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生物化学
构型:
原子或基团在空间的相对分布或排列。
涉及共价键的断裂。
构象:
分子中,不改变共价键结构,仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。
不涉及共价键的断裂。
手性碳原子:
与四个不同的原子或者原子基团共价连接并因此失去了对称性的四面体碳。
异头碳:
由于分子内成环,导致羰基碳原子形成了不对称碳
Haworth式中D/L型和α、β异头物的命名规则
含氧环的碳原子按顺时针进行排序。
末端的羟甲基在平面上的为D-型,在平面下的为L-型。
无论D-型还是L-型,异头碳羟基与末端羟甲基是反式的为α-异头物,顺式的为β-异头物。
链状单糖D/L构型命名
以甘油醛作为参照物。
醛糖与酮糖的构型是由分子中离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来决定的。
该羟基在费歇尔投影式右侧的称为D-型,在左侧的称为L-型。
单糖中以醛糖种类分布居多,且其天然构型多为D型
环状结构的α、β构型(异头碳)
由于分子内成环,导致羰基碳原子形成了不对称碳(异头碳)。
羰基碳原子上的构型不同的同分异构体,称为异头物。
半缩醛羟基(异头碳上羟基)与分子末端临近不对称碳原子的羟基在同侧称为α-型,在异侧的称为β-型。
还原糖:
羰基碳没有参与形成糖苷键,可被氧化充当还原剂的糖
¸Fehling试剂:
硫酸铜+KOH(或NaOH)+酒石酸钠
¸Benedict试剂:
硫酸铜+无水碳酸钠+酒石酸钠
常见的寡糖
1.蔗糖(sucrose,果糖苷)α-葡萄糖+β-果糖
2.3.麦芽糖(maltose,葡萄糖苷)α-D-吡喃葡糖基+α-D-吡喃葡萄糖
多糖(polysaccharide)
由许多单糖或单糖聚合而成,缩合时单糖分子以糖苷键
相连。
---同聚多糖组成单体糖基相同(淀粉、糖原、右旋糖酐、纤维素、几丁质)
---杂聚多糖
属于非还原糖,无变旋现象,无甜味,一般不能结晶。
植物多糖、动物多糖和微生物多糖。
贮存多糖(贮能多糖)、结构多糖和信息多糖。
1.淀粉(starch)
淀粉是植物生长期间以淀粉粒形式贮存于细胞中的贮存多糖。
淀粉粒为水不溶性的半晶质。
其形状、大小因植物来源不同而异。
在植物的种子块茎等器官中含量特别丰富。
一般含两种组分:
直链淀粉(10%-20%);支链淀粉(80%-90%)。
a、直链淀粉(amylose)
一级结构:
α(1→4)葡萄糖苷键
•可溶于热水;
•遇碘呈紫蓝色;
•直链淀粉与碘结合为深蓝色;
•支链淀粉与碘结合为紫红色。
糖原:
(动物淀粉)由α-D葡萄糖聚合而成。
与支链结构类似,以颗粒形式存在,主要存在于肝脏和骨骼肌。
是人和动物餐间以及肌肉剧烈运动时最易动用的葡萄糖贮库。
与相同分子质量淀粉比较:
糖原分支程度高、分支短、非还原端多、有甲基化作用
纤维素(cellulose)
(植物细胞壁结构多糖)(一大类生物资源)
葡萄糖β(1→4)糖苷键连接而成的无分支的多糖。
脂质化学
必需脂肪酸:
人体不能合成,必需由膳食提供的对人体功能必不可少的多不饱和脂肪酸。
亚油酸亚麻酸(9,12,15-十八碳三烯酸)
水解:
脂肪被酸碱酶等水解产生甘油和脂酸的过程。
皂化作用:
油脂的碱水解过程。
皂化值:
指完全皂化1克油脂
所需的氢氧化钾的毫克数。
其大小可推知脂肪中所含脂肪酸的平均相对分子质量(低分子量脂酸越多,皂化值越高)。
卤化作用:
卤素中的溴、碘可加入不饱和脂肪的双键上,从而产生饱和卤化脂的过程。
碘价:
是指100g脂质样品所吸收的碘克数,主要用于表示油脂的不饱和度。
酸败:
脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中,受到空气的作用,游离脂肪酸被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸,产生难闻的恶臭味,称之酸败。
酸值(价):
中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数称为酸值,可表示酸败的程度。
蛋白质化学
氨基酸(蛋白质):
氨基酸是既含氨基又含羧基的有机化合物
等电点:
当溶液为某一pH值时,AA主要以兼性离子的形式存在,
分子中所含的正负电荷数目相等,净电荷为0。
这一pH值即为AA的
等电点(pI)。
蛋白质的含氮量接近于16%元素组成:
CHON
天然蛋白质中的氨基酸构型为L型
?
?
?
常见氨基酸的缩写和性质
必需氨基酸:
8种,赖氨酸(Lys)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、苏氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe)
氨基酸在等电点的性质:
氨基酸在等电点时溶解度最低,不同氨基酸等电点不同。
在pI时,AA在电场中既不向正极也不向负极移动,即处于两性离子状
氨基酸在溶液中带电荷的判断
当pI>溶液中pH时,AA带正电荷,电泳时向负极移动;
当pI<溶液中pH时,AA带负电荷,电泳时向正极移动。
氨基酸的化学性质
首先被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸。
异硫氰酸酯缩写为PITC。
茚三酮反应——紫色,用于定性和定量肽。
双缩脲反应——紫色或兰紫色(λ=540nm)
——双缩脲法测定蛋白质的含量
含有两个或两个以上肽键的化合物有此反应,氨基酸没有此反应。
紫外吸收:
在280nm处有最大吸收峰,可进行肽类定量测定。
原因是:
含Trp、Tyr、Phe
--紫外吸收法测定蛋白质含量。
二硫键的打开方法:
采用氧化剂或还原剂
氧化剂:
过甲酸氧化成相应的磺酸化合物
还原剂;巯基乙醇巯基乙酸二硫苏糖醇还原成相应的巯基化合物
氨基酸分离纯化方法及工作原理
层析法:
.
纸层析支持物:
纸。
纸上的羟基具有亲水性,因此能吸附一层水作为固定相,而通常有机溶剂作为流动相。
溶剂:
酸溶剂系统和碱溶剂统。
原理:
是根据混合物中溶质物质的极性造成的分配系数不同进行分离的。
柱层析填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、淀粉、硅胶等,收集的组分用茚三酮显色定量
.薄层层析用硅胶、纤维素或氧化铝等作为支持物涂布在玻璃板上做成一个薄层
.离子交换层析:
填充物:
离子交换树脂基质(带电基团);洗脱剂:
缓冲溶液等
肽的组成有两个或两个以上的氨基酸通过肽键连接而形成的化合物
由两个AA组成的肽称为二肽。
由多个AA组成的肽则称为多肽。
组成多肽的AA单元称为氨基酸残基
双缩脲反应——紫色或兰紫色(λ=540nm)
——双缩脲法测定蛋白质的含量
蛋白质一级结构
--指氨基酸如何连接成肽键以及氨基酸在蛋白质中的序列。
蛋白质二级结构
--指蛋白分子中多肽链本身的折叠方式。
蛋白质三级结构
--指蛋白分子多肽链在二级结构基础上进一步折叠成复杂的
空间结构,包括肽链中一切原子的空间排列方式。
蛋白质四级结构
--指蛋白质的亚基(subunit)聚合成大分子蛋白质的方式。
蛋白质一级结构测定测定前提:
样品必需纯(>97%以上)知道蛋白质的分子量
知道蛋白质由几个亚基组成
测定蛋白质的AA组成,并根据分子量计算每种AA
的个数
测定水解液中的氨量计算酰胺的含量
测定步骤:
(待测样品分成多份分别进行各步骤测定
测定蛋白质分子中多肽链的数目
拆分蛋白质分子的多肽链和二硫键
分析每一多肽链的氨基酸组成
测定并确定多肽链的氨基酸序列
确定原多肽链中二硫键的位置
蛋白质二级结构的种类:
主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角、b-凸起、无规卷
曲、W环等。
a-螺旋的结构
螺距0.54nm
主要特征:
★★★
每圈含3.6个AA残基和13个原子
每个AA残基占0.15nm
绕轴旋转100°
链内形成氢键与轴平行
如果不记侧链,螺旋的直径为0.5
nm
氢键由第n个肽基的C=O与其前面
第(n+4)个肽基的N-H之间形成
多为右手螺旋
影响a-螺旋形成和稳定的因素:
★★★
¸氨基酸组成和排列顺序
¸氨基酸所带电荷性质(R基的电荷性质):
连续带相同电荷AA
残基不能形成,因为相同电荷相斥不能形成链内氢键。
¸R基的大小(存在空间位阻):
较大的难形成,如多聚Ile
备注:
¸有Pro等亚氨基酸存在会中断a-螺旋,吡咯环的形成Ca-
N/C-N不能旋转,无法形成链内氢键。
¸Gly处也不能形成:
Gly残基缺少侧链基团约束,很难形成a-
螺旋所需的二面角。
维持蛋白质结构稳定的作用力
非共价键:
氢键、疏水相互作用力、范德华力、盐键、配位键
共价键:
肽键、二硫键维持一级结构稳定维持三维结构稳定
别构作用(allosterism,126页):
含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。
蛋白质沉淀当改变稳定蛋白质胶体溶液的条件时,稳定性就被破坏,蛋白质分子相聚集而从溶液中析出,这种现象称为蛋白质的沉淀作用
蛋白质的变性:
天然蛋白质受物理和化学因素的影响,分子内部原油的高度规则性的空间排列发生变化,致使其原有性质和功能发生部分或全部丧失
蛋白质的复性:
变性因素除去后,变性蛋白质又可重新回复到天然构象,这一现象称为蛋白质的复性。
盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出
蛋白质的分离纯化方法:
分离法:
盐析法,有机溶剂沉淀法,等电点沉淀法,吸附法和超滤法
纯化法:
离子交换层析,凝胶过滤,疏水层析,亲何层析,高效液相层析,快速蛋白质液相层析,电泳法,结晶
核酸化学
核酸的化学结构及种类
核酸分为两大类:
脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)
核酸一级结构是指核酸上的核苷酸排列顺序。
(1)核酸中核苷酸的连接方式通过3',5'–磷酸二酯键连接。
碱基序列从左到右表示5'→3'
DNA的二级结构:
DNA的双螺旋结构(线形或环形)
碱基组成分析Chargaff规则:
[A]=[T][G]º[C]
[嘌呤碱]=[嘧啶碱]
A=T,C=G;A+C=G+T;A+G=C+T;不同种属的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。
大部分DNA所具有的双螺旋结构,亦称为B型
ÿ反向、平行、右手螺旋
ÿ链间碱基配对相连
ÿ每10个碱基对螺旋上升一周
ÿ疏水碱基位于内部
ÿ相邻碱基平面互相平行,
ÿ垂直于螺旋轴
双螺旋结构特征
(a)两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴缠绕,为右手螺旋。
(b)碱基位于双螺旋的内侧,磷酸和核糖在外侧,通过3',5'-磷酸二酯键构成骨架。
碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行。
核酸的紫外吸收
最大吸收峰在260nm附近。
因碱基有共轭双键。
与溶液的pH、核酸单链和双链有关。
核苷酸>单链>双链
核酸的变性、复性及杂交
DNA变性:
在某些理化因素作用下,DNA双链解开成两条单链的过程。
RNA变性:
从螺旋到线之间的转变RNA的变性引起的性质变化没有DNA明显
核酸的复性:
变性DNA在适当的条件下,两条彼此分开的单链重新缔合成双链——复性。
核酸退火:
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性,这一过程称为退火(annealing)。
Tm:
DNA变性时,OD260达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度或融解温(Tm)。
Tm值大小与下列因素有关:
(1)DNA的均一性:
(2)G-C含量:
经验公式:
XG+C=(Tm-69.3)×2.44
(3)介质中的离子强度:
由于变性或降解引起紫外吸收增加的现象称增色效应;
在DNA复性(恢复双链)的过程中则伴随着光吸收的减少称减色效应。
酶化学
米氏方程:
1913年,德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说,
提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式,即米-曼氏方程
米氏常数Km:
是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。
米氏常数的单位为mol/L。
V=1/2Vmax,Km=[S]
是ES的分解速度和形成速度的比值。
Km是酶的特性常数与pH、温度、离子强度、酶及底物种类有关,与酶浓度无关,可以鉴定酶
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
1/Km近似表示酶对底物的亲和力:
1/Km越大、亲和力越大
测定Km和V的方法很多,最常用的是双倒数作图法。
。
酶可逆抑制作用种类
竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制
.不可逆抑制作用:
抑制剂与酶的必需基团以共价形式结合,引起酶的活力丧失。
不能通过透析等方法除去抑制剂而复活。
这类抑制剂很多为剧毒物质,主要有:
重金属、有机磷农药、有机汞、有机砷、氰化物、毒鼠强等。
酶的抑制作用:
有些物质能与酶结合使酶的结构或酶的活性中心的化学性质发生改变,导致酶活力下降或丧失。
酶的别构调节酶分子的非催化部位与某些配体可逆地非构象的改变,进而改变酶活性状态。
同工酶指能催化同一种化学反应,但其酶蛋白本身的分子组成、结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。
酶原激活
酶活力单位①定义1(1961年):
标准条件下,单位时间(1min)催化1微摩尔底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位
酶的比活力每单位酶蛋白所含的活力单位数。
核酶:
指具有催化活性的RNA。
抗体酶:
指具有催化活性的
维生素化学
维生素的分类及与辅酶的关系
(一)脂溶性维生素:
VA、VD、VE、VK脂溶性维生素大部分由胆盐帮助吸收,循淋巴系统
到体内各器官。
体内可储存大量脂溶性维生素。
(二)水溶性维生素:
VB族、VC水溶性维生素从肠道吸收后,通过循环到机体需要的组织中,多余的部大多由尿排出,在体内储存甚少。
维生素A夜盲症;上皮细胞干燥角质化;免疫降低。
维生素D:
骨质疏松、软骨症;肌肉无力
维生素E:
不育;贫血;红细胞数量减少,溶血。
维生素K:
凝血时间延长;长期食用抗生素易造成维生素K缺乏
第九章生物氧化
P/O:
指氧化磷酸化过程中每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷酸的摩尔值。
细胞溶液中的NADH逆浓度梯度转运到线粒体内膜进入电子传递进行氧化。
肌肉、神经组织中的甘油-α-磷酸穿梭作用(2ATP)
肝、肾、心等组织的苹果酸穿梭作用(3ATP)
NADH和FADH2呼吸链的产能情况
糖代谢
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