石家庄计算机职业学院 生物化学 （理论）教案
系 部： 医学系 任课教师： 教师职称： 讲师 授课对象： 19级护理专业 课程学时： 80
学年学期： 2019-2020学年第一学期
第 1 次课 学时 2 ---
第一章 绪论 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□
教学目的： 使学生了解生物化学的发展史，掌握生物化学的定义、研究内容及学习方法；理解生物化学与其他学科的关系，认识学习生物化学的重要意义；了解生物化学知识在生活中的广泛应用，激发学生学习生物化学的兴趣。 教学方法、手段： 板书、多媒体 教学重点、难点： 教学重点：生物化学发展简史；生物化学研究的内容。 教学难点：生物化学研究的内容。 补充内容和教学内容及过程设计 时间分配 一、新课导入 首先通过多媒体课件让学生明白生物化学课时生命类学科的一门必修的专业基础课，为之后的学习打基础；学生物化学有意思、有用。很多生化的理论可以指导我们的生活，能实现很多个人愿望，举例子说明等。学生了解之后兴趣大增，再开始逐一讲解。 二、讲授新课 作 一、生物化学的概念与研究内容 （10分钟）新课导入 生物化学（Biochemistry）是用化学的原理和手段研究生命现象，并阐述因果关系的一门边缘学科。生称生物的化学（Biological chemistry）或生理的化学（physiologcal chemistry）。 生物化学的研究对象是生物体，包括植物、动物和微生物。 （1）生物体重要化学组分，尤其是糖、脂、蛋白质和核酸生物大分子结构、性质和功能。 （2）生物体内的物质代谢、能量代谢及调节方式。 （3）生物体遗传信息传递与表达。 （一）生物体重要化学组分，尤其是糖、脂、蛋白质和核酸生物大分子结构、性质和功能 大量元素：C、H、O、N、P、S、Cl、Mg、K、Na、Ca(生物体组成的99%以上)。 微量元素：Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Co、Si、Se、I、Al、B等元素所组成。 这些元素通常又以碳为中心形成各种化合物，参与生物体的建成。 碳氢化合物主要包括以下五种形式： （35分钟）详细介绍生物
（1）氨基酸以及由其构成的肽、蛋白质。 （2）核苷酸、核酸。 （3）糖类及其衍生物。 （4）脂类及其衍生物。 （5）维生素、激素及其它小分子有机物。 化学研究的内容，使学生从宏观上认识生物化学。 其中，糖类、脂类、蛋白质、核酸四类化合物只存在于生物体内，分子量也很大，因此这些化合物又大分子（Biological macromolecue)。 （二）生物体内的物质代谢、能量代谢及调节 生物体区别于非生命物体的一个最主要特征就是具有新陈代谢作用，即生物体与其外界环境之间不断和能量的交换过程。 同化作用 异化作用 这部分内容主要包括：糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢和核酸代谢、生物氧化和代谢调节六章。 （三）生物体遗传信息传递与表达 生物体区别于非生物物体的另一个重要特征就是具有自我复制的能力，即以自身为模板复制出与自身代的能力也即繁殖作用。本质是遗传信息在生物体亲子代间的传递作用。 生物化学按其研究内容的不同又可以划分为： 静态生物化学（有机生物化学） 代谢生物化学（动态生物化学） 功能生物化学（机能生物化学） （四）生命物质的基本特征 生命是物质的一种特殊存在形式，生命物质具有一系列基本特征。 （1）生物体内的化学反应遵循普通物理化学规律。 （2）生物功能分子的结构、理化性质及功能之间具有明显的相互依存关系。 （3）细胞是生命活动的基本结构和功能单位，一切重要功能分子都有明确的细胞定位。 （4）生命是“一致性与差异性”的统一体 1）不同生物体内的各类有机大分子均由相同的单体构成。 2）不同生物体内各类有机大分子的代谢均按照相同的方式进行。 3）所有生物体均以核酸为遗传信息载体，并共用一套遗传密码。 二、生物化学发展简史
生物化学和其他自然科学一样，他的产生和发展主要是由生产实践和科学研究的需要所决定。早期生 展的动力主要来自于医药学及发酵业的兴起。在西方，十七、十八世纪工业革命的兴起对生物化学的着重大的推动作用。 生物化学作为一门科学，他的发展大体上可以分成三个阶段。 20世纪之前 20世纪初至50年代 20世纪50年代以后 20世纪之前，本时期是静态生物化学迅速兴起的时期，主要研究生物体的化学组成成分的种类、结构分布。整体上属于描述性的，在此时期出现了许多奠基性的重要发现。 1770-1774年 Priestely发现O2，并证明动物消耗O2，植物产生O2。 （20分钟）生物化学的发1776-1778年Scheele（舍勒）通过对许多天然药物化学成分的分析，首次分离得到了乳酸、酒石酸、展简史，以及尿酸、甘油等一系列天然有机物。 1779-1796年 Ingen-Housz证明绿色植物产生O2需要光，并证明绿色植物可利用CO2。 生物化学学科发展大记1780-1789年Lavoisier（拉瓦锡），法国的一位生物化学家，第一次发现动物的呼吸作用本质就是氧化事。是学生产和蜡烛的燃烧作用一样，都是碳氢化合物的氧化反应，并首先认识到乙醇的形成是一系列化学反应的生浓厚兴趣。 1854-1864年L.Pasteur证明发酵是由于微生物活动的结果，推翻了自生论。 1864年Hoppe-seyler结晶出第一种蛋白质血红蛋白。 1869年Miescher发现核酸。 1877年Hoppe-seyler首次提出Biochemie，译成英语是Biochemistry或Biological chemistry将生理化学化学，使生物化学从生理学中分离出来，成为一门独立的学科。 Hoppe-seyler还首创Proteids译成英语即Protein，他还创办了世界上第一本生物化学方面的杂志《生志》。因此， Hoppe-seyler是生物化学的创始人之一。 20世纪初期至50年代 该时期是新陈代谢过程研究的全盛时期，由于酶、激素、维生素等活性物质的发 离提取，使生物化学家的研究兴趣从此从静态转到到了动态，导致了许多新的代谢过程的被发现，现知的许多代谢过程都是在那个时期研究清楚的。 1905年，Knoop提出了脂肪酸的β-氧化。 1912年，Nuberg提出了生醇发酵的化学过程。 1933年，Embden-Myerhof证明糖酵解及发酵化学历程中的关键性中间物。 1937-1940年，Kreb's提出了三羧酸循环的假设等。 20世纪50年代以后 这个时期是生物大分子结构与功能研究突飞猛进的时期，许多与此有关的重要成果
这个时期取得的。 1950年Pauling和Corey在X-光衍射实验的基础上提出了蛋白质的二级模型学说。 1953年Sanger完成了世界上第一个天然蛋白质分子牛胰岛素51个氨基酸序列的分析。 同年，Watson和Crick在M.H.F.Wilkins X-光衍射图谱研究的基础上提出了著名的DNA双螺旋结构模此贡献这三人分别获得了1962年度的诺贝尔生理医学奖 1960年，Kendrew获得了高分辨率的鲸鱼血红蛋白结构X-光衍射分析。 1961年，Jacob、Monod提出了操纵子学说，并假设了mRNA的功能，获得1965年度的诺贝尔生理医学1965年，Holly测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构，获得了1968年度诺贝尔生理医学奖。 1965年，我国首次在世界上用人工的方法合成了具有天然活性的结晶牛胰岛。 1973年，使用0.18um X-光衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。 1975年，Dulbecco Temin和Baltimore在劳氏肉瘤病毒中发现逆转录现象，共享诺贝尔生理医学奖。 1980年，Sanger发明DNA双脱氧测序法，与Gilbert和Berg共享诺贝尔生理医学奖。 1981年，中国上海生物化学研究所的科学工作者人工全成了具有完全生物活性的酵母丙氨酸tRNA。 1989年，Altman和Cech由于发现某些RNA具有催化作用（核酶），获诺贝尔化学奖。 1993年，Robert和Sharp由于发现断裂基因，诺贝尔生理医学奖。 Mullis因发明PCR仪与第一个设计基因突变的Smith共享诺贝尔化学奖。 1997年，Prusiner由于发现早老性痴呆症的病因——朊病毒，诺贝尔生理医学奖。 1990年10月：被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）启目标是了解人类自身，操纵生命。 1998年5月，美国科学家建塞莱拉遗传公司，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因组国际人类基因组计划展开竞争。 2000年6月26日，科学家公布人类基因组工作草图。 2001年7月，国际人类基因组计划的科学家和美国塞莱拉公司分别宣布将绘制人类基因变异图谱。 号1999年7月，中国科学院遗传所人类基因组中心，在国际人类基因组HGSI注册，承担了其中1%，即3 上3000万个碱基的测序任务，使我国成为继美、英、德、日、法之后第六个参与该计划的国家，也是展中国家。 2002年4月3日，中国科学家公布水稻基因组工作草图，水稻基因组有4亿3千万个碱基对（约为人的基因组12对染色体，50，000个基因，我国科学工作者承担测序的是4号染色体，36 Mb(占8%)。 继2001年，人类基因组计划，小鼠、大鼠、水稻、拟南芥等模式生物基因组计划的完成,生物学研究了进因组时代。
比较基因组学(comparative genomics) 功能基因组学(functional genomics) 蛋白质组学（proteomics） RNA组学(RNomics) 代谢组学（metabonomics） 三、生物化学与工农业生产关系 （一）生物化学与工业生产的关系 发酵工业是利用微生物的生命活动，生产人类所需产品的工艺过程。由于原料的投入到产品的形成都 制的条件下，通过微生物的新陈代谢来实现的。在工业发酵过程中，人们之所以能够获得多种多样的 键就是微生物代谢的多样性、工艺条件的不同性，因此生物化学知识对发酵工业来讲是非常重要，它业发酵机理、选择合理工艺条件、指导微生物菌种的选育等都有重要意义。 （二）生物化学与农业的关系 生物化学对农业生产也有很大使用意义，如弄清楚植物的新陈代谢规律，我们就可以控制植物的发育白质、糖、脂等的生物合成规律，我们就可以控制一定的条件，获得更多、更优质的农产品。 在现代品质育种中，也有许多只有通过生化技术才能办到的工作，如农作物育种亲本的选择，各种重测定、许多遗传性状如抗旱型、耐寒性、高产性的鉴定等都可以用生物化学方法来实现。 （三）生物化学与医学的关系 生物化学对于医学研究有极其重要意义，集中体现在四个方面：一是阐明疾病发生机理，二是提供临（15分钟）生验和诊断方法，三是寻找治疗方法，四是为新药设计提供理论依据等。 物化学与工生物化学对营养学也很重要，如为人类提供合适营养是保证人体健康的重要保证，而各种营养成分的比农业生产关功能如何，过多过少会有什么问题等等都可以从生物化学中找到答案。因此，有人说营养学是生物化系 类的一个重要贡献，我觉得这一点也不夸张。 四、生物化学学习中应该注意的几个问题 （5分钟）生1.善于记忆、勤于思考 学习心理学理论认为，学习可以分成为4个不同的层次，即记住、理解、活用和物化学学习2.坚持用辨证统一的观点和唯物辩证的观点学习和分析生物化学问题。 3.要学会从生物进化和生物体整体观点看待生物化学问题。 4.学以致用的原则，理论学习与实践技能学习并重的原则。 方法及注意问题。 （5分钟）本次课的总结
思考题、作业题、讨论题： 思考题： 1. 生物体化学组成成分及存在形式。 2. 生物化学研究的主要内容是什么？ 作业题： 1．生物化学的研究对象是什么？ 2．生物化学研究的主要内容是什么？ 3．生物化学与畜牧专业的关系？ 课后总结分析：
第 2 次课 学时 2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 通过学习宏观的了解第二章的总体内容；掌握蛋白质的化学组成。 教学方法、手段： 多媒体技术与板书并用。 教学重点、难点： 1、20种氨基酸的分子式、三字母缩写、分子式。 2、蛋白质的元素组成及含量计算。 第二章蛋白质的结构与功能1 理论课√□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□
补充内容和教学内容及过程设计 时间分配 一、课程回顾 上次课讲的主要内容：1、生物化学的概述；2、生物化学研究的内容；3、生物化学的发展简史；4、生物化学与动物生产、健康的关系；5、学习生物化学的方法和注意事项。 二、 新课导入 蛋白质是生物体的基本组成成分之一，也是含量最丰富、功能最多的高分子物质，约占人体固体成分的45％。蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。 蛋白质在生命活动中执行着多种功能，如催化功能（酶）；调节功能（部分激素是蛋白质、非蛋白激素的合成离不开酶的催化、激素受体是蛋白质、基因的调控也离不开蛋白质）；运输功能（血红蛋白、载体、转运蛋白等）；运动功能（肌肉收缩是实现躯体运动、血液循环、呼吸、胃肠蠕动的基础，都依赖有收缩功能的蛋白）；防御功能（抗体和补体）；应激功能（神经的传导和大脑的思维离不开蛋白质）；机械支持功能（皮肤、结缔组织、骨骼的胶原蛋白）；物质代谢；细胞信息传递；个体生长发育；组织修复等。 三、蛋白质结构与功能概述 （一）蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质 1.酶：作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必须，酶的另一化学本质是RNA，不过它比蛋白质差远了，种类、速度、数量。 2.免疫系统：防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体），发炎。 细胞免疫：T细胞本身，分化，脓细胞。 体液免疫：B细胞，释放抗体，导弹，免疫球蛋白（Ig）。 3.肌肉：肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。 4.运输和储存氧气：Hb和Mb。 5.激素：含氮类激素，固醇类激素。 6.基因表达调节：操纵子学说，阻遏蛋白。 7.生长因子：EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长因子），促使细胞分裂。 8.信息接收：激素的受体，糖蛋白，G蛋白。 9.结构成分：胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定的。 （10分钟） 课程回顾 （10分钟） 新课导入 - 2 -
10.精神、意识方面：记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。 11.蛋白质是遗传物质？只有不确切的少量证据。如库鲁病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。 （二）、构成蛋白质的元素 构成蛋白质的主要元素有C、H、O、N、S 5种，其中N元素的含量很稳定，16％，因此，测定样品中氮元素的含量就能算出蛋白质的量。 （三）、蛋白质的结构层次 1．一级结构：蛋白质分子中氨基酸的线性排列顺序。 2．二级结构：蛋白质主链局部有规则的空间排布方式。 3．三级结构：肽链在空间的折叠和卷曲形成的形状，所有原子在空间的排布。 4．四级结构：多条肽链之间的作用。 四：蛋白质功能上的多样性是由其结构的千差万别所决定的。只有在深入了解蛋白质结构的基础上才能更透彻了解蛋白质的功能。 150万种生物中，有1010～1012种蛋白质及1010种核酸、人体蛋白质有106种。 四、讲授新课 第一节 蛋白质的分子组成 蛋白质（Protein）的元素组成及其特点。 主要C、H、O、N、S。其他P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I。 蛋白质含氮量平均为16％，而且大部分氮元素存在在蛋白质中 测定生物样品含氮量，可推算出蛋白质大致含量。 每克样品含氮克数×6.23×100＝100克样品中蛋白质含量（g％） 一、氨基酸（amino acid；aa，AA） 蛋白质的基本组成单位是氨基酸。 存在于自然界中的氨基酸有300余种，组成蛋白质的氨基酸只有20种，均属L－α－氨基酸（甘氨酸除外）。但由于氨基酸的种类、数量、排列顺序及组合方式的不同，20种氨基酸可构成种类繁多、功能各异的蛋白质。D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。 氨基酸的通式（脯氨酸除外）： COOH （25分钟） 讲授新课，蛋白质结构与功能概述，把大把白纸这一章的内容概括的讲一下，让学生们 宏观的了解一下这一章的内容，然后再展开讲解。 （10分钟）蛋白质的元素组成和含量计算。 - 3 -
│ H2N ─ C ─ H │ R 连在羧基上的C称为α－碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除外），不同的氨基酸其侧链（R）各异。 （一） 氨基酸的分类 根据其侧链的结构和理化性质分为四类： 1．非极性疏水性氨基酸 侧链基团有甲基、苯环等疏水基团。侧链彼此连结形成疏水键，是蛋白质三级结构中数量最多的次级键。 甘、丙、缬、亮、异亮、苯丙、脯。（7种） 2．极性中性氨基酸 侧链基团有羟基、酚基、巯基和酰胺基等极性亲水基团。 色、丝、酪、半胱、蛋、苏、天冬酰胺、谷氨酰胺。（8种） 3．酸性氨基酸 侧链上有羧基，在中性水溶液中电离出H＋而带负电荷。 天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu） 4．碱性氨基酸 侧链氨基、胍基和咪唑基可接受H＋而带正电荷。 赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His） 脯氨酸与半胱氨酸较为特殊。脯氨酸属亚氨基酸，亚氨基能与另一羧基形成肽键；N在环中，移动的自由度受到限制，处于多肽链中时，往往使肽链走向形成折角。两个半胱氨酸脱氢以二硫键相连形成胱氨酸。在蛋白质分子中二硫键（共价键）是连接肽链内或肽链间的主要桥键，造成肽链分支或成为环状。 蛋氨酸又称甲硫氨酸。 （二）氨基酸的理化性质 1．两性解离及等电点 （1）两性解离 氨基酸含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基，在酸性溶液中与质子结合成带正电荷的阳离子，在碱性溶液中与OH－结合，失去质子成为带负电荷的阴离子。氨基酸是两性电解质，具有两性解离特性。 （2）pI 氨基酸解离方式取决于所溶液的pH，解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等成为兼性离子，呈电中性时的溶液pH称为该氨基酸的等电点。 （20分钟）氨基酸的分类和性质，这段内容比较抽象，把抽象的内容用通俗的举例子的方法讲解出来，再结合课件中的图片，争取学生课堂能理解掌握。 - 4 -
氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的。pI =1/2（pK1＋pK2） （Glu：3.22； Lys：9.74） 2.紫外吸收性质 参与蛋白质组成的20种氨基酸，在可见光区域都没有光吸收，但在远紫外区（<220nm）均有光吸收。在近紫外光区域（220－300nm）只有酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Trp）有吸收光的能力。因为它们的R基含有苯环共轭双键系统。 测定蛋白质溶液在280nm波长处光吸收值，可快速、简便分析溶液中蛋白质含量。 3．茚三酮反应 在氨基酸的分析化学中，具有特殊意义的是氨基酸与茚三酮的反应。茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨、脱羧反应，最后茚三酮与反应物——氨和还原茚三酮发生作用，生成蓝紫色化合物，最大吸收峰在570nm波长处。茚三酮显色可用于氨基酸的定性或定量测定。 二、肽 （一）肽（peptide） 1.肽键 由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水形成的共价键，又称为酰胺键，是蛋白质的主键。 －H2O H2N－CH－COOH＋H2N－CH－COOH →→→ H2N－CH－CO－NH－CH－COOH │ │ │ │ R1 R2 R1 R2 2.肽 是由许多氨基酸残基通过肽键连接形成的链状结构。又称肽链。 3.寡肽、多肽 10个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，更多的氨基酸相连而成的肽称为多肽。 4.氨基酸残基 肽链中的氨基酸由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。 5.N－端、C－端 多肽链有两端，自由氨基端称为氨基末端（N端），写在左侧，自由羧基端称为羧基末端（C端）写在右侧。 三、蛋白质的分类 （一） 根据蛋白质的组成成分 1． 单纯蛋白质 只含氨基酸。 2．结合蛋白质 还含非蛋白部分（辅基），以共价键与蛋白质结合。如色素、寡糖、脂 （10分钟）氨基酸的理化性质和分类。 （5分钟）小- 5 -
类、磷酸、金属离子、核酸。 （二）根据蛋白质的形状 1．纤维状蛋白质：分子长轴的长度比短轴长10倍以上。纤维状的结构蛋白质，难溶于水。 2．球状蛋白质：球形或椭圆形的功能蛋白质，可溶于水。 小结： 思考题、作业题、讨论题： 1、蛋白质的理化性质。2、20种氨基酸的结构特点。3、氨基酸的理化性质及分类。 课后总结分析： 第 3 次课 学时 2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 第二章蛋白质结构与功能2 结，把这次可得内容总结一下。 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ 掌握蛋白质的化学组成、基本结构特点以及结构和功能的关系，熟悉蛋白质和氨基酸重要的理化性质，了解蛋白质的分类和分离纯化的手段。 教学方法、手段： 老师示范、板书、多媒体技术 教学重点、难点： 1、蛋白质的一级结构和空间结构。2、蛋白质结构与功能的关系。 补充内容和时间教学内容及过程设计 分配 - 6 -
二、 课程回顾 回顾上节课学过的内容： 1、 蛋白质的生物学功能。 2、 20种氨基酸的名称和性质。 3、氨基酸的理化性质。 （10分钟）上次课程内容回顾，以提问的方式和学生互动。加强巩固二、新课讲授 第二节 蛋白质的分子结构 蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子。氨基酸排列顺序及肽链的空间排布等构成蛋白质分子结构。 分为：基本结构（一级）和高级结构或空间构象（二级、三级、四级结构）。 构象：是化学键的旋转形成的立体结构，改变构象不涉及共价键的破坏。 构型：是指各原子或基团在不对称碳原子上的排列形成的空间结构，改变构型必须将共价键断裂后重新连结。 一、蛋白质的一级结构 1．定义：蛋白质分子中氨基酸由N端至C端的排列顺序。即氨基酸序列。 2．主键：肽键。有些蛋白质还含二硫键。 3．意义：是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，不是决定空间构象的唯一因素。 上次课所学内容。 （15分钟）蛋白质一级结构的讲解。 （25分钟）蛋白质二级结构的讲解。 二、蛋白质的二级结构 - 7 -
（一）定义：蛋白质分子中某一段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。是蛋白质主链局部的空间构象。 （二）肽单元：参予肽键的Cα1、C、O、N，H、Cα26个原子处于同一平面构成。 O Cα C---------N Cα H 根据X衍射技术测定（根据键长和键角，推断肽的空间结构） 一般有机胺C－N 单键 键长 0.149 nm 异氰根C = N 双键 键长 0.127 nm 肽键C－N 键长 0.132 nm 肽键键长位于单键和双键之间，因此具有一定程度的双键性质（近似以π键），不能自由旋转。参与肽键的6个原子被约束于同一个平面上，Cα1和Cα2是在平面的两个对角，为反式构型，这就是肽单元。Cα与N和羰基碳原子相连的键都是典型的单键，可以自由旋转，旋转角度决定两个相邻肽单元平面的相对空间位置。 这样可以把多肽链的主链看成是由被Cα隔开的许多肽单元所组成。而肽单元可以看做蛋白质构象的基本单元。肽单元围绕α－碳原子旋转，使多肽链形成各种形式的主链构象和侧链构象。但实际上侧链间、主链间相互吸引或排斥，相互影响或制约，使整个蛋白质分子形成一个最稳定的特定构象。一种天然的蛋白质的多肽链，在一定条件下，往往只有一种或很少几种构象。 （三）主要形式 肽链局部主链原子空间构象的分子模型 1. α-螺旋 （1）多肽链的主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升，为右手螺旋。 （2）螺旋每上升一圈（旋转360o为一个螺旋周期）含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm。 （3）每个肽键的N－H和第四个肽键的羰基氧C＝O形成氢键，氢键的方向与螺旋轴基本平行。稳定α-螺旋结构。 （4）侧链基团位于α-螺旋的外侧，不参与α-螺旋的维系，但对α-螺旋的形成和稳定有重要影响。 （20分钟）蛋白质二级结构的讲解，这段内容和抽象，结合课件中的图片，使学生更容易学习。 - 8 -
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2.β-折叠 （1）几条多肽链或一条多肽链反折形成的若干肽段互相靠拢，平行排列。 （2）所有肽键的C = O和N － H形成链间氢键，氢键与主链互相垂直。 （3）侧链基团交替地伸向片层的上方和下方。由于侧链基团的存在，而主链又必须互相靠拢，所以主链不能完全伸展，而呈锯齿状折叠的片层结构。 （4）相邻肽链走向相反者为反平行式，结构较稳定，间距0.7nm。相邻肽链走向相同为平行式，间距0.65nm。完全伸展的肽链间距为0.72nm。 3、β-转角 常发生于肽链进行180度回折时的转角上，第一个氨基酸残基的CO和第四个氨基酸残基的NH形成氢键，以保持结构的稳定。又称为发夹结构或U形转折。 - 10 -
4.无规卷曲 没有确定规律性的部分肽链结构。 （四）维持键：氢键维持二级结构稳定。 蛋白质中，存在二个或三个具有二级结构的肽段所形成的特殊空间构象，称为模序，发挥着特殊的生物学功能。 三、蛋白质的三级结构 1.定义：多肽链主链和侧链的全部原子的三维空间排布位置。 2.稳定因素：疏水作用、离子键、氢键、Van der waals力。（次级键） 3.结构域：对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称为结构域。（结构域介于超二级结构和三级结构之间）对于那些较小的蛋白质分子或亚基来说结构域和三级结构往往是一个意思，也就是说这些蛋白质是单结构域的。 4.亚基：具有独立完整三级结构的多肽链。 （10分钟） 蛋白质三级结构讲解，学生们在掌握了二级结构的基础上较容易学习三级结构。 - 11 -
四、蛋白质的四级结构 1.定义：蛋白质亚基之间的缔合，由2个或2个以上的亚基借次级键联接构成的更复杂的结构。各个亚基的空间排布及接触部位的布局和相互作用。 2.稳定因素：主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。依靠次级键维系。 含有四级结构的蛋白质，独立的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。 （10分钟） 蛋白质四级结构讲解，学生们在掌握了三级结构的基础上较容易学习四级结构。 - 12 -
第三节 蛋白质结构与功能的关系 一、蛋白质一级结构与功能的关系 （一）一级结构是空间构象的基础 核糖核酸酶的变性和复性实验是一个很有说服力的证明。 8M尿素 透析去尿素 天然RNA酶 →→→→→→ 变性RNA酶 →→→→→→ 复性RNA酶 β-巯基乙醇 和巯基乙醇 变性：采用尿素和β-巯基乙醇处理，破坏次级键和二硫键，其二、三级结构破坏，肽键不受影响，一级结构仍在，酶活性丧失。 复性：采用透析法除去变性剂和还原剂以后，酶活力几乎恢复到变性前的水平。经检查，其理化性质也与天然酶一致，表明其构象也已恢复。据数学计算，此酶还原后的8个半胱氨酸的巯基重新结合成4对二硫键共有105种可能的配对方式，其中只有一种是正确的配对，而只有按这种正确的配对方式连接才能表现此酶的活性。上述实验酶活性的恢复说明一级结构包含着建立正确的空间结构的全部信息。 （二）一级结构与功能的关系 一级结构是空间构象和功能的基础。一级结构相似的蛋白质，其空间构象和功能也相似。蛋白质一级结构发生改变则影响其正常功能，引起的疾病称为分子病。 许多遗传性疾病是由于某一重要蛋白质的一级结构发生了差错而引起。例如镰刀形红细胞性贫血患者的血红蛋白（HbS，α2β26谷→缬），β亚基第6位谷氨酸变成缬氨酸，使水溶性的血红蛋白具集成丝，相互粘着，导致红细胞变成镰刀状而极易破碎。通过脾脏不易变形而溶血。纯合子HbS占80 %，儿童期就死亡；杂合子HbS 占50 %，只有30岁左右的寿命。这种疾病见于非洲某些地区。 比较一些广泛存在于生物界的蛋白质的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。物种进化相差越远，一级结构的差别越大。－－分子分类学。 二、蛋白质空间结构与功能的关系 （一）肌红蛋白（Mb）和血红蛋白（Hb）结构 都是含有血红素辅基的蛋白质。 1.Mb 是一个只有三级结构的单链蛋白质，球状分子内部有一个袋形空穴，血红素居于其中。 （15分钟） 蛋白质结构与功能的关系。 - 13 -
2.Hb 是具有四个亚基组成四级结构，成人红细胞Hb主要由两条α链和两条β链组成，α链含141个氨基酸残基；β链含146个氨基酸残基。Hb各亚基的三级结构与Mb相似。 1.协同效应 一个亚基与其配体（Hb中的配体为O2）结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力。如果是促进作用则为正协同效应，反之，则为负协同效应。（寡聚体：由二个或多个亚基组成的蛋白质。无四级结构的蛋白质如溶菌酶、肌红蛋白等称为单体蛋白质。） 2.变构效应 一个氧分子与Hb亚基结合后引起亚基的构象变化，称为变构效应。小分子氧称为变构剂或效应剂。Hb则被称为变构蛋白。变构效应不仅发生在Hb与O2之间，一些酶与变构效应剂的结合，配体与受体的结合也存在着变构效应。一个蛋白质与其它配体（或其它蛋白质）结合后，蛋白质的构象发生变化，使它更适合于功能需要，这一类变化称为变构效应。 小结：和学生一起回忆本次讲过的内容，并板书出来。 1、 蛋白质的一级结构：蛋白质分子中氨基酸由N端至C端的排列顺序。即氨基酸序列。 2、蛋白质的二级结构：蛋白质分子中某一段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。是蛋白质主链局部的空间构象。 3、 蛋白质的三级结构： 4、 蛋白质的四级结构： 5、 蛋白质结构与功能的关系。 （5分钟）学生提问与学生互动，了解学生接受情况 （5分钟）本次课的内容总结 思考题、作业题、讨论题： 1、 蛋白子的一级结构。 2、 蛋白质的二级结构及四种形式。 3、 蛋白质的三、四级结构及特点。 - 14 -
课后总结分析：
第 4 次课 学时 2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 第二章蛋白质结构与功能3 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ 教学目的：掌握蛋白质的理化性质，了解蛋白质分离纯化技术。 教学方法、手段： 多媒体技术和板书 理论为主多媒体为辅。 教学重点、难点： 补充内容和时教学内容及过程设计 间分配 - 15 -
一、 课程回顾 上节课我们学习的内容： 1、 蛋白质的一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。 2、 蛋白质结构与功能之间的关系。 二、新课讲授 第四节 蛋白质的理化性质及其分离纯化 一、蛋白质的理化性质 （一）蛋白质的两性电离和等电点 蛋白质分子带有许多可解离基团，在一定的溶液pH条件下可解离为带负电荷或带正电荷的基团，称为两性电离。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负电荷的趋势相等，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。 体内蛋白质的pI大多数为5.0左右，在体液内解离成阴离子。 （二）蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量在1万～100万之间。其分子的颗粒大小可达1～100nm胶粒范围之内。蛋白质胶体稳定的因素有：水化膜和胶粒表面电荷。除去稳定因素，蛋白质极易从溶液中沉淀析出。 （三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 （10分钟） 上节课内容回顾。 （30分钟）讲授新课，蛋白质的理化性质。把涉及无机化 1.蛋白质变性：在理化因素（加热、乙醇、有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子、学中的理论回生物碱试剂等）作用下，蛋白质空间构象破坏，导致其理化性质改变和生物活性的丧失，称为蛋白质变性。不涉及一级结构的改变。变性蛋白质溶解度降低，粘性增加，结晶能力消失，易被蛋白酶水解。蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。变性后，如空间构象严重被破坏，不能复性，称为不可逆性变性。 2.沉淀和凝固：变性蛋白质疏水侧链暴露，肽链融汇相互缠绕继而聚集，易于从溶液中析出，称为蛋白质沉淀。在pH为等电点的溶液中，变性蛋白质可结成絮状物，絮状物能溶于强酸或强碱中。经加热，絮状物变成比较坚固不再溶解的凝块，称为凝固作用。 变性的蛋白质不一定沉淀，沉淀的蛋白质不一定变性，凝固的蛋白质一定变性。 （四）蛋白质的紫外吸收 由于蛋白质分子中含有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸（Tyr：275nm；Phe：257nm；顾讲解一下，更有助于理解和掌握。 （5分钟）以提问的形式和学生互动，总结所学内容。 - 16 -
Trp：280nm），因此在280nm波长处有特征吸收峰。可用于蛋白质定量测定。 （五）蛋白质的呈色反应 1.茚三酮反应：蛋白质水解产生的氨基酸可发生茚三酮反应。 2.双缩脲反应：蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色和红色，称为双缩脲反应。氨基酸无此反应，此反应可检测蛋白质水解程度。 二、蛋白质的分离和纯化 （一）丙酮沉淀及盐析 使用丙酮（甲醇、乙醇等脱水剂，破坏蛋白质的水化层而使蛋白质沉淀）沉淀时，必须在0～4℃ 低温下进行，丙酮用量10倍于蛋白质在溶液体积。沉淀后立即分离，否则蛋白质会变性。pI时效果更好。 盐析是将高浓度中性盐（硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等）加入蛋白质溶液，破坏蛋白质在水溶液中的稳定因素（水化层、表面电荷），使蛋白质溶解度降低而从溶液中沉淀析出的现象。各种蛋白质盐析所需的盐浓度及pH均不同。用盐析法可将蛋白质初步分离。盐析一般不会引起蛋白质变性，不同蛋白质盐析时所需的盐浓度不同，调节盐浓度，可将不同的蛋白质从溶液中先后析出。例如血清加入硫酸铵至50 % 饱和度，球蛋白先析出，再加至饱和，则清蛋白析出。（分段盐析） （二）电泳 带电大分子在电场中向所带电荷相反的电极移动的现象称为电泳。 蛋白质在偏离其pI的溶液中是带电的，在电场中能向相反一极移动。泳动速率与蛋白质所带电荷多少及分子量大小有关。 根据支撑物不同，有薄膜电泳（醋酸纤维薄膜）、凝胶电泳（琼脂糖、淀粉、聚丙烯酰胺凝胶为支撑物）等。 人血清中各种蛋白质的pI不同（中性偏酸）， 将血清点在醋酸纤维薄膜上，在pH 8.6的缓冲液中各种蛋白质带负电荷，电泳时向阳极移动，由于各种蛋白质带电多少、分子量大小不同，泳动速率不同而被分离。电泳后显色，可见各种蛋白质显色区带，用于某些疾病的诊断。 ＋ － A－α1－α2－β－γ 原点 ←←←←←←←←←←← 聚丙烯酰胺凝胶为支撑物的电泳，因该凝胶还具有分子筛效应，不同分子量的蛋 （25分钟）蛋白质的分离和纯化，这段内容较难，主要是让学生了解一些生物化学上的实验方法和研究进展。 - 17 -
白质通过凝胶的微孔所受的阻力不同，因而其分辨力很高，可将血清蛋白分成20～30个区带。常用于蛋白质的分离鉴定和分子量测定。 （三）透析 利用透析袋将大分子与小分子分开的方法。透析袋是用具有超小微孔的膜（硝酸纤维素膜）制成。微孔只允许分子量为1000以下的化合物通过。 将蛋白质（高分子化合物）溶液放入透析袋，再置于水中，通过不断换水，可把袋内小分子物质（硫酸铵、氯化钠等）全部去尽。袋外放吸水剂（聚乙二醇），还可将蛋白质溶液浓缩。 （四）层析 是蛋白质分离纯化的重要手段之一。种类很多，有离子交换层析（根据蛋白质带电荷特性）、亲和层析（利用抗原抗体反应）等。 离子交换层析是利用阴离子交换树脂（带正电荷）可吸附带负电荷的蛋白质，然后用含阴离子（如Cl－）的溶液洗柱，含负电量小的蛋白质先被洗脱，增加Cl－浓度，含负电量多的蛋白质也被洗脱下来，于是蛋白质被分离。 （五）分子筛 又称凝胶过滤，是层析的一种。 层析柱内填满带有小孔的颗粒（葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶），蛋白质溶液从顶部下渗时，小分子蛋白质进入孔内而滞留时间较长，大分子蛋白质迳直流出。不同大小的蛋白质得以分离。 根据待分离蛋白质的分子量大小，应选用不同规格的凝胶层析剂。 （六）超速离心 用于分离纯化蛋白质和测定蛋白质的分子量。 利用50万倍地心引力（5×105g）的超离心力，分离具有不同沉降系数（S）的蛋白质的方法。当浮力与沉降力相等时，沉降停止，不同蛋白质得以分离。此法也可用于核酸和细胞器的分离。 蛋白质在离心场中的行为用沉降系数S表示，是指单位离心力作用下颗粒沉降的速度，与蛋白质的密度和形状相关。 dx/dt为颗粒移动速率 dx/dt ω为离心头的角速度 S ＝ -------- × 1013 x为沉降距离（距转动中心轴距离） （25分钟）蛋白质的分离纯化技术的讲解，主要让学生了解分离纯化的原理和实验手段。 - 18 -
ω2x S的单位为（1S＝10－13秒） 沉降系数（S）大体上与蛋白质的分子量成正比，应用超速离心法测定蛋白质分子量时， 一般用一个已知分子量的标准蛋白质作为参照。计算式如下： S（未知） Mr（未知） …………… ＝〔…………………〕2/3 此算式适用于大多数球状蛋白质， S（标准） Mr（标准） 大多数纤维状蛋白质分子形状高度不 对称，无法使用此式。 三、多肽链中氨基酸序列分析 1．第一步分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成。利用盐酸将蛋白质水解成为个别氨基酸，经离子交换树脂层析分开，测定其量，算出蛋白质中氨基酸的百分组成或个数。 2．第二步鉴定多肽链头、尾（氨基端、羧基端）的氨基酸残基。氨基端氨基酸残基，目前多用丹酰氯使之生成丹酰衍生物（具强烈荧光，更易鉴别），水解分离鉴定。羧基端氨基酸残基用羧肽酶水解，分离鉴定。 3．第三步把肽链水解成片段，分别进行分析。可用胰蛋白酶（能水解赖氨酸或精氨酸的羧基所形成的肽键）、胰凝乳蛋白酶（能水解芳香族氨基酸羧基侧的肽键）、溴化晴（能水解甲硫氨酸羧基侧的肽键）进行水解。分离纯化肽段，然后采用Edman降解法测定各肽段的氨基酸排列顺序，异硫氰酸苯酯（RITC）只与氨基末端氨基酸的游离α－氨基作用，结合生成苯氨基硫甲酰基肽（PTC－肽），稀酸处理得异硫氰酸苯酯衍生物自肽链上脱落下来（N－末端的PTC－氨基酸环化生成苯乙内酰硫脲衍生物，PTH氨基酸），用气－液色谱法可鉴定为何种氨基酸的衍生物。如此逐个鉴定出各个肽段的氨基酸排列顺序。据此法已制成氨基酸自动分析仪，可测定含20个以上残基的肽段的氨基酸顺序。 要得出整条多肽链的氨基酸排列顺序，必须弄清这些肽段在多肽链中的前后次序。可用数种水解法，分析各个肽段中的氨基酸排列顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链的氨基酸排列顺序。例如： 胰蛋白酶水解： 谷－赖 甘－甘－赖 组－赖 苏－甘－脯 酸水解： 谷－赖－甘 甘－赖－组 苏－甘 赖－甘－甘 组－赖－苏 - 19 -
拼对确定顺序： 谷－赖－甘－甘－赖－组－赖－苏－甘－脯 4．倒推法：近年来，由于DNA核苷酸顺序分析速度超过了氨基酸顺序分析。人们 通过分离测定该蛋白质相应的信使RNA（mRNA），再以mRNA为模板合成互补DNA（cDNA）， 分析此cDNA的核苷酸顺序，即可推断出多肽链中氨基酸排列顺序。 四、蛋白质空间结构测定 X射线晶体衍射法（将蛋白质制备成能供三维结构分析的晶体，用X射线射至晶体上，形成衍射图，绘制三维空间电子密度图，得出空间结构），二维磁共振技术。 根据蛋白质的氨基酸序列预测三维空间结构。 本章小结： （20分钟）对第二章内容进行总结，并强调重点、难点。 和学生一起回忆第二章讲过的内容，并板书。 第一节： 思考题、作业题、讨论题： 蛋白质的理化性质。 课后总结分析：
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第 5 次课 学时 2
第三章核酸化学1 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 学习掌握动画技法中的中间对位技法。 教学方法、手段： 理论讲解、工具的认识以及使用 教学重点、难点： 对位法较目测法步骤更多，更复杂。同学掌握起来需要一个过程，必须反复示范，演示。 补充内容教学内容及过程设计 和时间分配 （10分钟）对上一、 课程回顾 二、新课讲授 次课内容的回顾 （10分理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ 第一节 核酸的种类、分布与化学组成（1学时） 一、 核酸的概念 核酸(nucleic acid)以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。 钟）讲授 DNA（Deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸 RNA（Ribonucleic acid) 核糖核酸 新课主要核酸的种类与分布。 - 21 -
刘新文，核酸化学 二、核酸的分类及分布、功能90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。(deoxyribonucleic acid, DNA)携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。脱氧核糖核酸 （25分核糖核酸分布于胞核、胞液。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。 钟）讲授新课主要核酸的核酸的化学组成。 (ribonucleic acid, RNA)三、核酸的化学组成 （一）戊糖 （二）碱基 1.嘧啶碱： 2.嘌呤碱 3.稀有碱基 （三）核苷（nucleosine） 由戊糖和碱基缩合而成，以糖苷键连接，糖环上的C1与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。 （重复连键性质） （四）核苷酸（nucleotide） 核苷上的戊糖羟基被磷酸化，形成核苷酸。 1.核苷酸的种类 磷酸基团的位置 2’，3’， 5’ 磷酸基团数目 戊糖种类 2.组成核酸的结构单位是5’－单核苷酸 3.核苷酸是许多酶的辅因子的组分(简单介绍,以后在维生素和附酶一章会详细讲) 4.环腺苷酸（cAMP）是细胞通讯的媒介 - 22 -
第二信使（这里结合信号途径举例激发学生好奇心） （10分钟）讲授 Chargaff 第二节 DNA的结构 一、碱基组成规则(Chargaff规则) Chargaff 定则 1.所有DNA中A与T的摩尔含量相等，C与G的摩尔含量相等。 [A]+[G]=[T]+[C](嘌呤与嘧啶的总数相等) 2.DNA的碱基组成具有种的特异性。无组织、器官特异性 3．不受年龄、营养、性别及其他环境等影响 二、DNA的一级结构 （一）定义 DNA一级结构是由数量庞大的四种脱氧核糖核苷酸按一定顺序通过3’，5’－磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。 （二）多核苷酸的几种缩写法 [A]=[T]，[G]=[C]； 定则，以例子的形式把各个点讲清楚，使学生产生兴趣。 （三）生物的遗传信息储存在DNA的核苷酸顺序（碱基顺序）中。 三、DNA的二级结构 （一） DNA双螺旋结构模型 以讲故事的形式引出Watson －Crick 双螺旋结构模型 DNA双螺旋结构模型: （25分钟） 讲解DNA的结构，这段内容抽象，利用图片进行细致的1.两条多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕成右手双螺旋，两链方向相反。 - 23 -
讲解。 2.由磷酸脱氧核糖形成的骨架在外侧，嘌呤和嘧啶碱位于双螺旋的内侧。 3.双螺旋平均直径为2 nm，螺距为3.4 nm，沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。 4.两条链被碱基对之间的氢键连为一体，碱基按互补原则进行配对，A＝T，CG。 双螺旋结构上有两条螺形凹沟。一条大沟，一条小沟。 - 24 -
强调双螺旋最重要的内容是碱基配对（base pairing）的特异性。 （二）DNA双螺旋结构的多态性 - 25 -
本此课程小结：（把本次课程讲解的内容总结并板书，强调重难点、考点） 第一节 核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 DNA的结构 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的一级结构 三、DNA的二级结构（重点） 思考题、作业题、讨论题： 人物喝水动画一套 课后总结分析：
第 6 次课 学时 2
第三章核酸化学2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 26 -
教学目的： 进行动画转面的大量练习，使学生熟练掌握动画技法中的形象转面技法，为掌握转面技法，首先学习并熟练人的头部结构。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 形象转面法不能单靠找中间位置和加中间线就能解决的，因为转面设计到十分复杂的立体透视变化，具有一定难度。（不是单纯的平面运动中间画），必须根据形态的立体结构，运动中产生的透视变化，合理准确的画出它的中间过程。 补充内容教学内容及过程设计 和时间分配 一、课程回顾： （10分钟）课程回顾 - 27 -
第一节 核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 核酸的结构与功能 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的一级结构 三、DNA的二级结构（重点） 二、新课导入 （10分钟）新课导入 三、讲授新课： 二、RNA的二级结构 RNA的种类： mRNA：信使RNA，是从基因上转录下来去指导蛋白质合成的RNA。 tRNA：转运RNA，在蛋白质合成过程中运输氨基酸。 rRNA：核糖体RNA，是核糖体的组成部分。 它们都是单链分子 （一）信使RNA的结构与功能 * 真核生物mRNA的结构特点 （25分钟）讲授1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是新课，甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。 2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。 * mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。 三中RNA的结构与功能。 帽子结构和多聚A尾的功能： - 28 -
（二）tRNA的结构与功能 1、tRNA的一级结构特点 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU 3´末端为 - CCA-OH 5´末端大多数为G - 29 -
具有 TC 2、tRNA的二级结构三叶草形、三级结构‘倒L‘型 氨基酸臂 DHU环 反密码环 额外环 TΨC环3、tRNA的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。 （三）rRNA的结构与功能 小亚基 原核生物（以大肠杆菌为例） 30S 真核生物（以小鼠肝为例） 40S - 30 - rRNA 蛋白质 大亚基 rRNA 16S 21种 1542个核苷酸 占总重量的40% 18S 33种 1874个核苷酸 占总重量的50% 50S 23S 5S 2940个核苷酸 120个核苷酸 60S 28S 5.85S 5S 4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的35% 蛋白质 31种 占总重量的30% 49种 三、DNA的三级结构：在双螺旋结构基础上形成的超螺旋 1．两种超螺旋及其意义 正超螺旋：左手超螺旋，是B-DNA加剧螺旋形成的超螺旋，用绳子示意，非自然选择，不利于基因表达。 负超螺旋：右手超螺旋，是B-DNA减弱螺旋形成的超螺旋，用绳子示意，自然选择，利于基因表达。 解链环状DNA：将环状双链DNA中的一条链切断，也可加剧或减弱原来的螺旋，进而形成正超螺 旋或负超螺旋， 超螺旋的描述：略 RNA的三级结构： 第三节 核酸的理化性质 一、一般性质 1．两性解离：DNA无，只有酸解离（P），碱基被屏蔽（在分子内部形成了H键）。RNA有，有PI。 2.粘度大：DNA>RNA，粘度由分子长度/直径决定，DNA为线状分子，RNA为线团。 3.碱的作用：DNA耐碱，RNA易被碱水解。 4.显色反应：鉴别DNA和RNA 浓HCl 浓HCl RNA ------→ 绿色化合物 DNA ------→ 蓝紫色化合物 苔黑酚 二苯胺 （30分钟）- 31 - 啡啶溴红（荧光染料）和溴嘧啶都可对DNA染色，原理是卡在分子中，DNA的离心和电泳显色可核酸用它们。 理化5.溶解性：都溶于水而不溶于乙醇，因此，常用乙醇来沉淀溶液中的DNA和RNA。DNA溶于苯酚性质而RNA不溶，故可用苯酚来沉淀RNA。 6.紫外吸收：核酸的λm＝260nm，碱基展开程度越大，紫外吸收就越强。 当A＝1时，DNA：50ug/ml，RNA和单链DNA：40ug/ml，寡核苷酸：20ug/ml。 用A260/A280还可来表示核酸的纯度：>1.8，DNA很纯；>2RNA很纯。 7.沉降速度：对于拓扑异构体（核苷酸数目相同的核酸），其沉降速度为： RNA >超螺旋DNA >解链环状DNA >松弛环状DNA >线形DNA 也就是在离心管中最上层是线形DNA，最下面是RNA。 8.电泳：核苷酸、核酸均可以进行电泳，泳动速度主要由分子大小来决定，因此，电泳是测定核酸分子量的好方法。 9. DNA分子量测定最直接的方法：用适当浓度的EB（溴嘧啶）染色DNA，可以将其他形式的DNA变成线形DNA，用电镜测出其长度，按B-DNA模型算出bp数，根据核苷酸的平均分子量就可计算出DNA的分子量。 二、DNA的变性与杂交 1. DNA的变性：在外界因素的影响下，维持DNA双螺旋的碱基堆积力和氢键遭到破坏，使DNA发生解链，物化性质随之改变，生物活性丧失的现象。 这些因素包括：加热、有机试剂等 理化性质改变包括：A260增大、粘度下降。 2. DNA的热变性：给DNA溶液加热可使其解链。伴随有增色效应：A260增大（原因是暴露了碱基）。DNA的热变性可以用DNA的熔点来描述。 DNA的熔点：Tm：加热使一半DNA解链时的温度。在Tm时，A260＝A260最大/2 影响Tm的因素： DNA分子中的碱基比：GC/AT↑Tm↑，原因是G＝C，A＝T，经验公式：GC％＝（Tm-69.3）×244 介质的离子强度：I↑Tm↑。 复杂度↑Tm↑，复杂度指DNA分子中的最小重复单位中的bp个数。例如：d（AT/TA）n，复杂度为2，d（ATTA/T氨基酸T）n的复杂度为4。 的讲解，与蛋白质理化性质比较着讲解。 3. DNA的复性：撤出变性因素后，DNA可以重新形成双螺旋，物化性质随之恢复。其中伴随着减 色效应，即A260减低。RNA也具有变性和复性现象，它是指局部双螺旋的破坏和恢复。 4.核酸的分子杂交：将不同来源的DNA单链以及将DNA单链和RNA形成双螺旋的方法。产物叫杂 - 32 - 交分子。 核酸分子杂交的意义： 发现原核生物的基因是连续基因，而真核生物的基因是断裂基因。 连续基因：基因中的bp序列能够连续的在成熟的蛋白质中找到其相应的氨基酸，电镜显示这种 基因能够和它的成熟mRNA形成平滑的杂交分子。 断裂基因：基因中的bp序列能够断续的在成熟的蛋白质中找到其相应的氨基酸，电镜显示这种 基因和它的成熟mRNA只能形成带泡的杂交分子。见讲义草图P78 发现癌基因的普遍性：肿瘤病毒的RNA能够与人类正常的DNA分子形成带泡的杂交分子。 课程小结 第一节核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 核酸的结构与功能 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的结构与功能（重点、难点） 三、RNA的结构与功能（重点、难点） 第三节 核酸的理化性质 一、一般性质 二、DNA的变性与杂交 （15分钟）本此课程总结。 思考题、作业题、讨论题： 三毛、老头、花木兰、从上至下转等。 - 33 -
课后总结分析：
第 7 次课 学时 2
第三章酶与辅酶1 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 掌握酶的概念、酶催化的特异性、酶催化的机理、影响酶促反应的各种因素，熟悉米氏方程，了解酶的分类、酶的组成和结构。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 酶催化的特异性、酶催化的机理、影响酶促反应的各种因素 补充内教学内容及过程设计 容和时间分配 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 34 -
一、课程回顾： 第一节核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 核酸的结构与功能 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的结构与功能（重点、难点） 三、RNA的结构与功能（重点、难点） 第三节 核酸的理化性质 一、一般性质 二、DNA的变性与杂交 二、新课导入 学习生物化学我们倡导一条主线：生命的化学；化学的生命。也都是就是说只要有生命存在，那么就存在这化学反应，所有的化学反应都是在酶的催化下进行的，也就是说酶是无时无刻无处不在的（举例说明一下），酶停止工作代表生命停止。所以酶在生命活动中非常重要。下面我们开始学习酶： 三、讲授新课： 第一节 酶的概 述 一、酶是生物催化剂 二、酶的特点 1.效率高：用转换数来衡量，即每个酶分子每秒钟催化底物的量（uM），比其它催化剂高出107～1013倍。 2.具有专一性：每一种酶只能作用与一种或一类相似的物质，称为底物。专一性表现在对某一种键的催化上（如水解糖苷键、肽键），高度专一性的酶不仅对化学键有要求，对该键两侧的基团也有要求（胰蛋白酶），甚至对基团的构型也有严格要求（体内所有蛋白质合成或分解的酶都只认L型氨基酸） 3.条件温和：室温、常压、温和的PH，剧烈条件反而使酶失活。对比蛋白质的酸碱水解。 三、酶的化学本质 1.是蛋白质：酶的性质符合蛋白质的特性，为主，80年代以前的书籍都认为酶的本质就是蛋 （10分钟）课程回顾 （10分钟）新课导入 （25分钟）讲授新课，三中RNA的结构- 35 -
白质。 2.是RNA：新发现的某些酶的成分是RNA，称为核糖酶。 与功能。 对比而言，蛋白质作为的酶种类多，数量大，效率高，是酶中的主力。核糖酶仅限于水解酶类， 且效率低。 四、酶的分类 1.按组成成分分： 简单蛋白质：只有蛋白质成分。 结合蛋白质：蛋白质+非蛋白成分＝全酶，蛋白质部分称为酶蛋白。 非蛋白成分称为辅酶：与酶蛋白结合疏松 或辅基：与酶蛋白结合紧密 通过透析可以鉴别两者。 2.按分子结构分： 单体酶：酶蛋白只是一条单肽链，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、溶菌酶等。 寡聚酶：酶蛋白是具有4级结构的蛋白质，有几条～几十条彼此非共价连接的肽链，如糖原磷酸化酶等。这种酶便于进行调节。 多酶体系：由几种独立的酶彼此结合形成的聚合体，后一种酶的底物正好是前一种酶的产物， 多酶体系的效率极高，很像是流水作业。 3.按反应性质分：6大类，很重要。 （1）氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶，以催化脱氢为主加氧为次（包括其逆反应：就是加氢脱氧）。用方程式表示就是：A·2H + B←→A + B·2H 这类酶通常都需要辅酶帮忙，辅酶有下列几种：NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、FMN（黄素腺嘌呤单核苷酸），这些都是维生素的衍生物。 具体例子：乳酸发酵的最后一步，见草图。 （2）转移酶类：催化基团转移反应的，用方程式表示为：AB + CD←→ AC+ BD 具体例子：氨基酸代谢中的转氨反应：见草图。 （3）水解酶类：催化水解反应。用方程式表示为：AB + HOH→AOH + BH 例子太多。 （4）裂解酶类：从底物中移去一个基团并形成双键的反应，无方程式可表示。 （5）异构酶：催化同分异构反应。用方程式表示为：A←→ B 例子：见草图。 （6）合成酶：催化2种物质合成一种物质，又必须由ATP水解提供能量的反应，无方程式可 - 36 -
表示。 六大类酶的记忆诀窍：Z字诀：O2 + H2←→ H2O 氧转水，裂亦合。 思考题：催化ATP + G←→ G-6-P + ADP反应的酶是那一类酶。 五、酶的命名 1.习惯名：规律性不强，抢先原则，比较乱，会出现一酶多名或一名多酶，优点是简单明了。 2.系统命名：酶与名一一对应，要求标名所有底物的名称以及反应的性质，例如上述的谷氨酰氨合成酶是习惯名，其系统名为：Glu：NH3合成酶，优点是明确，缺点是罗嗦。 3.酶的编号：为了对酶进行有效的分类和查询，国际酶学委员会对每一种酶都编有一个号，其形式是：EC□·□·□·□，其中EC＝Enzyme Commission，第一个□为6大类之一，第二个□为该大类中的亚类，依此类推。 第二节 酶的作用机制 氨基酸中间复合物学说：解释酶的高效性的理论，即酶为什么能催化生化反应。 1．内容：（以单底物单产物的生化反应为例：S←→P），酶先与底物形成过渡态的中间复合物， 进而分解成为底物和酶，从而降低了反应的活化能。用方程式表示为： E+S←→［ES］←→E+P 2.用图来描述上述过程：见草图，隧道效应。 3.证据： （1）理论证据：用该理论推导出的酶促反应动力学方程（米氏方程）与实验数据极为相符。 （2）直接证据：寻找过渡态中间复合物［ES］，这是一种极不稳定的物质，寿命只有10-12～ 10-10秒，正常情况下是找不到的，通过低温处理（-50℃），使［ES］的寿命延长至2天，弹 性蛋白酶，切片的电镜照片以及X光衍射图都证明了［ES］的存在。 二、锁钥学说：解释酶专一性的理论，已经过时，但是解释得很形象。 1.酶的活性中心：酶与底物直接接触和作用的部位。一般而言，底物比酶要小得多。 2.锁钥学说：酶的活性中心的构象与底物的结构（外形）正好互补，就像锁和钥匙一样是刚性匹配的，这里把酶的活性中心比作钥匙，底物比作锁。 在此理论的基础上还衍生出一个三点附着学说，专门解释酶的立体专一性。 3.缺陷：酶促反应多数是可逆反应，S←→P，这就产生了一只钥匙开2把锁的情况，是荒唐的。 三、诱导锲合理论：这是为了修正锁钥学说的不足而提出的一种理论。它认为，酶的活性中心与底物的结构不是刚性互补而是柔性互补。当酶与底物靠近时，底物能够诱导酶的构象发生变化，使其活性中心变得与底物的结构互补。就好像手与手套的关系一样。该理论已得到实验上 - 37 -
的证实，电镜照片证实酶“就像是长了眼睛一样”。 四、关于酶与底物具体作用的方式 用于说明酶的高效性，不同的酶适用于不同的类型，但第一种类型是共有的。 1．邻近与定向效应：邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使酶的活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进行。见P198。 2．张力与变形效应：酶的活性中心与底物结合后，底物分子中的敏感键被拉扯而变形，易于断裂。见P198。 3．广义的酸碱催化：释放与吸收H+的物质分别称为广义的酸碱，用得失H+来催化反应是广泛存在的，酶的广义的酸碱催化机理与有机化学中的相同。酸性氨基酸和碱性氨基酸常常作为这类酶的活性中心，酶蛋白中的His的咪唑基也很特别，它即能行酸催化，又能行碱催化。 4．共价催化：当酶与底物形成［ES］时是以共价键相连的，导致底物的敏感键发生断裂，又导致新的共价键形成，最后［ES］中的共价键断裂而释放出E。 第三节 酶促反应动力学 研究反应条件对反应速度的影响，这里仅研究最简单的酶促反应，即单底物单产物的反应：S←→P 氨基酸酶促反应的速度：仅指初速度，即刚开始反应不久的速度，举例，3Mol→2Mol→1.9Mol与2Mol→1.9Mol。 v=d[P]/dt=- d[S]/dt，单位Mol/L*s，各个符号的意义，考虑到测定的难易程度，最好用v=d[P]/dt 二、各种因素对v的影响 1．［E］的影响：保持其它因素不变，则［E］与v成正比，见P214，其斜率就是酶的转换数。 2．［S］的影响：保持其它因素不变，如［E］、T、PH，对于单底物单产物的酶促反应而言，［S］ 对v的影响见图P203，分析之。Michaelis和Menten两人总结出了一个经验公式，这就是米氏方程，它与根据中间复合物学说推导出的方程是一致的（P204，请大家回去自己看懂）。互相证明了其正确性。该方程的形式为P204，各个符号的意义。 （1）Vm：最大速度，是当［S］→∞时的速度，注意，［E］恒定了，Vm就是常数，但不同的［E］Vm不同。 （2）Km：米氏常数，是研究酶促反应动力学最重要的常数。它的意义如下： 它的数值等于酶促反应达到其最大速度Vm一半时的底物浓度［S］，图示以及公式推导。 它可以表示E与S之间的亲和能力，Km值越大，亲和能力越强，反之亦然。 - 38 -
它可以确定一条代谢途径中的限速步骤：代谢途径是指由一系列彼此密切相关的生化反应组成的代谢过程，前面一步反应的产物正好是后面一步反应的底物，例如，EMP途径。限速步骤就是一条代谢途径中反应最慢的那一步，Km值最大的那一步反应就是，该酶也叫这条途径的关键酶。 它可以用来判断酶的最适底物，某些酶可以催化几种不同的生化反应，叫多功能酶，其中Km值最小的那个反应的底物就是酶的最适底物。Km是一种酶的特征常数，只与酶的种类有关而与酶的浓度无关，与底物的浓度也无关，这一点与Vm是不同的，因此，我们可以通过Km值来鉴别酶的种类。但是它会随着反应条件（T、PH）的改变而改变。 Km的求法： 双倒数作图法：将米氏方程两边取倒数就变成了P208的形式，这是一个典型的直线方 程，y=kx+b，只要测得［S］和v，就能作出一条直线P208，该直线的X轴截距为-1/Km，Y 轴截距为1/Vm，这样就能通过作图求出Km和Vm。之所以要变成直线形式是为了减少误差 也就是说，凡是测量误差较大的点，都很容易剔除掉（偏离直线），若是曲线的话，正确点 和误差点是很难区别的。该法的缺点是所测各点过于集中，不利于确定直线的位置。 Eadie-Hofstee法：将米氏方程两边乘以（Km+［S］）/［S］就变成了P209的形式，也 （30分钟）核酸理化性质的讲解，与蛋白质理化性质比较着是一个直线方程，只要测得［S］和v，就能作出一条直线P209，该直线的X轴截距为Vm/Km，讲解。 Y轴截距为Vm，这样也能通过作图求出Km和Vm。本法的点分布较为均匀，直线位置容易定，但数据处理要麻烦些。 3. pH的影响：保持其它条件不变，则PH对v的影响见图P213，其中的纵坐标改为v。最适 PH：v最大时的PH。 4. T的影响：保持其它条件不变，则T对v的影响见图P212，其中的纵坐标改为v。最适T： v最大时的T。 5.抑制剂的影响：抑制剂是使酶活性降低或丧失的物质，用I表示，根据它与酶的结合情况分 为两种，结合紧密（一般为共价连接）的不可逆性抑制剂以及结合松弛（一般为非共价连接） 的可逆性抑制剂，后者可以通过透析来除去。抗菌素并不能消灭细菌，而是抑制了细菌中某种酶的活性。 （1）不可逆性抑制剂实例，酶学研究的探针： DIFP二异丙基氟磷酸：结构见草图，这是一种有机磷农药，杀虫剂，其中的F能够与酶的的 Ser的-OH特异性结合（脱HF），形成DIP-酶，从而抑制了酶的活性。Thr和Tyr虽然也有-OH， 但不与DIFP作用，所以DIFP可以当探针来研究酶活性中心的结构，看看有没有Ser。 - 39 -
对氯汞苯甲酸：结构见草图，能够特异性的结合酶中Cys的SH基（脱HCl），因此也能当探针来研究酶活性中心的结构，看看有没有Cys。 （2）可逆性的抑制剂：分为三种，其特点如下 竞争性的抑制剂：与底物竞争性的结合酶的活性中心，它的结构与底物的结构相似，这种抑制 可以通过提高底物的浓度来消除。其作用方式可以表示为P216。抑制的结果使Km↑，Vm不变。 例如： CH2COOH ｜ CH2COOH 琥珀酸脱氢酶 CHCOOH 抑制剂： 是底物的类似物 琥珀酸 非竞争性抑制剂：抑制剂与酶活性中心以外的地方结合，形成IES三元复合物，从而降低了酶活性中心对底物的催化。其作用方式可以表示为P217。抑制的结果使Km不变，Vm↓。 反竞争性抑制剂：I不能和E结合，只能和ES结合，形成IES三元复合物，从而降低了酶 活性中心对底物的催化。其作用方式可以表示为P218。抑制的结果使Km↓，Vm↓。 课程小结 延胡索酸 丙二酸 COOH ｜ CH2COOH （15分钟）本此课程总结。 ←---------→ ‖ CHCOOH - 40 -
思考题、作业题、讨论题： 三毛、老头、花木兰、从上至下转等。 课后总结分析：
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第二章酶与辅酶2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 维生素与辅酶，掌握维生素的概念、维生素的分类和特点、水溶性维生素的生理功能及与辅酶、脂溶性维生素的生理功能和特点。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 水溶性维生素的生理功能及与辅酶、脂溶性维生素的生理功能和特点。 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 41 -
补充内教学内容及过程设计 容和时间分配 一、课程回顾： 第一节核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 核酸的结构与功能 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的结构与功能（重点、难点） 三、RNA的结构与功能（重点、难点） 第三节 核酸的理化性质 一、一般性质 二、DNA的变性与杂交 二、新课导入 学习生物化学我们倡导一条主线：生命的化学；化学的生命。也都是就是说只要有生命存在，那么就存在这化学反应，所有的化学反应都是在酶的催化下进行的，也就是说酶是无时无刻无处不在的（举例说明一下），酶停止工作代表生命停止。所以酶在生命活动中非常重要。下面我们开始学习酶： 三、讲授新课： 第四节 酶活性及调节 一、酶的催化活性 指酶具有催化生化反应的能力。 一、 酶的活力 表示具有活性的酶的数量，其单位就叫活力单位，U，其定义为：在最适条件下，单位时间内催化一定量的底物转化成产物的酶的量。国际标准活力单位的定义为：在标准条件（25℃、最 （10分钟）课程回顾 （10分钟）新课导入 适PH、底物过量）下，1分钟催化1uMol底物转化成产物的酶的量，就是1个活力单位，举例。 有些情况下用国际标准活力单位不方便，则用习惯单位。刚开始接触这个概念时不大习惯，因为平时我们衡量物质的量都是用重量和体积。关键在于“活性”上，举例，密闭的酶制剂。 （25分钟）讲授- 42 -
三、与酶活力有关的几个概念 1．酶的浓度：［E］，单位体积酶溶液中的酶的活力。 2．比活力：单位重量酶制剂中酶的活力，代表酶制剂的纯度，也反映酶制剂的质量。 3．转换数：每秒钟每个酶分子催化底物转变为产物的量（uMol），反映酶的效率。 四、酶活力的测定 严格的测定方法是，在25℃，最适PH，过量［S］（要求大于100Km）下，测定反应的初速度（uMol/L*M），乘以反应体积就是酶的活力。也有特殊情况。 五、酶活性的调节 酶活力的改变可以通过增加或减少酶分子的个数，也可以通过提高或降低每一个酶分子的催化能力来实现。前者牵扯到非常复杂的过程（激素→DNA→RNA→蛋白质），是慢反应。后者在现成的酶分子上进行加工，是快反应，是酶活性的调节的内容，这种调节一般有5种方式：别构调节、酶原激活、共价修饰、反馈调节、级联放大。 1.别构酶和别构调节 （1）什么是别构酶：研究酶的动力学曲线时发现存在2种线型，一是双曲线形，符合米氏方新课，三中RNA的结构与功能。 程，叫米氏酶。另一类不是双曲线形而是S形的，不符合米氏方程，这就是别构酶，见P226， 它有如下4个特点： 是寡聚酶 既有活性中心又有别构中心，通常分别位于不同的亚基上，出现了催化亚基和调节亚基 具有别构效应：别构中心结合了效应物（效应物）后，导致酶的构象发生改变，影响了活性中 心对底物的催化作用，别构效应有下面4种类型：正协同效应：提高了酶的催化活性； 负协同效应：降低了酶的催化活性；同促作用：效应物（效应物）就是S，所有的别构酶都有此效应，它也是导致别构酶动力学曲线为S形的原因；异促作用：效应物（效应物）是其它物质动力学曲线为S形：v-[S]曲线。 （2）判断米氏酶和别构酶的简单方法： 通过Rs值：Rs＝［S］90％Vm/［S］10％Vm Rs≈81 米氏酶 Rs>>81 别构酶，负协同效应 Rs<<81 别构酶，正协同效应 通过n值：v=Vm*[S]n/(Km+[S]n) n≈1 米氏酶 - 43 -
n>>1 别构酶，正协同效应 n<<1 别构酶，负协同效应 （2）别构效应的生理意义：酶对底物量的变化十分敏感。比如： 对米氏酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝81，意思是［S］提高了81倍，v才提高9倍，说 明酶 对［S］的变化很迟钝。 而对于一般的别构酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm＝3，意思是［S］只要提高了3倍，v就能提高9倍，说明酶对［S］的变化很敏感。 （3）别构效应的机制 序变模型（KNF）：别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改变，并导致其相邻的亚基的构象发生改变，这种构象变化依次传递，从而影响酶的催化活性。此模型适应于活性中心和别构中心同处于一条亚基上的别构酶。 齐变模型（MWL）：别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改变，导致其它所有亚基的构象一起变化，从而影响酶的催化活性。此模型适应于活性中心和别构中心分别处于不同亚基上的别构酶。血红蛋白的功能可以用此模型解释。 （4）具体例子：Asp氨甲酰磷酸氨甲酰转移酶（ATCase） 催化的反应： ATCase Asp +氨甲酰磷酸 ――-―-→ 氨甲酰Asp +磷酸 ATP 组成：12条亚基，6条催化亚基，C；6条调节亚基，R。对称排列，3R2•2C3，见草图。 动力学特征：双底物反应，固定氨甲酰磷酸，变化［Asp］，其s-v图为S形，是别构酶。 效应物：S（同促）、ATP（正协同，异促）、CTP（负协同，异促），见草图。 2.反馈调节：在一条代谢途径中，其中间产物，尤其是终产物，对第一步反应的酶活性进行的 调节就是反馈调节。有短反馈（D对E 1）、长反馈（G对E1）、正反馈（加速）、负反馈（抑制， 默认） A ---E1-→ B ---E2-→ C --- E3-→ D --- E4-→ E --- E5-→ F --- E6-→ G 至于反馈调节的方式，可以是别构效应，也可以是其它方式。 3.共价修饰：给酶共价结合一个基团或者去掉一个基团，从而改变其活性的调节方式。 最常见的共价修饰方式就是磷酸化或去磷酸化：例如糖原磷酸化酶的活性调节 - 44 -
糖原磷酸化酶a 糖原 ------------------------→ G-1-P 激酶 ATP +糖原磷酸化酶b -----------→ 糖原磷酸化酶a + ADP 磷酸酶 糖原磷酸化酶a ------------------→ 糖原磷酸化酶b +P 级联放大：通过一系列的酶活性的改变，产生一种放大效应。如4秒种放大10000倍（对 比40倍）。 4.酶原激活：刚生物合成出来的酶蛋白是没有活性的，叫酶原，经过加工后（剪切，修饰等） 才具有活性。 例如，胃蛋白酶原要释放到胃液中才被截断一段肽，成为有活性的酶。 5．抗体酶：将过渡态底物的类似物作为抗原，在动物体内诱导出相应抗体，那么这个抗体就是该底物的酶，称为抗体酶。 抗体与酶都是蛋白质，都有特异性，酶不能诱导，它不管有没有底物都是存在的，而且它的种类有限。抗体可以诱导，只有在抗原存在时它才产生，抗体的种类无限。 抗体酶的制造方法：首先要设计出过渡态底物的类似物（用放射性同位素标记），这也是难点。 见草图。将其注入动物体内，诱导出抗体，提取抗体，将它与真正的底物反应，看看能不能催化。 应用前景：可以产生出自然界不存在的酶，具有不可估量的工业应用前景。原则上来说，今后所有的工业都可以被酶促反应来代替。 6．固定化酶：将酶与固体的载体接合，即保持了酶的催化活性，又可连续使用，同时也简化了产物的分离纯化，这就是固定化酶。 （1）几种固定化方法（见P231） 1）吸附法：非共价连接，接合不牢固，少使用。 2）载体偶联法：将酶与固体的载体共价接合，直接或使用交联剂，此法易使酶失活。 3）交联法：使用交联剂将酶分子彼此连接起来形成一个大的不溶性网状复合物。 4）包埋法：将酶卡在固体凝胶网格中，或将酶包在半透膜微囊中。此法最为流行，举例，海藻酸、卡拉胶、甲壳素固定化。见VCD （2）固定化酶的特点 - 45 -
活性有所降低（与游离的酶相比），稳定性大大地提高（对酸碱和温度的耐受性），易于保存， 能够连续使用，所以总的活力远远超过游离酶。 第五节 维生素与辅酶 维生素概述 （一）、 维生素的发现 维生素是指维持生物体正常生命活动所必需的一类微量有机小分子。 1800年，由于碾米机的出现，东南亚人从此可以吃上精白米饭，但也造成了脚气病的流行， 由于当时细菌致病已经引起人们的高度重视，因此，人们首先想到可能是由于细菌感染所致， 结果始终没有找到致病的细菌。 1897年，荷兰医师Eijkman用白米养鸡观察到了与人脚气病相似的症状，并发现在鸡的饲料中补充碾米时掉下的米糠则可以治愈此症状，其原因是米糠中有某种保持性因素的存在。 1911年波兰人Funk从米糠中分离出能防止脚气病的化学物质，认为是一种胺类物质，定名为Vitamine（生命的胺），但以后进一步研究的结果表明，维生素并不一定都是胺类，故改为Vitamin（维生素）。 （二）、维生素的分类 维生素的种类很多，就目前研究结果来看，属于维生素的物质有30多种，其中与人体健康极为重要的有13种，由于维生素的化学结构与理化性质差异很大，不能采用结构或功能分类， （30分钟）核酸理化性质的讲解，与蛋白质理化性质因此，目前人们根据其溶解性质的不同将维生素分为水溶性维生素和脂溶性维生素两种类型。 比较着水溶性维生素： B1、 B2、 PP、 B6、泛酸、生物素、FA、 B12、Vc 脂溶性维生素：A、D、E、K (三)、维生素的主要性质 脂溶性和水溶性两类维生素不仅理化性质不同，它们的分布和代谢也各不相同。水溶性维生素主要是作为辅酶、辅基或其重要成分在酶促反应中发挥重要作用，并且由于大多与能量代谢有关，因此不同维生素缺乏症状之间也有某些相似性，吸收利用比较容易，不在体内积累，需经常补充。 脂溶性维生素的大多与能量代谢之外的生理功能有关，并且作用比较单一。它们都存在于食物脂肪内，其消化吸收完全与脂肪一同进行，并且可以在肝中大量积累，因此，短时间内可以吸收很多，供以后一段时间使用，但如果积累量过大，则可以导致中毒症状。 维生素的生理功能一般是作为辅酶辅基或其组成成分，在酶的催化作用中发挥重要作 讲解。 - 46 -
（15分钟）本此课程总结。 - 47 -
思考题、作业题、讨论题： 三毛、老头、花木兰、从上至下转等。 课后总结分析：
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第二章酶与辅酶3 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 掌握维生素与辅酶的关系，概括地了解各辅酶的结构与功能（结合具体代谢过程的讲授要求熟练掌握该部分内容），了解维生素的分类和主要生理功能。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 维生素与辅酶的关系、维生素的分类和主要生理功能 补充内教学内容及过程设计 容和时间分配 一、课程回顾： 第一节核酸的种类、分布与化学组成 一、核酸的概念 二、核酸的分类、分布与功能 三、核酸的化学组成 第二节 核酸的结构与功能 一、碱基组成规则(Chargaff规则) （重点） 二、DNA的结构与功能（重点、难点） 三、RNA的结构与功能（重点、难点） 第三节 核酸的理化性质 一、一般性质 二、DNA的变性与杂交 二、新课导入 学习生物化学我们倡导一条主线：生命的化学；化学的生命。也都是就是说只要有生命存在，那么就存在这化学反应，所有的化学反应都是在酶的催化下进行的，也就是说酶是无时无刻无处不在的（举例说明一下），酶停止工作代表生命停止。所以酶在生命活动中非常重要。 （10分钟）课程回顾 （10分钟）新课导入 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 49 -
下面我们开始学习酶： 三、讲授新课： 第二节水溶性维生素与辅酶 大多数辅酶的前体主要是水溶性 B族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。 一、硫胺素 1．结构：含硫的咪唑环和含氨基的嘧啶环组成 辅酶形式：硫胺素(维生素B1)在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。 2．生理功能： （1）-酮酸脱氢酶系（-酮酸脱羧酶）的辅酶，参与酮酸的脱羧作用 （25分钟）讲授新课，三中RNA的结构与功能。 （2）抑制胆碱脂酶的活性 3．缺乏症： （1）脚气病：糖代谢受阻，神径系统受到损害。四肢麻木，浑身酸痛，感觉异常等。禽类出现观星状。 （2）食欲不振、消化不良。 二、核黄素（VB2） 1．结构：核黄素(维生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。 辅酶形式：FMN FAD 2．生理功能：脱氢酶的辅酶，传递氢和电子 3．缺乏症：组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。 三、维生素PP 1．结构：烟酸和烟酰胺 辅酶形式：在体内转变为辅酶I（NAD+）和辅酶II(NADP+)。 2．生理功能：能维持神经组织的健康。 3．缺乏症：Vpp轻度缺乏可以引起舌炎，其症状与B2缺乏症相似，重度缺乏可以引起“三D” 症状，即皮炎、腹泻、和痴呆，由于这三种症状的英文名称均以D开头，故名。 四、泛酸和辅酶A(CoASH) 1．结构：维生素(B3)-泛酸是由，-二羟基--二甲基丁酸和一分子 -丙氨酸缩合而成。 辅酶形式：辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素(B3)泛酸。 2．生理功能：活性酰基载体 五、叶酸和四氢叶酸(FH4或THFA) - 50 -
1．结构： 叶酸由喋呤啶、对氨基苯甲酸和L –谷氨酸三部分组成。 2．生理功能：一碳基团的载体，参与蛋白质和核酸的合成。 3．缺乏症：叶酸在细胞中的重要作用就是以5、6、7、8-四氢叶酸的形式，作为一碳单位的载体，在核苷酸、氨基酸等的合成中发挥重要作用。 对人类而言，叶酸缺乏可以导致红细胞发育及成熟受阻，造成巨幼性红细胞贫血；妇女在怀孕期间缺乏叶酸可以导致新生儿脑脊裂畸形。 六、吡哆素吡多素(维生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。 1．结构：吡哆醇、吡哆醛、吡哆醇胺三者的统称。 辅酶形式：磷酸吡哆素 2．生理功能：转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶，参与氨基酸的多种代谢反应。 七、生物素 1．结构：结构上是由含戊酸侧的噻吩与脲结合形成的一种骈环结构。 2．生物素是生物体内许多羧化酶的辅酶，在CO2的固定作用中起重要作用。 八、维生素B12 1．结构：维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5’-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。 2．生理功能：维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为 甲基)的变位反应。 3．缺乏症：B12缺乏的主要症状是引起恶性贫血，具体表现为巨幼性红细胞贫血，补充B12可以治愈，但补充的唯一方式是注射，口服无效。 FAO/WHO，RDA 2.0ug，孕妇3.0ug，乳母2.5ug。 九、硫辛酸 1．结构：硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。 2．功能：硫辛酸是微生物生长需要的一种生长因子，对人及动物而言，则不是必须从食物中摄取的维生素。 十、维生素C 1．结构： 2．辅酶形式： 3．功能： - 51 -
（1）氧化还原酶的辅酶，起氢载体作用。 （2）是多种羟基化酶的辅酶，VC不足可以使许多需要羟化作用的合成受阻，如胶原蛋白质合成不足，使血管壁透性加大，产生皮下出血，肾上腺皮质激素合成受阻等。因此，适当补充VC对机体有很大好处。 （3）可以防止坏血病的发生，并有促进伤口愈合的作用。 （4）食物中的VC有助于三价铁离子转化为二价铁离子，提高铁离子的吸收率。 （5）可以防止V-A、V-E的破坏，并对体内超氧化物的形成有阻碍作用，因此，有一定的抗癌作用。 （6）感冒期间，服用适量的VC可以极大地减轻症状，（如日服量1-4克），但也不能长期大量 服用，否则，可以增大肾结石的可能性，如果是孕妇，还可导致新生儿对VC的需要量增大。 三、脂溶性维生素（自学） 第六节酶工程简介 思考题、作业题、讨论题： 三毛、老头、花木兰、从上至下转等。 - 52 -
课后总结分析：
第11次课 学时 2
第四章生物氧化1 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 了解生物氧化的概念、特点和意义，掌握线粒体生物氧化体系，高能磷酸化合物和ATP的生成方式，熟悉呼吸链的抑制剂、解偶联剂，了解氧化磷酸化的作用机制。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 生物氧化的特点和方式、ATP的生成方式、氧化磷酸化的机理 补充内容教学内容及过程设计 和时间分配 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 53 -
一、 课程回顾： 二、新课导入 （10分钟）课程回顾 物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量， 最终生成CO2 和 H2O的过程。 （10分钟）新课导入 三、讲授新课： 第一节生物氧化的概述 （15分一、 生物氧化的概念和特点 （一）、生物氧化的概念： 生物氧 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O钟）并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation），其实质是需氧化的概念细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。 （二）生物氧化的特点： 和特点 1、生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和常温）。 2、氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。 3、水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。 4、在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子， 通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。 5、生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。 6、生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。 7、进行生物氧化反应的部位 （1）线粒体 （2）内质网、微粒体、过氧化酶体等 8、 生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活动，转化有害废物。 - 54 -
二、生物氧化的方式： 生物氧化是在一系列氧化-还原酶催化下分步进行的。每一步反应，都由特定的酶催化。在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。 1．脱氢氧化反应 （15分• 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多有机物质生物钟）生物氧化的方式 氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。 CH3CH(OH)COOH 生成 CH3COCOOH+2H 2．氧直接参加的氧化反应 • 反应。 • 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化酶催化的生成水的加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如： 【甲烷单加氧酶】 CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O • 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化的。 3.失电子反应 （15分三、生物氧化的类型： 1.需氧脱氢酶催化的生物氧化 细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等属于此类酶，该类酶的亚基常含有铁、铜等金钟）生物氧化的类型 - 55 -
属离子。 2. .加氧酶催化的生物氧化 L-氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶等属于此类酶。 3 、不需氧脱氢酶类催化的生物氧化 乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等 四、生物氧化中CO2的生成： 人体内CO2的生成来源于有机酸的脱羧反应。 - 56 -
根据脱去的羧基在有机酸分子中的位置不同，分为α-脱羧 和β-脱羧两种；又根据脱羧是否伴有氧化，可分为单纯脱羧和氧化脱羧两种 类型。 1、α-直接脱羧： （15分钟）生物氧 2、α-氧化脱羧： 化中CO2和水的生成 3、β-直接脱羧： 4、β-氧化脱羧： 五：生物氧化过程中水的生成： 生物氧化过程中，代谢物分子中的氢经脱氢酶催化，脱下成对的氢原子（2H）在线粒体内经过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与分子氧结合成水。 思考题、作业题、讨论题： 生物氧化有何特点？以葡萄糖为例，比较体内氧化和体外氧化异同。 - 57 -
课后总结分析：
第12次课 学时 2
第四章生物氧化2 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 了解生物氧化的概念、特点和意义，掌握线粒体生物氧化体系，高能磷酸化合物和ATP的生成方式，熟悉呼吸链的抑制剂、解偶联剂，了解氧化磷酸化的作用机制。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： 生物氧化的特点和方式、ATP的生成方式、氧化磷酸化的机理 补充内容教学内容及过程设计 和时间分配 理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ - 58 -
一、课程回顾： （10分（和同学们互动，以提问的方式回忆上节课所讲内容并板书） 1、生物氧化的概念和特点 2、生物氧化的方式 3、生物氧化的类型 4、生物氧化中CO2的生成 5、生物氧化过程中水的生成： 二、新课导入 钟）课程回顾 水的生成：生物氧化过程中，代谢物分子中的氢经脱氢酶催化，脱下成对 的氢原子（2H）在线粒体内经过呼吸链上多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步（5分钟）传递，最终与分子氧结合成水。 什么是呼吸链？ 新课导入 代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步 传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 三、讲授新课： 第二节线粒体生物氧化体系 一、呼吸链及其组成 细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所，主要功能是将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶所组成的传递体系的传递，最终与氧结合生成水。 1、由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系统组成的这种代谢途径一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。 2、由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定顺序排列组成的连锁反应体系称为电子传 （30分钟）呼吸链递链。它与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称呼吸链（electron transfer chain） 及其组成 - 59 -
3、呼吸链由 四种具有传递氢和电子功能的酶复合体组成。 - 60 -
（1） 复合体Ⅰ : NADH-泛醌还原 复合体Ⅰ的功能： （2） 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶 - 61 -
复合体Ⅱ功能：将电子从琥珀酸传递给泛醌。 （3） 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶 复合体Ⅲ的功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c。 （4） 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶 复合体Ⅳ的功能：将电子从细胞色素c传递给氧，其中Cyt a3 和Cu B形成的活性部位将电子交给O2。 4、呼吸链成分的排列顺序 （1）. NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2（2）. 琥珀酸氧化呼吸链 - 62 -
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 （25分 二、呼吸链的主要成分 1、NAD+和NADP为辅酶的脱氢酶 【组成成分】 酶蛋白、尼克酰胺（Vpp）核糖、磷酸与AMP。 【作用】辅酶接受代谢物脱下的2H，传递给黄素蛋白。 特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线粒体、呼吸链各组分的作用机理 钟）呼吸链各组分的作用机理 基质或胞液中。 2、铁硫蛋白（iron-sulfur protein,Fe-S） 铁硫蛋白与黄素蛋白形成复合物存在。 【组成成分】含等量的铁原子和硫原子（ Fe2 S2，Fe4S4）铁原子与铁硫蛋白的半胱氨酸相连 【作用】将FMN或FAD中的电子传递给泛醌。 【传递机制】单电子传递 特点：含有Fe和对酸不稳定的S原子，Fe和S常以等摩尔量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成Fe—S中心，Fe与蛋白质分子中的4个Cys残基的巯基与蛋白质相连结。 3、泛醌 （简写为Q）或辅酶-Q（CoQ）：它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。 - 63 -
为一种脂溶性醌类化合物。 • 辅酶-Q的功： Q (醌型结构) 很容易接受电子和质子，还原成QH2（还原型）； QH2也容易给出电子和质子，重新氧化成Q。因此，它在线粒体呼吸链中作 为电子和质子的传递体。 • 特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中 自由泳动。 • 4、细胞色素 • （简写为cyt. ）是含铁的电子传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处 于卟啉环的中心，构成血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体 呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等，组成它们的辅基分别为血红 素A、B和C。细胞色素a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴别。 （10分• 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电子的作用的。 • 特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。 钟）动物体内重要的• 类别: 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和呼吸链 a3)，cyt b和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合 物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。 三、动物体内重要的呼吸链： 1、NADH氧化呼吸链 【组成与作用】脱氢酶（CoI）、黄素蛋白、铁硫蛋白、CoQ和细胞色素。 2、FADH氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链） 【组成和作用】脱氢酶（FAD）、CoQ、细胞色素 【差异】脱下的2H不经过NAD+传递,其余过程与NADH呼吸链相同. （10分钟）小结 小结：对本次课程进行总结一下 思考题、作业题、讨论题： 体内两大呼吸链的异同及特点。 - 64 -
课后总结分析：
第13次课 学时 2
第四章生物氧化3 授课题目（章，节） 授课类型（请打√） 教学目的： 了解生物氧化的概念、特点和意义，掌握线粒体生物氧化体系，高能磷酸化合物和ATP的生成方式，熟悉呼吸链的抑制剂、解偶联剂，了解氧化磷酸化的作用机制。 教学方法、手段： 板书、多媒体技术辅助教学 教学重点、难点： ATP的生成方式、氧化磷酸化的机理、生物氧化中能量的生成与转化 补充内容教学内容及过程设计 和时间分配 一、课程回顾： （10分理论课□ 研讨课□ 习题课□ 复习课□ 其他□ （和同学们互动，以提问的方式回忆上节课所讲内容并板书） 1、呼吸链及其组成 2、呼吸链的主要成分 3、动物体内重要的呼吸链 二、新课导入 钟）课程回顾 水的生成：生物氧化过程中，代谢物分子中的氢经脱氢酶催化，脱下成对 的氢原子（2H）在线粒体内经过呼吸链上多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步 传递，最终与分子氧结合成水。 什么是呼吸链？ （5分钟）代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步新课导入 - 65 -
传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 三、讲授新课： 第三节生物氧化过程中能量的生成与转化 一、 高能化合物 高能化合物：水解后可释放出大量能量的化合物。 1.高能键 能释放大于 21 KJ/mol 能量的化学键，如高能硫酯键和高能磷酸键，以 “”表示。 2.高能化合物：含有高能键的化合物，如ATP、辅酶A、磷酸肌酸等。 反映细胞能量水平。 能荷对代谢的调节可通过ATP 、 ADP和AMP作为代谢中某（30分3、能荷 意义： 能荷由ATP 、 ADP和AMP的相对数量决定，数值在0~1之间，些酶分子的别构效应物进行变构调节来实现。 钟）高能化 合物 （一）.高能磷酸化合物：将高能量储存在磷酯键中的化合物，将磷酯键水解（抛 出一个磷酸根）就能释放大量的能量，供生理活动之需，其磷酯键用“～”表示，区别 于 “－”。这些化合物有： NTP：A、G、C、T、UTP，其中以ATP最重要，是生物中的“可充电电池”，生化反应中的产能和耗能皆用ATP的个数来衡量。ATP的结构见P133，具有2个高能 磷酸键。因此，它的水解供能方式可以是ATP→ADP+P，释放一个高能键的能量， 也可以是ATP→AMP+PPi，释放2个高能键的能量。 NDP：A、G、C、T、UDP，结构见P133，具有1个高能磷酸键。因此，它的水解供能方式只能是ADP→AMP+P，释放一个高能键的能量。 磷酸烯醇式丙酮酸：PEP，含一个高能键。 (二).其它高能化合物： 乙酰～CoA：含一个高能键 还原型的NAD：NADH+H+相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时， 可以制造3分子ATP（ADP+P→ATP） 还原型的NADP：NADPH+H+相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时，（20分可以制造3分子ATP（ADP+P→ATP） 钟）ATPFADH2：相当于2个高能键，当它氧化成氧化型的FAD时，可以制造2分子ATP- 66 -
（ADP+P→ATP） 的生成方式 二、 ATP的生成方式 （一）底物水平磷酸化是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。 （二）氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。 1、磷氧比（ P/O ）：呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi ，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。 2、、氧化磷酸化的偶联机理： （1）、线粒体ATP合酶（mitochondrial ATPase） （2）、能量偶联假说 1953年 Edward Slater 化学偶联假说 1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说 （3）、质子梯度的形成 （4）、ATP合成的机制 线粒体ATP合酶 氧化磷酸化重建示意图 - 67 -
（20分 化学渗透假说: 钟）胞液中NADH的电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成H+跨线粒氧化 体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化学势( ΔH+ )驱动ATP的合成。 e在呼吸链上传递时给H泵提供了动力，而H通过离子通道时又给ATP的形成提供了能量。 ++ 三、 胞液中NADH的氧化 胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 1. α-磷酸甘油穿梭机制 2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 - 68 -
四、 ADP进入与ATP移出 五、 能量的转移 和利用 （10分钟）本次课程小结 小结：对本次课程进行总结一下 思考题、作业题、讨论题： ATP的生成和利用 - 69 -
课后总结分析：
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