省竞赛辅导-生物化学.ppt
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1、生物化学部分(一)细胞的化学成分,水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、维生素和辅酶,(一)水:结合水、自由水;自由水比例增加时,代谢活跃;结合水含量增加,代谢下降,细胞和生物体的抗寒、抗热、抗旱性则会提高。,(二)无机盐,3、参与调节生物体的代谢活动,1、构成组织或生物体某些复杂化合物的重要组成成分,2、对细胞的渗透压和pH值起着重要的调节作用,(三)糖类(单糖、寡糖、多糖、糖复合物),(1)单糖是最简单的糖,不能被水解为更小的单位。单糖通常含有3、4、5、6或7个碳原子,分别称为丙糖、丁糖、戊糖、已糖和庚糖。天然存在的单糖一般都是D-构型。单糖分子既可以开连形式存在,也可以环式结构形式
2、存在,在环式结构中如果第一位碳原子上的OH与第二位碳原子的-OH在环的同一面,称为-型;如果-OH是在环的两面,称-型。,1、单糖,(2)生物体中重要的单糖,丙糖 如甘油醛(醛糖)和二羟丙酮(酮糖),戊糖 戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脱氧核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖),己糖 葡萄糖、果糖和半乳糖,2、寡糖:最多的寡糖是双糖,如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖,3、多糖,(1)淀粉 直链淀粉是-D-葡萄糖基以-1,4-苷连接的多糖链,其空间构象卷曲成螺旋形,每一回转为6个葡萄糖基。支链淀粉分子中除有-1.4-糖苷键的糖链外,还有-1,6-糖苷键连接的分支处,每个分支平均含2030个葡萄糖基。淀粉有呈
3、色反应,直链淀粉遇碘呈为蓝色,支链淀粉遇碘呈为紫红色。,(2)糖原-D-葡萄糖基以-1,4-糖苷键连接而成的,但糖原的分支比支链淀粉多,糖原遇碘变为红褐色。,(3)纤维素 由-D-葡萄糖基借-1,4-糖苷键连接的没有分支的同多糖。,(4)几丁质(甲壳素)昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁质,是N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-1,4-糖苷键缩合成的同多糖。,(5)糖胺聚糖(粘多糖)是一种由重复的二糖单位组成的线状多聚物。二糖重复单位中,一种为N-乙酰-D-葡糖胺或N-乙酰-D-半乳糖胺,而另一种是D-葡萄糖醛酸。一些糖胺聚糖中,一个或多个羟基被硫酸酯化。糖胺聚糖主要有透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素
4、、硫酸角质素、肝素以及硫酸乙酰肝素。,4、糖复合物,(四)脂类,不溶于水,但能溶于非极性有机溶剂;O元素含量低,C、H元素含量高,彻底氧化后可以放出更多能量,1、三酰甘油(脂肪),天然脂肪酸都是L-型;动物脂肪大多富含饱和脂肪酸,在室温下为固态,植物油含大量油酸和亚油酸,在室温下为液态;哺乳动物和人,亚油酸和亚麻酸为必需脂肪酸,2、磷脂(甘油磷脂)磷脂酸是最简单的磷脂,分子中的H为胆碱、胆胺、丝氨酸所取代,则分别成为卵磷脂、脑磷脂,丝氨酸磷脂等。通常磷脂分子中的2个脂肪酸总有一个是不饱和的,因此2个脂肪酸链不是平行并列的,其中一个(不饱和脂肪酸)总是有折弯。,3、类固醇:基本结构是环戊烷多氢菲
5、。最熟知的是胆固醇,胆固醇是动物膜和神经髓鞘的主要成份。性激素、维生素D和肾上腺皮质激素也都属于类固醇。,4、萜类:由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维生素A(视黄醇)、维生素E、维生素K、类胡萝卜素都是萜类。-类胡萝卜素裂解就成2个维生素A,维生素A可氧化成视黄醛,对动物感光活动有重要作用。,5、蜡:由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂,它存在于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、昆虫外骨骼中,起保护作用。,(五)蛋白质,1、蛋白质的原元素组成:氮的含量在多种的蛋白质比较接近,平均为16%,因此用凯氏(kjelahl)法定N,受检物质中含蛋白质量为N含量的6.25倍。,2、蛋白质的氨基酸组成,(1)氨
6、基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸,COOH|NH2 C H|R L-a-氨基酸,(2)氨基酸的分类:根据R基因极性不同,氨基酸可分为:非极性氨基酸(9种);极性不带电荷氨基酸(6种);极性带负电荷氨基酸(2种);极性带正电荷氨基酸(3种),必需氨基酸和非必需氨基酸:必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等8种。精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸。,(3)氨基酸的主要理化性质,一般的物理性质:-氨基酸呈无色结晶,熔点高,一般在2000C以上。易溶于酸、碱,但不溶于有机溶剂。,两性解离和等电点,紫外吸收光谱:色氨酸最大吸收波长为279nm,酪
7、氨酸最大吸收波长278nm,苯丙氨酸最大吸收波长为259nm。,3、蛋白质的结构,(1)一级结构:蛋白质的一级结构又称为初级结构或化学结构,是指蛋白质分子内氨基酸的排列顺序,(2)二级结构:指多肽链本身绕曲折叠成有规律的结构或构象。这种结构是以肽链内或肽链间的氢键来维持的。,-螺旋:多肽链中氨基酸残基以1000的角度围绕螺旋轴心盘旋上升,每3.6个残基就旋转一圈,螺距为0.54nm;右手旋转;多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的-CO的氧原子与第四个肽键的-NH的氢原子组成,每个氢键所形成的环内共有13个原子,这种螺旋称为3.613,-折叠:平行式、反平行式。邻近两链以相反或相同方向平行排列成片层
8、状。两个氨基酸残基之间的轴心距离为0.35nm,-折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的-CO基与另一条-NH基之间所形成。,-转角 蛋白质分子的多肽链上经常出现1800的回折,在这种肽链的回折角上就是转角结构,它是由第一个氨基酸残基的-CO与第四个氨基酸残基的-NH之间形成氢键。,自由回转 是指没有一定规律的松散结构,酶的功能部位常常处于这种构象区域里。,(3)三级结构:在二级结构基础上进一步绕曲折叠成紧密的球状结构,维持三级结构的作用力主要是一些次级键,包括氢键、盐键、疏水键和范德华力等。,(4)四级结构:具有三级结构的亚单位通过氢键、盐键、疏水键和范德华力等弱作用力聚合而成的特定构象。,蛋
9、白质结构的层次,构象:指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态;构象形态间的改变不涉及共价键的破裂!每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或三维结构,称之为蛋白质的构象;一个给定的蛋白质可以有多种构象,但只有一种或少数几种在能量上是有利的。,蛋白质的结构,一级结构(即共价结构,指多肽链的氨基酸序列),二级结构(指多肽链借助氢键形成螺旋和折叠片),三级结构(指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状结构),四级结构(指多聚蛋白质的各亚基之间在空间上的相互缔合关系),蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸序列决定蛋白质的高级结构!,蛋白质的功能:催化、调节、转运、储存、运动
10、、结构组分、支架作用、免疫、异常功能;,维系蛋白质分子的一级结构:肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构:氢键维系蛋白质分子的三级结构:疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构:范德华力、盐键,a盐键(离子键)b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键 f 酯键,3、蛋白质的理化性质,(1)胶体性质:布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜;蛋白质颗粒比较稳定,不易沉淀,(2)两性电解质,(3)沉淀反应:破坏蛋白质的水膜及中和蛋白质的电荷出现沉淀现象。高浓度盐类(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等,称为盐析),有机溶剂(如酒精、丙酮),重金属盐(如硝酸银、醋酸铅、三氯化铁等),某些
11、酸类(如苦味酸、单宁酸等)。,(4)变性:使其分子的空间结构改变,导致其理化性质、生物活性都发生改变。不发生一级结构的破坏;而主要发生氢键、疏水键的破坏。生物活性丧失,溶解度降低。化学因素有强酸、强碱、重金属离子、尿素、酒精、丙酮等;物理因素有加热震荡或搅拌、超声波、紫外线及X射线照射等。,(5)紫外吸收:280nm的紫外光下,有最大吸收峰。是由于肽链中酪氨酸和色氨酸的R-基团引起的。,(6)变构作用,(7)呈色反应,4、蛋白质的分类,(1)蛋白质的化学分类:简单蛋白质和结合蛋白质(1)色蛋白:由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。(2)糖蛋白:由简单蛋白与糖类物质组
12、成。如细胞膜中的糖蛋白等。(3)脂蛋白:由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-,-脂蛋白等。(4)核蛋白:由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。(5)色蛋白:由简单蛋白与色素结合而成。如血红素、过氧化氢酶、细胞色素c等。(6)磷蛋白:由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等,(2)蛋白质的功能分类 结构蛋白和酶,例 下列关于构成蛋白质的氨基酸叙述正确的是.除甘氨酸外旋光性均为左旋.除甘氨酸外均为系构型.只含-氨基和-羧基.均有极性侧链.均能与双缩脲反应,例 下列关于-螺旋的叙述除哪一项外,其余都是正确的A.它是靠分子内的氢键达到稳定的 B.它是通过最大
13、限度地减弱不利的R基相互作用来达到稳定的C.它是借疏水基相互作用来达到稳定的 D.它是存在于某些蛋白质中的二级结构的一种类型E.脯氨酸残基和异亮氨基酸残基可中断螺旋,例 蛋白质变性是由于A.氢键被破坏 B.肽键断裂C.蛋白质降解 D.水化层被破坏及电荷被中和E.亚基的解聚,例 盐析法沉淀蛋白质的原理是 A.中和电荷、破坏水化膜 B.与蛋白质结合成不溶性蛋白盐C.降低蛋白质溶液的介电常数 D.使蛋白质溶液成为PI,(五)核酸,1、核酸的组成成分,(1)戊糖:-D-核糖和-D-2-脱氧核糖,都是-呋喃型的。,(2)碱基:一类是嘌呤,为双环分子,一般有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G);一类是嘧啶,为单环分
14、子,一般有胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、尿嘧啶(U)。酮基的嘧啶碱或嘌呤碱,在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构。稀有碱基是4种主要碱基的衍生物,大多是甲基化碱基,都是在核酸生物合成后,酶促加工修饰而成,tRNA的修饰碱基种类较多,,(3)核苷:戊糖C-1的羟基与嘧啶碱N-1或嘌呤碱N-9上的氢缩合连接成共价的-N-糖苷键。5-核糖尿嘧啶,是C-1是与尿嘧啶的第5个碳原子相连,假尿苷,用符号 表示。,(4)核苷酸:核苷酸是核苷的磷酸酯。2-、3-和5-核苷酸。3-和5-脱氧核苷酸。生物体内的游离核苷酸多为5-核苷酸。,(5)体内重要的游离核苷酸及其衍生物,5-核苷二磷酸类及5-核苷三磷酸类:
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