生物化学 第一章
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生物化学第一章
三、蛋白质的分类
* 根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分 * 根据蛋白质形状 纤维状蛋白质
球状蛋白质
第二节
蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
蛋白质的分子结构包括
一级结构(primary structure)
第一章
蛋白质化学
Structure and Function of Protein
一、什么是蛋白质?
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸
(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
二、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物 体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质； 细胞的各个部分都含有蛋白质。
酰胺平面与α-碳原子的二面角（ φ和ψ ）
二面角
两相邻酰胺平面之间，能以共同的 Cα 为定点而旋转， 绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角
。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。当φ或ψ旋转健所处的
肽平面的取向而等分 H-Cα-R平面，且该旋转健两侧的主 链处于顺时针构型时，规定φ=0，同时ψ=0，从Cα沿健轴 的方向观察，顺时针旋转的φ和ψ角度为（+），逆时针时 旋转的为（-）。
* 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基 酸之间以肽键连接而成的一种结构。
多肽链有两端
N 末端：多肽链中有自由氨基的一端
C 末端：多肽链中有自由羧基的一端
N末端
C末端
牛核糖核酸酶
（二） 几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
第一章 绪论生物化学
静态生物化学
动态生物化学
糖类化学 脂类化学 蛋白质化学 核酸化学 酶学 代谢与能量 糖类代谢
静态生物化学
动态生物化学
脂类代谢
蛋白质代谢 核酸代谢 代谢调节
蛋白质的降解 氨基酸代谢 蛋白质的生物合成
核酸的降解 核苷酸代谢 核酸的生物合成
绿色植物的光合作用
O2
CO2+H2O
光合作用：在多种酶的催化下，绿色植物吸收太阳的 光能，把CO2和H2O合成有机物，同时释放氧气的过程。
（1）遗传的化学本质
“种瓜得瓜，种豆得豆”
（2）酶作用的化学本质
（3）能量转化的化学本质
一辆汽车怎样行使开动？ 一个正常人靠什么生存下去？ 植物靠什么来生存？
生物化学的内容
研究生物体内各种化合物的结构、 化学性质和功能（主要有糖类、 脂类、蛋白质、核酸、酶、维生 素和激素） 研究构成生物体的基本物质在生 命活动中进行的化学变化，即新 陈代谢及代谢过程中能量的转换 和调节
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生物化学
Click to edit Master text styles Second level Third level
Biochemistry
主讲教师：谷 娜
Fourth level Fifth level
第一章 绪论
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成绩评定 平时成绩20%（课堂出勤+回答问题+作业） 期末考试成绩80%（闭卷）
六、使用教材及参考书
使用教材：
生物化学（第二版） 古练权，高等教育出版社出版，2011年
教材的特点 1）针对化学专业的生物化学，容易，需要 补充 2）从化学的角度出发
第一章 生物化学绪论
生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础
理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用
学科，主要表现在以下几个方面：
（1）生物化学在工业上的应用
生物化学是食品发酵工业理论基础。
例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化； 制革业上的毛皮毛脱脂；
（2）生物化学在农业上应用
生物化学也是农业的基础课。农作物的代谢都离不开生物 化学，以及农作物病虫防治等等。
Biochemistry 或 Biological Chemistry
现译为“生物化学”，简称“生化”。 实用文档
2、生物化学发展与起源
生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪
初步发展，20世纪初才成为独立的学科。
首先，起源于法国，由法国传之于德
国，由德国而传到美国和英国。在20世纪
后，再由上述国家流传于其他各国。大约
生物化学
BIOCHEMISTRY
主讲：生物与制药工程学院 申 宁 实用文档
第一章 绪 论
生命与生物化学
实用文档
一 、生命的定义
具有复制的能力 具有催化的能力 具有突变的能力
实用文档
地球充满着生物，从最简单的病毒到菌 藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类， 千姿百态。不同的生物，其形态、生理 特征和对环境的适应能力各不相同，都 经历着生长、发育、衰老、死亡的变化， 都具有繁殖后代的能力。
真核细胞中含有被核膜包着的核
实用文档
真核细胞的结构
实用文档
植物细胞的结构
实用文档
原核生物：地球上数量最多、分 布最广。代谢系多样性能适应各种 环境。 真核生物：一般为原核细胞的上千 倍～上万倍，有核，其构造与机能 均比原核生物复杂。
王镜岩《生物化学》笔记(整理版)第一章
导入：100年前，恩格斯指出“蛋白体是生命的存在形式”；今天人们如何认识蛋白质的概念和重要性？1839年荷兰化学家马尔德（G.J.Mulder）研究了乳和蛋中的清蛋白,并按瑞典化学家Berzelius的提议把提取的物质命名为蛋白质（Protein，源自希腊语，意指“第一重要的”）。
德国化学家费希尔(E.Fischer)研究了蛋白质的组成和结构，在1907年奠立蛋白质化学。
英国的鲍林(L.Pauling)在1951年推引出蛋白质的螺旋；桑格(F.Sanger)在1953年测出胰岛素的一级结构。
佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁(J.C.kendrew) 在1960年测定血红蛋白和肌红蛋白的晶体结构。
1965年，我国生化学者首先合成了具有生物活性的蛋白质——胰岛素（insulin）。
蛋白质是由L-α-氨基酸通过肽键缩合而成的，具有较稳定的构象和一定生物功能的生物大分子（biomacromolecule）。
蛋白质是生命活动所依赖的物质基础，是生物体中含量最丰富的大分子。
单细胞的大肠杆菌含有3000多种蛋白质，而人体有10万种以上结构和功能各异的蛋白质，人体干重的45%是蛋白质。
生命是物质运动的高级形式，是通过蛋白质的多种功能来实现的。
新陈代谢的所有的化学反应几乎都是在酶的催化下进行的，已发现的酶绝大多数是蛋白质。
生命活动所需要的许多小分子物质和离子，它们的运输由蛋白质来完成。
生物的运动、生物体的防御体系离不开蛋白质。
蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的记忆、识别机构等方面都起着重要的作用。
随着蛋白质工程和蛋白质组学的兴起和发展，人们对蛋白质的结构与功能的认识越来越深刻。
第一节蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成经元素分析，主要有 C（50%～55%）、H（6%～7%）、O（19%～24%）、N（13%～19%）、S（0%～4%）。
有些蛋白质还含微量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I等。
生物化学-生化知识点_第一章氨基酸与蛋白质
第一章氨基酸与蛋白质上册 P1231. 1 氨基酸①①①蛋白质水解最后成为氨基酸混合物酸水解得19种 L-AA，色氨酸破坏。
碱水解得色氨酸，其余氨基酸消旋破坏。
酶水解不消旋破坏，但水解不彻底。
①①①α-氨基酸的一般结构生物体内已发现氨基酸180种，常见氨基酸20种1. 2 氨基酸的分类：常见蛋白质氨基酸，不常见蛋白质氨基酸，非蛋白氨基酸①①①常见蛋白质氨基酸，或称基本氨基酸。
每个氨基酸可用三个字母或单字母简写表示。
按侧链R基不同进行分类。
①1①按R基化学结构分类1.脂肪族氨基酸15个①.中性氨基酸5个甘氨酸 Glycine 氨基乙酸 Gly G 无旋光丙氨酸 Alanine α-氨基丙酸 Ala A缬氨酸 Valine α-氨基-β-甲基丁酸 Val V亮氨酸 Leusine α-氨基-γ-甲基戊酸 Leu L异亮氨酸 Isoleucine α-氨基-β-甲基戊酸 Ile I①.含羟基或硫氨基酸4个丝氨酸 Serine α-氨基-β-羟基丙酸 Ser S苏氨酸 Threonine α-氨基-β-羟基丁酸 Thr T半胱氨酸 Cysteine α-氨基-β-基丙酸 Cys C甲硫氨酸 Methionine α-氨基-γ-甲硫基丁酸 Met M③．酸性氨基酸及其酰胺4个天冬氨酸 Aspartic acid α-氨基丁二酸 Asp D谷氨酸 Glutamic acid α-氨基戊二酸 Glu E天冬酰胺 Asparagine α-氨基丁二酸一酰胺 Asn N谷氨酸胺 Glutamine α-氨基戊二酸一酰胺 Gln Q④. 碱性氨基酸2个赖氨酸 Lysine α，ε-二氨基已酸 Lys K精氨酸 Arginine α-氨基-δ-胍基戊酸 Arg R2.芳香族氨基酸3个苯丙氨酸 Phenylalanine α-氨基-β-苯基丙酸 Phe F酪氨酸 Tyrosine α-氨基-β-对羟苯基丙酸 Tyr Y色氨酸 Tryptophan α-氨基-β-吲哚基丙酸 Trp W3.杂环族氨基酸2个组氨酸 Histidine α-氨基-β-咪唑基丙酸 His H脯氨酸 Proline α-吡咯烷羧酸 Pro P①2①按R基极性性质分类1.非极性R基8个Ala(A) Val(V) Leu(L) Ile(I) Pro(P)Phe(F) Trp(W) Met(M)1。
生物化学第一章蛋白质化学
组成蛋白质的元素：
主要元素组成： 碳(C) 50% ~ 55% 氧(O) 19% ~ 24% 氢(H) 6% ~ 8% 氮(N) 13% ~ 19% 硫(S) 0% ~ 4%
少量的 磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
蛋白质元素组成特点：
各种蛋白质含氮量很接近，平均为16％
故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 样品中蛋白质的含量〔g〕
脱水作用
脱水作用
－－
碱
酸－
－
－
－－ －
不稳定的蛋白质颗粒
带负电荷的蛋白质
溶液中蛋白质的聚沉
〔三〕蛋白质的变性、沉淀与凝固
1. 蛋白质的变性〔denaturation〕 在某些理化因素作用下，蛋白质的构
象被破坏，失去其原有的性质和生物活性， 称为蛋白质的变性作用。
变性后的蛋白称为变性蛋白质。
常见的变性因素：
2. 极性中性氨基酸
R-基含有极性基团； 生理pH条件下不解离。 包括7个：
甘氨酸(Trp)、 丝氨酸(Ser)、
半胱氨酸(Cys)、 谷氨酰胺(Gln)、 天冬酰胺(Asn)、 酪氨酸(Tyr) 苏氨酸(Thr)
3. 酸性氨基酸
R-基有COOH(COO-)
带负电荷
4. 碱性氨基酸
R-基有NH2(NH3+)
牛胰核糖核酸酶的变性与复性
尿素或盐酸胍 β-巯基乙醇
透析
有活性
无活性
〔二〕一级构造与功能的关系 1.一级构造相似的蛋白质功能相似 一级构造不同的蛋白质功能不同
胰岛素的一级构造及种属差异
一级构造不同的蛋白质功能不同
ACTH 促肾上腺素皮质激素
MSH 促黑激素
《生物化学》第一章
许多个核苷酸连续脱水缩合可形成一种线性大分子， 称为多核苷酸链。多核苷酸链两端的基团通常以游离的状 态存在，一端为游离的磷酸基，称为5′-末端，另一端为游 离的羟基，称为3′-末端。
核苷酸的连接方式
- 13 -
过渡页
Transition Page
第二节 DNA的分子结构
DNA的一级结构 DNA的二级结构 DNA的三级结构
核酸在核酸酶的作用下可水解为核苷酸，核苷酸进一步可 水解生成磷酸和核苷，核苷再进一步水解可生成碱基和戊糖。
DNA的结构示意图
-6-
第一节
核酸的分子组成 二、核酸的基本结构单位——核苷酸 1．碱基
碱基是嘌呤和嘧啶的衍生物，包括 嘌呤类碱基 和 嘧啶类碱基 两种类型。
常见的嘌呤碱基
常见的嘧啶呤碱基
-7-
第二节
DNA的分子结构 一、DNA的一级结构
DNA的一级结构是指4种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示该 DNA分子的化学构成。
由于脱氧核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，所以核酸的一级结构 即为碱基的排列顺序。
生物界物种的多样性即寓于DNA分子中4种脱氧核苷酸（A、T、C、G） 千变万化的不同排列组合之中。
✓ 大、小沟在DNA与蛋白质相互作用中起到了关键的作用， 如引发甲基化作用、结合转录因子等。
思考 大沟和小沟在行使其功能时，有什么差别？
✓ 二者内部蕴含的结合位点的差别，从而引发不同蛋白 的结合及不同的生化反应。
- 20 -
第二节 DNA的分子结构
三、DNA双螺旋结构与DNA复制
DNA双螺旋结构与DNA复制有什么关系？
核苷酸是由 核苷 或 脱氧核苷 与 磷酸 脱水缩合而成的， 其中的核苷则是由戊糖与含氮碱基通过脱水缩合形成的。
核苷酸的连接方式
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过渡页
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第二节 DNA的分子结构
DNA的一级结构 DNA的二级结构 DNA的三级结构
核酸在核酸酶的作用下可水解为核苷酸，核苷酸进一步可 水解生成磷酸和核苷，核苷再进一步水解可生成碱基和戊糖。
DNA的结构示意图
-6-
第一节
核酸的分子组成 二、核酸的基本结构单位——核苷酸 1．碱基
碱基是嘌呤和嘧啶的衍生物，包括 嘌呤类碱基 和 嘧啶类碱基 两种类型。
常见的嘌呤碱基
常见的嘧啶呤碱基
-7-
第二节
DNA的分子结构 一、DNA的一级结构
DNA的一级结构是指4种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示该 DNA分子的化学构成。
由于脱氧核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，所以核酸的一级结构 即为碱基的排列顺序。
生物界物种的多样性即寓于DNA分子中4种脱氧核苷酸（A、T、C、G） 千变万化的不同排列组合之中。
✓ 大、小沟在DNA与蛋白质相互作用中起到了关键的作用， 如引发甲基化作用、结合转录因子等。
思考 大沟和小沟在行使其功能时，有什么差别？
✓ 二者内部蕴含的结合位点的差别，从而引发不同蛋白 的结合及不同的生化反应。
- 20 -
第二节 DNA的分子结构
三、DNA双螺旋结构与DNA复制
DNA双螺旋结构与DNA复制有什么关系？
核苷酸是由 核苷 或 脱氧核苷 与 磷酸 脱水缩合而成的， 其中的核苷则是由戊糖与含氮碱基通过脱水缩合形成的。
生物化学第一章绪论
1953及 1975年， Sanger分别研究出蛋白质序列和 核酸序列的测定方法 1961年，Jacob & Monod 提出了操纵子学说
1965年， Holly 排出酵母tRNAAla 的一级结构 1966年，Nirenberg & Khorana 破译了遗传密码 1970 年， Temin和 Baltimore 几乎同时发现逆向转录酶，证 实了 Temin 1964 年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉 瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部 遗传信息的 DNA 前病毒，而子代病毒的 RNA 则是以前病毒 的DNA为模板进行合成。 1972 年～1973年， Berg 等成功地进行了 DNA 体外重组； Cohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能 的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，Boyer等 在 E.coli 中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基 因
后发现维生素
1926年，美国化学家J. B. Sumner首次得到脲酶结晶 1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究
30 年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳 蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质
30年代，英国生化学家A.Krebs提出尿素循环和三羧 酸循环 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了 基础 此外，糖酵解途径、光合碳代谢途径得到证明，发 现了维生素和激素、血红素、叶绿素等
第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮 性的转基因植物源食品。
这一代的转基因食品研究起始于20世纪70年代末80年代 初，是以转入抗除草剂基因、抗虫基因增加农作物的抗逆性 以及延迟成熟基因等为主要特点。
转基因抗虫水稻
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
1965年， Holly 排出酵母tRNAAla 的一级结构 1966年，Nirenberg & Khorana 破译了遗传密码 1970 年， Temin和 Baltimore 几乎同时发现逆向转录酶，证 实了 Temin 1964 年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉 瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部 遗传信息的 DNA 前病毒，而子代病毒的 RNA 则是以前病毒 的DNA为模板进行合成。 1972 年～1973年， Berg 等成功地进行了 DNA 体外重组； Cohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能 的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，Boyer等 在 E.coli 中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基 因
后发现维生素
1926年，美国化学家J. B. Sumner首次得到脲酶结晶 1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究
30 年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳 蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质
30年代，英国生化学家A.Krebs提出尿素循环和三羧 酸循环 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了 基础 此外，糖酵解途径、光合碳代谢途径得到证明，发 现了维生素和激素、血红素、叶绿素等
第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮 性的转基因植物源食品。
这一代的转基因食品研究起始于20世纪70年代末80年代 初，是以转入抗除草剂基因、抗虫基因增加农作物的抗逆性 以及延迟成熟基因等为主要特点。
转基因抗虫水稻
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
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相溶的溶剂中分配系数的差异，经多 次转移而达到分离目的。基本原理是溶
剂度不同。
溶质在流动相中的浓度 分配系数=
溶质在固定相中的浓度
流动相：推动溶质向前移动的溶液；如正丁醇。 固定相：固定在纤维素上的溶液。如结合到滤纸上的水
下 行 法
上 行 法
2、离子交换层析法 原理：用离子交换树脂作支持物，分离离子状态
基 酸
（α-氨基β-巯基丙酸）
H– HO–CH2 –
Gln E 谷氨酰胺 （α-氨基-戊酰胺酸）
3
Asn N
天冬酰胺
（ α-氨基丁酰胺酸）
Tyr Y
酪 氨 酸（ α-氨
基β-对羟基苯丙酸）
带
正 Lys K ※赖 氨 酸
电 荷
（ α，ω-二氨基己酸）
的 Arg R 精 氨 酸
极 （ α-氨基γ-胍基戊酸） 性
生物化学
概述
1、生物化学 是研究生命现象的化学，即用物理、化学方法， 从分子水平研究生物体的化学组成及各组成的性质功能，研究生物 体物质和能量的变化 过程及其变化规律的科学。
种瓜得瓜，种豆得豆。
DNA复制
亲代DNA作模板
新合成的子链 DNA片段
用15N-NH4Cl为唯 一氮源连续培养多 用含14N培
蛋白质含量＝试样中氮的含量×６.２５
6.25即16%的倒数是蛋白质系数，为1克氮所代表的蛋白质含量。
第二节 组成蛋白质的基本单位—氨基酸
蛋白质在酸碱作用下，或在酶的催化下逐步水解
成分子量越来越小的肽段，直到最后成为氨基酸
(Amino acid)的混合物。
蛋白质
盐酸(6mol/L),硫酸(4mol/L),回流煮沸 20h,完全水解
NH2
氨基酸与树脂间的亲和力，主 要决定于它们之间的静电引力，其 次是氨基酸侧链与树脂基质聚苯乙 烯之间的疏水相互作用。
pH=3时，结合力排序为：碱性氨基酸（R2+）＞中性氨 基酸（R+）＞酸性氨基酸（Ro）。
增高洗脱剂pH和盐浓度时，洗出排序为：酸性氨 基酸、中性氨基酸、碱性氨基酸。
氨基酸自动分析仪（amino acid analyzer）
现以甘氨酸(Gly)为例进行讨论： 在酸性溶液中，甘氨酸以H+3N–CH2 –COOH的形式存在。 不难看出，它具有两个可解离的质子H+，因而可看作 是一个二元弱酸；当分步解离后，则变成了质子的受体， 即碱。
+
K1
H3N–CH2 –COOH
R+
+
K2
H3N–CH2 –COO–
R±
+
H+ + H3N–CH2 –COO–
蛋白质一级结构包 含以下几个内容：
（1）多肽链的数目；
（2）每条多肽链中 氨基酸的种类、残基 数目、和排列次序；
（3）链内和链间二硫键的位置和数目。
第四节 蛋白质的空间结构
二级结构以上的结构属于空间结构的范畴。
一、多肽链折叠的空间限制
二 面 角 的 限 制 Φ=0 ψ=0
由于酰胺平面的存在多肽链折叠时受到限制。即：1、Cα-R基 团空间位阻的影响；2、 Cα-C和Cα-N 自由旋转的最大范围是180o，
1、非极性氨基酸（侧链R基团是疏水性的脂肪族或芳香 族烃基）（8种）
名称
丙氨酸
(α-氨基丙酸）
非极性基 CH3 －
※缬 氨 酸 （ α-氨基异戊酸）
※亮氨酸 （ α-氨基异己酸） ※异 亮 氨 酸 （ α-氨基β-甲基戊酸）
脯氨酸
（ 四氢吡咯α-甲酸）
异丙基 异丁基 另丁基 吡咯环
Phe
F
※苯 丙氨酸 （α-氨基β-苯丙氨酸）
生
植物生物化学
物
化
动物生物化学
学
以植物为研究对象 以动物为研究对象
普通生物化学
研究对象不局限于动 物和植物，而是一般 生物。
3、内容 —静态生化、动态生化和功能生化
第一章 蛋白质化学
第一节 蛋白质的元素组成
应当指出的是，生物体中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质中，而蛋白 质中氮的含量又比较恒定，一般平均为１６％这是蛋白质元素组成的一个特点。 根据这一关系，当测出样品中的氮含量后，按照下式就可以计算出蛋白质的含 量：
因为这时候与Cα相邻的两个肽键上的羰基氧（Φ=0 ψ=180）或 亚氨基H（Φ=180 ψ=0）将互相重叠，妨碍进一步旋转。
肽键中C—N 键长为 : o.1325nm 普通C—N 键长为： o. 1487nm 普通C=N 键长为： o.1270nm
说明主肽链肽键C—N 具有双键的性质。
3
肽单位(酰胺平面）：围绕C-N键的6个原子构成一 个平面，称为酰胺平面。
pH9.7
R
O=S=O 40℃ O=S=O
Cl
HN—CH—COOH
5-二甲氨基萘磺酰氯 （DNS-Cl）
R
DNS-氨基酸
取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高
4、Edman
反应
苯氨基硫甲酰(phenylthiocarbamoyl)衍生物 (PTC-氨基酸) H+ (CH3NO2)
苯乙内酰硫脲(Phenylthiohydantion)衍生物(PTH-氨基酸)
等电点时 [Gly+]=[Gly-] ， 那么从 (3)、 (4)式可得出：
则甘氨酸的等电点（pI）为：
pI=½(pK1+pK2)
已知 Gly的 pK1=2.34; pK2=9.60
∴pIGly= ½(2.34+9.60)=5.97
对于有三个可解离基团的氨基酸，（如Asp 和Lys）
取静电荷为零的分子形态两边的pK值进行计算：
pH 9 异硫氰酸苯酯+多肽
苯氨基硫甲酰肽
无水强 酸介质
苯乙内酰硫脲
(Phenylthiohydantion) +减少一个残基的肽
衍生物(PTH-氨基酸）
这一反应在鉴定多肽N-端 氨基酸时的优点：
利用Edman 法，一次可连续测出60-70个残基的肽段顺序。
四、氨基酸的分析分离：
1、分配层析法 原理： 利用混合物中各种组分在两种互不
氨 基
组氨酸
酸 （ α-氨基β-咪唑丙酸）
种
His
咪唑基
带
负 电
天 门 冬 氨 酸（ α-氨
基丁酰胺酸）
荷 的
Asp
D
极
性 谷 氨 酸 （α-氨基戊
氨 酰胺酸）
基 Glu
酸
E
以α-氨基酸中侧链R基 团的极性性质分类的意义：
侧链R基团在体现蛋白质的生物学功能和 维持蛋白质构象方面，具有重要的意义。
比如-SH，-OH是很多酶活性中心的重要基团。有机磷杀虫剂的作用机理，就 是由于这些药物和害虫机体内胆碱脂酶的活性 –OH相结合，可使害虫神经紊乱而 致死。
-N=
-2H2O
H-N=
2 、 Sanger反应
二硝基氟苯
DNP-氨基酸（黄色）
这一反应在鉴定多肽N-端的 氨基酸时的特点：
多肽链+二硝基氟苯 pH8~9
DNP-多肽
HCI水解 DNP-氨基酸+游离氨基酸
Sanger法鉴定多肽中氨基酸顺序
3、丹黄酰氯法
CH3 CH3 N
CH3 CH3 N
H2N—CH—COOH +
Kβ-COOH
K1
K2
2.09
3.86
9.82
pIAsp= ½(pK1+pKR ) = ½(2.09+3.86)=2.98
在侧链上有解离基团的氨基酸的等电点计算，由于pI的解离主 要是以静电荷为零的形式向左右进行的，所以取静电荷为零的分子 形态两边的pK值进行计算。
同理，Lys、Arg、HiS 3个碱性氨基酸的pI为：
化合物的一种方法。基本原理是静电吸引。
R-CH-COOH + 树脂-SO3-H+
NH3+
阳离子
pH＜pI
交换剂
树脂-SO3- R-CH-COOH +
NH3+
H+或Na+
R-CH-COO- +
NH2 pH＞pI
树脂-NR3+OH-（氢氧型）
阴离子 交换剂
树脂- NR3+ R-CH-COO- +
OH-
所有氨基酸中只有脯氨
酸与水合茚三酮反应产生黄 色产物 。
=O =O
C OH
C
C OH
水合茚三酮
=O
=O =O
C OH
C
H2N-CHRO2H
C OH
CH
C
C OH
+
HN=CRO2H +H2O
=O
HN=CRO2H +H2O
还原茚三酮
CHO + NH3 + CO2
=O
=O
CH
C + H3N +
C OH
NH+4
Trp
W
※色 氨 酸 （ α-氨基β-吲哚丙酸）
※蛋 氨 酸 （ α-氨基γ-甲硫基丁酸）
苄基 吲哚甲基 甲乙硫醚基
2、极性氨基酸（侧链R基团是亲水性的）（7种）
名称
极性 基
不 甘 氨 酸 （ 的
（ α-氨基β-羟基丙酸）
※苏 氨 酸
极 （α-氨基β-羟基丁酸）
性
氨
半胱氨酸
K1
[Gly ][H [Gly ]
]
K2
[Gly ][H [Gly ]
]
当[Gly±]=[Gly+] 时，pH = pK1
剂度不同。
溶质在流动相中的浓度 分配系数=
溶质在固定相中的浓度
流动相：推动溶质向前移动的溶液；如正丁醇。 固定相：固定在纤维素上的溶液。如结合到滤纸上的水
下 行 法
上 行 法
2、离子交换层析法 原理：用离子交换树脂作支持物，分离离子状态
基 酸
（α-氨基β-巯基丙酸）
H– HO–CH2 –
Gln E 谷氨酰胺 （α-氨基-戊酰胺酸）
3
Asn N
天冬酰胺
（ α-氨基丁酰胺酸）
Tyr Y
酪 氨 酸（ α-氨
基β-对羟基苯丙酸）
带
正 Lys K ※赖 氨 酸
电 荷
（ α，ω-二氨基己酸）
的 Arg R 精 氨 酸
极 （ α-氨基γ-胍基戊酸） 性
生物化学
概述
1、生物化学 是研究生命现象的化学，即用物理、化学方法， 从分子水平研究生物体的化学组成及各组成的性质功能，研究生物 体物质和能量的变化 过程及其变化规律的科学。
种瓜得瓜，种豆得豆。
DNA复制
亲代DNA作模板
新合成的子链 DNA片段
用15N-NH4Cl为唯 一氮源连续培养多 用含14N培
蛋白质含量＝试样中氮的含量×６.２５
6.25即16%的倒数是蛋白质系数，为1克氮所代表的蛋白质含量。
第二节 组成蛋白质的基本单位—氨基酸
蛋白质在酸碱作用下，或在酶的催化下逐步水解
成分子量越来越小的肽段，直到最后成为氨基酸
(Amino acid)的混合物。
蛋白质
盐酸(6mol/L),硫酸(4mol/L),回流煮沸 20h,完全水解
NH2
氨基酸与树脂间的亲和力，主 要决定于它们之间的静电引力，其 次是氨基酸侧链与树脂基质聚苯乙 烯之间的疏水相互作用。
pH=3时，结合力排序为：碱性氨基酸（R2+）＞中性氨 基酸（R+）＞酸性氨基酸（Ro）。
增高洗脱剂pH和盐浓度时，洗出排序为：酸性氨 基酸、中性氨基酸、碱性氨基酸。
氨基酸自动分析仪（amino acid analyzer）
现以甘氨酸(Gly)为例进行讨论： 在酸性溶液中，甘氨酸以H+3N–CH2 –COOH的形式存在。 不难看出，它具有两个可解离的质子H+，因而可看作 是一个二元弱酸；当分步解离后，则变成了质子的受体， 即碱。
+
K1
H3N–CH2 –COOH
R+
+
K2
H3N–CH2 –COO–
R±
+
H+ + H3N–CH2 –COO–
蛋白质一级结构包 含以下几个内容：
（1）多肽链的数目；
（2）每条多肽链中 氨基酸的种类、残基 数目、和排列次序；
（3）链内和链间二硫键的位置和数目。
第四节 蛋白质的空间结构
二级结构以上的结构属于空间结构的范畴。
一、多肽链折叠的空间限制
二 面 角 的 限 制 Φ=0 ψ=0
由于酰胺平面的存在多肽链折叠时受到限制。即：1、Cα-R基 团空间位阻的影响；2、 Cα-C和Cα-N 自由旋转的最大范围是180o，
1、非极性氨基酸（侧链R基团是疏水性的脂肪族或芳香 族烃基）（8种）
名称
丙氨酸
(α-氨基丙酸）
非极性基 CH3 －
※缬 氨 酸 （ α-氨基异戊酸）
※亮氨酸 （ α-氨基异己酸） ※异 亮 氨 酸 （ α-氨基β-甲基戊酸）
脯氨酸
（ 四氢吡咯α-甲酸）
异丙基 异丁基 另丁基 吡咯环
Phe
F
※苯 丙氨酸 （α-氨基β-苯丙氨酸）
生
植物生物化学
物
化
动物生物化学
学
以植物为研究对象 以动物为研究对象
普通生物化学
研究对象不局限于动 物和植物，而是一般 生物。
3、内容 —静态生化、动态生化和功能生化
第一章 蛋白质化学
第一节 蛋白质的元素组成
应当指出的是，生物体中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质中，而蛋白 质中氮的含量又比较恒定，一般平均为１６％这是蛋白质元素组成的一个特点。 根据这一关系，当测出样品中的氮含量后，按照下式就可以计算出蛋白质的含 量：
因为这时候与Cα相邻的两个肽键上的羰基氧（Φ=0 ψ=180）或 亚氨基H（Φ=180 ψ=0）将互相重叠，妨碍进一步旋转。
肽键中C—N 键长为 : o.1325nm 普通C—N 键长为： o. 1487nm 普通C=N 键长为： o.1270nm
说明主肽链肽键C—N 具有双键的性质。
3
肽单位(酰胺平面）：围绕C-N键的6个原子构成一 个平面，称为酰胺平面。
pH9.7
R
O=S=O 40℃ O=S=O
Cl
HN—CH—COOH
5-二甲氨基萘磺酰氯 （DNS-Cl）
R
DNS-氨基酸
取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高
4、Edman
反应
苯氨基硫甲酰(phenylthiocarbamoyl)衍生物 (PTC-氨基酸) H+ (CH3NO2)
苯乙内酰硫脲(Phenylthiohydantion)衍生物(PTH-氨基酸)
等电点时 [Gly+]=[Gly-] ， 那么从 (3)、 (4)式可得出：
则甘氨酸的等电点（pI）为：
pI=½(pK1+pK2)
已知 Gly的 pK1=2.34; pK2=9.60
∴pIGly= ½(2.34+9.60)=5.97
对于有三个可解离基团的氨基酸，（如Asp 和Lys）
取静电荷为零的分子形态两边的pK值进行计算：
pH 9 异硫氰酸苯酯+多肽
苯氨基硫甲酰肽
无水强 酸介质
苯乙内酰硫脲
(Phenylthiohydantion) +减少一个残基的肽
衍生物(PTH-氨基酸）
这一反应在鉴定多肽N-端 氨基酸时的优点：
利用Edman 法，一次可连续测出60-70个残基的肽段顺序。
四、氨基酸的分析分离：
1、分配层析法 原理： 利用混合物中各种组分在两种互不
氨 基
组氨酸
酸 （ α-氨基β-咪唑丙酸）
种
His
咪唑基
带
负 电
天 门 冬 氨 酸（ α-氨
基丁酰胺酸）
荷 的
Asp
D
极
性 谷 氨 酸 （α-氨基戊
氨 酰胺酸）
基 Glu
酸
E
以α-氨基酸中侧链R基 团的极性性质分类的意义：
侧链R基团在体现蛋白质的生物学功能和 维持蛋白质构象方面，具有重要的意义。
比如-SH，-OH是很多酶活性中心的重要基团。有机磷杀虫剂的作用机理，就 是由于这些药物和害虫机体内胆碱脂酶的活性 –OH相结合，可使害虫神经紊乱而 致死。
-N=
-2H2O
H-N=
2 、 Sanger反应
二硝基氟苯
DNP-氨基酸（黄色）
这一反应在鉴定多肽N-端的 氨基酸时的特点：
多肽链+二硝基氟苯 pH8~9
DNP-多肽
HCI水解 DNP-氨基酸+游离氨基酸
Sanger法鉴定多肽中氨基酸顺序
3、丹黄酰氯法
CH3 CH3 N
CH3 CH3 N
H2N—CH—COOH +
Kβ-COOH
K1
K2
2.09
3.86
9.82
pIAsp= ½(pK1+pKR ) = ½(2.09+3.86)=2.98
在侧链上有解离基团的氨基酸的等电点计算，由于pI的解离主 要是以静电荷为零的形式向左右进行的，所以取静电荷为零的分子 形态两边的pK值进行计算。
同理，Lys、Arg、HiS 3个碱性氨基酸的pI为：
化合物的一种方法。基本原理是静电吸引。
R-CH-COOH + 树脂-SO3-H+
NH3+
阳离子
pH＜pI
交换剂
树脂-SO3- R-CH-COOH +
NH3+
H+或Na+
R-CH-COO- +
NH2 pH＞pI
树脂-NR3+OH-（氢氧型）
阴离子 交换剂
树脂- NR3+ R-CH-COO- +
OH-
所有氨基酸中只有脯氨
酸与水合茚三酮反应产生黄 色产物 。
=O =O
C OH
C
C OH
水合茚三酮
=O
=O =O
C OH
C
H2N-CHRO2H
C OH
CH
C
C OH
+
HN=CRO2H +H2O
=O
HN=CRO2H +H2O
还原茚三酮
CHO + NH3 + CO2
=O
=O
CH
C + H3N +
C OH
NH+4
Trp
W
※色 氨 酸 （ α-氨基β-吲哚丙酸）
※蛋 氨 酸 （ α-氨基γ-甲硫基丁酸）
苄基 吲哚甲基 甲乙硫醚基
2、极性氨基酸（侧链R基团是亲水性的）（7种）
名称
极性 基
不 甘 氨 酸 （ 的
（ α-氨基β-羟基丙酸）
※苏 氨 酸
极 （α-氨基β-羟基丁酸）
性
氨
半胱氨酸
K1
[Gly ][H [Gly ]
]
K2
[Gly ][H [Gly ]
]
当[Gly±]=[Gly+] 时，pH = pK1