考博生化和分子生物学复习笔记-第1节

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上个世纪的三个计划：曼哈顿、阿波罗、人体基因工程：人类23对染色体（23对DNA分子）测序，几十万个基因，大肠杆菌8000个基因，基因改造（治病），WATSON和CRICK。诺贝尔奖金（90多万美元，最高荣誉）的分布：化学，医学，生理学领域不说独占鳌头也是多抢多占，如蛋白质的螺旋和折迭（化学）、G蛋白、第二信使学说的三代科学家三次获奖，光合作用机制，更不要说核酸领域了（复制、转录、逆转录、RNA复制等中心法则中的内容）。今天的考研是为了明天的诺贝尔奖！
　　
　　　　对映体：一个不对称碳原子的取代基在空间里的两种取向是物体与镜像的关系，并且两者不能重叠。这两种旋光异构体称为对映体。两个对映体具有程度相同但方向相反的旋光性（D＋与L…；D…与L＋）和不同的生物活性，其他物理和化学性质完全相同。含n个C*的化合物，其旋光异构体的数目是2n；　组成2n　/2对对映体。任一旋光化合物都只有一个对映体，它的其他旋光异构体在理、化性质都与之不同，不是对映体的旋光异构体称非对映体。仅一个手性碳构型不同的非对映体称差向异构体（有几种情况）。
　　　　异头物：单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳成为新的手性碳（异头碳），导致C1差向异构化，产生两个非对映体，称之。α、β异头物判断：有2种方式。见P9…10。
　　多不饱和脂肪酸家族：分为ω…3和ω…6系列（指离羧基最远的双键到甲基末端3个碳和6个碳）。如亚油酸和γ…亚麻酸为ω…6系列，而α…亚麻酸为ω…3系列。人体内二者不能互转！且二者对血脂的影响不同。
　　皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg数；
　　碘值：100g油脂卤化时所吸收的碘的克数；
　　乙酰值：中和1g乙酰化物所释放的乙酸所需要的KOHmg数；
　　酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所需的KOHmg数。
　　氨基酸洗脱顺序的判定：氨基酸与树脂的亲合力主要决定于它们之间的静电吸引，其次是氨基酸侧链与树脂聚苯乙烯之间的疏水相互作用；亲和力愈大愈难洗脱！
　　肽的理化性质：
①肽键的酰氨氢不解离，肽的酸碱性质主要决定于肽键中的游离末端α…NH2、α…COOH及侧链R基上的可解离基团；
②肽中末端α…羧基的pKa值比游离氨基酸的大，末端α…氨基的pKa值比游离氨基酸的小；
③游离的α…氨基、α…羧基和R基可发生与氨基酸中相应的类似反应，如茚三酮反应等；
④蛋白质部分水解后所得的肽若不发生消旋，则有旋光性，短肽的　旋光度约等于组成氨基酸的旋光度之和，较长的肽的旋光度则不是简单加和。
　　α角蛋白经充分伸展后可转变成β角蛋白，即β折叠片结构。
　　蛋白质纯度的鉴定方法：采用物理化学方法如电泳、离心沉降、HPLC和溶解度分析等。纯的蛋白质电泳时，其电泳图谱只呈现一个条带或峰，离心时以单一的沉降速度移动；纯的蛋白质在一定的溶剂系统中具有恒定的溶解度，即溶解度曲线只有一个折点，在折点以前直线斜率为1，在折点以后斜率为零；此外，N…末端分析也用于纯度鉴定（单体蛋白质而言）。必须指出，采用任何单独的一种方法鉴定纯度只能作为蛋白质均一性的必要条件而非充分条件，即蛋白质往往在一种鉴定中表现为均一性，而在另一种鉴定中又表现为不均一性。
　　酶活性部位的研究方法：酶分子侧链基团的化学修饰法（巯基、氨基、羧基、羟基、咪唑基、胍基等）；X射线晶体结构分析法；定点诱变法（改变编码蛋白质基因中的DNA顺序来研究酶活性部位必需氨基酸的变化）等。
　　关于别构酶：
①别构酶的酶促反应大多不符合Michaelis…Menten动力学，即不符合米氏方程，其酶促反应曲线为S型（正协同）或双曲；
②效应物（别构剂）与调节亚基（调节部位）结合后导致酶构象的改变，引起酶催化部位的活性增加或降低；
③具活性中心和别构中心，且二中心处在酶蛋白的不同亚基或同一亚基的不同部位，即调节部位不同于催化部位；
④许多别构酶常处于代谢途径的起始部位或受控部位，代谢途径的终产物常作为别构酶的负效应物抑制这些酶；
⑤所有的别构酶均为寡聚酶；
⑥存在同促效应和异促效应：底物分子本身对别构酶的调节作用称同促效应；非底物分子对别构酶的调节作用称异促效应；
　　补充：为了区分符合米氏方程的酶和正协同效应的别构酶及负协同效应的别构酶，Koshland建议用协同指数（cooperativity　index，CI）来鉴别不同的协同作用以及协同的程度。CI是指酶分子中的结合位点被底物饱和90％和饱和10％时底物浓度的比值。故协同指数又称饱和比值（Rs）。CI=Rs=81　1/n，n为协同系数（Hill系数），存在下列不同的Rs值：
典型的米氏方程酶：Rs=81；
正协同效应的别构酶：Rs＜81，且Rs愈小，正协同效应愈显著；
负协同效应的别构酶：Rs＞81；且Rs愈大，负协同效应愈显著；
此外，也常用Hill系数来判断酶属于哪种类型：米氏方程酶n=1；正协同别构酶n　＞1；负协同别构酶n　＜1。
　　生化反应的机制——4类反应机制，即基团转移反应（如转醛基、转酮基、转酰基、转糖基、转磷酰基等），氧化还原反应（电子的得失），消除、异构化和重排反应，碳…碳键的形成或断裂反应（亲核体进攻亲电体）。
　　亲核体——富电子的化合物称为亲核体，它带负电荷，即带有未共用的电子对，与缺电子中心很易形成共价键。常见的亲核基团有：氨基、羟基、咪唑基及巯基等。
　　亲电体——缺电子的化合物称为亲电体。常见有：H＋、金属离子、羰基碳原子等。
　　生物体内的代谢有着完整精密的调节机制如酶的活性调节，神经和激素的调节等等，代谢的研究方法有多种多样　，在测定中最为常用的手段是同位素示踪法。而核磁共正振波谱法是新型的研究方法。
　　内能——指体系内部质点能量的总和，通常用U或E表示。体系内部各质点的能量与体系的状态有关，因此，内能是体系状态的函数。如果体系的状态确定，内能就成为某一个固定值。
　　焓（H）——指一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓也是体系的一个状态函数。△H=　△U　＋　△PV　；
　　熵（S）——一个体系中能量分散的程度是该体系中大量质点进行的各种运动综合表现出来的一种宏观性质，这种性质可以用一种状态函数来表示，它代表着体系能量分散的程度，这个状态函数称之为熵。　△S（总）=　△S（体系）　＋　△S（环境）；
　　当△S（总）=0时，体系所进行的过程是是可逆的，此时体现处于平衡状态；当△S（总）＞0时，体系发生的过程是自发进行的，且是不可逆的。
　　用熵作为衡量一个生物化学过程是否能够自发进行是困难的，必须要知道环境熵变和体系熵变。
　　自由能变化的计算公式Ⅰ：△G=△H－T△S；
　　标准自由能变化（　△G　0）——在标准条件下发生的化学反应的自由能变化即为标准自由能变化，标准条件指反应的温度位25℃，即298K，大气压为101；325Pa　（1atm），且反应物和生成物的浓度均为1mol/L。对于生物化学反应，标准条件还要求pH=7，此时的标准自由能变化用△G　0’；
　　△G与△G　0　的区别——△G　0　是在特定条件下一个化学反应的常数，所以每一个化学反应都有其特定的标准自由能变化；　△G是某一个化学反应随反应条件如反应物浓度、反应温度和pH而改变的自由能变化，它是不确定的。当判断某一个化学反应能否自发进行时，只能根据其△G而不是根据△G　0进行判断。当△G＜0时，说明有自由能释放，自由能是降低的，反应能自发进行；当△G　＞0时，说明需要环境提供自由能，此时反应不能自发进行；当△G　=0时，没有自由能的变化，此时反应处于平衡状态。
　　自由能变化的计算公式Ⅱ：
　　　　　　　　　　　　　　　△G=　△G　0　＋RTln（［C］c［D］d/［A］a［B　］b　）
　　对于生物化学反应，则有：
　　　　　　　　　　　　　　　△G=　△G　0’＋RTln（［C］c［D］d/［A］a［B　］b　）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　用K’eq　=　［C］c［D］d/［A］a［B　］b　
当反应达到平衡时，△G=0，所以可以推出△G　0’的计算式如下：
　△G　0’=－2。303RTlg　K’eq　
　　标准生成自由能——由处于标准状态的最稳定单质合成标准状态的当量化合物时，其标准自由能的变化值即为标准生成自由能，用△G　0　f表示；规定在一大气压下，一定温度时，最稳定单质的标准自由能为零，这样，在标准状态下，由稳定单质生成1mol纯化合物的△G　0　就等于该化合物的标准生成自由能。化学反应的标准自由能变化等于反应产物的标准生成自由能的总和减去反应物的标准生成自由能的总和。
　　★胰腺分泌的脂类水解酶：
①　三脂酰甘油脂肪酶（水解三酰甘油的C1、C3酯键，生成2…单酰甘油和两个游离的脂肪酸。胰脏分泌的脂肪酶原要在小肠中激活）
②磷脂酶A2（水解磷脂，产生溶血磷酸和脂肪酸）
③胆固醇脂酶（水解胆固醇脂，产生胆固醇和脂肪酸）
④辅脂酶（Colipase）（它和胆汁共同激活胰脏分泌的脂肪酶原）
　　★糖蛋白的生物学功能
（1）糖蛋白携带某些蛋白质代谢去向的信息　　糖蛋白寡糖链末端的唾液酸残基，决定着某种蛋白质是否在血流中存在或被肝脏除去的信息。
A脊椎动物血液中的铜蓝蛋白
肝细胞能降解丢失了唾液酸的铜蓝蛋白，唾液酸的消除可能是体内“老”蛋白的标记方式之一。
B。红细胞
新生的红细胞膜上唾液酸的含量远高于成熟的红细胞膜。用唾液酸酶处理新生的红细胞，回注机体，几小时后全部消失。而末用酶处理的红细胞，回注后，几天以后，仍能在体内正常存活。
（2）寡糖链在细胞识别、信号传递中起关键作用
淋巴细胞正常情况应归巢到脾脏，而切去唾液酸后，结果竞归巢到了肝脏。
在原核中表达的真核基因，无法糖基化。
糖蛋白可以是胞溶性的，也可以是膜结合型的，可以存在于细胞内在也可存在于细胞间质中。
糖蛋白在动植物中较为典型，脊柱动物中糖蛋白尤为丰富，金属转运蛋白（转铁蛋白）、血铜蓝蛋白，凝血因子、补体系统、一些激素，促卵泡素（Follicle…stimulating　hormone；　FSH，前脑下垂体分泌，促进卵子和精子的发育）、RNase、膜结合蛋白（如动物细胞膜的Na＋…K＋…ATPase）、主要组织相容性抗原（major　histopatibility　antigen；细胞表面上介导供体器官与受体器官交叉匹配的标识）。
绝大多数糖蛋白的寡糖是糖蛋白的功能中心。有些糖蛋白的糖对于糖蛋白自身成机体起着保护作用或润滑作用，如牛的RNaseB（糖蛋白）对热的抗性大于RNaseA，大量的唾液酸能增强唾液粘蛋白的粘性从而增强唾液的润滑性。南极鱼抗冻蛋白的糖组分能与水形氢键，阻止冰品的形成从而提高了抗冻性。
糖蛋白在细胞间信号传递方面着更为复杂的作用。Hiv的靶细胞结合蛋白GP120是一个糖蛋白，能与人类靶细胞表面的CD4受体结合从而附着在靶细胞表面，如果去掉GP120的糖部分则不能与CD4受体结合从而失去感染能力。细胞表面的糖蛋白形成细胞的糖萼（糖衣）、参与细胞的粘连，这在胚和组织的生长、发育以及分化中起着关键性作用。
旋光性　　　20种氨基酸中，只有Gly无手性碳。Thr、Ile各有两个手性碳。其余17种氨基酸的L型与D型互为镜象关系，互称光学异构体（对映体，或立体异构体）。一个异构体的溶液可使偏振光逆时针旋转（记为（一））。另一个异构体可使偏振光顺时针旋转（计为（＋）），称为旋光性。光学异构体的其它理化性质完全相同。
　　外消旋物：D…型和L…型的等摩尔混合物。　L…苏氨酸和D…苏氨酸、L…别一苏氨酸和D…别…苏氨酸分别组成消旋物，而L…（D…）苏氨酸和L…（D…）别一苏氨酸则是非对映体。
旋光性物质在化学反应时经过对称的过度态时会发生消旋现象。蛋白质在与碱共热水解时或用一般的化学方法人工合成氨基酸时也会得到无旋光性的D…、L…消旋物。。
　　内消旋物：分子内消旋
胱氨酸有三种立体异构体：L…胱氨酸、D…胱氨酸、内消旋胱氨酸。
L…胱氨酸　　　　　　　D…胱氨酸　　　　内消旋胱氨酸：（分子内部互相抵消而无旋光性）
L…胱氨酸和D…胱氨酸是外消旋物
氨基酸的旋光符