基础医学综合生物化学.pdf
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1、 生物化学(16 分) 第一节 蛋白质的结构与功能 一、氨基酸与多肽 (一)氨基酸结构与分类 1、蛋白质的基本机构:氨基酸氨基酸。 组成天然蛋白质的 20 多种氨基酸多属于 L-氨基酸(“拉氨酸拉氨酸”); 唯一不具有不对称碳原子唯一不具有不对称碳原子-甘氨酸甘氨酸; 含有巯基巯基的氨基酸-半胱氨酸-记忆:半巯; 含有酰胺基的氨基酸-谷氨酰胺、天冬酰胺; 含有羟基的氨基酸-苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸; 含有 2 个羧基的氨基酸-谷氨酸、天冬氨酸; 含有氨基的氨基酸-赖氨酸(2 个氨基)、精氨酸; 天然蛋白质中不存在天然蛋白质中不存在的氨基酸-鸟氨酸鸟氨酸、同型半胱氨酸; 不出现在蛋白质中不出现在蛋
2、白质中的氨基酸-瓜氨酸瓜氨酸; 亚氨基酸-经化学修饰的-脯氨酸、羟脯氨酸。 2、氨基酸的分类 (1)非极性、疏水性氨基酸非极性、疏水性氨基酸:记忆:饼饼(丙氨酸)干干(甘氨酸)携携(缬氨酸)补补(脯氨酸)一一(异亮氨酸)两两(亮氨酸) (2)极性、中性氨基酸极性、中性氨基酸:记忆:古古(谷氨酰胺)天天(天冬酰胺)是是(丝氨酸)伴伴(半胱氨酸)苏苏(苏氨酸)丹丹(蛋氨酸) (3)酸性氨基酸:酸性氨基酸:记忆:天天(天冬氨酸)上的谷谷(谷氨酸)子是酸的 (4)碱性氨基酸:碱性氨基酸:记忆:碱赖赖(赖氨酸)精精(精氨酸) 组组(组氨酸) (5)芳香族氨基酸:酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸 (6)必需氨基酸
3、:缬、异亮、亮、苯丙、蛋、色、苏、赖氨酸 (7)含硫基氨基酸:半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸 (8)一碳单位:丝、色、组、甘氨酸 (二)肽键与肽链 连接两个氨基酸的酰胺键:肽键肽键,肽键由- -COCO- -N NH H- -组成,键长 0.132nm,具有一定程度的双键性能,不能自由旋转。 二、蛋白质结构 2、3、4 级:高级结构高级结构/ /空间构象空间构象-氢键氢键 1、二级结构一圈(-螺旋-稳定)-3.63.6 个个氨基酸,右手螺旋方向-外侧外侧。某一段肽链的局部空间结构,不涉及氨基酸残基侧链的空间构象。 2、维持三级结构的化学键-疏水键疏水键。 一级结构:从 N 端至 C 端的氨基酸排列序
4、列,肽键肽键,次要的是二硫键二硫键; 二级结构:局部主链的空间结构,氢键氢键( (稳定稳定) ); 三级结构:亚基亚基,整条肽链整条肽链全部全部氨基酸残基的空间构象氨基酸残基的空间构象。氢键氢键、疏水键疏水键、盐、盐键、范德华力键、范德华力; 四级结构:一堆亚基一堆亚基。聚合聚合-氢键氢键、离子键、离子键。 记忆:一级排序肽键连,二级结构是一段,右手螺旋靠氢键,三级结构是亚基,亚基聚合是四级一级排序肽键连,二级结构是一段,右手螺旋靠氢键,三级结构是亚基,亚基聚合是四级。 考题和亚基有关-四级结构四级结构,只有出现四级结构才有亚,只有出现四级结构才有亚基基。 三、蛋白质结构与功能的关系 1、蛋白
5、质结构与功能:一级结构是基础基础,二三四级:表现功能的形式功能的形式。 2、蛋白质构象病(高级结构改变):疯牛病疯牛病(PrPCPrPSc)、致死性家族性失眠症致死性家族性失眠症。 3、红细胞中的 Hb:成年人-22,胎儿期-22,胚胎期-22。 4、 镰刀型贫血: 割谷(血红蛋白亚基第 6 位氨基酸-谷氨酸)子, 累了歇(缬氨酸)一会。 5、血红蛋白含有血红素辅基,具有 4 个亚基,携带氧携带氧,可与氧可逆结合,其氧解离曲线为 S 形;肌红蛋白储存氧肌红蛋白储存氧。 四、蛋白质的理化性质 1、蛋白质变性: 空间构象被破坏,主要是二硫键二硫键和非共价键和非共价键的破坏, 一级结构不变一级结构不
6、变。 特点: 溶解度降低、溶解度降低、黏度增加黏度增加、易被、易被蛋白酶蛋白酶水解水解,结晶能力消失,生物活性丧失,结晶能力消失,生物活性丧失。 2、凝固凝固:变性后进一步发展的一种结果。 3、蛋白质变性:可复性可复性(血清白蛋白)和不可复性不可复性两种。-生物活性丧失 注:蛋白酶蛋白酶破坏蛋白质一级结构一级结构 变性后易沉淀变性后易沉淀,沉淀的蛋白质不一定变性沉淀的蛋白质不一定变性,凝固的蛋白质一定变性,凝固的蛋白质一定变性 蛋白质水解蛋白质水解:一级结构被破坏,不可复性一级结构被破坏,不可复性 第二节 核酸的结构和功能 一、核酸的基本组成单位 1、核糖核糖+碱基碱基+磷酸磷酸核苷酸核酸(核
7、苷酸核苷酸是核酸的基本单位) 2、碱基分 5 5 种种:ATGCUATGCU(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶)-爱他干脆哦。 DNA 碱基:ATGATGC C-脱氧核糖核酸-记忆:爱他干脆哦-戊糖低。 RNA 碱基:AUGCAUGC-核糖核酸-记忆:爱哦?干脆。 3、核酸核酸中含量相对恒定的是:P P( (磷酸磷酸) )。 4、核酸核酸的一级结构:酯键酯键,为核苷与磷酸之间的结合键,为核苷与磷酸之间的结合键。 5、核酸分子中最为恒定的:磷核酸分子中最为恒定的:磷。蛋白质中最为恒定的:氮。 二、DNA 的结构与功能 1、碱基组成规律:A=TA=T,G=CG=C;A+GA+G=T+CT+
8、C。不同生物种属的 DNA 碱基组成不同;同一个体不同器官、不同组织的 DNA 具有相同的碱基组成。 2、DNA 结构: (1)一级结构:核苷酸核苷酸排列顺序,也指碱基排列顺序碱基排列顺序,即 DNA 序列。 (2)二级结构:双螺旋模式双螺旋模式;两条链反向反向平行平行。一条链走向为 53,另一条为35。RNA 二级结构是 tRNA 的三叶草结构。 两链之间-碱基碱基链接,碱基之间-氢键氢键链接。 核苷酸之间的连接键为-3 3,5,5- -磷酸二酯键磷酸二酯键。 A,T-两个两个氢键;G,C-三个三个氢键。 组成多聚核苷酸骨架成分的是-核糖核糖( (戊糖戊糖) )与磷酸与磷酸。 核酸一圈:10
9、.5 个碱基对,螺距-3.54nm。 二级结构记忆:二级结构记忆:结构独特双螺旋,单链排列反平行,碱基互补氢键配,结构独特双螺旋,单链排列反平行,碱基互补氢键配,头头 5 5 尾尾3 3 顺到底顺到底。 (3)三级结构:超螺旋超螺旋,是在拓扑异构酶参与下实现的。真核生物染色质(基本组成单位是核小体核小体)中 DNA 的三级结构是 DNA 的核小体结构。 3、DNA 变性:由稳定双螺旋结构解离为无规则线性结构的现象。变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂氢键断裂,碱基碱基堆积力遭到破坏破坏,但不涉及到其一级结构的改变,溶液黏度溶液黏度降低降低。-碱基在变碱基在变 4、 增色效应增色效应: 指变性后 D
10、NA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。 变性变性 DNADNA 在波长 260nm260nm的光吸收最强,蛋白质蛋白质为 280280nm。 5、DNA 的 TmTm 值值(核酸分子内双链解开 50%时的温度-融链温度)与其 DNADNA 长短长短和碱基中的 GCGC 含量含量有关-GC 含量越高、离子强度越高,Tm 值就越高。 三、RNA 结构与功能 1、mRNAmRNA (1)作用:信使、模板、密码信使、模板、密码。 (2)多为线状单链,局部形成双链。 (3)5-端有帽子结构(鸟无帽子鸟无帽子):帽子结构中多为:m m7 7G GpppNpppN(7-甲基鸟苷),3 3-端为多聚腺苷酸多聚腺
11、苷酸(polyA)尾巴,polyA 增加 mRNA 的稳定性(3 3 个尾巴多稳定个尾巴多稳定) 记忆:鸟无帽子,鸟无帽子,3 3 个尾巴多个尾巴多(多聚腺苷酸)稳定稳定 2、tRNAtRNA (1)作用:转运转运,分子量最小分子量最小。含稀有碱基含稀有碱基最多最多,均是转录后修饰而成的。 (2)tRNA 的 3 3- -端为端为 CCACCA- -OHOH-氨基酸接纳茎氨基酸接纳茎-结合结合/ /搬运部位搬运部位。 (3)tRNA 的二级结构:三叶草三叶草(53依次为 DHU 环+反密码子环+TC 环+相同的 CCA 结构);三级结构:倒倒 L L 型型。 (4)反密码子反密码子:3 个碱基
12、与 mRNA 上相应密码子反向互补。 3、rRNArRNA (1)作用:合成蛋白质合成蛋白质场所。 (2)rRNA 是最多最多的一类 RNA,也是 3 类 RNA 中分子量最大分子量最大的;rRNA 与核糖体蛋白共同构成核糖体构成核糖体,核糖体核糖体蛋白为蛋白质合成场所。 第三节 酶 一、酶的催化作用 本质-蛋白质,有催化作用。 1、酶分为:单纯蛋白质的酶和结合蛋白质的酶;清蛋白清蛋白-单纯蛋白质单纯蛋白质的酶-无辅助因子。 2、体内结合蛋白质的酶结合蛋白质的酶-多数 结合蛋白质酶:酶蛋白酶蛋白和辅助因子辅助因子组成,辅助因子分为辅酶、辅基;辅酶和酶蛋白以非共价键结合,辅基与酶蛋白结合牢固,一
13、种酶蛋白只能与一种辅助因子结合一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合,酶蛋白酶蛋白-决定酶反应特异性决定酶反应特异性。 结合蛋白质酶:酶蛋白:决定酶反应特异性 辅助因子:辅基辅基:金属离子金属离子,结合牢固 辅酶辅酶:小分子有机化合物,结合不牢固,参与反应,起起载体作用载体作用 3、酶的活性中心:酶分子中直接与底物结合与底物结合,并催化底物发生化学反应的局部空间局部空间结构结构。 必需基团:分为结合基团和催化基团,酶的活性酶的活性所必须,在一级结构上可能相距很远,但在空间结构上彼此靠近。对于结合酶来说,辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。 处于酶的活性中心外处于酶的活性中心外的必需基团的必需基团不参与酶
14、活性中心的组成不参与酶活性中心的组成。 4、酶促反应-高效催化-降低反应的活化能降低反应的活化能;高度特异性;可调节性。 二、辅酶与酶辅助因子 (一)维生素与辅酶关系维生素与辅酶关系 B1(硫胺素)、B2(核黄素)、B3(烟酸)、B5(泛酸、CoA)、B6(吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺)、B7(生物素)、B11(叶酸、四氢叶酸)、B12(钴胺素)。 记忆:1 1(B1)脚脚(焦磷酸硫胺素)踢踢(TPP),2 2(B2)皇皇(磺素腺嘌呤二核苷酸)飞飞(FAD),单单(黄素单核苷酸)波段波段(FMN),酶酶 1P NAD1P NAD,酶酶 2P2P NADPNADP-烟酰胺(维生素 PP), VBVB5
15、 5辅辅酶酶 A A、泛酸泛酸(遍多酸)来来, VBVB6 6醛醛(磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛-转氨酶的辅酶转氨酶的辅酶)来到,VBVB1111叶酸叶酸、四氢叶四氢叶酸酸;B B1212钴胺素钴胺素。 一碳单位-四氢叶酸-叶酸。 三、酶促反应动力学 1、米氏方程 V= VmaxS Km+S KmKm:反应速度一半时的底物浓度底物浓度S,亦称米氏常数米氏常数。酶的特征性常数之一,与与酶浓度酶浓度无关无关。Km 值越小,亲和力亲和力越大越大。 2、酶促反应的条件:PHPH 值值:一般为最适为 7.47.4,胃蛋白酶 1.51.5,胰蛋白酶 7.87.8。 温度温度:37-40,与反应进行的时间有关。 合
16、适的底物合适的底物。 四、抑制剂对酶促反应的抑制作用 竟竟 K K 大,非大,非 V V 小,反竟都小小,反竟都小 1、可逆抑制:竞争性抑制:抑制剂与酶的底物相似,可与底物竞争酶的活性中心酶的活性中心,KmKm 增大,增大,VmaxVmax 不变不变。 非竞争性抑制:抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合,不影响酶与底物的结合,KmKm 不变,不变,VmaxVmax 降低降低。 反竞争性抑制:Km 减小,Vmax 降低。 2、酶原激活:无活性的酶原变成有活性的酶的过程。 (1)盐酸(H+)可激活的酶原:胃蛋白酶原胃蛋白酶原 (2)肠激酶可激活的消化酶或酶原:胰蛋白酶原胰蛋白酶原 (3)胰蛋白酶可激
17、活的消化酶或酶原:糜蛋白酶原糜蛋白酶原 (4)其余的酶原都是胰蛋白酶胰蛋白酶结合的 3、同工酶:催化功能相同催化功能相同,但结构、理化性质和免疫学性质各不相同的酶。LDH(乳酸脱氢酶)分 5 5 种:心LDH1 1/LDH4;骨骼肌LDH3;肝肝LDH5 5。 核酶:RNA。 4、变构调节和共价修饰都是酶的快速调节快速调节;酶的诱导和阻遏是酶的缓慢调节缓慢调节。 共价修饰以放大效应调节代谢强度为主; 变构调节以影响关键酶使代谢发生方向变化变构调节以影响关键酶使代谢发生方向变化。 第四节 糖代谢 一、糖的分解代谢 (一)糖无氧酵解 迅速供能迅速供能,红细胞供能的唯一方式红细胞供能的唯一方式。 1
18、、三个阶段:葡萄糖-3 磷酸甘油醛,消耗消耗 ATPATP; 3 磷酸甘油醛-丙酮酸,生成生成 ATPATP; 丙酮酸-乳酸乳酸。 脱氢过程:3 3- -磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶催化-唯一一次脱氢反应;葡萄糖磷酸化为 6-磷酸葡萄糖,由己糖激酶己糖激酶催化,不可逆不可逆;6-磷酸果糖转变成 1,6 双磷酸果糖,由 6 6- -磷磷酸果糖激酶酸果糖激酶- -1 1 催化,耗能,不可逆不可逆;1,3 二磷酸甘油醛氧化为 1,3 二磷酸甘油酸,生成 1 分子 ATP;磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,由丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化,有 ATP 生成,不不可逆可逆;2,62,6- -二二磷酸果糖磷酸果
19、糖是 6-磷酸果糖激酶最强的变构激活剂变构激活剂。 注: 3 磷酸甘油醛脱氢产生的 NADH+H+,在缺氧的情况下用于还原丙酮酸生成乳酸,在有氧的情况下进入线粒体氧化。 2、糖酵解的 3 个关键酶(限速酶):己糖激酶、己糖激酶、6 6 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶- -1 1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶。记忆:六六(6 磷酸果糖激酶-1)斤斤(己糖激酶)冰冰(丙酮酸激酶)糖无氧酵解 3、磷酸越多,能量越多磷酸越多,能量越多:1,61,6 二磷酸二磷酸6 6 磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖。 (二)糖有氧氧化 1、三羧酸循环三羧酸循环 原料:乙酰乙酰 CoACoA-循环形成循环形成 2 2 个个 COCO2 2。
20、 (1)生理意义:产生能量产生能量,而不是产生物质,整个反应过程中草酰乙酸草酰乙酸、柠檬酸柠檬酸量不变。 (2) 关键酶: 柠檬酸合酶、 异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合酶、 异柠檬酸脱氢酶、 - -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶(三梭两柠一个酮)。 所有关键酶特点:限速酶,单向酶限速酶,单向酶。 水的形成水的形成-脱氢形成脱氢形成。 (3)6 个关键物质:一一(乙酰 CoA)琥琥(琥珀酸)柠柠(柠檬酸)住住(-酮戊二酸)草草(草酰乙酸)苹苹(苹果酸)。 (4)发生部位:线粒体线粒体,为不可逆反应不可逆反应。 2、底物水平磷酸化底物水平磷酸化:“两酸变一酸两酸变一酸”,最终产物为琥珀酸琥珀酸。 3、生成
21、物质: (1)1 分子葡萄糖有氧氧化有氧氧化生成 3030 或 3232 个个 ATP; (2)1 分子丙酮酸有氧氧化有氧氧化生成 1515 个个 ATP; (3)三羧酸循环一周 4 次脱氢生成 1 10 0 个个 ATPATP、1 1 份份 FADHFADH、2 2 份份 COCO2 2、3 3 份份 NADHNADH; (4)除了琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶辅酶是 FADFAD,脱掉-FADH2FADH2,其余其余都是 NADNAD。 二、糖原的合成与分解 1、糖原分解:首先生成 1 1- -磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖,再转变为 6-磷酸葡萄糖,6 6- -磷酸葡萄糖只磷酸葡萄糖只存在于肝和肾存在于
22、肝和肾。 2、糖原合成糖原合成: 6 6(6-磷酸葡萄糖),1 1(1-磷酸葡萄糖)儿童节发糖,分解逆向。 3、糖原分解的限速酶:磷酸化酶磷酸化酶。 三、糖异生 1、糖异生的原料:记忆:乳乳(乳酸)房干干(甘油)了,安安(氨基酸)心吃两饼饼(丙酮酸、丙酸)干。 2、糖异生的关键酶关键酶:记忆:笨手笨手(丙丙酮酸羧羧化酶)郭二郭二(果果糖二二磷酸酶)泼硫酸泼硫酸(葡葡萄糖-6 6-磷酸酸酶)。 3、糖异生的生理意义:利于乳酸的利用乳酸的利用。 4、在细胞内抑制糖异生的主要物质是:在细胞内抑制糖异生的主要物质是:2,62,6- -二磷酸果糖二磷酸果糖。 四、磷酸戊糖途径 1、关键酶:6 6- -磷
23、酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶。 2、产物:核糖、核糖、NADPHNADPH,NADPH+HNADPH+H 维持细胞中还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽(GSH)的正常含量。 五、血糖及调节 1、正常值:3.893.89- -6.116.11mmol/L。 2、血糖去路:各组织中氧化分解供能氧化分解供能-血糖主要去路。 肝、肌肉等组织中合成糖原合成糖原。 转变为非糖物质非糖物质-脂肪,非必需氨基酸,多种有机酸。 转变为其他糖及衍生物其他糖及衍生物。 超过肾糖阈(8.89mmol/L),葡萄糖由尿中排出尿中排出,出现糖尿。 第五节 生物氧化 1、生物氧化生物氧化:指糖、脂类、蛋白质等营养物质在体内及体
24、外氧化生成 COCO2 2和 H H2 2O O 的过程。 2、人体活动的主要功能物质是:ATPATP。 3、氧化磷酸化氧化磷酸化包括:物质氧化递氢的过程物质氧化递氢的过程;ADPADP 磷酸化磷酸化生成生成 ATPATP 相耦联相耦联的过程。 4、氧化磷酸化通过 ATPATP 合成酶合成酶的参与在线粒体内线粒体内完成,有 2 条呼吸链: (1)NADHNADHFMNCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2-生成 2.52.5ATP。 (2)琥珀酸FADFADCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2-生成 1.51.5ATP。 注意: 1、NADNAD 与 FADFAD 水火不
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