药师基础知识0201.docx
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药师基础知识0201
生物化学
蛋白质的结构与功能
一、蛋白质的分子组成
(一)蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16%。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主,因此,只要测定生物样品中的含氮量,可根据下列公式推算出蛋白质的大致含量:
1克样品中蛋白质的含量=每克样品含氮克数×6.25(1/16%)
(二)氨基酸的结构特点
组成人体蛋白质的氨基酸都是L-α-氨基酸(甘氨酸、脯氨酸除外)
(三)氨基酸的分类
(四)氨基酸的理化性质
1.氨基酸分子中含碱性的氨基(—NH2)和酸性的羧基(—COOH),是两性电解质。
2.紫外吸收:
Trp(色氨酸),Tyr(酪氨酸)和Phe(苯丙氨酸)含有共轭双键,在280nm紫外波长处有特征性吸收峰。
应用:
对蛋白质溶液进行定量。
(五)肽与肽键
在蛋白质分子中,氨基酸通过肽键连接形成肽。
1.肽键(—CO—NH—,酰胺键)
一分子氨基酸的α-COOH与另一分子氨基酸的α-NH2脱水缩合生成二肽(氨基酰-氨基酸)。
—CO—NH—称为肽键。
是多肽及蛋白质分子的主要化学键。
肽键连接氨基酸形成的长链骨架——多肽主链
连接于Cα上的各氨基酸残基的R基团——多肽侧链
◆由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽,由十个以上的氨基酸相连形成的肽称多肽。
◆肽链都有
游离α-NH2端—N(末)端
游离α-COOH端—C(末)端
◆编号、命名、书写:
N→C
如:
甘-丙-谷……组-蛋
二、蛋白质的分子结构
(一)蛋白质的一级结构
概念:
蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。
基本化学键:
肽键
(二)蛋白质的二级结构
概念:
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构,即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象。
局部主链!
主要的化学键:
氢键
基本结构形式:
α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲
1.α-螺旋
结构特点
①右手螺旋;
②螺旋稳定的化学键为氢键;
③R基团伸向螺旋外侧;
④每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。
螺距为0.54nm,所以每个氨基酸残基上升的高度为0.15nm。
2.β-折叠
①多肽链相邻肽键平面折叠成锯齿状,夹角为110°;
②氨基酸侧链交替地位于锯齿状结构的上、下方;
③两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列,通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键,从而稳固β-折叠结构;
④肽链有顺式平行和反式平行两种。
β-折叠
平行式
反平行式
3.β-转角
结构特点:
①常发生于肽链180°回折时的转角上;
②由四个连续的氨基酸残基组成。
第一个氨基酸残基的CO与第四个氨基酸残基的NH形成氢键,以稳定转折的构象。
β-转角
4.无规卷曲
(三)蛋白质的三级结构
概念:
一条多肽链内所有原子的空间排布,包括主链、侧链构象内容。
一条所有!
化学键:
疏水作用力、离子键、氢键和范德华力
肌红蛋白三级结构
(四)蛋白质的四级结构
亚基:
有些蛋白质由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链组成,其中每条多肽链称为一个亚基。
亚基单独存在没有生物学功能。
由亚基构成的蛋白质称为寡聚蛋白。
蛋白质四级结构:
蛋白质分子中各亚基之间的空间排布及相互接触关系。
亚基之间的结合力主要是疏水作用,其次是氢键和离子键。
(五)蛋白质的空间构象
1.分子伴侣
定义:
是一类帮助新生多肽链正确折叠的蛋白质。
作用:
①可逆地与未折叠肽段结合防止错误的聚集发生,使肽链正确折叠;
②与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再诱导其正确折叠;
③对蛋白质分子中二硫键的正确形成起到重要作用。
伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用
2.肽单元
参与肽键的6个原子Cα1、C、O、N、H、Cα2位于同一平面,Cα1和Cα2在平面上所处的位置为反式构型,此同一平面上的6个原子构成肽单元。
3.模体
二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个特殊的空间构象,称为模体。
钙结合蛋白中结合钙 锌指结构
离子的模体
4.结构域
分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1个和数个球状或纤维状的区域,折叠得较为紧密,具有独立的生物学功能,称为结构域。
如纤连蛋白含有6个结构域。
三、蛋白质的结构与功能的关系
(一)蛋白质一级结构与功能的关系
1.一级结构是空间构象的基础;
2.蛋白质一级结构的改变与分子病
镰刀形红细胞贫血
HbAβ肽链
N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)
HbSβ肽链
N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)
六月,携镰刀割谷子
(二)蛋白质空间结构与功能的关系
1.血红蛋白(Hb)的构象
2.Hb有2种天然构象
(1)紧密型(tensestate,T型)
未结合O2时,紧凑,与O2亲和力小
(2)松弛型(relaxedstate,R型)
结合O2时,松弛,与O2亲和力大
3.Hb的运O2功能通过构象的互变实现
肺毛细血管:
O2分压↑,O2作为变构剂使T→R,
利于结合O2。
组织毛细血管:
O2分压↓,CO2和H+作为变构剂使R→T,
利于释放O2。
4.别构效应(变构效应)
一个蛋白质与它的配体(或其他蛋白质)结合后,蛋白质的构象发生变化,使它更适于功能需要,这一类变化称为别构效应。
例如Hb是别构蛋白,小分子O2是Hb的别构剂或称为效应剂。
5.协同效应
一个寡聚体亚基与其配体结合后,能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力,如果是促进作用,则称为正协同效应,反之则为负协同效应。
以血红蛋白为例,当Hb的第一个亚基与O2结合以后,促进了第二及第三个亚基与O2结合后,又大大促进了第四个亚基与O2结合,这种效应为正协同效应。
四、蛋白质的理化性质
(一)蛋白质的两性解离
当蛋白质溶液处于某一pH时,蛋白质解离成正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电荷为零,此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
(二)蛋白质的胶体性质
分子量1万-100万
达到胶体颗粒范围(1-100nm)
不能透过半透膜
扩散速度慢、粘度大
—透析法纯化蛋白质的原理
1.水化膜和表面电荷是蛋白质维持亲水胶体的稳定因素
(1)水化膜
亲水的极性基团位于表面,可发生水合作用,形成水化膜,将蛋白质颗粒相互隔开,防止聚沉。
(2)表面电荷
亲水基团大都能解离,使蛋白质表面带相同电荷而相斥,防止蛋白质颗粒聚沉。
(三)蛋白质的变性
定义:
在某些物理和化学因素(如加热、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子及生物碱等)作用下,其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失,称为蛋白质的变性。
变性的实质:
空间结构的破坏,不涉及一级结构的改变
(四)蛋白质的紫外吸收
由于蛋白质分子中含有色氨酸和络氨酸,因此在280nm波长处有特征性吸收峰,可作蛋白质定量测定。
【例题】
蛋白质的平均含氮量是( )
A.10%
B.27%
C.16%
D.36%
E.6%
[答疑编号700867020101]
【正确答案】C
A.天冬氨酸
B.精氨酸
C.甲硫氨酸
D.苏氨酸
E.酪氨酸
1.碱性氨基酸
[答疑编号700867020102]
【正确答案】B
2.非极性疏水性氨基酸
[答疑编号700867020103]
【正确答案】C
3.酸性氨基酸
[答疑编号700867020104]
【正确答案】A
A.氢键
B.肽键
C.疏水作用力
D.盐键
E.范德华力
1.维系蛋白质化学键一级结构的
[答疑编号700867020105]
【正确答案】B
2.维系蛋白质二级结构的主要化学键
[答疑编号700867020106]
【正确答案】A
组成人体蛋白质多肽链的基本单位是
A.L-α-氨基酸
B.D-α-氨基酸
C.L-β-氨基酸
D.D-β-氨基酸
E.L-ω-氨基酸
[答疑编号700867020107]
【正确答案】A
蛋白质的一级结构
A.亚集聚和
B.α-螺旋
C.β-折叠
D.氨基酸序列
E.氨基酸含量
[答疑编号700867020108]
【正确答案】D
有关蛋白质变构,下列哪种叙述是错误的
A.氧对血红蛋白的作用属于正协同效应
B.氧对血红蛋白的作用属于负协同效应
C.氧是血红蛋白的变构剂
D.氧与血红蛋白结合呈S型曲线
E.蛋白质变构效应是生物体内重要的代谢调节方式之一
[答疑编号700867020109]
【正确答案】B
A.二级结构
B.三级结构
C.四级结构
D.模序
E.结构域
1.β-转角是
[答疑编号700867020110]
【正确答案】A
2.血红蛋白是具有几级结构的蛋白质
[答疑编号700867020111]
【正确答案】C
3.亚基间的空间排布是
[答疑编号700867020112]
【正确答案】C
核酸的结构与功能
一、核酸的化学成分及一级结构
1.定义:
核酸是以核苷酸作为基本组成单位的生物大分子,携带和传递遗传信息。
2.分类:
(1)脱氧核糖核酸,DNA
(2)核糖核酸,RNA
3.核苷酸
(1)碱基
嘧啶
嘌呤
DNA
胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)
RNA
胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)
(2)戊糖
DNA:
β-D-2-脱氧核糖
RNA:
β-D-核糖
(3)核苷:
戊糖的C1与嘌呤的N9或嘧啶的N1以糖苷键相连形成核苷。
(4)核苷酸:
核苷的戊糖羟基与磷酸结合形成。
4.核酸的一级结构
(1)定义:
核苷酸链中,核苷酸的排列顺序(也就是碱基排列顺序)。
(2)3’,5’-磷酸二酯键是核酸的基本结构键。
二、DNA的空间结构与功能
(一)DNA的二级结构——双螺旋结构模型
整体
右手双螺旋:
两条链走向相反,长度相等。
局部特点
磷酸和脱氧核糖相连而成的亲水骨架位于外侧,疏水碱基位于内侧。
结构参数
直径2nm,每旋转一周包括10个脱氧核苷酸残基,螺距为3.4nm。
稳定因素
纵向—碱基堆积力(疏水力);
横向—氢键(A-T,两个氢键;G-C,三个氢键)。
(二)DNA的超螺旋结构
是指DNA在双螺旋结构的基础上,进一步旋转折叠,在蛋白质的参与下组装成的空间构象。
1.原核生物DNA形成超螺旋
原核生物DNA大多是闭合的环状双链DNA分子,在形成双螺旋结构后,进一步螺旋化形成超螺旋结构。
2.真核生物核内DNA常为线状,在形成双螺旋结构后,与多种组蛋白构成核小体,最终组装成染色体。
(三)DNA的功能
作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板,它是生命遗传繁殖的物质基础,也是个体生命活动的基础。
三、RNA的空间结构与功能
(一)概述
1.主要有三种RNA
mRNA:
携带遗传信息,蛋白质合成模板;
tRNA:
转运氨基酸;
rRNA:
和蛋白质一起构成核糖体。
2.单链,链的局部可形成双链结构。
(二)信使RNA
真核细胞mRNA一级结构特点
1.5’末端有帽式结构(m7GpppNm);
2.3’末端有一段长度30-200腺苷酸构成的多聚腺苷酸的节段(polyA尾);
3.编码区中三个核苷酸构成一个密码子。
(三)转运RNA
1.一级结构特点:
(1)分子量最小;
(2)富含稀有碱基;
(3)3’-末端是-CCA。
2.tRNA二级结构的特点—三叶草形
三叶草型结构含有四臂三环一附叉,其中的反密码环,能识别mRNA分子上的遗传密码;氨基酸臂可携带氨基酸。
3.tRNA三级结构呈倒“L”字母形
(四)核蛋白体RNA(rRNA)
在细胞内含量最多,约占RNA总量的80%以上。
rRNA的功能是与核蛋白体蛋白组成核蛋白体,在细胞质作为蛋白质的合成场所。
rRNA二级结构的特点是含有大量茎环结构。
可作为核蛋白体蛋白的结合和组装的结构基础。
(五)DNA与RNA在化学组成、结构与生物学功能方面的异同
比较项目
DNA
RNA
相同点
分子组成
含碱基A、G、C、磷酸和戊糖
分子结构
基本单位为单核苷酸,由3’5’-磷酸二酯键连接
不同点
分子组成
含脱氧核糖,含T
含核糖,含U
分子结构
一级结构是指脱氧核糖核苷酸的数量和排列顺序。
二级结构为双螺旋结构。
三级结构为超螺旋结构,真核细胞中为核小体结构。
一级结构是指核糖核苷酸的数量和排列顺序。
二级结构是发夹型的单链结构,tRNA的二级结构为三叶草型;
tRNA的三级结构为倒L字母型。
功能
是遗传物质的储存和携带者。
参与蛋白质的合成。
四、核酸的理化性质
(一)变性
1.概念:
在某些理化因素作用下,DNA双链解开成两条单链的过程。
2.本质:
DNA变性的是双链间氢键的断裂。
3.现象:
粘度降低
由于变性时双螺旋松解,碱基暴露,对260nm紫外吸收将增加,OD260值增高称之为增色效应。
(二)DNA解链曲线
通常将DNA分子达50%解链时的温度称为熔点或解链温度(Tm)
(三)探针
一小段已知序列的单链核苷酸用放射性核素(如32P、35S)或生物素标记其末端或全链,可依碱基配对规律与具有互补序列的待测核酸进行杂交,以探测它们的同源程度,这段核苷酸链称为探针。
A.G、C、T、U
B.G、A、C、T
C.A、G、C、U
D.G、A、T、U
E.I、C、A、U
1.DNA分子中所含的碱基是
[答疑编号700867020201]
【正确答案】B
2.RNA分子中所含的碱基是
[答疑编号700867020202]
【正确答案】C
A.核苷酸在核酸长链上的排列顺序
B.三叶草结构
C.双螺旋结构
D.超螺旋结构
E.核小体结构
1.属于核酸一级结构的描述是:
[答疑编号700867020203]
【正确答案】A
2.属于tRNA二级结构的描述是:
[答疑编号700867020204]
【正确答案】B
3.属于DNA的二级结构的描述是:
[答疑编号700867020205]
【正确答案】C
有关DNA的二级结构,错误的描述为:
A.DNA分子是由两条走向相反的多核苷酸链组成的右手双螺旋
B.DNA分子的二级结构上有大沟和小沟
C.A与T之间有三对氢键,而G与C之间有二对氢键
D.每10个碱基对旋转一周
E.氢键和碱基堆积力从横向与纵向稳定DNA双螺旋
[答疑编号700867020206]
【正确答案】C
酶
一、酶的分子结构与功能
(一)酶的分子组成
单纯酶:
仅含氨基酸,多为水解酶
辅助因子可分为:
辅酶:
以非共价键与酶蛋白疏松结合,透析方法可分。
辅基:
与酶蛋白结合紧密,不易分开。
(二)酶的活性中心
1.必需基团:
与酶活性发挥有关的化学基团。
2.活性中心:
这些必需基团在一级结构上可能相距很远,但在空间结构上彼此靠近,组成特定空间结构的区域,能与底物结合,并将其转变为产物,该区域称酶的活性中心。
二、酶促反应的特点
1.有极高的效率
2.高度的特异性
绝对专一性
相对专一性
立体异构专一性
3.活性可调节性
三、酶促反应动力学
1、影响酶促反应速度的因素
酶浓度
底物浓度
温度
pH值
激活剂
抑制剂
底物浓度
Km值—酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度;
Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比。
温度
酶的最适温度:
酶催化活性最大时的环境温度。
pH值
酶的最适pH:
酶催化活性最大时的环境PH值。
竞争性抑制
抑制剂与底物结构相似,可竞争非共价结合酶的活性中心,阻碍酶与底物结合;
例如:
磺胺类药物竞争性抑制二氢叶酸合成酶活性。
与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
细菌不能利用环境中的叶酸,要靠自己合成!
二氢蝶呤啶+对氨基苯甲酸+谷氨酸
四、酶的调节
(一)酶原与酶原的激活
1.酶原:
有些酶在细胞内合成或初分泌时,没有催化活性,这种无活性的酶的前体称为酶原。
2.酶原的激活:
酶原在特定条件下转变为有催化活性的酶的过程。
3.酶原激活的实质:
酶的活性中心形成或暴露的过程。
不可逆。
(二)变构酶
1.酶活性的调节方式
2.变构调节
(1)定义:
体内一些代谢物与某些酶活性中心外的调节部位非共价可逆地结合,使酶发生构象改变,引起催化活性改变。
这一调节酶活性的方式称为变构调节。
这类受变构调节的酶称为变构酶。
引起变构效应的代谢物称变构效应剂。
变构调节
(三)同工酶
定义:
催化相同的化学反应,但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫学性质有所不同的一组酶。
影响酶促反应速度的因素不包括
A.底物浓度
B.酶浓度
C.产物浓度
D.反应温度、pH
E.激活剂、抑制剂
[答疑编号700867020207]
【正确答案】C
Km值的概念
A.与酶的性质无关
B.与同一种酶的各种同工酶无关
C.与酶对底物的亲和力无关
D.与酶的浓度有关
E.是达到1/2Vmax时的底物浓度
[答疑编号700867020208]
【正确答案】E
磺胺药的抑菌作用属于
A.不可逆抑制
B.竞争性抑制
C.非竞争性抑制
D.反竞争性抑制
E.抑制强弱不取决于底物与抑制剂浓度的相对比例
[答疑编号700867020209]
【正确答案】B
糖代谢
一、糖的无氧氧化
1.定义:
葡萄糖在无氧或缺氧条件下分解形成乳酸的过程称无氧氧化,也被称为糖酵解。
2.主要过程:
第一阶段:
1分子G→2分子磷酸丙糖
第二阶段:
磷酸丙糖→丙酮酸
氧供应不足时,糖酵解途径生成的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下,由NADH+H+提供氢,还原成乳酸。
(二)糖酵解小结
1.反应部位:
胞浆;
2.反应条件:
不需氧;
3.三个关键酶:
己糖激酶
磷酸果糖激酶-1
丙酮酸激酶
(三)关键酶及其调节
激活剂
抑制剂
己糖激酶
胰岛素诱导其基因表达,合成增加
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖激酶-1(别构酶)
AMP、ADP
1,6-二磷酸果糖、
2,6-二磷酸果糖
ATP、
柠檬酸
丙酮酸激酶
1,6-二磷酸果糖
ATP
(四)生理意义
1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式,1mol葡萄糖经糖酵解途径氧化成2mol乳酸,净生成2molATP。
2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。
①无线粒体的细胞,如:
红细胞
②代谢活跃的细胞,如:
白细胞、骨髓细胞
二、糖的有氧氧化
(一)糖有氧氧化的概念
葡萄糖或糖原的葡萄糖单位在有氧情况下,彻底分解为CO2和H2O,生成大量ATP的过程称为有氧氧化。
(二)糖的有氧氧化过程
第一阶段:
酵解途径
第二阶段:
丙酮酸的氧化脱羧
第三阶段:
三羧酸循环和氧化
磷酸化
(三)糖有氧氧化的关键酶
(四)三羧酸循环
细胞定位
线粒体
底物
乙酰CoA
反应过程
4个脱氢反应,3个NADH,1个FADH2;
3个关键酶:
柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、
α-酮戊二酸脱氢酶系;
2个脱羧反应,生成2分子CO2;
能量生成
10分子ATP
(五)有氧氧化的生理意义
1.葡萄糖的有氧氧化是机体获得能量的主要方式。
1mol葡萄糖经有氧氧化全过程,彻底氧化成CO2和H2O,总共生成30mol或32molATP;
2.TAC是糖、脂肪、氨基酸三大营养物质彻底氧化分解的共同途径。
3
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