第一章 緒論

一、生物化學(xué)的的概念：

生物化學(xué)(biochemistry)是利用化學(xué)的原理與方法去探討生命的一門科學(xué)，它是介于化學(xué)、生物學(xué)及物理學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科。

二、生物化學(xué)的發(fā)展：

1.敘述生物化學(xué)階段：是生物化學(xué)發(fā)展的萌芽階段，其主要的工作是分析和研究生物體的組成成分以及生物體的分泌物和排泄物。

2.動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段：是生物化學(xué)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。就在這一時(shí)期，人們基本上弄清了生物體內(nèi)各種主要化學(xué)物質(zhì)的代謝途徑。

3.分子生物學(xué)階段：這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系。

三、生物化學(xué)研究的主要方面：

1.生物體的物質(zhì)組成：高等生物體主要由蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類以及水、無(wú)機(jī)鹽等組成，此外還含有一些低分子物質(zhì)。

2.物質(zhì)代謝：物質(zhì)代謝的基本過(guò)程主要包括三大步驟：消化、吸收→中間代謝→排泄。其中，中間代謝過(guò)程是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，最為復(fù)雜的化學(xué)變化過(guò)程，它包括合成代謝，分解代謝，物質(zhì)互變，代謝調(diào)控，能量代謝幾方面的內(nèi)容。

3.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：細(xì)胞內(nèi)存在多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，而這些途徑之間通過(guò)一定的方式方式相互交織在一起，從而構(gòu)成了非常復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控細(xì)胞的代謝、生理活動(dòng)及生長(zhǎng)分化。

4.生物分子的結(jié)構(gòu)與功能：通過(guò)對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)的理解，揭示結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。

5.遺傳與繁殖：對(duì)生物體遺傳與繁殖的分子機(jī)制的研究，也是現(xiàn)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

一、氨基酸：

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氨基酸(amino acid)是蛋白質(zhì)分子的基本組成單位。構(gòu)成天然蛋白質(zhì)分子的氨基酸約有20種，除脯氨酸為α-亞氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均為L(zhǎng)-α-氨基酸。

2.分類：根據(jù)氨基酸的R基團(tuán)的極性大小可將氨基酸分為四類：① 非極性中性氨基酸(8種);② 極性中性氨基酸(7種);③ 酸性氨基酸(Glu和Asp);④ 堿性氨基酸(Lys、Arg和His)。

二、 肽鍵與肽鏈：

肽鍵(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基經(jīng)脫水而形成的共價(jià)鍵(-CO-NH-)。氨基酸分子在參與形成肽鍵之后，由于脫水而結(jié)構(gòu)不完整，稱為氨基酸殘基。每條多肽鏈都有兩端：即自由氨基端(N端)與自由羧基端(C端)，肽鏈的方向是N端→C端。

三、肽鍵平面(肽單位)：

肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn);組成肽鍵的四個(gè)原子及其相鄰的兩個(gè)α碳原子處在同一個(gè)平面上，為剛性平面結(jié)構(gòu)，稱為肽鍵平面。

四、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)可人為分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)等層次。一級(jí)結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)，二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)。

1.一級(jí)結(jié)構(gòu)：指多肽鏈中氨基酸的排列順序，其維系鍵是肽鍵。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)。

2.二級(jí)結(jié)構(gòu)：指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構(gòu)象，借氫鍵維系。主要有以下幾種類型：

⑴α-螺旋：其結(jié)構(gòu)特征為：①主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋;②螺旋每上升一圈是3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm;③ 相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵;④ 側(cè)鏈基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)。

影響α-螺旋形成的因素主要是：① 存在側(cè)鏈基團(tuán)較大的氨基酸殘基;② 連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基;③ 存在脯氨酸殘基。

⑵β-折疊：其結(jié)構(gòu)特征為：① 若干條肽鏈或肽段平行或反平行排列成片;② 所有肽鍵的C=O和N—H形成鏈間氫鍵;③側(cè)鏈基團(tuán)分別交替位于片層的上、下方。

⑶β-轉(zhuǎn)角：多肽鏈180°回折部分，通常由四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，借1、4殘基之間形成氫鍵維系。

⑷無(wú)規(guī)卷曲：主鏈骨架無(wú)規(guī)律盤繞的部分。

3.三級(jí)結(jié)構(gòu)：指多肽鏈所有原子的空間排布。其維系鍵主要是非共價(jià)鍵(次級(jí)鍵)：氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵等，也可涉及二硫鍵。

4.四級(jí)結(jié)構(gòu)：指亞基之間的立體排布、接觸部位的布局等，其維系鍵為非共價(jià)鍵。亞基是指參與構(gòu)成蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的而又具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。

五、 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)：

1.兩性解離與等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)分子中仍然存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子所帶正、負(fù)電荷相等時(shí)溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。

2.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)具有親水溶膠的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質(zhì)親水溶膠的兩個(gè)重要因素。

3.蛋白質(zhì)的紫外吸收：蛋白質(zhì)分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸殘基對(duì)紫外光有吸收，以色氨酸吸收最強(qiáng)，最大吸收峰為280nm。

4.蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變及生物活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。引起蛋白質(zhì)變性的因素有：高溫、高壓、電離輻射、超聲波、紫外線及有機(jī)溶劑、重金屬鹽、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子的變性是不可逆的。

六、蛋白質(zhì)的分離與純化：

1.鹽析與有機(jī)溶劑沉淀：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)，使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出，稱為鹽析。常用的中性鹽有：硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等。鹽析時(shí)，溶液的pH在蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)處效果最好。凡能與水以任意比例混合的有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白質(zhì)沉淀。

2.電泳：蛋白質(zhì)分子在高于或低于其pI的溶液中帶凈的負(fù)或正電荷，因此在電場(chǎng)中可以移動(dòng)。電泳遷移率的大小主要取決于蛋白質(zhì)分子所帶電荷量以及分子大小。

3.透析：利用透析袋膜的超濾性質(zhì)，可將大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì)分離開(kāi)。

4.層析：利用混合物中各組分理化性質(zhì)的差異，在相互接觸的兩相(固定相與流動(dòng)相)之間的分布不同而進(jìn)行分離。主要有離子交換層析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等，其中凝膠層析可用于測(cè)定蛋白質(zhì)的分子量。

5.超速離心：利用物質(zhì)密度的不同，經(jīng)超速離心后，分布于不同的液層而分離。超速離心也可用來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)的分子量，蛋白質(zhì)的分子量與其沉降系數(shù)S成正比。

七、氨基酸順序分析：

蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸順序分析，即蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，主要有以下幾個(gè)步驟：

1. 分離純化蛋白質(zhì)，得到一定量的蛋白質(zhì)純品;

2. 取一定量的樣品進(jìn)行完全水解，再測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸組成;

3. 分析蛋白質(zhì)的N-端和C-端氨基酸;

4. 采用特異性的酶(如胰凝乳蛋白酶)或化學(xué)試劑(如溴化氰)將蛋白質(zhì)處理為若干條肽段;

5. 分離純化單一肽段;

6. 測(cè)定各條肽段的氨基酸順序。一般采用Edman降解法，用異硫氰酸苯酯進(jìn)行反應(yīng)，將氨基酸降解后，逐一進(jìn)行測(cè)定;

7. 至少用兩種不同的方法處理蛋白質(zhì)，分別得到其肽段的氨基酸順序;

8. 將兩套不同肽段的氨基酸順序進(jìn)行比較，以獲得完整的蛋白質(zhì)分子的氨基酸順序。

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（責(zé)任編輯：何以笙簫默）

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