的单糖分子缩合而成，也叫低聚糖。3.多糖
很多个单糖分子脱水缩合的生物大分子，按组成有同多糖和杂多糖之分。糖和非糖物质共价结合成的。
复合物。如糖脂或脂多糖，糖蛋白或蛋白聚糖。
第二节 单糖
一、单糖的分子结构及构型 1.链式结构 1）构型
指一个分子由于其不对称C原子上各原子和原子团特有的固定的空间排列，而使该分子所具有的特定的立体化学形式。其改变涉及共价键的破坏，划分以甘油醛为基准。2）异构体
同分异构体：简称异构体，是具有相同分子式而分子中原子排列不同的化合物。分为结构异构和立体异构两大类。
结构异构体：具有相同分子式，而分子中原子或基团连接的顺序不同的，称为结构异构体。立体异构体：在分子中原子的结合顺序相同，而原子或原子团在空间的相对位置不同的，称为立体异构。立体异构又分为构象和构型异构，而构型异构还分为顺反异构和旋光异构。几何异构体：也称顺反异构体。指因在双键两侧的位置不同，而形成的异构体。
旋光异构体：凡能使“平面偏振光”发生旋转的物质，称为旋光活性物质，此现象称为旋光异构现象分子式和结构相同，而旋光作用不同的分子互为旋光异构体。
差向异构体：葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，仅一个不对称C原子构型有所不同，这种非对映体异构物称为差向异构体（epimers）
对映异构体：互为镜像的两个分子叫对映异构体，如D型葡萄糖和L型葡萄糖。2.环状结构（环状半缩醛）异头物
3.透视式（Haworth）
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4.葡萄糖的构象 第二节课：
二、单糖的理化性质㈠ 物理性质
1.旋光性: 一切糖类都有不对称碳原子,都具旋光性 2.甜度: 各种糖的甜度不一,蔗糖的甜度为标准.3.溶解度
水溶性较好,但不溶于有机溶剂 ㈡ 化学性质
1.氧化作用（还原性）所有的单糖（醛糖或酮糖）都是还原糖
葡糖
⑴弱氧化剂（如溴水）
葡萄糖酸 ⑵强氧化剂（稀硝酸）
葡萄糖二酸 ⑶专一酶
葡萄糖醛酸 弱氧化剂溴水不能使酮糖氧化(与醛糖不同)
2.强酸脱水在强酸条件下戊糖转变为糠醛，己糖转变为羟甲基糠醛，产物均能与酚类反应生成有色化合物。3.还原作用
单糖游离的羰基在还原剂作用下易被还原成多羟基醇：如醛糖还原成糖醇。酮糖则被还原成两种具有同分异构的糖醇。4.形成糖苷
单糖的半缩醛羟基很易与醇及酚的羟基反应，失水形成缩醛式衍生物，统称糖苷。5.酯化作用
单糖与弱酸作用可形成酯(如磷酸酯)。6.与苯肼成脎反应
常温下，糖与一分子苯肼缩合成苯腙；加热则与三分子苯肼作用生成糖脎。7.氨基化
•单糖分子中的OH基（主要C-
2、C-3）可被NH2取代而产生氨基糖，也称糖胺。
•自然界的氨基糖多以乙酰氨基糖的形式存在，其中较重要的有N-乙酰D-葡糖胺（NAG）与N-乙酰胞壁酸（NAM）。
三、重要的单糖
•单糖根据碳原子数多少，分别称为丙糖、丁糖、戊糖、己糖 1.丙糖：D-甘油醛、二羟基丙酮
2.丁糖： D-赤藓糖、D-赤藓酮糖3.戊糖
戊醛糖：D-核糖、D-2-脱氧核糖、D-木糖、L-阿拉伯糖 戊酮糖： D-核酮糖、D-木酮糖 4.己糖
己醛糖：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖 己酮糖：D-果糖、D-山梨糖 5.庚糖：景天庚酮糖
四、单糖的分析测定（自习）
第三节课：
第三节 重要的寡糖自然界以游离态存在的低聚糖,主要是二糖三糖
一、常见二糖（disaccharide）1.麦芽糖 [α-葡糖(1, 4)α-葡糖] 2.异麦芽糖 [α-葡糖(1, 6)α-葡糖] 3.龙胆二糖 [β-葡糖(1, 6)α-葡糖] 4.纤维二糖 [β-葡糖(1, 4)α-葡糖]
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4.蔗糖[α-葡糖(1，2)β-果糖]5.乳糖[β-半乳糖(1, 4)葡糖]6.海藻二糖[α-葡糖(1, 1)α-葡糖]低聚糖的结构主要包括1）单糖组成，2）糖苷类型：α-糖苷还是β糖苷，3）糖苷键连接的位置
二、常见三糖种类(trisaccharide)1.龙胆糖 [β-葡糖（1, 6）α-葡糖（1, 2）β-果糖] 2.松三糖
[α-葡糖（1, 2）β-果糖（3, 1）α-葡糖]3.棉籽糖[α-半乳糖（1, 6）α-葡糖（1, 2）β-果糖]第四节 几种重要的多糖(polysaccharide)
一、均一多糖（同多糖）一）淀粉
(starch)1.结构特点1）直链淀粉
单体：α-D吡喃葡萄糖连接键：α-1，4糖苷键
末端：非还原性末端和还原性末端空间构象：左手螺旋（每圈含6个葡萄糖残基）2）支链淀粉 单体：α-D吡喃葡萄糖连接键：主链为α-1，4糖苷键；分支处为α-1，6糖苷键 末端：仅主链有一个 还原性末端；其余是非还原性末端 分支间隔： 8～9个葡萄糖残基
2.典型性质
1）糊化 2）老化3）碘的呈色反应4）淀粉的水解（常用方法：酸法、双酶法）
二、糖原(glycogen)动物和细菌中能量的一种储存形式 1.结构特点
与支链淀粉相似，但分支密度较大，主链中平均每隔3个葡萄糖单位即有一个支链。2.性质
溶于沸水、遇碘呈红色、无还原性、不能与苯肼成糖脎。
三、纤维素1.结构特点 2.性质
四、几丁质（壳多糖）1.结构特点
（二）不均一多糖（杂多糖）
1.果胶质果胶酸——半乳糖醛酸聚糖（PGA）
果胶——甲氧基半乳糖醛酸聚糖（PMGA）2.半纤维素3.透明质酸1）结构单位：
β-D-葡萄糖醛酸-1，3-N-乙酰氨基葡萄糖 2）连接键：β-1，4糖苷键
3）分子形状：链形大分子4.黄原胶 一种细菌胞外多糖 1）结构特点 2）性质 5.细菌多糖 1）肽聚糖 •结构 •功能
第五节 多糖的提取、纯化及鉴定（自习）
第三章 蛋白质化学（12学时）
蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。
第一节课：
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第一节 概述
一、蛋白质的概念及生物学意义 1.什么是蛋白质
蛋白质(Protein)是由许多不同的氨基酸，按照一定的顺序，通过肽键连接而成的一条或多条肽链构成的生物大分子。
2.蛋白质的生物学意义
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核酸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）。凝血：
3）运动：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，原生质环流。4）物质运输：运输氧的Hb，Mb，NGB。5）激素：胰岛素。
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）贮存物质：N、C来源。
11）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。
12）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。因此：
二、蛋白质的化学组成 1.蛋白质的元素组成大多数蛋白质含氮量较恒定，平均16 %，即1g氮相当于6.25g蛋白质。6.25称为蛋白质系数。
样品中蛋白质含量=样品中的含氮量 6.25
2.蛋白质的分子组成由50个以上氨基酸残基组成。3.蛋白质的其他组分
1）简单蛋白质
全部由氨基酸组成。2）结合蛋白质
含有氨基酸部分和非氨基酸部分。
非氨基酸部分：糖、脂、核酸、辅因子
三、蛋白质的分类
1.根据蛋白质的分子形状分类
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球状蛋白质----易溶解、能成结晶。
纤维状蛋白质----分子形状不对称，类似棒状或纤维状。
2.根据蛋白质的化学组成分类
简单蛋白质----只含有氨基酸 如∶溶菌酶
复合蛋白质----由简单的蛋白质和非蛋白质 结合而成。如∶血红蛋白(血红素)
复合蛋白质又可分为∶
色素蛋白、糖蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、黄素蛋白、金属蛋白
3.根据蛋白质的溶解度分类 清蛋白∶溶于水。
球蛋白∶微溶于水，而溶于稀盐溶液。
谷蛋白∶不溶于水、醇及盐溶液，但溶于稀酸或碱。醇溶蛋白∶不溶于水，但溶于70-80%的乙醇。精蛋白∶溶于水及酸性溶液，呈碱性。
组蛋白∶溶于水及稀酸性溶液，含较多的精氨酸和赖氨酸。硬蛋白∶不溶于水、盐、稀碱、稀酸溶液。
4.根据蛋白质的功能分类
活性蛋白质∶如酶、激素、抗体等。
非活性蛋白质∶是一类结构蛋白质，多起保护和支撑作用。如胶原蛋白和角蛋白。
第二节课：
第二节 蛋白质的基本结构-----氨基酸
一、蛋白质的水解
蛋白质可以被酸、碱和蛋白酶水解，在水解过程中逐渐降解成分子量越来越小的肽段，直到最后成为氨基酸的混合物。
根据蛋白质的水解程度可分为∶
完全水解
部分水解 1.酸水解
6mol/L盐酸或 4mol/L硫酸水解20小时左右，完全水解。
优点∶不引起消旋作用。
缺点∶色氨酸完全被酸破坏，羟基氨基酸和酰胺被部分水解。2.碱水解
5mol/LNaOH共煮10-20小时，即可完全水解。在水解过程中，多数氨基酸有不同程度的破坏，产生消旋作用。特别是引起精氨酸脱氨。
3.酶水解
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不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。但一种酶往往水解不彻底,需要几种酶的协同作用；才能使蛋白质完全水解，并且酶水解所需时间较长。
第三节课：
二、氨基酸的结构和分类 1.氨基酸的结构通式 2.基本氨基酸的分类 1）根据R基团的结构分类
•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）
•芳香族氨基酸：含苯环：Phe、Tyr •杂环氨基酸： His（也是碱性氨基酸）、Pro、Trp 2)根据R基团的酸碱性分类
• 酸性氨基酸： Glu、Asp •中性氨基酸： Arg、Lys、His •碱性氨基酸：氨基羧基各一
3）根据R基的极性分类
•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 •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 4)根据R 基团的带电性质 分类
•R 基团带电荷Aa •R 基团不带电荷Aa 5）按营养价值分类
•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 •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：Tip MTV Hall •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
3.非基本氨基酸 11）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Cy胱氨酸，是由2分子Cys通过二硫建连接起来的，P54 22）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。
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第四节课：
三、氨基酸的理化性质 ㈠ 物理性质 1.晶形和熔点 2.溶解性 3．旋光性
20种AA中，除Gly外，皆具旋光性。4.紫外吸收
有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在20种基本aa中，有4种是具有共轭双键的，Trp、Tyr、3Phe、His，其中His只有2个双键共轭，紫外吸收比较弱，Trp（摩尔消光系数5.6 10，280nm）、32Tyr(1.4 10 , 275nm)、Phe（210 ,257nm）均有3个双键共轭，紫外吸收较强，其中Trp的紫外吸收最强，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者。
（二）化学性质 1）氨基酸的等电点
当pH=pI时，净电荷为0；
当pH
当pH>pI时，Aa带负电。2)氨基酸的等电点（pI）的推导 2.氨基酸的化学反应性质 1）-氨基参与的反应
•与甲醛发生羟甲基化反应
氨基酸与亚硝酸的作用 Sanger反应
•生成西佛碱的反应 •脱氨基和转氨基反应
•与荧光胺的反应
2)-羧基参与的反应
•成盐反应
•形成酰卤的反应 •脱羧反应 •成肽反应 • 羟基的性质 • 咪唑基的性质 • 甲硫基的性质 •双缩脲反应 •黄色反应
•Millon氏反应
•乙醛酸反应(霍普金斯—柯尔反应)
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•坂口反应 •Pauly反应 •Falin反应
（三）氨基酸的分离制备和分析鉴定
自习
第五节课：
第三节 蛋白质的结构
一、蛋白质分子的一级结构 1.一级结构的概念和含义 1）定义
蛋白质的一级结构即蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。蛋白质的高级结构和功能一般取决于其一级结构，也就是说当多肽链中氨基酸的排列顺序相似时，蛋白质的高级结构和功能也基本相似。2）含义
氨基酸残基的种类、数目、顺序（包括Cys之间的连接顺序）。2.肽与肽键 1）肽
2）肽单位（肽单元）3）肽键的性质
•部分双键的性质：C-N键不能旋转
•连接在肽键两端的基团多处于反式构型（Pro亚氨基组成的有顺反两种结构）
4）肽平面
3.一级结构与功能的关系 1）一级结构相似则功能相似
•小肽的功能
•同源蛋白的氨基酸顺序具有种属差异 •守恒残基与它的功能的关系：
①组成蛋白质功能区（活性区）氨基酸或维持功能区构象的氨基酸是不可变的，否则会引起功能改变。
②蛋白质有功能区、活性区，即使要变，代替它的氨基酸有类似的结构。
2）一些特定氨基酸残基往往对其功能的维持具有重要作用
•小肽的功能
•蛋白质氨基酸残基的置换
•同种蛋白质中氨基酸顺序的个体差异
3）一级结构的局部断裂可导致蛋白质的激活
4)一级结构在一定条件下决定高级结构
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第六节课:
4.一级结构的测定 1)直接分析法
•先分析组成蛋白质的氨基酸,确定氨基酸种类和数目(氨基酸分析仪)•N末端和C-末端的确定
•应用不同水解几次得大小不同肽段
•分离各肽段，测定它们的顺序(蛋白质序列分析仪)自动分析小于60个AA的肽链 •推断整个顺序
2)间接分析法
•先确定蛋白质两端氨基酸序列
•根据两端氨基酸顺序设计PCR引物
•以所研究的材料总DNA为模板扩增蛋白质的基因
•测定编码蛋白质的DNA序列 •利用DNA序列推测氨基酸序列
3)直接分析法实例
第七节课：
二、维系蛋白质分子构象的作用力
除了肽键外影响蛋白质分子构象的作用力还有氢键、离子键(盐键)、二硫键、配位键(金属键)、疏水相互作用、范德华作用。1.氢键(hydrogen bond)2.范德华相互作用 3.疏水作用 4.离子键 5.二硫键
6.影响蛋白质空间结构的空间限制 1）二面角（两面角）
φ角：绕Cα—N键轴旋转的二面角。ψ角：绕Cα—C键轴旋转的二面角。
ω角：绕肽键键轴旋转的二面角（只有0度和180度）。
当φ、ψ旋转键所在的酰胺平面的取向二等分H-Cα-R平面，且旋转键两侧的主链处于顺式构型时φ、ψ均规定为0度。
φ、ψ为180度时，两个相邻肽单位呈现充分伸展的肽链构象。
2）非共价键合原子间的最小接触距离
Ramachandran等把肽链上的原子看成是简单的硬球，根据原子的范德华半径确定了非共价键合原子之间的最小接触距离。
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三、蛋白质分子的二级结构（secondary structure）
（一）蛋白质的二级结构 1.二级结构的定义
由蛋白质主链折叠所形成的有规则的构象，称为蛋白质的二级结构。
蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，不包括与其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键，尤其是在主链内和主链间常出现的周期性的氢键相互作用。
第八节课： 2.α-螺旋
二十世纪五十年代，Pauling 提出了蛋白质的α-螺旋 结构模型。
1）多肽链中的酰胺平面绕α-C原子相继旋转一定的角度形成α-螺旋，并盘曲前进。
2）螺旋上升时，每个氨基酸残基围轴盘旋100度，两相邻氨基酸残基间的垂直距离为1.5Å，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈间距为5.44 Å。3）螺旋中所有的侧链均伸向外侧。
4）多肽链中的羰基和氨基基团几乎都平行于螺旋轴。
5）多肽链上每个氨基酸残基的氨基基团都与前面第四个氨基酸残基的羰基靠近形成氢键。
α-螺旋多为右手螺旋。
左手螺旋极为稀少，如嗜热菌蛋白酶中的226-Asp-Asn-Gly-Gly-229。
左手α螺旋和右手α螺旋不是对映体。
左手α-螺旋中L型氨基酸残基侧链的第一个碳原子（β-C）过分接近主链上羰基基团的氧原子，以致结构太紧、能量较高、构象不稳定。
影响α-螺旋稳定的因素：
a.极大的侧链基团（存在空间位阻）b.连续的带电基团 c.Pro的存在
3.β-折叠
β-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象，其结构特征为： 1）由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构； 2）主链骨架伸展呈锯齿状； 3）借相邻主链之间的氢键维系。
在β-折叠中，氢键与肽链的长轴接近垂直，在肽链的长轴方向上形成重复单位，在纤维状蛋白质中氢键主要在肽链之间形成，而在球蛋白中则既可以在不同肽链或不同分子间形成，也可以在同一肽链的不同部分间形成。
β-折叠有两种形式：1）正平行式（parallel），其中肽链的排列极性是一致的，即所有肽链的N-末端都在同一方向； 2）反平行式（antiparallel），肽链的极性一正一反；其中反平行式较为稳定，如丝心蛋白的β-折叠即是反平行式的，在纤维状蛋白质中β-4.β-转角
β-转角(β-turn)是在上世纪70年代发现的一类蛋白质二级结构，主要存在于球蛋白中。β-转角使蛋白质发生180度回折，也称回折（reverse turn）、β-弯曲（β-bend）或发卡结构（hairpin structure），在球状蛋白质中β-转角约占全部氨基酸残基的25%。β-转角是多肽链180°回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征为： 1）主链骨架本身以大约180°回折;2）回折部分通常由四个氨基酸残基构成;3）构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。
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4)Gly , Asp, Asn和Trp常常出现在β-转角中,这类结构有3种类型，每一种都由4个氨基酸残基组成，它们的共同特征是弯曲处的第一个氨基酸残基的H和第四个氨基酸残基的O之间形成氢键，产生一种很不稳定的环形结构。5.无规卷曲
无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。
第九节课：
（二）蛋白质的超二级结构
在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域，称模序（motif)或超二级结构。
它们是由相邻的二级结构单位组合在一起，形成的有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。
超二级结构是由几个相邻的二级结构单元组成的二级结构组合体。其中的二级结构单元彼此作用，形成有规则的空间结构，但无完整的结构域，因此只能算做是三级结构的构件。超二级结构主要有简单的超二级结构和复杂的超二级结构组成，其中简单的超二级结构有α-loop-α和β发卡结构等；它们经进一步组合形成复杂的超二级结构。1.简单的超二级结构
在蛋白质结构中频繁出现的简单的超二级结构主要有：α拐角（α-α corner），α-发卡（α-hairpin），β-发卡（β-hairpin）和拱形结构（arch）四类。
α拐角结构由两条非平行的α螺旋和连接肽组成。
α-发卡结构则由连接肽连接两条平行的α螺旋。
β发卡结构由两条反平行的β折叠经连接肽组合而成。连接肽长度一般为2—6个氨基酸残基，β发卡结构常在反平行的β折叠中出现，作为隔离的β折叠区或复杂的β-折叠片的一部分。
拱形结构由连接肽连接两条不同类型的二级结构多肽。
较典型的超二级结构有α-loop-α结构和β-发卡结构。α-loop-α结构是由2右手α螺旋经连接肽组合而成的超二级结构，这类结构的连接肽一般具有较为特殊的功能。如图1a的连接肽能够结合DNA，而图1b的连接肽可以结合钙离子。
2.复杂的超二级结构
二级结构和简单的超二级结构经进一步的组合可以形成复杂的超二级结构，复杂的超二级结构主要有αα结构、βαβ结构和βββ结构等。
αα结构是由2或3条右手α螺旋组成的左手超螺旋，含有这种结构的蛋白质有α角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纤维蛋白原等。
最简单的βαβ结构由两段平行的β-折叠和一段连接链组成，称为β×β单位，连接链或是α-螺旋、或是无规则卷曲多反平行于β链；最常见的βαβ结构由三条平行的β-折叠经两条α-螺旋连接而成，这一超二级结构叫做Romann-折叠。
在磷酸丙糖异构酶中几乎每个有平行β-折叠的结构都有βαβ结构存在，其中的βαβ结构主要由两条平行的β-折叠各经一连接肽与一条α-螺旋连接而成，已知α-螺旋氨基端的连接肽与功能结构位点的形成和异构酶活性有关。
βββ结构主要有β曲折和回形拓扑结构（Greek Key topology），其中前者由三条相邻的反平行式β折叠链
经紧凑的β转角连接而成，后者由4—5个紧邻的反平行β-折叠经连接肽连接而成，这种结构不参与任何专一功
能，但在蛋白质结构中经常出现。
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第十节课：
四、蛋白质的三级结构
蛋白质的三级结构是在多肽主链和侧链构象的作用下，使二级结构进一步卷曲而形成的空间结构。
蛋白质的三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。
维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如疏水键、氢键、盐键、范氏引力等，但也有共价键，如二硫键等。1.结构域
二级结构卷曲折叠成的相对独立、近似球形的组装体，它介于超二级结构与三级结构之间，有时也被看作为三级结构。二级结构序列中一段或几段连续的由α螺旋和β折叠构成的空间紧密堆集的最大折叠体称为紧结构域。
紧结构域有3种：α域，β域和α/ β域。1)α域 2)β域 3)α/ β域
2.蛋白质的结构型
即蛋白质的结构类型,主要分为五种。α型蛋白质由一个或几个α域构成;β型蛋白质由一个或几个β域构成;α/ β型蛋白质由一个或几个α/ β域构成;多域蛋白质为含有 2种或 2种以上不同结构域的蛋白质 ,有α +β ,α +α/ β ,β +α/ β ,α +β +α/ β等几种情形;δ型蛋白质为不含任何一种结构域的蛋白质。
3.三级结构构象特点
肽链在二级结构基础上进一步卷曲折叠成特定球状1）大部分亲水R在表面—组成亲水区 2）大部分疏水R在内部—组成疏水区 3）三级结构稳定性靠疏水作用维持 4）分子表面往往有袋型空穴或裂隙，通常是活性部位
五、球状蛋白质分子的四级结构 1.四级结构（Quaternary structure）的涵义
由2个或2个以上亚基（subunit）相互作用而形成的结构。
内容包括：亚基的种类和数目亚基之间的排布亚基--指一个或几个肽链在一、二、三级基础上形成的蛋白质小单位。2.寡聚蛋白质分子的亚基组成有均一和非均一两种。第十一节课：
第四节 蛋白质的重要理化性质
一、蛋白质的胶体性质 蛋白质分子的相对分子量在1-100万，其颗粒
大小1-100nm，属于胶体粒子的范围。另外，蛋白质分子表面有许多极性基团，亲水性极强，易溶与水形成稳定的亲水胶体溶液。1.稳定蛋白质胶体溶液的两个因素∶
(1)表面电荷(在非等电点时)与双电层；
(2)水化膜蛋白质胶体溶液具有一般胶体溶液的性质∶ 丁道尔现象、布朗运动、半透膜不透性、吸附性、、胶凝性、粘性。2.蛋白质的膜分离技术
二、蛋白质的两性解离与等电点
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1.酸性基团∶Glu的γ-COOH Asp的β-COOH Tyr的酚羟基 Cys的-SH 2.碱性基团∶Lys的ε-NH2 His的咪唑基
Arg的δ-胍基
3.蛋白质的等电点∶蛋白质溶液在特定的pH下，其分子所带的正、负电荷相等，净电荷为零，这一pH称为 ～(用 pI 表示)。
蛋白质的等电点不是一个恒定值，它受溶液的离子种类和离子强度的影响。蛋白质在纯水中的带电状态不受其它离子的干扰，完全由H+的解离和结合来决定，这种条件下的等电点称为蛋白质的等离子点。
4.蛋白质的等电点是特性常数。
三、蛋白质的变性作用1.概念 2.蛋白质变性的可逆性
可逆变性∶是指使蛋白质变性的条件解除后，能恢复其原有性质。
不可逆变性∶是指使蛋白质变性的条件解除后，仍不能恢复其原有性质。3.蛋白质的变性因素及其作用机理
物理因素∶热、UV、超声波、X-射线、高压、表面张力、搅拌、剧烈振荡、研磨。
化学因素∶酸、碱、有机溶剂、重金属盐、脲、胍、表面活性剂、生物碱。4.变性蛋白质的性质∶
变性蛋白质与天然蛋白质性质的差别主要表现在∶
1)理化性质的变化。如旋光性改变、粘度增加、光吸收性质增加、失去结晶能力、溶解度下降、易发生凝聚和沉淀。2)生化性质的变化。变性后的蛋白质易被酶水解。3)生物活性丧失。这是蛋白质变性的重要标志。第十二节课：
四、蛋白质的变构作用 对于具有四级结构、含有亚基的蛋白质来讲，当一个亚基的构象发生变化，而引起其余亚基和整个蛋白质分子构象、性质和功能发生改变的作用称为蛋白质的变构作用(或称别构作用)。
五、蛋白质的沉淀作用1.概念
蛋白质胶体溶液的稳定性是有条件的、相对的,若改变环境条件，破坏其水化膜和表面电荷，蛋白质亲水胶体便失去稳定性，发生絮凝沉淀的现象，就称为蛋白质的沉淀作用。蛋白质的沉淀可分为∶ 1）不变性沉淀
用于分离活性的天然蛋白质产品。如 酶、抗体等。2）变性沉淀
用于生物制品中除去蛋白质。2.沉淀方法 1）调节等电点法 2）盐析法
在蛋白质溶液中加入大量中性盐达一定浓度，蛋白质就会沉淀。
原理 ：①大量盐加入后，能与蛋白质争夺水分子，去除水膜；
② 大量盐能中和蛋白质分子表面电荷，使蛋白质沉淀。盐析效果： 二价离子>一价离子；离子半径小>离子半径大
因为不同蛋白质所需盐析浓度不一样，可通过分段加不同浓度中性盐，把不同蛋白质分别沉淀析出，从而达分离提纯目的。
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3）有机溶剂法
在蛋白质溶液中加入一定量有机溶剂，会使蛋白质发生沉淀。注意低温、搅拌、快分离
原理：① 因有机溶剂本身介电常数很低（水79、乙醇
26、丙酮21），加后可降低蛋白质溶液的介电常数*，增强了蛋白质分子之间的作用，使它静电引力上升。
② 有机溶剂亲水，争夺水分子，使蛋白质水膜破坏而易凝聚沉淀。
介电常数*—表示介质影响相反电荷间吸力的数值，高则影响大，低则影响小。蛋白质浓度测定的几种方法 1）280nm光吸收法
2）Bradford检测法（考马斯亮蓝染色法）3）Lowry检测法（Folin-酚试剂）
八、蛋白质相对分子质量的测定1.超离心沉淀速度法2.凝胶过滤法原理：
将具网状结构的葡聚糖凝胶装柱，对分子量不同的蛋白质，由于进入孔径程度不同而走不同的历程，从而有不同的洗脱体积。
3.SDS-聚丙烯酰胺Gel电泳1)原理 •SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳:是在聚丙烯酰胺凝胶系统中引进SDS（十二烷基硫酸钠）
•1967年，Shapiro等人首先发现，如果在聚丙烯酰胺凝胶电泳(聚丙烯酰胺凝胶中主要取决于三种因素：蛋白大小，形状和电荷)系统中加入一定量的十二烷基硫酸钠（SDS），则蛋白质分子的电泳迁移率主要取决于蛋白质的分子量大小。
2-SDS是一种阴离子去垢剂，SO3带负电荷。因此蛋白质在含有强还原剂的SDS溶液中与SDS分子结合时，可形成SDS-蛋白质复合物。因此在电泳时，蛋白质分子的迁移速度则主要取决于蛋白质分子大小。
当蛋白质的分子量在15,000－200,000之间时，样品的迁移率与其分子量的对数呈线性关系。
符合如下方程式：Lg MW =－b m R + K 其中，MW 为蛋白质的分子量，m R 为相对迁移率，b为斜率，K为截距。当条件一定时，b与K均为常数。
因此通过已知分子量的蛋白与未知蛋白的比较，就可以得出未知蛋白的分子量。
第五节 蛋白质的分离纯化
一、材料选择
1.代表性 2.易处理 3.易获得
二、材料破碎 1.溶解性
缓冲液极性、酸碱度、离子强度
2.温度
尽可能在0－4℃
3.防止变性
保护剂、水解酶抑制剂
三、样品分离与鉴定
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1.过滤 2.离心 3.沉淀 4.层析
凝胶过滤、离子交换、HPLC、亲和层析 5.电泳
非变性PAGE、SDS(SLS)PAGE、IEF 6.转移电泳与蛋白质印渍
第四章 核酸化学(4学时)
第一节课： 第一节 概述
一、核酸的发现
二、早期研究
1.核酸的功能和在细胞中的定位
三、DNA双螺旋模型的建立
1.早期分子生物学研究的三大学派
•结构学派：以英国物理学家Astbury和Bernal为代表，认为用X射线和结晶学技术研究生物大分子的结构，是解决生物学问题的根本途径，研究生物分子的三维结构、研究它们的起源和功能问题是当代分子生物学的主旨。
•信息学派：以物理学家Delbrück与微生物学家Luria为代表，他们认为生物学研究的真正问题应该是信息传递问题，包括信息如何被编码、如何保持其稳定性、偶然的变异是如何产生的。
•生化遗传学派：包括一批用生物化学方法从事遗传学研究的科学家，他们试图阐明基因是如何行使功能而控制特定性状的。
2.DNA双螺旋结构模型的提出
1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，其主要依据是： 1）已知的核酸化学结构知识。
2）Chargaff发现的碱基的组成规律。
3）Wilkins和Franklin得到的DNAX射线衍射分析结果。4）Astbury对DNA射线衍射图的研究。5）Pauling提出的蛋白质α螺旋结构
3.双螺旋结构模型的意义
1）说明了基因的结构、信息和功能三者之间的关系。
2）三个学派得到统一，推动了分子生物学研究的迅猛发展：操纵子学说提出、核酸序列测定。
四、核酸的类别、分布和功能 1.核酸的类别与分布 1）脱氧核糖核酸
•原核生物
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集中在核区。
含有染色体DNA和质粒DNA，为环状双链。
•真核生物
DNA分布在细胞核（组成染色质）、线粒体、叶绿体中。
含有染色体DNA、线粒体DNA和叶绿体DNA，染色体DNA是线形双链DNA，线粒体DNA和叶绿体DNA是环状双链DNA。
•病毒
只含有DNA或RNA。被外壳蛋白包裹。2）核糖核酸
•tRNA：占80%以上。•rRNA：占15％左右 •mRNA：占5%左右。•病毒RNA •其他RNA
2.核酸的生物学功能 1）DNA是主要的遗传物质
2）RNA参与蛋白质的生物合成 3）RNA功能的多样性
3.应用
1）在食品方面∶强力助鲜剂，如肌苷酸和鸟苷酸。2）在医药方面∶ATP、CoA、基因疫苗、基因治疗等。3）工业生产：催化剂
第二节课：
第二节 核酸的结构基础
一、核酸的组成成分 1.碱基 1）嘌呤类 Purines •Adenine = 6-amino purine •Guanine = 2-amino-6-oxy purine •Hypoxanthine = 6-oxy purine •Xanthine = 2,6-dioxy purine
•DNA的嘌呤碱基
adenine，guanine，•RNA中的嘌呤碱基
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adenine，guanine，2）嘧啶类
Pyrimidines •Uracil = 2,4-dioxy pyrimidine •Thymine = 2,4-dioxy-5-methyl pyrimidine •Cytosine = 2-oxy-4-amino pyrimidine •Orotic acid = 2,4-dioxy-6-carboxy pyrimidine
•DNA中的嘧啶碱基
cytosine，thymine
•RNA中的嘧啶碱基
cytosine，uracil
tRNA：cytosine，thymine，uracil
3）稀有碱基 DNA 尿嘧啶
5-羟甲基尿嘧啶 5-甲基胞嘧啶 5-羟甲基胞嘧啶 N6-甲基腺嘌呤 RNA 6-二氢尿嘧啶 胸腺嘧啶 4-硫尿嘧啶
5-甲氧基尿嘧啶 N4-乙酰基胞嘧啶 2-硫胞嘧啶 1-甲基腺嘌呤
N6，N6-二甲基腺嘌呤 N6-异戊烯基腺嘌呤 1-甲基鸟嘌呤
N1，N2，N7-三甲基鸟嘌呤
次黄嘌呤
1-甲基次黄嘌呤
2.糖 1）核糖 2）脱氧核糖
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3.磷酸
可以分别在核糖的2´，3´，和5´位；脱氧核糖的 3´，和5´位。
二、核苷与核苷酸 1.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。
在大多数情况下，核苷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。
2.核苷酸
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苷酸两大类。
由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2’-核苷酸、3’-核苷酸和5’-核苷酸。最常见者为5’-核苷酸（5’ 常被省略）。
也能形成3 ´，5 ´-环核苷酸。
三、核苷酸的功能 1.生命活动的能量来源
•ATP is the most commonly used source.•GTP is used in protein synthesis as well as a few other reactions.•UTP is the source of energy for activating glucose and galactose.•CTP is an energy source in lipid metabolism.2.参与讯号传导
•作为第二信史cAMP, cGMP •ATP为蛋白质磷酸化提供能量和磷酸离子
3.参与酶或蛋白质生物活性的调节
•是辅酶的组成成分
AMP is part of the structure of some of the coenzymes like NAD and Coenzyme A.•蛋白质的修饰（ADP或AMP化）
第三节课：
第三节 核酸的结构
一、核苷酸的连接方式
1.磷酸以3′，5′磷酸二脂键方式连接核苷酸
1）核酸的酸碱滴定曲线显示，在核酸分子中的磷酸基只有一级解离，说明另外两个羟基参与形成磷酸二脂键。
2）牛脾磷酸二脂酶可以逐个水解核酸形成3′核苷酸，说明有5′磷酸二脂键的形成。
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3）蛇毒磷酸二脂酶可以逐个水解核酸形成5′核苷酸，说明有3′磷酸二脂键的形成。
2.由戊糖、磷酸和碱基组成
二、DNA的一级结构
1.DNA主要由4种脱氧核糖核苷酸组成腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸，胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸，植物中还含有5-甲基胞嘧啶，一些E.coli噬菌体则用5-羟甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。
2.以3′，5′磷酸二脂键方式连接 3.呈线形或环状多聚体 4.分子量大
三、RNA的一级结构
1.主要由4种核糖核苷酸组成腺嘌呤核糖核苷酸，鸟嘌呤核糖核苷酸，胞嘧啶核糖核苷酸，尿嘧啶核糖核苷酸。
2.以3′，5′磷酸二脂键方式连接 3.种类较多结构多不相同 1）tRNA 2）rRNA 3）mRNA
四、DNA高级结构
（一）DNA的二级结构
1.DNA碱基组成的Chargaff规则
• • • • A=T G=C 含氨基的碱基总数等于含酮基的碱基总数A+C=G+T 嘌呤总数等于嘧啶总数A+ G = C +T
2.DNA分子双螺旋结构 1）结构模型
①两条反向平行的DNA链围绕同一中心轴相互缠绕，均为右手螺旋。
②嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋内侧，磷酸与核糖在外侧彼此通过3′，5′磷酸二脂键连接形成DNA分子的骨架，碱基平面与中心轴垂直，糖环平面与中心轴平行。
③双螺旋平均直径为2nm，两相邻的碱基对相距（碱基堆积距离）0.34nm，相邻两核苷酸的夹角为36度，因此螺距为3.4nm，每10nt旋转一周。
④AT配对形成两个氢键、GC配对形成3个氢键使两条DNA链结合在一起。⑤碱基在一条链上的排列不受任何限制。
2）DNA的构象 A 构象(A—DNA)B 构象(B—DNA)C 构象(C—DNA)
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4.三螺旋结构（triple stranded structure）
目前已分别通过核磁共振和隧道扫描电镜分析发现，在DNA中存在三链结构（H DNA）。1）三链结构是在DNA双螺旋的基础上形成的DNA大分子中一些区段的三螺旋结构。
2）第三条DNA位于双螺旋大沟中，随双螺旋的旋转而旋转。
3）三链结构中单条DNA区段的碱基为同一类型，其中双螺旋的两条刚好配对，第三条链与其中的一条配对。如双螺旋的一条均为嘌呤，另一条均为嘧啶，第三条链均为嘌呤或均为嘧啶。4）碱基配对符合原来的碱基配对原则，但C在质子化后才能与G-C中的G配对。与第三链碱基配
＋对的氢键均为2条，最后形成三联体碱基T-A T及C-G C。
4.左旋双螺旋DNA（Z-DNA）5.DNA四联体螺旋
（二）DNA的三级结构
DNA分子通过扭曲和折叠形成的特定构象称为DNA的三级结构，它包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。
1.DNA超螺旋
1)大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋三级结构。2)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。
2.DNA的拓扑特征
1)连环数(linking number)双螺旋DNA中一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数，以L表示。2)扭转数(twisting number)DNA分子中双螺旋数，以T表示。3）超螺旋数(writhing number)双螺旋内的再缠绕数，右手螺旋为正值，以W表示。L=T+W
3.DNA蛋白质复合物的结构 1）病毒
•主要由核酸和蛋白质组成，有的还含有脂和糖。
•核酸位于内部，蛋白质包裹核酸称衣壳（capsid），由许多蛋白质亚基构成，称原聚体（protomer），脂蛋白组成的衣壳叫被膜（envelope），蛋白质与宿主专一性有关、能够保护核酸、有的还有酶、引物蛋白或运动蛋白的作用。
•噬菌体以细菌和放线菌为宿主，有RNA噬菌体、单链环状DNA噬菌体，双链DNA噬菌体；植物病毒多为RNA病毒，少数为DNA病毒，如CaMV为双链环状DNA病毒，双粒病毒含有两种单链DNA分子，两者同时存在时才有感染性；动物病毒有RNA类和DNA类有的有被膜。
2）细菌拟核
细菌双链环状DNA与碱性蛋白和少量的RNA结合，在细胞内紧密缠绕形成致密小体，称为拟核
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（nucleoid）。
3）真核生物染色体
①核小体（nucleosome）：染色质的基本结构单位两个分子的H2A，H2B，H3，H4组成8聚体，DNA以左手螺旋在组蛋白核心上缠绕1.8圈，共146bp，平均每个核小体单位含DNA 200bp（压缩7倍）。
②由连接DNA将核小体连接成串，称核小体链，核小体链与H1结合进一步盘绕形成染色质纤丝，每圈6个核小体（压缩100倍）。
③染色质纤丝组成突环（loop），进而形成玫瑰花结（rosette），再组装成螺旋圈（coil），由螺旋圈组成染色体。
（三）DNA的功能 1.携带遗传信息 2.调节基因表达 甲基化，启动子 3.具有催化作用
• RNA 切割活性 • DNA 连接酶活性
• 卟啉金属化酶和过氧化酶活性 • DNA 水解活性 • DNA 激酶活性 • N2糖基化酶 • DNA 戴帽活性
五、RNA 高级结构
（一）RNA的种类
可分为基本RNA：rRNA，mRNA，tRNA；和其它RNA。
1.基本RNA 1）rRNA 起着装配蛋白质和催化肽链形成的作用。
2）mRNA 充当遗传信息的信使和蛋白质合成的模板 3）tRNA 转运氨基酸
2.其它RNA 1）核酶和脱氧核酶
具有催化作用的RNA 或DNA
2)hnRNA(heterogeneous nuclear RNA)3）ncRNA(non-coding RNA)4）tmRNA
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（二）RNA的结构
RNA的结构比DNA的复杂。在单链的基础上，RNA可经进一步折叠形成二级结构和三级结构。
1.RNA的二级结构元件 1）双股螺旋
RNA的双链区，一般为右手螺旋。
2）发夹环
为与螺旋一端两条链连接的非配对的单链区。由双股螺旋及其与之相连的发夹环所组成的结构称为茎环结构。
3）单碱基突起及突环
联系的双链RNA中一个或多个连续的不配对碱基可引起单碱基突起或突环。
4）内部环
为隔开或连接两个双螺旋RNA的环区。
5）结合环
连接3个或3个以上双链RNA的环区，也称为支环。
6）单链区
常出现于RNA分子的端部。
2.开关结构
由茎环结构组成的二级结构。在开关结构中，RNA分子的某一段序列的碱基随条件的变化有选择地和另外2段序列之一的碱基配对形成局部的二级结构，这种构象可随条件而发生相互转变，从而构成基因表达的开关系统。
3.二级结构
RNA通常是单链线形分子，自身也能回折形成局部双螺旋，并进一步折叠形成三级结构，除tRNA外几乎全部的RNA均可与蛋白质结合形成核蛋白复合物参与蛋白质合成（ribosome，spliceosome，editosome）和信号传导（informosome，signal recognition particle SRP）。1）tRNA
tRNA的功能：携带、识别。
tRNA的二级结构呈三叶草状，主要分为：三叶草形结构，包括氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环、TψC环五个部分。
•氨基酸臂（amino acid arm）由5′碱基与3′端的碱基组成，含有7bp，富含G，末端为3′CCA可接受活化Aa。
•二氢尿嘧啶环（dihydrouracil loop）由8—12nt组成，具有2个二氢尿嘧啶，通过3—4bp的双螺旋区与其余tRNA部分相连。
•反密码环（anticodon loop）由7nt组成，中部为反密码子，次黄嘌呤核苷酸（肌苷酸I）常出现于反密码子中，通过5bp双螺旋与其余tRNA部分相连。
•额外环（extra loop）由3—18nt组成，不同tRNA的额外环大小不同，是tRNA的重要分类指标。
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•TψC环由7nt组成，通过5bp双螺旋与其余tRNA部分相连，几乎所有TψC环都含有TψC。
2）rRNA
rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
在真核生物中，rRNA有四种：5S，5.8S，18S，28S。其中，18S的rRNA参与构成核蛋白体小亚基，其余的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。
在原核生物中，rRNA有三种：5S，16S，23S。其中，16S的rRNA参与构成核蛋白体的小亚基，而5S和23S的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。
（三）RNA的功能
1.直接参与遗传信息的表达
1）mRNA参与遗传信号传导，指导蛋白质合成。
2）tRNA参与氨基酸运输，为多肽链的延伸提供原料。
3）rRNA参与介导核糖体的组装，并能催化肽键形成。实际上核糖体相当于以蛋白质为支架的核酶。
2000年Ban等通过X射线衍射分析发现，在肽键形成处2nm范围中完全没有蛋白质的电子云存在，说明蛋白质肽键形成过程只与rRNA有关，没有核糖体蛋白的参予。
2.参与核酸和蛋白质的组装
1）病毒的组装
门RNA（pRNA）作为分子马达，驱动噬菌体Ö29 的DNA 装入外壳蛋白中。2）核糖体的组装依赖于小分子RNA
3.参与端粒DNA 合成以RNA 为模板合成端粒DNA，是癌细胞的特征之一，由于这种作用RNA 可以延缓衰老。
4.调控基因表达
1）miRNA调节基因表达
Lin-4, let-7分别控制线虫幼虫从幼虫1期到2期和从幼虫到成虫的发育。这类控制发育的RNA，叫时序调节微小RNA。目前已在线虫、果蝇和人的cDNA文库中鉴定出近百种时序调节miRNA。
2）反义mRNA抑制基因表达
3）参与RNA剪接
snoRNA参与核糖体RNA的剪接。
5.贮存和传递遗传信息
1）作为遗传物质
RNA病毒中只含RNA，它是病毒的遗传物质，具有贮存和传递遗传信息的作用。
2）作为引物参与DNA复制与基因反转录
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6.具有催化作用的RNA 核酶：tRNA 5 ‘ 端成熟酶，磷酸二脂酶，磷酸单脂酶，核苷酸转移酶，RNA 限制性内切酶，á-1，4 葡萄糖分支酶，转肽酶等。
第四节课：
第四节 核酸的性质
一、核酸的水解
（一）酸水解 1.糖苷键
糖苷键更容易酸水解。嘌呤碱的更不稳定。
碱基与脱氧核糖之间的糖苷键较不稳定。2.磷酸酯键 3.Ìõ¼þ
1）除去DNA上的嘌呤：pH1.6，37℃，对水透析；pH2.8，100℃，1h。2）DNA嘧啶：F3CCOOH，155℃，60min。3）RNA嘧啶：F3CCOOH，155℃，80min。
（二）碱水解 1.磷酸酯键
RNA的易被水解。
碱性条件下形成不稳定的2′，3′，5′磷酸三酯，再水解为2′，3′环磷酸酯，最后水解成2′核苷酸和3′核苷酸。
2.条件
RNA：NaOH，KOH，用HClO4中和，室温到37℃，18-24h。DNA：NaOH，100℃，4h。
（三）酶水解 1.核酸酶分类 2.RNA酶类 3.DNA酶类
二、核酸的理化性质
（一）核酸的一般理化性质 1.核酸的解离
在核酸和核苷酸分子中，既含有可以给出H+的磷酸基团，又含有可以得到H+的碱性基团(碱基上的-N=，如嘌呤的N1和N7，胞嘧啶的N3)，所以核酸和核苷酸是两性化合物，有等电点。（1）碱基的解离（2）核苷的解离（3）核苷酸的解离（4）核酸的滴定
两性电解质，核苷酸为酸性，pK1为1.5。
2.粘度大
3.能吸收紫外光
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240nm～290nm范围内均有紫外吸收。最大吸收峰在258nm～260nm。符合朗伯比尔定律。
三、核酸的变性、复性及杂交
（一）DNA的变性 l.定义
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。2.引起DNA变性的因素（1）高温。（2）强酸强碱。（3）有机溶剂等。
3.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)沉降速率增加
（5）生物学功能丧失或改变。4.DNA的变性温度（1）Tm 加热DNA溶液，使DNA双链解旋而变性，其对260nm紫外光的吸收度突然增加，在DNA变性一半时的温度，就是DNA的变性温度（融解温度，Tm）。Am = Amax-S-S-，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化-脱腺
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苷化，糖基化，酰基化，甲基化，硫酸化等。
1.共价修饰机制
共价修饰酶通常在两种不同的酶的催化下发生修饰或去修饰，从而引起酶分子在有活性形式与无活性形式之间进行相互转变。2.共价修饰调节方式
共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调节方式为级联反应。
3.共价修饰调节的特点
1)酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在 2)有共价键的变化
3)受其他调节因素（如激素）的影响 4)一般为耗能过程 5)存在放大效应
（四）同工酶调节
在同一种属生物中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶(isoenzyme)。这类酶存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或细胞中。
同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。
现已发现有数种同工酶。如6磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、酸性和碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、过氧化酶和胆碱酯酶等。
第八节课：
第五节 酶蛋白的分离纯化
一、分离纯化策略
（一）前处理
1.使蛋白质达到最大溶解 2.尽可能保证蛋白质活性 目的：去除杂物 手段：破碎细胞
注意事项：
破碎方法(机械、物理、化学、酶)合适溶剂 添加保护剂 较低温度
尽可能短的时间
（二）粗分离
1.尽可能除去溶液中的其它物质 2.尽可能防止蛋白质损失
目的：除去蛋白质中的其它物质，使蛋白质浓缩，得到较纯的蛋白质制品。
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手段：盐析、等电点沉淀、有机物沉淀。
(三)细分离 1.目的去掉性质不同的蛋白质 2.手段
1）过滤 ：凝胶过滤和透析 2）离子交换 3）吸附层析 4）亲和层析 5）电泳 6）结晶
二、分离纯化方法
（一）根据分子大小不同 1.透析和超过滤 2.密度梯度离心 3.凝胶过滤
1）几种参数Vt，凝胶柱床的总体积，柱床体积
Ve，某一溶质组分的洗脱体积，为自加样品开始到该组分的洗脱峰或洗脱峰上升侧半高点出现时所流出的液体体积
Vo，孔隙体积、外体积或外水体积，凝胶之间空隙的总体积，可用不能进入凝胶孔隙的大分子的洗脱体积来表示
Vi，内体积、内水体积，等于干胶
重量乘于其吸水值，也等于小分子物质洗脱体积减去外水体积 Vm，凝胶基质体积 Vt = Vo + Vi + Vm
2）属于液—液分配层析
固定相：凝胶珠内的水相 流动相：凝胶珠外的水相
分配系数Kd =（Ve – Vo）/ Vi 可用分配系数：
Kav =（Ve – Vo）/（Vt-Vo）
3）最适柱床体积
两种溶质的洗脱体积之差Vs Vt – Vo = Vs /（Kav1 – Kav2）样品体积 ≤ Vs
4.SDS-PAGE 去污剂和蛋白质结合后单位质量分子上带电量相同，因此蛋白质移动的速率取决于分子大小，大分子移动较慢，小分子快。
（二）利用溶解度差别
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1.等电点沉淀 2.盐析
3.有机物沉淀
凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。沉淀原理是：① 脱水作用；② 使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低 4.变温处理
2.层析
离子交换层析 层析聚焦
（四）利用选择性吸附 1.羟基磷灰石层析 2.疏水层析
（五）利用配体 1.几种配体
1）酶和底物的关系 2）酶和可逆抑制剂 3）抗原抗体相互作用
4）受体与信号物质或调节物质的关系 5）糖与糖之间的特异性相互作用 6）多聚His与金属离子的亲和作用
2.连接臂 1）选择策略
• 为蛋白质与配体特异性结合创造条件 • 尽量避免非特异性吸附
疏水性
亲水性
离子相互作用
• 能引入活化基团
• 具有特殊结构域的大分子
2）主要有
可直接偶联的、由脂肪二胺引入基团形成几丁质结合结构域（CBD）
3.载体
1）选择策略
• 无非特异性吸附 • 具有多孔性
• 具有适合引入配基的官能团 • 具有化学稳定性 • 具有生物稳定性 • 具有适当的机械强度
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2）重要有琼脂糖、葡聚糖、纤维素、玻璃、硅胶、人工合成高分子化合物
三、酶的浓缩 1.蒸发
薄膜蒸发浓缩 2.冰冻干燥 3.超过滤
4.凝胶浓缩法和化学物质吸水法
四、酶纯度的鉴定 1.纯化倍数 2.回收率
第九节课：
第六节 酶活力的测定
一、酶活力、酶单位、比活力的概念
酶活力（也称酶活性）∶是指酶催化一定化学反应能力 1.酶活力与反应速度
酶活力的大小是用在一定条件下，它所催化的某一化学反应的速度来表示的。
2.酶活力的单位
1961年国际酶学会议规定∶1个酶活力单位是指在特定的条件下，在1分钟内能转化1μmol底物的酶量为1个IU。
一般，对于酶活力单位人们通常采用习惯用法。
如∶α-淀粉酶的活力单位是指每小时催化1克可溶性淀粉液化所需的酶量来表示。再如∶蛋白酶的活力单位是每分钟分解酪蛋白产生1μg酪氨酸所需的酶量。
3.比活力
比活力是指：每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用U/mg蛋白来表示。对同一种酶来说，比活力越高，表明酶越纯。
4.催化中心活性(转换数)∶
是指酶在底物饱和时，每分钟催化中心所转换底物的分子数。(几种酶的最大转换数)
二、酶活力测定法
常规测定酶活力的操作程序为： 1.样品酶液适当稀释。
2.在最适条件下进行酶促反应，并通过化学分析或仪器分析的方法测定反应物的消耗量或产物的生成量。
3.根据酶单位定义和实验数据计算出酶活力。
第十节课：
第七节 蛋白质与酶的的化学修饰
一、化学修饰剂 1.选择策略
1）蛋白质的种类和修饰位点,修饰剂对氨基酸残基的专一性如何。2）期望的修饰度是多少,在给定的操作条件下,反应是否需要可逆。
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3）修饰剂的水解稳定性和反应活性,修饰剂与蛋白质的连接键的稳定性、毒性、免疫原性。
4）修饰后蛋白质的构象是否基本保持不变。5）修饰后是否需要进一步分离。
6）是否适合于建立快速、方便、准确的分析方法。
7）修饰剂的合成是否简便经济,修饰剂是否价廉易得等。2.修饰剂类型
有代表性的修饰剂有乙酰咪唑、卤代乙酸、Ｎ 乙基马来酰亚胺、碳化二亚胺、焦碳酸二乙酯、四硝基甲烷、Ｎ 卤代琥珀酰亚胺、乙二酸/丙二酸的共聚物、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯/顺丁烯二酰、肼共聚物、多聚唾液酸、聚氨基酸、葡聚糖、环糊精、ＰＥＧ等,其中以ＰＥＧ类修饰剂应用最多。
二、修饰反应
1.修饰反应的影响因素
蛋白质与修饰剂作用所要求的反应条件,除允许修饰过程能够顺利进行外,还必须满足如下要求:一是不引起蛋白质的不可逆变性,二是有利于选择性地修饰蛋白质。为此,反应物配比、ｐＨ、反应温度和反应介质等都要控制在一定的范围。1）反应的ｐＨ值 2)温度 3）修饰介质 2.修饰反应类型 修饰反应主要分为： 1）酰化反应。2）烷基化反应。3）氧化还原反应。4）芳香环取代反应。
3.修饰蛋白应有的生物学特性 1）物理和热稳定性的增强。
2）对酶降解敏感程度的降低,溶解度的增大。3）在体内循环半衰期、清除时间的增长。4）免疫原性和抗原性的降低及毒性的减小。5）体内活性提高。
6）生物分配行为变化,生物学性质变化,膜的渗透性提高。
三、蛋白质修饰的应用
1.用于治疗肿瘤;2.酶的遗传基因缺失症;3.消炎;4.血液代用品;5.其他
第六章 代谢总论（3学时）
第一节课：
第一节 生物的代谢
一、什么是代谢
自然界的生物从外环境吸收营养物质，同时又不断地排出废物，这种有机体与外界环境的物质交换作用，就叫做生物的代谢（metabolism）。代谢作用贯穿有机体生命活动的每一个过程，它是生命活动的基本特征之一。根据代谢过程的特点，可以把代谢分为分解代谢（异
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化作用）和合成代谢（同化作用）。
1.分解代谢
生物细胞将营养物质或细胞组分降解、转化为小分子物质、放出能量，或把物质排出细胞的过程称为分解代谢（catabolism），也叫异化作用，这是狭义的代谢作用。如葡萄糖、蛋白质、脂类等的彻底降解和能量的释放，有机物或无机离子运出细胞的过程。2.合成代谢
合成代谢（anabolism）即细胞从外界环境中摄取生命活动所需的各种物质，并将这些物质转化的过程，以满足生长发育的需要。如糖、氨基酸等的合成、无机盐等的吸收与大分子合成。
二、代谢的一般过程 1.分解代谢 1）大分子降解
大分子降解为单体，如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等。2）单体分子降解
单体分子彻底降解成乙酰辅酶A。3）乙酰基降解
经过三羧酸循环，彻底降解生成还原物质和CO2。4）生物氧化
还原物质被氧化，生成水。
2.合成代谢 1）单体的合成糖、氨基酸、脂肪酸等的合成。2）简单大分子的合成多糖、多肽、脂肪的合成。3）复杂大分子的合成一些复合物的形成。4）细胞结构成分的组建
各种基本细胞成分、结构的组建。
5）生物活性物质和次生物质的合成激素、维生素、防御素等的合成。
第二节 生物氧化和能量代谢
一、生物氧化的概念
二、生物氧化的方式 有氧氧化 无氧氧化
三、生物氧化的特点
1.是在酶催化下进行的，反应条件温和；
2.底物的氧化是分阶段进行的。能量逐步释放；
3.生物氧化过程中释放的能量通常先储存在一些特殊的高能化合物中(如ATP)，通过这些物质
江南大学生物工程学院教案的转移作用满足机体吸能反应的需要； 4.生物氧化受细胞的精确调节控制。
四、生物能量的产生、贮存和转移
（一）生物体能量的产生 1.氧化磷酸化 1）糖酵解
6-磷酸葡萄糖经糖酵解过程被氧化成丙酮酸，生成NADH。2）三羧酸循环
丙酮酸经脱羧生乙酰-CoA进入三羧酸循环，生成NADH和FADH2。
3）磷酸戊糖途径
6-磷酸葡萄糖经磷酸戊糖途径氧化产生NADPH。4）脂肪酸氧化
脂肪酸â氧化生成NADH和乙酰-CoA。5）氧化磷酸化
以上途径生成的还原物质经氧化磷酸化消耗氧生成水、形成合成高能化合物ATP的驱动力。线粒体的ATP合酶在此驱动力作用下合成ATP。
2.光合磷酸化
叶绿体吸收的光能经光合系统II促使水的分解产生氧气，电子从光系统II向光系统I的传递形成产生ATP的驱动力，叶绿体的ATP合酶在此驱动力作用下合成ATP。光系统I在光能驱动下经电子传递形成NADPH。3.底物磷酸化
含有高能键的化合物直接使ADP或GDP磷酸化形成ATP或GDP的过程叫底物磷酸化。主要在糖酵解和三羧酸循环中发生，如1，3-二磷酸甘油醛向3-磷酸甘油酸的转变、磷酸烯醇式丙酮酸向烯醇式丙酮酸的转变可生成ATP，琥珀酰CoA向琥珀酸的转化可生成GTP。
（二）生物体内能量的贮存 1.贮存在高能化合物之中
生物化学中常将水解时释放的能量>20kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键。
生物体内的高能磷酸键主要有以下几种类型： 1）磷酸酐键
包括各种多磷酸核苷类化合物，如ADP，ATP，GDP，GTP，CDP，CTP，GDP，GTP及PPi等，水解后可释放出30.5kJ/mol的自由能。
2）混合酐键
由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物。在标准条件下水解可释放出61.9kJ/mol的自由能。3）烯醇磷酸键
见于磷酸烯醇式丙酮酸中，水解后可释放出61.9kJ/mol的自由能。4）磷酸胍键
见于磷酸肌酸中，水解后可释放出43.9kJ/mol的自由能。磷酸肌酸（C～P）是肌肉和脑组织中能量的贮存形式。但磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先将其高能磷酸键转移给ATP，才能供生理活动之需。这一反应过程由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。2.贮存在还原物质之中 NADH, NADPH, FADH2
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3.贮存在大分子化合物中
多糖、蛋白质、脂类等等。
（三）生物体内能量的转移 1.直接转移能量携带物质 1）线粒体外NADH的穿梭
胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。
•磷酸甘油穿梭系统
NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生1.5分子ATP。利用不同的磷酸甘油脱氢酶催化磷酸甘油和磷酸二羟丙酮之间的转化。
•苹果酸穿梭系统
胞液中NADH+H的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生成2.5分子ATP。在此过程中，经苹果酸脱氢酶催化利用NADH还原草酰乙酸，形成苹果酸。
2）ATP的运输
3）多磷酸核苷间的能量转移
2.通过形成电化学势梯度 3.通过化学反应
第二节课：
第三节 生物氧化的酶系统和呼吸链
一、参与生物氧化的酶类 1.需氧酶类（氧化酶类）
需要氧气参与而使物质氧化并有水或过氧化氢的产生。如醛氧化酶，细胞色素氧化酶，氨基酸氧化酶等。其中末端氧化酶，可催化氧气和氢原子反应生成水。2.脱氢酶类
不需要氧气，通过脱氢而使物质氧化。如乙醇脱氢酶，乳酸脱氢酶等。
二、生物氧化体系
生物氧化作用主要是通过脱氢反应来实现的。一般包括脱氢、递氢、受氢三个环节。在生物氧化过程中，底物脱下来的氢，大多数情况下是不是直接交给受氢体，而是经过一些递氢体进行传递，最终交给受氢体。
有氧氧化: 不需传递体体系、需要电子传递体系2种 无氧氧化：包括有机物、无机物的氧化
(一)有氧氧化体系
共性∶以分子氧为最终受体。
1.不需传递体体系
是最简单的生物氧化体系。从底物脱下来的氢不需传递，直接在酶作用下与分子氧结合。
1)氧化酶类催化的反应模式
2）需氧脱氢酶类催化的反应模式3)不需传递体体系有关的酶类 +
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• 需氧脱氢酶
这类酶分子是以FMN 或FAD 为辅基的黄素蛋白。它催化底物分子脱氢，但与不需氧脱氢酶不同，这类酶需要用分子氧直接作为受氢体，反应生成H2O2。如葡萄糖氧化酶、氨基酸氧化酶。
• 氧化酶类
酶蛋白含Cu或Fe，不能从底物上脱氢，只能夺取底物上的电子对(2e)，用于激活分子氧(O2)，从而促进氧与质子的化合。
++++
重要的氧化酶 细胞色素氧化酶(Fe)、酚氧化酶(Cu)
细胞色素氧化酶是由细胞色素氧化酶a和细胞色素氧化酶a3组成的蛋白复合物，用Cytaa3表示。复合物中含有两分子的血红素A。
++++• 不需传递体体系中两种类型的比较
① 氧化酶不能从底物上脱氢，而需氧脱氢酶能脱氢。
② 最终电子受体为氧时，氧化酶氧化的最终产物是水，而需氧脱氢酶氧化的产物是H2O2。③只能以氧作为最终电子受体，而需氧脱氢酶在无氧的情况下，可以甲烯蓝或醌代氧作最终电子受体。
2.电子传递体系
它是生物体主要的生物氧化体系。不需氧脱氢酶脱下的氢主要通过此途径进行氧化。
该体系的成员包括：
1）以NAD+为辅酶的不需氧脱氢酶
2）以FMN或FAD为辅基的黄素蛋白(FP)3）泛醌(UQ，即辅酶Q)4）细胞色素(Cyt)b, c1, c 5）细胞色素氧化酶
++① 以NAD或NADP为辅酶的不需氧脱氢酶类
• 以NAD为辅酶(主要）+ 从底物分子脱下的氢原子(2H)主要是通过呼吸链发生氧化磷酸化，合成ATP。
• 以NADP为辅酶 + 脱下的氢主要为生物合成提供还原力。如脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成需要大+ 量的NADP+H
这类酶通常催化仲醇基(-CHOH-)的脱氢反应和氨基酸的α-碳原子的氨甲基基团(-CHNH2)的脱氢反应。如：
它们专一性地催化烃链中相邻亚甲基(-CH2-CH2-)的脱氢，使底物分子中产生双键。如∶琥珀酸脱氢酶、脂酰辅酶A脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶和β-磷酸甘油脱氢酶。
(二)无氧氧化体系
1.以有机物为最终电子(氢)受体 2.以无机物为最终电子(氢)受体∶
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三、呼吸链 1.定义
能够将还原物质的电子传递给O2的,由一系列的电子传递体所组成的系统总称为氧化作用电子传递链,也称为呼吸链。
呼吸链是由位于线粒体内膜中的一系列电子传递体，按标准氧化还原电位的顺序，由低到高排列的一种能量转换体系。
在电子传递体系中，底物脱下来的氢不是直接交给氧，而是经一系列传递体，最终传给氧，该体系又称为电子传递链或呼吸链。
2.呼吸链的功能
+ 接受还原型辅酶上的氢原子对(2H+2e)，使辅酶分子还原，并将电子对顺序传递，直
2-+至激活分子氧，使氧负离子(O)与质子对(2H)结合，生成水。
其所处部位在线粒体内膜
由于电子传递产生电化学势差，导致质子运动，引起线粒体内外质子梯度形成，可驱动ATP合酶产生ATP。
错误的观念：电子对在氧化过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。
3.电子传递链的成员
包含在4大酶系统中，除了4大酶外还有： 1）辅酶Q 2）细胞色素C
4.电子传递的抑制
能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。它们抑制呼吸链的电子传递，从而抑制ATP的产生。根据抑制剂的作用部位，把抑制剂分为3类。1)阻断电子由NADH向CoQ传递的抑制剂
如鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。
2)抑制电子从CoQH2向细胞色素C1传递的抑制剂
如抗霉素A，干扰细胞色素还原酶中电子从细胞色素bH的传递。3)阻断电子在细胞色素氧化酶中传递的抑制剂
如氰化物、叠氮化物、一氧化碳。
第三节课：
第四节 ATP合成机制
一、能量偶联假说 1.化学偶联假说
Slater(1953)提出，认为电子传递过程中产生了一种活泼的高能共价中间物，它的裂解驱动了氧化磷酸化作用。
2.构象偶联假说
Boyer（1964）提出，他认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能形式，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。
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3.化学渗透假说
Mitchell（1961）提出，认为电子传递释放的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递的自由能驱动质子从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的质子的电化学势梯度，驱动ATP合成。
二、质子梯度的形成 1.线粒体结构 1）双层膜结构
• 外膜平滑。
• 内膜内陷形成嵴，内膜表面形成排列规则的内膜球体。
2）膜组成特殊
•外膜蛋白质和脂类各占50％左右 • 内膜脂类占20，蛋白质占76％
3）功能
•屏障作用。
• 丙酮酸和脂肪酸的氧化，同时使NAD和FAD还原。
• 电子从NADH和FADH2传递到内膜，同时发生质子跨膜运输。• 合成ATP。
2.质子梯度的形成1）质子外运是一个需能过程
2）质子转移机制
•氧化还原回路机制 •质子泵机制
三、ATP合成部位与机制 1.ATP合酶催化ATP产生
ATP的合成由ATP合酶完成。ATP合酶由FO单元和F1单元组成，FO单元起质子通道的作用，F1单元起催化ATP合成的作用。因此，ATP合酶也称FO F1－ATP酶。
F1单元由α3β3γδε组成，FO 由4条多肽组成，FO F1之间由OSCP（寡霉素赋予蛋白，有它ATP合酶对寡霉素敏感，寡霉素与FO结合）和偶合因子F6组成的柄连接，另外还有环己酰亚胺（DCCD）结合蛋白（DCCD结合蛋白）。2.作用机制
Boyer的结合变化机制：â亚基处于三种状态，即O状态为开放形式，对底物亲和力极低；L状态与底物结合较松弛，无催化能力；T状态与底物结合紧密，有催化活性。如果在T部位结合ATP，又有ADP和Pi结合在L部位，质子流可使ATP所处的部位转变为O部位释放ATP，同时又使原来结合ADP和Pi的部位转变为T状态并合成ATP。
四、氧化磷酸化的解偶联和抑制 1.解偶联剂
只抑制ATP合成，影响P/O比。如2，4－二硝基苯酚（DNP）,和FCCP。
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2.氧化磷酸化抑制剂
两者全抑制，如寡霉素，它对氧的利用的作用可被解偶联剂清除。3.离子载体抑制剂
通过增加一价阳离子的通透性破坏氧化磷酸化，如缬氨霉素可与质子以外的其它阳离子结合，增加其通透性。
第七章 糖代谢（11学时）
第一节课：
第一节 多糖的酶促降解
一、淀粉的降解
凡能催化淀粉分子及片段中α-葡萄糖苷键水解的酶，统称淀粉酶（amylase）。主要可以分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、和异淀粉酶4类。(一)淀粉的酶促水解 1.α-淀粉酶
又称液化酶、淀粉-1，4-糊精酶。系统名称∶α-1，4-葡聚糖水解酶(编号∶EC3.2.1.1)。
1）作用机制
内切酶，从淀粉分子内部随机切断α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6-糖苷键 及与非还原性末端相连的α-1，4-糖苷键。
2）水解产物
•直链淀粉
大部分直链糊精、少量麦芽糖与葡萄糖
•支链淀粉
大部分分支糊精、少量麦芽糖与葡萄糖底物分子越大，水解效率越高。
2.β-淀粉酶
又叫淀粉-1，4-麦芽糖苷酶。系统名称：α-1，4-葡聚糖麦芽糖苷酶(编号：EC 3.2.1.2)
1）作用机制
外切酶,从淀粉分子的非还原性末端，依次切割α-1，4-麦芽糖苷键，生成β-型的麦芽糖；作用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用，剩下的大分子糊精称为β-极限糊精。
2）β-淀粉酶水解产物
•支链淀粉:β-麦芽糖和β-极限糊精。•直链淀粉:β-麦芽糖。
3.γ-淀粉酶
又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。系统名称：α-1，4-葡聚糖葡萄糖水解酶(编号∶EC3.2.1.3)
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1）作用方式
它是一种外切酶。从淀粉分子的非还原性末端，依次切割α-1，4-葡萄糖苷键，产生β-葡萄糖。遇α-1，6和α-1，3-糖苷键时也可缓慢水解。2)产物
葡萄糖。4.异淀粉酶
又叫脱支酶、淀粉-1，6-葡萄糖苷酶。系统名称∶葡聚糖-1，6-葡聚糖水解酶(EC3.2.1.33)。
1）作用方式
专一性水解支链淀粉或糖原的α-1，6-糖苷键，异淀粉酶对直链淀粉不作用。
2）产物
生成长短不一的直链淀粉(糊精)。
(二)淀粉磷酸化酶催化的淀粉降解
二、糖原的降解
主要由糖原磷酸化酶，脱支酶等协同合作，才能使糖原完全降解。
1.降解方式
采用磷酸解。2.产物
大量1-P葡萄糖、少量葡萄糖。3.降解步骤
1）在糖原磷酸化酶催化下先从各支链上部分水解下葡萄糖分子，形成1－磷酸葡萄糖。2）经转移酶催化将支链上剩余的第二个葡萄糖单位开始的短链转移到较长的葡萄糖链上。3）去分支酶作用下除去分支处葡萄糖分子。
4.反应方程
三、纤维素的水解
纤维素是由β-D-1，4卜萄糖苷键组成的多糖。水解纤维素的酶有： Cx、C1和β-葡糖苷酶
1).Cx 酶
内切型酶，可随意水解内部β-1，4糖苷键，类似于α-淀粉酶。
Gn → Gn-m + Gm Gn称为纤维素分子，而Gn-m、Gm称为纤维糊精。
2)C1酶
外切型酶，从非还原端每隔2个切一下，类似于β-淀粉酶。
即： Gn → Gn-2 + G2 3)β-葡糖苷酶
类似麦芽糖酶，可水解纤维二糖。
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G2 → 2G *产物是β-葡萄糖（可转变成α型）
四、双糖的分解
许多微生物通过其分泌酶的作用，可利用一些双糖如蔗糖、麦芽糖、乳糖等，使它们磷酸解或水解为单糖，再进一步降解。1.蔗糖分解
主要磷酸解成：1-P葡糖+果糖 蔗糖 →
少数水解：葡糖+果糖
2.麦芽糖分解
主要磷酸解成：1-P葡糖+葡糖 麦芽糖→
少数水解：2葡糖
五、人体对糖的吸收
食物中的淀粉经水解消化后，以葡萄糖、果糖和半乳糖等单糖的形式被小肠粘膜细胞吸收进入血液。
吸收速率∶D-半乳糖>D-葡萄糖>D-果糖> D-甘露糖 >D木糖>L-阿拉伯糖
第二节课：
第二节 糖的分解代谢
一、糖酵解途径(Embden-Meyerhof-Parnas，EMP)1.酵解与发酵的含义 1）糖酵解
葡萄糖经酶催化降解，生成丙酮酸的过程。2）发酵
在现代生化中，发酵主要是指微生物的无氧代谢过程。广义发酵：
泛指通过工艺条件控制微生物的新陈代谢，利用外加原料合成和积累特定产物的过程。（包括有氧和无氧发酵）2.糖酵解途径的反应历程
根据底物分子的变化情况可分三个阶段。
1)葡萄糖分子活化阶段 2)己糖裂解阶段 3)三碳糖氧化阶段
1)葡萄糖分子活化阶段
The Hexokinase Reaction
己糖激酶：糖酵解途径的第一个调节酶。
