生物化學是研究生命化學的科學，它在分子水平上探討生命的本質(zhì)，即研究生物體的化

學組成及化學變化規(guī)律的科學。醫(yī)學生物化學主要研究人體的生物化學，它是一門重要的醫(yī)

學基礎(chǔ)課程。近來年，生物學、微生物學、免疫學、生理學和病理學等基礎(chǔ)醫(yī)學學科的研究

均深入到分子水平，并應(yīng)用生物化學的理論和技術(shù)解決各個學科的問題。同樣，生物化學與

臨床醫(yī)學的關(guān)系也很密切。近代醫(yī)學的發(fā)展經(jīng)常運用生物化學的理論和方法來診斷、治療和

預(yù)防疾病，而且許多疾病的機理也需要從分子水平上加以探討。生物化學課程為其它醫(yī)學基

礎(chǔ)課程和臨床醫(yī)學課程提供必要的理論基礎(chǔ)，是醫(yī)學各專業(yè)的必修課。

第一章  蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

一、組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的分類

　　１、非極性氨基酸

　　包括：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸

　　２、極性氨基酸

　　極性中性氨基酸：色氨酸、酪氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、蘇氨酸

　　酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸

　　堿性氨基酸：賴氨酸、精氨酸、組氨酸　

　　其中：屬于芳香族氨基酸的是：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸　

　　　　　屬于亞氨基酸的是：脯氨酸

　　　　　含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸

　　注意：在識記時可以只記第一個字，如堿性氨基酸包括：賴精組

二、氨基酸的理化性質(zhì)

　　１、兩性解離及等電點

　　氨基酸分子中有游離的氨基和游離的羧基，能與酸或堿類物質(zhì)結(jié)合成鹽，故它是一種兩性電解質(zhì)。在某一ＰＨ的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的ＰＨ稱為該氨基酸的等電點。

　　２、氨基酸的紫外吸收性質(zhì)

芳香族氨基酸在280nm波長附近有最大的紫外吸收峰，由于大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這些氨基酸殘基，氨基酸殘基數(shù)與蛋白質(zhì)含量成正比，故通過對280nm波長的紫外吸光度的測量可對蛋白質(zhì)溶液進行定量分析。

　　３、茚三酮反應(yīng)　

　　氨基酸的氨基與茚三酮水合物反應(yīng)可生成藍紫色化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波長處。由于此吸收峰值的大小與氨基酸釋放出的氨量成正比，因此可作為氨基酸定量分析方法。

三、肽

　　兩分子氨基酸可借一分子所含的氨基與另一分子所帶的羧基脫去１分子水縮合成最簡單的二肽。二肽中游離的氨基和羧基繼續(xù)借脫水作用縮合連成多肽。10個以內(nèi)氨基酸連接而成多肽稱為寡肽；39個氨基酸殘基組成的促腎上腺皮質(zhì)激素稱為多肽；51個氨基酸殘基組成的胰島素歸為蛋白質(zhì)。

　　多肽連中的自由氨基末端稱為Ｎ端，自由羧基末端稱為Ｃ端，命名從Ｎ端指向Ｃ端。

　　人體內(nèi)存在許多具有生物活性的肽，重要的有：

　　谷胱甘肽（GSH）：是由谷、半胱和甘氨酸組成的三肽。半胱氨酸的巰基是該化合物的主要功能基團。GSH的巰基具有還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑保護體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子中巰基免被氧化，使蛋白質(zhì)或酶處于活性狀態(tài)。

四、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

　　１、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。

　　主要化學鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包含二硫鍵。

　　２、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)：包括二級、三級、四級結(jié)構(gòu)。　　

　　１）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。二級結(jié)構(gòu)以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，多為短距離效應(yīng)。可分為：

α-螺旋：多肽鏈主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律地螺旋式上升，順時鐘走向，即右手螺旋，每隔3.6個氨基酸殘基上升一圈，螺距為0.540nm。α-螺旋的每個肽鍵的Ｎ-Ｈ和第四個肽鍵的羧基氧形成氫鍵，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平形。

β-折疊：多肽鏈充分伸展，各肽鍵平面折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈Ｒ基團交錯位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)上下方；它們之間靠鏈間肽鍵羧基上的氧和亞氨基上的氫形成氫鍵維系構(gòu)象穩(wěn)定．

β-轉(zhuǎn)角：常發(fā)生于肽鏈進行180度回折時的轉(zhuǎn)角上，常有４個氨基酸殘基組成，第二個殘基常為脯氨酸。

　　無規(guī)卷曲：無確定規(guī)律性的那段肽鏈。

　　主要化學鍵：氫鍵。

　　２）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，顯示為長距離效應(yīng)。

　　主要化學鍵：疏水鍵（最主要）、鹽鍵、二硫鍵、氫鍵、范德華力。

　　３）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：對蛋白質(zhì)分子的二、三級結(jié)構(gòu)而言，只涉及一條多肽鏈卷曲而成的蛋白質(zhì)。在體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條肽鏈，每一條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基，亞基與亞基之間呈特定的三維空間排布，并以非共價鍵相連接。這種蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，為四級結(jié)構(gòu)。由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)沒有四級結(jié)構(gòu)。

　　主要化學鍵：疏水鍵、氫鍵、離子鍵

五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

　　１、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象和特定生物學功能的基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。

　　尿素或鹽酸胍可破壞次級鍵

β-巰基乙醇可破壞二硫鍵

　　２、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)特有性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

　　肌紅蛋白：只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，易與氧氣結(jié)合，氧解離曲線呈直角雙曲線。

　　血紅蛋白：具有４個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，可結(jié)合４分子氧。成人由兩條α-肽鏈（141個氨基酸殘基）和兩條β-肽鏈（146個氨基酸殘基）組成。在氧分壓較低時，與氧氣結(jié)合較難，氧解離曲線呈Ｓ狀曲線。因為：第一個亞基與氧氣結(jié)合以后，促進第二及第三個亞基與氧氣的結(jié)合，當前三個亞基與氧氣結(jié)合后，又大大促進第四個亞基與氧氣結(jié)合，稱正協(xié)同效應(yīng)。結(jié)合氧后由緊張態(tài)變?yōu)樗沙趹B(tài)。

六、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

　　１、蛋白質(zhì)的兩性電離：蛋白質(zhì)兩端的氨基和羧基及側(cè)鏈中的某些基團，在一定的溶液ＰＨ條件下可解離成帶負電荷或正電荷的基團。

　　２、蛋白質(zhì)的沉淀：在適當條件下，蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象。包括：

a.丙酮沉淀，破壞水化層。也可用乙醇。

b.鹽析，將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，破壞在水溶液中的穩(wěn)定因素電荷而沉淀。

　　３、蛋白質(zhì)變性：在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失。主要為二硫鍵和非共價鍵的破壞，不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變。變性后，其溶解度降低，粘度增加，結(jié)晶能力消失，生物活性喪失，易被蛋白酶水解。常見的導致變性的因素有：加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑、超聲波、紫外線、震蕩等。

　　４、蛋白質(zhì)的紫外吸收：由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm處有特征性吸收峰，可用蛋白質(zhì)定量測定。

　　５、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

a.茚三酮反應(yīng)：經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生此反應(yīng)，詳見二、３

b. 雙縮脲反應(yīng)：蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸酮共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色。氨基酸不出現(xiàn)此反應(yīng)。蛋白質(zhì)水解加強，氨基酸濃度升高，雙縮脲呈色深度下降，可檢測蛋白質(zhì)水解程度。

七、蛋白質(zhì)的分離和純化

　　１、沉淀，見六、２

　　２、電泳：蛋白質(zhì)在高于或低于其等電點的溶液中是帶電的，在電場中能向電場的正極或負極移動。根據(jù)支撐物不同，有薄膜電泳、凝膠電泳等。

　　３、透析：利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。

　　４、層析：

a.離子交換層析，利用蛋白質(zhì)的兩性游離性質(zhì)，在某一特定ＰＨ時，各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同，故可以通過離子交換層析得以分離。如陰離子交換層析，含負電量小的蛋白質(zhì)首先被洗脫下來。　　

b.分子篩，又稱凝膠過濾。小分子蛋白質(zhì)進入孔內(nèi)，滯留時間長，大分子蛋白質(zhì)不能時入孔內(nèi)而徑直流出。

　　５、超速離心：既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量。不同蛋白質(zhì)其密度與形態(tài)各不相同而分開。

八、多肽鏈中氨基酸序列分析

第二章　　核酸的結(jié)構(gòu)與功能

一、核酸的分子組成：

基本組成單位是核苷酸，而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸三種成分連接而成。　　

　　兩類核酸：脫氧核糖核酸（DNA），存在于細胞核和線粒體內(nèi)。

　　　　　　　核糖核酸（RNA），存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)。

嘌呤和嘧啶環(huán)中均含有共軛雙鍵，因此對波長260nm左右的紫外光有較強吸收，這一重要的理化性質(zhì)被用于對核酸、核苷酸、核苷及堿基進行定性定量分析。

　　２、戊糖：DNA分子的核苷酸的　糖是β-D-2-脫氧核糖，RNA中為β-D-核糖。

　　３、磷酸：生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸的磷酸基團位于核糖的第五位碳原子上。

二、核酸的一級結(jié)構(gòu)

　　核苷酸在多肽鏈上的排列順序為核酸的一級結(jié)構(gòu)，核苷酸之間通過3′，5′磷酸二酯鍵連接。

三、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

　　１、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是核酸的二級結(jié)構(gòu)。雙螺旋的骨架由　糖和磷酸基構(gòu)成，兩股鏈之間的堿基互補配對，是遺傳信息傳遞者，DNA半保留復(fù)制的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)要點：

a.DNA是一反向平行的互補雙鏈結(jié)構(gòu)　親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，堿基之間以氫鍵相結(jié)合，其中，腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對，形成兩個氫鍵，鳥嘌呤始終與胞嘧啶配對，形成三個氫鍵。

b.DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu)　螺旋直徑為2nm。每旋轉(zhuǎn)一周包含了10個堿基，每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36度。螺距為3.4nm，每個堿基平面之間的距離為0.34nm。

c.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系　橫向靠互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，尤以后者為重要。

　　２、DNA的三級結(jié)構(gòu)

　　三級結(jié)構(gòu)是在雙螺旋基礎(chǔ)上進一步扭曲形成超螺旋，使體積壓縮。在真核生物細胞核內(nèi)，DNA三級結(jié)構(gòu)與一組組蛋白共同組成核小體。在核小體的基礎(chǔ)上，DNA鏈經(jīng)反復(fù)折疊形成染色體。

　　３、功能　

DNA的基本功能就是作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的基礎(chǔ)。

DNA中的核糖和磷酸構(gòu)成的分子骨架是沒有差別的，不同區(qū)段的DNA分子只是堿基的排列順序不同。

四、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

DNA是遺傳信息的載體，而遺傳作用是由蛋白質(zhì)功能來體現(xiàn)的，在兩者之間RNA起著中介作用。其種類繁多，分子較小，一般以單鏈存在，可有局部二級結(jié)構(gòu)，各類RNA在遺傳信息表達為氨基酸序列過程中發(fā)揮不同作用。如：

名　　稱

功　　能

核蛋白體RNA(rRNA)

核蛋白體組成成分

信使RNA(mRNA)

蛋白質(zhì)合成模板

轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)

轉(zhuǎn)運氨基酸

不均一核RNA(HnRNA)

成熟mRNA的前體

小核RNA(SnRNA)

參與HnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運

小核仁RNA(SnoRNA)

rRNA的加工和修飾

　　１、信使RNA（半衰期最短）

　　１）hnRNA為mRNA的初級產(chǎn)物，經(jīng)過剪接切除內(nèi)含子，拼接外顯子，成為成熟的mRNA并移位到細胞質(zhì)

　　２）大多數(shù)的真核mRNA在轉(zhuǎn)錄后５′末端加上一個７-甲基鳥嘌呤及三磷酸鳥苷帽子，帽子結(jié)構(gòu)在mRNA作為模板翻譯成蛋白質(zhì)的過程中具有促進核蛋白體與mRNA的結(jié)合，加速翻譯起始速度的作用，同時可以增強mRNA的穩(wěn)定性。３′末端多了一個多聚腺苷酸尾巴，可能與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)。

　　３）功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序，按照堿基互補的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，以決定蛋白質(zhì)合成的氨基酸排列順序。mRNA分子上每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸，為三聯(lián)體密碼。

　　２、轉(zhuǎn)運RNA（分子量最小）

　　１）tRNA分子中含有10％～20％稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶，假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等。

　　２）二級結(jié)構(gòu)為三葉草形，位于左右兩側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別稱為DHU環(huán)和Tψ環(huán)，位于下方的環(huán)叫作反密碼環(huán)。反密碼環(huán)中間的3個堿基為反密碼子，與mRNA上相應(yīng)的三聯(lián)體密碼子形成堿基互補。所有tRNA3′末端均有相同的CCA-OH結(jié)構(gòu)。

　　３）三級結(jié)構(gòu)為倒L型。

　　４）功能是在細胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的戴本并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA。

　　３、核蛋白體RNA（含量最多）

　　１）原核生物的rRNA的小亞基為16S，大亞基為5S、23S；真核生物的rRNA的小亞基為18S，大亞基為5S、5.8S、28S。真核生物的18SrRNA的二級結(jié)構(gòu)呈花狀。

　　２）rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體，它是蛋白質(zhì)合成機器－－核蛋白體的組成成分，參與蛋白質(zhì)的合成。

　　４、核酶：某些RNA 分子本身具有自我催化能，可以完成rRNA的剪接。這種具有催化作用的RNA稱為核酶。

五、核酸的理化性質(zhì)

　　１、DNA的變性

　　在某些理化因素作用下，如加熱，DNA分子互補堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈，即為變性。監(jiān)測是否發(fā)生變性的一個最常用的指標是DNA在紫外區(qū)260nm波長處的吸光值變化。解鏈過程中，吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，稱為DNA的增色效應(yīng)。紫外光吸收值達到最大值的50％時的溫度稱為DNA的解鏈溫度（Tm），一種DNA分子的Tm值大小與其所含堿基中的G＋C比例相關(guān)，G＋C比例越高，Tm值越高。

　　２、DNA的復(fù)性和雜交

　　變性DNA在適當條件下，兩條互補鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性，其過程為退火，產(chǎn)生減色效應(yīng)。不同來源的核酸變性后，合并一起復(fù)性，只要這些核苷酸序列可以形成堿基互補配對，就會形成雜化雙鏈，這一過程為雜交。雜交可發(fā)生于DNA－DNA之間，RNA－RNA之間以及RNA－DNA之間。

六、核酸酶（注意與核酶區(qū)別）

　　指所有可以水解核酸的酶，在細胞內(nèi)催化核酸的降解。可分為DNA酶和RNA酶；外切酶和內(nèi)切酶；其中一部分具有嚴格的序列依賴性，稱為限制性內(nèi)切酶。