食品生物化学

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1、第一章 糖定义：糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化合物及缩聚物和某些衍生物的总称。 分类：单糖:不能被水解成更小分子的糖 如:核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖和半乳糖寡糖:能水解成少数(26个)单糖分子的 糖以双糖存在最为广泛，蔗糖、麦芽糖和乳糖是其重要代表。 多糖:能水解为多个单糖分子的糖 以淀粉、糖原、纤维素等最为重要 单 糖一、结构 可根据所含碳原子的数目分为戊糖（5个碳原子）和己糖（6个碳原子），根据C、O双键的位置分为醛糖（碳链末端）和酮糖（碳链中间） 果糖 D核糖 2脱氧核糖链状结构与化学组成： 纯净的葡萄糖，其成分是碳、氢和氧，相对分子质量180，分子式为C6H12O6。链状结构如下图

2、：环状结构：葡萄糖不仅以直链结构存在，还以环状形式存在 证据： 1)不能和亚硫酸氢钠作用； 2)有变旋光现象 3)只能和一分子的醇加成。二、单糖的物理性质和化学性质物理性质：旋光性、甜味、水溶性化学性质：1、酸的作用（图） 戊糖与强酸共热，因脱水而生成糠醛。己糖与强酸共热分解成甲酸、CO2、乙酰丙酸以及少量羟甲基糠醛。 糠醛与羟甲基糠醛能与某些酚类作用生成有色的缩合物。利用这一性质可以鉴定糖。2、酯化作用（图） 醇糖与酸作用时生成脂，生物化学上较重要的糖酯是磷酸酯。它们是糖代谢的中间产物。3、碱的作用 弱碱作用下，葡萄糖、果糖和甘露糖三者都可通过烯醇化而相互转化。 （图） 强碱溶液中很不稳定，

3、分解成各种不同的物质 4、形成糖苷 单糖的半缩醛羟基很易与醇及酚羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物，通称糖苷。 5、糖的氧化作用 与费林试剂反应（图）6、还原作用 在钠汞齐及硼氢化钠类还原剂作用下，醛糖还原成糖醇，酮糖还原成两个具有同分异构的羟基醇。7、糖脎的生成 8、氨基化作用 单糖分子中的OH基(主要是C-2、C-3上的OH基)可被NH2基取代而产生氨基糖，也称糖胺。 9、脱氧作用 单糖的羟基之一失去氧即成脱氧糖 寡 糖 一、双糖二、三糖 自然界中广泛存在的三糖仅有棉子糖，多 糖 一、淀粉植物营养物质的一种储存形式 二、糖 原动物淀粉四、纤维素 纤维素是植物中最广泛的骨架多糖，植物细胞壁和木

4、材差不多有一半是由纤维素组成的。棉花、亚麻是较纯的纤维素。 第二章 脂类1概述脂类的定义、分类、生理功能定义：脂类指存在于生物体中或食品中微溶于水，能溶于有机溶剂的一类化合物的总称 。 脂类主要包括脂肪（甘油三脂）和一些类脂质（如磷脂、甾醇、固醇、糖脂等）。脂类：1甘油三脂（甘油 + 脂肪酸 ），占95左右2类脂质（如磷脂、糖脂、固醇类物质）分类按照化学结构分类1简单脂：脂肪酸与醇脱水缩合形成的化合物 (甘油酯、蜡，如蜂蜡)2复合脂：脂分子与磷脂、生物体分子等形成的物质（磷脂类、鞘脂类、糖脂类、脂蛋白）3衍生脂：脂的前体及其衍生物（固醇类、类胡萝卜素类、脂溶性维生素）脂类的生理功能1）储存能量

5、、提供能量2）生物体膜的重要组成成分3）脂溶性维生素的载体4）提供必须脂肪酸5）防止机械损伤与热量散发等保护作用6）作为细胞表面物质，与细胞识别、种特异性和组织免疫等密切关系2 甘油酯 甘油酯的类型1单甘油酯（Monoglyceride）2二甘油酯（双甘酯, Diglyceride）3三甘油酯（甘油三酯, Glyceride）脂肪酸 脂肪酸是长的碳氢链的羧酸。 不同脂肪酸之间的区别主要在于碳氢链的长度及不饱和双键的数目和位置。脂肪酸的命名1）习惯命名法 如丁酸、棕榈酸，月桂酸等。2）系统命名法编码命名：从羧基端开始计算双键位置。 编码命名：从甲基端开始计算双键位置。 脂肪酸的分类1）按照碳氢链

6、的长度来分类 短链：24C，如丙酸、丁酸 中链：610C，如辛酸 长链：1226C ，如花生四烯酸、油酸、亚油酸等。2）按照双键数目来分类1饱和脂肪酸（Saturated fatty acids），如软脂酸（C16：0）、硬脂酸（C18：0） 2不饱和脂肪酸（Unsaturated fatty acids ）11）单不饱和脂肪酸（Mono unsaturated fatty acids ），如油酸22）多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFA），如DHA、EPA、AA等3）按照双键的位置来分类9系列脂肪酸，如油酸（C18:1）7 系列脂肪酸，如棕榈酸，(

7、C16:1）6系列脂肪酸，如AA，(C20:4）3系列脂肪酸 ，如DHA, （C22:6）生物体内的脂肪酸合成脂肪酸合成代谢特征1）分四族： 7、 9、 6、 32）同族FA可以母体为原料体内合成 如： 6系列的第一个成员为亚油酸，由亚油酸可以合成该系列的其它PUFA； 3系列的第一个成员为-亚麻油酸，由-亚麻油酸可以合成该系列的其它PUFA。 族 母体脂肪酸-9 油酸(18:1, 9 )-7 棕榈(16:1, 7 )-6 亚油酸(18:2, 6,9 )-3 亚麻酸(18:3, 3,6,9 )重要概念必须脂肪酸： 生物体不能自身合成，必须由食物供给的脂肪酸，它包含两个或多个双键 。严格意义上讲

8、，必须脂肪酸为亚油酸和亚麻酸，但从广义上讲，生物体能合成 ，但合成量较少，还必须由食物补充的脂肪酸，也被认为是必须脂肪酸，如AA、DHA、EPA等。如果这些脂肪酸缺乏，会引起生物体生理机能的紊乱导致疾病发生。非必须脂肪酸：生物体能自身合成，如生物体能自身合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸必须脂肪酸的生物学功能1）影响膜的特性 必需脂肪酸作为机体组织细胞膜的重要组分，决定膜以及细胞接受信息的生物学特性。一些细胞通道如分泌、趋化性、信息传递和对微生物侵袭的敏感性也取决于膜的流动性。2）必需脂肪酸是类二十烷的前体物 类二十烷是由二十碳多不饱和脂肪酸衍生产生的物质，主要有前列腺素、前列环素、凝血嗯烷、白三

9、烯等，这些物质在体内具有广泛的生物学功能。3）必需脂肪酸能维持皮肤及其他组织对水分的不通透性。必需脂肪酸不足时，水分迅速穿过皮肤。4）必需脂肪酸有利于胆固醇的溶解和转运胆固醇在体内以酯的形式运输 ，含必需脂肪酸的胆固醇酯溶解性更好，更容易被运输，前列腺素(PGE1)能抑制胆固醇的生物合成和促进胆固醇的跨膜转运。脂肪酸的营养平衡：膳食油脂的科学选择 WHO推荐人类膳食用油脂脂肪酸标准模式： 饱和脂肪酸：单不饱和脂肪酸：多不饱和脂肪酸1：1：1。其中，不饱和脂肪酸中的-6 脂肪酸与-3脂肪酸之比为4：1。几种热点脂肪酸1、-亚麻酸1）来源，大豆油，亚麻油等2）多种重要3脂肪酸的前体物2、DHA/E

10、PAF 深海鱼油功能的发现（爱斯基摩人）F 海洋鱼油EPADHA为2030F 深海鱼油中为什么有如此高含量的DHA/EPAF DHA是大脑灰质的重要成分F EPA治疗和预防心血管疾病。F 在生物体内可由-亚麻酸转化而来。3、AA（花生四烯酸）1）来源：微生物2）视网膜的重要组成成分3）激素类物质的前体顺式脂肪酸与反式脂肪酸顺式脂肪酸（cis-）：氢原子都位于同一侧，链的形状曲折，看起来象U型反式脂肪酸（trans-)：氢原子位于两侧，看起来象线形天然脂肪酸的共性1）脂肪酸的碳链 直链一元羧酸占绝大多数，并且几乎都是偶数碳 2）双键的位置和构型 绝大多数不饱和脂肪酸的双键是顺式构型，大多数多烯脂

11、肪酸为非共轭体系，两个双键之间由一个亚甲基隔开。 3）熔点 不饱和脂肪酸的熔点比同碳数的饱和脂肪酸的熔点低，双键越多熔点越低。4）分布16碳和18碳的脂肪酸在油脂中分布最广，含量最多；人体中饱和脂肪酸最普遍的是软脂酸和硬脂酸，不饱和脂肪酸是油酸。高等植物和低等动物中，不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸。甘油三酯的理化特性1）热性质 a）熔点甘油三酯的熔点与脂肪酸的种类以及脂肪酸的排布方式有关，如可可脂。 b）沸点和蒸汽压 c）烟点，闪点，着火点 2）油脂的油性和粘性 油性是指液态油脂能形成润滑薄膜的能力；液态油有一定的粘性，这是由酰基甘油分子侧链之间的引力引起的 。3）塑性 油脂的塑性是指在一定压

12、力下表观固体脂肪具有的抗应变能力。4）油脂的晶体特性 同质多晶现象：同一种物质具有不同固体形态的现象。固态油 脂属于同质多晶现象。型，型和型 。型的脂肪酸侧链无序排列，型和型脂肪酸侧链有序排列，特别是型油脂的脂肪酸侧链均朝一个方向倾斜，有两种方式排列 第三章 核酸1、概 述一、核酸的发现1868 MEISCHER- 从脓球发现“核素”1944 AVERY et al- 肺炎球菌转化实验1952 HERSHEY, CHASE-噬菌体标记实验1973 BOYER，COHEN-DNA Cloning(克隆）1953 WATSON，CRICK-DNA双螺旋1950 CHARGAFF et al- CH

13、ARGAFF1976 DNA Sequencing(序列分析）1990 Human Genome Project二、功能和种类功能：核酸是生物遗传的物质基础种类： 1、脱氧核糖核酸（DNA，细胞核） 遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。 2、核糖核酸（RNA，胞质） 主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。可以

14、分为mRNA、tRNA和rRNA三种另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。mRNA:占全部RNA的5%，可以作为合成蛋白质的 直接模板。tRNA：占全部RNA的16%，在蛋白质合成中起转运AA的功能。rRNA：占全部RNA的80%，是构成核糖体的成分，原核细胞中有5S、16S、28S三种，真核细胞中有5S、5.8S、18S、28S四种。化学组成组成元素：C、H、O、N、P P 的含量比较稳定，占9%-10%，通过测定P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。任何核酸都含磷酸，所以核酸呈

15、酸性。 基本组成单位：核苷酸1、碱基的基本类型l 腺嘌呤Adenine 鸟嘌呤guanine胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶2、戊糖 组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 -D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为-D-核糖。3、核苷 碱基+戊糖=核苷4、核苷酸核苷+磷酸=核苷酸核苷酸按碱基和戊糖的不同分以下几类：核苷酸 脱氧核苷酸腺嘌呤核苷酸 脱氧腺嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸胞嘧啶核苷酸 脱氧胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸腺嘌呤核苷酸（ AMP）其他三种核苷酸只在碱基部分有所不同，接上鸟嘌呤即为鸟嘌呤核苷酸，接上胞嘧啶即为胞嘧啶核苷酸脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）同样其他三种

16、脱氧核苷酸只在碱基部分有所不同，接上鸟嘌呤即为鸟嘌呤脱氧核苷酸，接上胞嘧啶即为胞嘧啶脱氧核苷酸结 构 脱氧核糖核酸(DNA)结构核酸 核糖核酸(RNA)结构一级结构：组成核酸的诸核苷酸之间连键的性质，以及核苷酸排列的顺序 从一级结构上阐述DNA：是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，通过3,5-磷酸二酯键彼此连接起来的直线形或环形分子。 二级结构:核苷酸链内或链之间通过氢键折叠卷曲而成的双螺旋结构绝大多数为右旋三级结构:是指DNA分子(双螺旋)通过扭曲和折叠所形成的特定构象,包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征一级结构结构特点：包含四种碱基两个脱

17、氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接 碱基之间通过氢键配对，与配对，与配对，之间通过三个氢键连接，对通过两个氢键连接.（图）这种碱基之间互相匹配的情形称为碱基互补。因此，当一条核苷酸链的碱基序列确定以后，即可推知另一条互补核苷酸链的碱基序列 二级结构：结构特点（）：由两条反向平行的多核苷酸链，围绕同一个中心轴构成的双螺旋结构双螺旋的直径为2nm 顺轴方向，每隔0.34nm 有一个核苷酸，两个核苷酸间的夹角为36，因此，沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸，每隔3.4nm重复出现同一结构 链之间的螺旋形凹槽，一条较浅，宽度为0.6nm，深度为0.75nm；另一条较深，宽度为1.2nm，深度为0.85n

18、m。双螺旋分子中糖分子与纵轴平行，与碱基平面垂直磷酸基与脱氧核糖在外侧，彼此之间通过磷酸二酯键相连接，形成DNA的骨架 除外还有螺体较宽而浅的和磷酸基在多核苷酸骨架上的分布呈Z字形的CGCGCG寡聚体 维持双螺旋结构稳定性的力 一是互补碱基对之间的氢键 主要的力，是碱基堆集力 .碱基堆集力是由于芳香族碱基的p 电子之间相互作用而引起的，DNA分子中碱基层层堆集，在DNA分子内部形成了一个疏水核心，核心内几乎没有游离的水分子，所以使互补的碱基之间形成氢键。 三是磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键。 DNA的三级结构(1) 大多数的原核生物为共价封闭的环状双螺旋分子可再次螺旋化超螺

19、旋结构 超螺旋结构有两种: 负超螺旋(右旋)、正超螺旋(左旋)DNA双螺旋为右旋螺旋。细胞中的环状DNA一般呈负超螺旋，即右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足，在数学上呈1：1，即分子整体右旋一圈来补双螺旋上的一圈不足。正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。(2)也有开环DNA（open circular DNA, ocDNA）也称松环DNA（relaxed circular DNA, rcDNA当超螺旋型DNA的一条链上出现一个缺口时，超螺旋结构就被松开，而形成开环型结构。（3）连环DNA（Catenanes DNA） 基

20、因(gene)：是染色体上的具有特定功能的一段DNA序列，是一种相对独立的遗传信息基本单位，它编码蛋白质、tRNA或rRNA分子，或者调节这样一段序列的转录。 基因组：是一种生物结构建成和生命活动所需遗传信息的总和，即生物体的全套DNA序列。这些信息编码在细胞内的DNA分子中。对真核生物例如人类来说，细胞核内全部染色体分子的总和就是它们的基因组。 基因芯片(Gene chip) 又称DNA芯片、DNA微阵列(DNA microarray)，是将大量的DNA片段按预先设计的排列方式固化在载体表面如硅片、玻片上，并以此为探针，在一定的条件下，与样品中待测的靶基因片段杂交，通过检测杂交后的信号，实现

21、对靶基因信息的快速检测。常见并广泛应用的有cDNA微点阵和寡核苷酸原位合成两种。RNA一级结构:为直线形多聚核苷酸，相对分子质量的差别极大 .高级结构:包括二级结构和三级结构等. 1、分子较小，为直线型多核苷酸链。 2、基本单位主要是CMP GMP AMP和UMP四种核苷酸 3、磷酸二酯键，5端向3端延伸 不像DNA那样具有严格的A=T，G=C的规律 tRNA一级结构的特点 分子量25000左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数为4S左右。 分子中含有较多的修饰成分。 3-末端都具有CpCpAOH的结构。 tRNA占全部RNA的16%，tRNA的生物功能是在蛋白质生物合成过程中转运氨基酸。

22、细胞内tRNA的种类很多，估计有50多种。每一种氨基酸都有与其相对应的一种或几种tRNA。 mRNA一级结构的特点 真核细胞mRNA的3-末端有一段长达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，称为 “尾结构” ，5 -末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为” 帽结构“ 。 极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约200核苷酸的polyA。polyA是在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般无polyA，但某些病毒mBNA也有3-polyA,polyA可能有多方面功能,与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNA的半寿期有关，新合成的mRNA,polyA链较长，而

23、衰老的mRNA，polyA链缩短 mRNA的碱基组成与DNA的十分相当。所以有时把它叫作D-RNA。mRNA在代谢上很不稳定，是合成蛋白质的模板，每种多肽链都由一种特定的mRNA负责编码。所以细胞内mRNA的种类是很多的，但每一种mRNA的数量却极少。rRNA动物细胞核糖体rRNA有四类：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。许多rRNA的一级结构及由一级结构推导 出来的二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今仍不十分清楚。 rRNA约占全部RNA的30%左右，是构成核糖体的骨架，大肠杆菌核糖体中的rRNA有三类：5S rRNA，16S RNA，23S rRNA。

24、这些不同的rRNA的核苷酸排列顺序是不同的，它们能与细菌染色体DNA的不同部位杂交。动物细胞核糖体中的rRNA有三类；5S rRNA，18S RNA，28S rRNA及5.8S rRNA。RNA的高级结构特点 RNA是单链分子，因此，在RNA分子中，并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G 除了可以和C 配对外，也可以和U 配对。G-U 配对形成的氢键较弱。不同类型的RNA, 其二

25、级结构有明显的差异。 tRNA中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分tRNA的二级结构都呈” 三叶草” 形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为五臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、TyC区和可变区。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。(1)氨基酸接受区包含有tRNA的3-末端和5-末端， 3-末端的最后3个核苷酸残基都是CCA，A为核苷。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。(2)反密码区与氨基酸接受区相对的一般含有7个核苷酸残基的区域，其中正中的3个核苷酸残基称为反密码（3）TyC区 该区与二氢尿嘧啶区相对

26、， 假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TyC)由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区(TyC臂)与tRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎所有tBNA在此环中都含有TyC 。 (4)可变区 位于反密码区与TyC区之间，不同的tRNA该区变化较大。tRNA的三级结构 在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成，目前已知的tRNA的三级结构均为倒L型核酸的性质（一）一般性质：分子大小：DNA Mr 1061010或更大，RNA Mr 104106或更大 性状： DNA为白色纤维状固体，而RNA为白色粉末。 溶解度：DNA和RNA均不溶于一般的有机溶剂，微溶于水，

27、但它们的钠盐在水中溶解度较大。 （二）核酸的两性性质及等电点核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。一般呈酸性，（在中性溶液中带负电荷），微溶于水，不溶于有机溶剂。 （三）核酸的水解（四）紫外吸收在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。（五）变性、复性与杂交1、变性：是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。这是一个是跃变过程，伴有A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。温度升高；酸碱度改变、 pH（11.3或5

28、.0）；有机溶剂如甲醛和尿素、甲酰胺等；低离子强度都可引起变性2、复性： 在一定条件下，变性DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA的功能恢复。3、杂交： 不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（hybridization）Tm：熔解温度（melting temperature）DNA的变性发生在一个很窄的温度范围内，通常把热变性过程中A260达到最大值一半时的温度称为该DNA的熔解温度，用Tm表示。 Tm的大小与DNA分子中（G+C）的百分含量成正相关，测定Tm值可推算核酸碱基组成及

29、判断DNA纯度。第四章 蛋 白 质一、蛋白质的化学组成与分类主要组成元素：C、H、O、N、S 及 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。百分数约为：碳占5055%，氢占68%，氧占2030%，氮占1518%及硫占04%。大多数蛋白质所含氮素约为16%，因该元素容易用凯氏(Kjeldahl)定氮法进行测定，故蛋白质的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)计算出来。 根据分子形状分：球状蛋白质（分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好，能结晶，大多数蛋白质属于这一类 ）纤维状蛋白质（对称性差，分子类似细棒或纤维。它又可分成可溶性纤维状蛋白质，和不溶性纤维状蛋白质 ）根据组成

30、分简单蛋白质 结合蛋白质根据功能分活性蛋白质（如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白和受体蛋白）非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）简单蛋白质这类蛋白质只含由a-氨酸组成的肽链，不含其它成分1、清蛋白 广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白 普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子 球蛋白等。3、谷蛋白 如米谷蛋白和麦谷蛋白等。4、醇溶谷蛋白 这类蛋白质主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白等。5、组蛋白 分子中组氨酸、赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等。6、鱼精蛋白 分子中碱性氨基酸特别多，因此呈碱性。如鲑精蛋白等。7、硬蛋白 这类蛋白是动物体

31、内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白、胶原、网硬蛋白和弹性蛋白等。结合蛋白质由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成1、核蛋白 辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、病毒等。2、脂蛋白 与脂质结合的蛋白质，脂质成分有磷脂、固醇和中性脂等。3、蛋白和粘蛋白 辅基成分为半乳糖、甘露糖、硫酸或磷酸等。4、磷蛋白 磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基侧链相连。如酪蛋白、胃蛋白酶等。5、血红素蛋白 辅基为血红素，它是卟啉类化合物。6、黄素蛋白 辅基为黄素腺膘呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢酶7、金属蛋白 与金属直接结合的蛋白质。二、氨基酸生物体内常见氨基酸的分类n 蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨

32、基酸n 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。n 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。蛋白质氨基酸蛋白质中存在的20种氨基酸，除脯氨酸外，在其-碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基；由于脯基酸的-氨基被取代，它实际上是一种-亚氨基酸。此外，每种氨基酸都有一个特殊的R基团。二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号中性脂肪族氨基酸 、含羟基或硫脂肪族氨基酸、酸性氨基酸及酰胺、碱性氨基酸、杂环氨基酸、芳香族氨基酸、稀有的蛋白质氨基酸n 4-羟基脯氨酸，存在

33、于纤维蛋白、胶原以及某些植物蛋白中（如烟草细胞壁的糖蛋白）。n 胶原的水解液中也分离出5-羟基赖氨酸。n N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中，n g-羧基谷氨酸，存在于凝血酶原及某些具有结合离子功能的其他蛋白质中。n 锁链素（一种赖氨酸的衍生物，其中央的吡啶环结构由个赖氨酸分子的侧链组成）则仅在弹性蛋白中发现。n 从甲状腺蛋白中分离出3,5-二碘酪氨酸和甲状腺素 稀有氨基酸都是从肽链中的正常氨基酸前体经过化学修饰产生的。含稀有氨基酸的蛋白质多具有较强的生物活性。 非蛋白质氨基酸除去蛋白质的20种普通氨基酸及少数稀有氨基酸外，已发现有150多种其它氨基酸，存在于各种细胞及组织中，呈游离状态或者结合状

34、态，但并不存在于蛋白质中，所以称为非蛋白质氨基酸 。它们大多数是蛋白质中存在的-氨基酸的衍生物，但是也发现有b-，g-，或d-氨基酸。某些非蛋白质氨基酸呈D-构型，如细菌细胞壁中存在的D-谷氨酸和D-丙氨酸。 一些非蛋白氨基酸的分子结构如下：氨基酸的性质（一）一般物理性质溶解度：水中溶解度差别较大， 不溶于有机溶剂。 光吸收性：可见光区无光吸收，紫外光区Phe、Thy、Trp有光吸收。旋光性：AA的物理常数，与结构、PH值有关。味感：不同味道(与构型有关).（二）两性解离和等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(

35、-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的NH3 +基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 硷性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2 （三）化

36、学性质1）与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法(3) 与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应多用来鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应 多用于重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”（5）成盐反应（6）酰基化和烃基化反应（7）成酯反应当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。（8）酰氯化反应使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。（9）成酰胺反应（10）脱羧反应11）迭

37、氮反应三、肽氨基酸彼此以酰胺键互相连接在一起形成的化合物为肽。这个键称肽键。 两个分子氨基酸所形成的肽称为二肽，三个氨基酸缩合成的肽称为三肽，依此类推。若一种肽含有少于10个氨基酸，则为寡肽，超过此数的肽统称为多肽。 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。四、蛋白质的结构一级结构蛋白质的一级结构，又称为化学结构，是指氨基酸在肽链中的排列顺序及二硫键的位置，是多肽链具有共价键的主链结构。 多肽链的氨基酸顺序，是蛋白质生物功能的基础。二级结构 指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的空间关系；是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式 。

38、 主要有以下类型：n () 螺旋（helix）n () 折叠（-pleated sheet）n () 转角（-turn）n () 无规则卷曲（nonregular coil）() 螺旋在a-螺旋中肽平面的键长和键角一定,肽键的原子排列呈反式构型,相邻的肽平面构成两面角.多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm.肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。蛋白质分子为右手a-螺旋。() 折叠是一种肽链相当伸展的

39、结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。() 转角在b-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。() 无规则卷曲超二级结构在蛋白质中，特别是球状蛋白质中，经常可以看到由若干相邻的二级结构单元组合在一起，

40、彼此相互作用，形成规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知的超二级结构有三种基本组合形式：（），（）和（）。结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。三级结构蛋白质的三级结构是指多肽链的距离较远的氨基酸之间的相互作用而使多肽链弯曲或折叠形成的紧密而具有一定刚性的结构。是二级结构的多肽链进一步折叠、卷曲形成复杂的球状分子结构包括主链和侧链的所有原子的空间排布一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核，极性侧链在分子表面 维

41、系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水相互作用，在蛋白质三级结构中起着重要作用。四级结构四级结构是指两条或多条肽链以特殊方式结合成有生物活性的蛋白质。 许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。五、蛋白质的性质(一)、蛋白质的胶体性质 蛋白质的相对分子质量很大，一般在10 000至1 000 000之间，因此它的水溶液必然具有胶体的性质，如布朗运动、光散射现象、电泳现象，不能透过半透膜及吸附

42、能力等。蛋白质是亲水力很强的胶体。在这些胶体颗粒的表面上有一层很厚的水膜而且带有相同的电荷使胶体颗粒互相排斥，故能在水溶液中使颗粒相互隔开而不致聚合下沉，保持其稳定性 (二)蛋白质的沉淀盐析作用：在蛋白质溶液中加入定量的中性盐时，则能使蛋白质脱水并中和其电荷而从溶液中沉淀出来，中性盐的这种沉淀作用称为盐析作用。硫酸铵、硫酸钠和氯化钠是常见的几种蛋白质盐析剂。 不可逆沉淀：在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物碱沉淀等都属于不可逆沉淀。可逆沉淀：在温和条件下，通过改变溶液的

43、pH或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液。等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等均属于可逆沉淀法。（三）、蛋白质的两性解离及等电点 蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(Isoelectric point pI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。（四）、蛋白质的变性当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）。 蛋白质的变性作用

44、如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。（五）、蛋白质的颜色反应1、双缩脲反应 红色或蓝紫色 2、米隆（Millon）反应 砖红色沉淀3、酚试剂反应 蓝色4、乙醛酸反应 色环 5、水合茚三酮反应 蓝紫色 6、蛋白黄色反应 黄色7、醋酸铅反应 黑色的硫化铅沉淀 六、蛋白质的功能催化功能（酶）；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 第五章 酶酶的分类1961年国际生化协会酶命名委员会根据酶所催化的反应类型将酶分为六大类，即氧化还原酶

45、类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类，分别用1、2、3、4、5、6的编号来表示，再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为若干个亚类，每个亚类可再分若干个亚-亚类，仍用1、2、3、编号。故每一个酶的分类编号由用“”隔开的四个数字组成。编号之前是酶学委员会的缩写EC。酶编号的前三个数字表明酶的特性：反应性质、反应物（或底物）性质、键的类型，第四个数字则是酶在亚-亚类中的顺序号。如乙醇脱氢酶EC 1大类 1 亚类 1亚亚类 27 序号1、氧化还原酶类 即催化生物氧化还原反应的酶，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、羟化酶以及加氧酶类。2、转移酶类 催化不同物质分子间某种基团的交换或

46、转移的酶，如转甲基酶、转氨基酶、已糖激酶、磷酸化酶等。3、水解酶类 利用水使共价键分裂的酶，如淀粉酶、蛋白酶、酯酶等。4、裂解酶类 由其底物移去一个基团而使共价键裂解的酶，如脱羧酶、醛缩酶和脱水酶等。5、异构酶类促进异构体相互转化的酶，如消旋酶、顺反异构酶等。如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。6、合成酶类 促进两分子化合物互相结合，同时使ATP分子中的高能磷酸键断裂的酶，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。酶的命名（1）国际系统命名法在系统命名法中，一种酶只可能有一个名称和一个编号。在科技文献中，一般使用酶的系统名称。系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如：系统名称:丙氨

47、酸：a-酮戊二酸氨基转移酶 它所催化的反应：谷氨酸 + 丙酮酸 a-酮戊二酸 + 丙氨酸但因某些系统名称太长，为方便起见，有时仍用酶的习惯名称。(2) 习惯命名法:A.根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶等。B.根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。C.两个原则结合起来命名，例如丙酮酸脱羧酶等。D.根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。这在一定程度上造成很多酶有多种名称的情况酶的性质 化学本质 酶的催化功能 酶的催化作用的特点 影响酶反应速率的因素分析酶的化学组成，发现它们主要是蛋白性成分。根据其化学组成可将酶分为：1、简单蛋白酶 即那些只需要其蛋白质部分就具有催化功

48、能的酶。2、复合蛋白酶 即那些发挥其催化活性还需要有非蛋白成分协助的酶，也称“结合蛋白质酶”。 复合蛋白酶的非蛋白成分称为辅因子或辅基，一些金属酶需要Mg2+、Fe2+ 、Zn2+等金属作辅基。其它一些酶则需要小分子有机化合物如B族维生素作为辅因子，称为辅酶。酶的蛋白质部分称酶蛋白，酶蛋白与其辅因子一起合称为全酶。根据组成酶蛋白分子的肽链数量及其组装特点，又可将酶分为三类： 1、单体酶 单体酶只有一条多肽链，属于这一类的酶很少，一般都是催化水解的酶，分子量在13 00035 000之间，如溶菌酶、胰蛋白酶等 寡聚酶 寡聚酶由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽

49、链。亚基之间不是共价结合，彼此很容易分开。 多酶体系 多酶体系是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。它有利于一系列反应的连续进行。如脂肪酸合成酶体系、呼吸链酶系等。 综上所述，关于酶的化学本质： 酶是蛋白质，由氨基酸组成。 既然是蛋白质，酶：有两性电解质性质；受某些物化因素影响而变性，容易发生构象变化而丧失酶活；水溶液具有胶体的性质。催化性质酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者有共性：1、用量少而催化效率高 2、不改变化学反应的平衡点 3、可降低反应的活化能 酶之所以具有催化能力，主要在于它们具有一个所谓的“活性部位”。正是由于有这种结构才使之具备上述催化生物化学反应的功能。酶的活性部位 又称“活

50、性中心”。指酶蛋白上对于催化底物发生反应具有关键作用的区域。 进一步说，活性部位本质上是蛋白质多肽链上原本相距较远的一系列氨基酸残基经由折叠而形成的特定区域。在这个区域内，特定的、对于催化反应具有贡献的氨基酸残基的侧链基团的空间配置恰到好处，有助于酶与底物的结合，有助于底物的转变。溶菌酶的活性中心* 谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；* 色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；* AF为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。酶催化作用的特点但酶的化学本质是蛋白质，又在生物体内作用，因此酶的作用又有特性： 1、高效率； 2、酶的作用具有高度的专一性； 3、酶易失活，

51、从而丧失原有催化活力； 4、酶活力可调节控制； 5、酶的催化活力可能与辅酶、辅基和金属离子有关。 专一性1、绝对专一性：除一种底物以外，其它任何物质它都不起催化作用。 2、相对专一性：I基团专一性：除了要求A和B之间的键合适外，还对其所作用键两端的基团具有不同的专一性 。 II键专一性：只要求底物分子上有适合的化学键就可以起催化作用 。这种专一性催化作用，对于其在食品、化工领域的应用具有重要实践意义。影响因素一、底物浓度的影响 1、在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：2、米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对

52、酶促反应的动力学进行研究，基于平衡假设推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程，式中Km称为米氏常数。 后来，其他学者进一步根据所谓恒态假说，即假设酶催化反应过程中ES浓度基本保持恒定不变，推导出修正后的米氏方程，形式上与上述公式完全相同。它体现了各种因 素对于酶促反应速度的综合影响。当 V1/2 Vm时，则KmS关于米氏常数Km，它实际上是反应速度达到酶催化反应速度最大值的一半时所需的底物浓度。因此，米氏常数是有单位的。请大家思考：一种酶的Km数值越大意味着什么？二、酶浓度的影响在一定条件下酶反应的速度与酶的浓度成正比。因为酶催化反应时，首先要与底物形成所谓中间物

53、，即酶底物复合物ES。当底物浓度大大超过酶浓度时，反应达到最大速度Vm，如果此时增加酶的浓度，可增加反应速度，酶反应速度与酶浓度成正比关系。 三、温度的影响温度对酶反应的影响是双重的：（1）随着温度的增加，反应速度也增加，直至最大速度为止。（2）随温度升高而使酶逐步变性。 故酶总有一个最适反应温度，在这个温度时，酶的活力最高。在10-80常温范围内，酶活力随着反应温度的变化趋势一般可表示如右图。 四、pH的影响在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常称此pH为最适pH。但是需指出，所谓“最适pH”实际上是一个操作参数。在不同pH时活性发生变化的原因主要在于：（1）pH能影响酶分子结构的稳定

54、性。（2）pH能影响酶分子的解离状态 。五、酶原的激活和激活剂 有的酶在分泌时是无活性的酶原，需要经某种酶或酸将其分子作适当的改变或切去一部分才能呈现活性。这种激活过程又称酶原致活作用或酶原激活作用。凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。 酶的激活剂多为无机离子或简单有机化合物。 六、酶的抑制作用和抑制剂 非专一性不可逆抑制不可逆抑制 专一性不可逆抑制 竞争性抑制可逆抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制竞争性抑制定义：抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。请大家思考：如果酶催化反应体系中存在某种竞争性抑制剂，那

55、么你所测定得到的米氏常数将发生什么样的变化？ 表5-3 各种抑制作用的比较（参阅课本） 它列出了不同情况下的酶反应动力学方程式，以及相比于不存在抑制因素的条件下其Km和Vm的变化情况。酶的催化反应机制酶专一性的机制 锁钥学说(lock and key theory) 诱导契合学说(induced-fit hypothesis) 酶高效催化的常见机制1、 邻近与定向效应； 2、 诱导契合与底物扭曲变形；3、 共价催化；4、 酸碱催化；5、 微环境效应。 酶的几个重要概念多酶体系：细胞中的许多酶常常是在一个连续的反应链中起作用，即前一个反应的产物是后一个反应的底物，在完整细胞内的某一代谢过程中，由

56、几个酶形成的反应体系，称为多酶体系。如果体系中几种酶彼此有机地组合在一起。精巧地镶嵌成一定的结构，即形成多酶复合体。这种结构既能提高反应途径的效率，又能增强调控的准确性。调节酶一、别构酶 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后导致酶分子发生构象改变，进而改变酶的活性状态，称为酶的别构调节(allosteric regulation)，具有这种调节作用的酶称别构酶(allosteric enzyme)。别构酶促反应底物浓度和反应速度的关系不符合米氏方程，呈S型曲线。凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物，如因别构导致酶活性增加的物质称为正效应物(positive effector)或

57、别构激活剂，反之称负效应物(negative effector)或别构抑制剂。a-非调节酶 b-正协同别构酶 的S形曲线 别构酶与米氏酶的动力学曲线比较二、共价调节酶 某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶同工酶 同功酶是指能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成却有所不同的一组酶。 乳酸脱氢酶是研究的最多的同工酶。诱导酶结构酶 细胞内结构酶是指细胞中天然存在的酶，它的含量较为稳定，

58、受外界的影响很小。如糖代谢酶系、呼吸酶系等。诱导酶 是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。很多酶制剂生产中利用了这种原理。抗体酶抗体酶（abzyme）又称催化抗（catalyticantibody）,是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它除了具有相应免疫学特性，还类似于酶，能催化某种反应。 抗体与酶相似，都是蛋白质分子，酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能的过渡态分子相结合，而抗体结合的是基态分子抗原。诱导法制备具有酯酶活性的抗体A. 酯酶的底物酯B.酯的羧基碳原子受到亲核攻击形成四面体过渡态C.设计的磷酸酯类似物,作为抗原去免疫实验动物核糖酶 研究发现：有些RNA分子也可具有类似酶的高效催化活性。 例如L19RNA，它是原生动物四膜虫26S rRNA前体经自身拼接所释放出的内含子的缩短形式。在一定条件下能够以高度专一性的方式去催化寡聚核糖苷底物的切割与连接。五聚胞苷酸能被L19RNA转化成或长或短的聚合物。 因此，L19RNA是既有核糖核酸酶活性，又有RNA聚合酶活性的生物分子