生物化学知识合集

生物化学即生命的化学， 以化学的理论和方法作为主要手段，研究生物 体的化学本质及生命活动过程中的化学变化规律，从而揭示生命的奥秘。本图将带你从生化的绪论、蛋白质、酶、核酸这些板块带你了解知识点。收藏下图学习吧！

生化

绪论

概念：生物化学（Biochemistry）即生命的化学， 以化学的理论和方法作为主要手段，研究生物 体的化学本质（组成、结构、功能）及生命活动 过程中的化学变化规律，从而揭示生命的奥秘。

特点：分子水平 生物体的化学本质 生命活动中的化学变化规律

生物体特点

1.有高度的化学复杂性和精细的微观组织 2.有从环境中吸收、转化和使用能量的系统 3.有精细的自我复制和自组装能力 4.能感觉到环境的改变并有作出反应的能力 5.生物体内部的化学成分及它们之间有规律的相互作用导致独特的生物功能 6.生物的进化

蛋白质（protein）

组成元素

平均含氮量16%

蛋白质系数6.25：每克蛋白氮表示6.25g蛋白质

分类

组成成分

简单蛋白质：分子只含氨基酸

结合蛋白质：蛋白质部分+非蛋白质部分

分子形状

纤维状蛋白质：难溶于水，结构蛋白

球状蛋白：多溶于水，功能蛋白

溶解度

功能

生物催化剂（酶）

物质的转运和存储（血红蛋白、乳-酪蛋白）

物质的转运和存储（血红蛋白、乳-酪蛋白）

运动与支持作用

参与细胞间信息传递（受体）

代谢调节作用（胰岛素）

免疫保护作用（抗体）

氧化供能

氨基酸（编码氨基酸20种）

分类

构型

性质

一般性质

无色晶体或粉末状

熔点高>200℃

蛋白质280nm紫外吸收（主要由色氨酸酪氨酸的苯环引起）

手性，旋光性（除Gly）

溶解性：溶于水，稀酸稀碱，不溶于有机溶剂

化学性质

两性电解质

等电点（pI）

净电荷为零

溶解度降低

茚三酮反应：蓝紫色化合物，放出CO2

α-氨基反应

成盐

亚硝酸反应：放出氮气，判断蛋白质水解程度

甲醛反应：1个氨基释放1个H+

2，4-二硝基氟苯（Sanger反应）：DNP-氨基酸

苯异硫氰酸（PITC Edman反应)：PTH-氨基酸

DNS-Cl反应：DNS氨基酸（荧光）

酰基化反应：保护氨基

α-羧基反应：成酯成盐

R基反应

非蛋白质氨基酸

蛋白质中修饰性氨基酸

氨基酸分离鉴定

结构

一级结构：多肽链中氨基酸排列顺序和连接方式

测定

纯化蛋白质样品

完全水解离子交换色谱测定氨基酸组成

氨基酸末端分析

N端

2，4-二硝基氟苯（FDNB Sanger反应）：DNP-氨基酸

苯异硫氰酸（PITC Edman反应)：PTH-氨基酸

DNS-Cl反应：DNS-氨基酸（荧光）

C端

肼解法

羧肽酶法

产物可溶于乙酸乙酯

肽链拆分

非共价键：变性剂

二硫键

肽链部分水解

溴化氰：甲硫氨酸羧基

胰蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

胃蛋白酶

片段重叠法推测氨基酸序列

二硫键定位：过氧甲酸，对角线电泳

二级结构（氢键）

肽平面（肽单位，酰胺平面）：肽键中CONH组成的平面，相邻两个α-C亦在其中

主要类型

α-螺旋

一个螺旋3.6个氨基酸残基

右手螺旋

β-折叠

β-转角

纤维状蛋白质结构

α-角蛋白

角蛋白右手α-螺旋(2) →左手卷曲螺旋(2) →原纤丝(2) →初原纤维(4) →中间纤维

含二硫键

富含疏水氨基酸

β-角蛋白（丝心蛋白）

反平行β-折叠片层堆积多层

链间氢键，层间范德华力

胶原蛋白

左手α-螺旋(3) →右手螺旋原胶原 →胶原纤维

超二级结构（模体）

结构域

三级结构

包括多肽链中一切原子的空间排列方式，蛋白质三维结构

只存在于球蛋白，不存在于纤维状蛋白

维系方式

氢键

疏水作用

范德华力

离子键（盐键）

配位键

二硫键

四级结构

数个亚基以非共价键作用而成的聚合体

结构与功能实例

肌红蛋白，血红蛋白

免疫球蛋白

性质

胶体性质

稳定因素

表面电荷

水化膜

不能通过半透膜

两性性质，等电点（溶解度最小）

分离鉴定

变性，复性

变性：次级键和二硫键破坏，不改变一级结构

变性因素

变性蛋白质特性

复性：恢复三维结构，恢复生物活性

沉淀

可逆沉淀

盐析：电解质，脱水剂

失去电荷，脱去水化膜

盐溶：稀盐中溶解度增大

不可逆

紫外吸收：280nm特征吸收峰，可定量测定

分离纯化与测定

酶

特征

加快反应速率，本身结构性质没有改变

缩短到达平衡时间，不改变平衡点

催化效率高

活性易受环境影响

催化活性可调节控制

高度专一性

诱导契合学说

结合专一性

催化专一性

分类命名

习惯命名法

国际命名法

国际系统分类

氧化还原酶类

转移酶类

水解酶类

裂合酶类（裂解酶类）

异构酶类

合成酶类

（转位酶）

组成分类

简单酶类

结合酶类（复合酶）

酶蛋白

辅助因子：金属离子

辅酶

辅基

催化结构基础

酶分子结构特征

活性部位（活性中心）

酶分子中直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接有关的部位

几个氨基酸或某些基团

三维实体

位于分子表面的疏水凹穴内

柔性，可运动性

诱导契合

酶与底物通过次级键结合

必需基团

活性中心存在的实验证明

切除法

化学修饰法（共价标记法）

亲和标记法

X射线衍射分析法

酶原

酶的无活性前体

酶原激化

一定条件下（致活素），酶原转化为有活性的酶的过程——不可逆

意义： 避免细胞产生的酶对细胞自身消化使酶在特定部位和环境发挥作用，保证机体代谢正常 酶原可视为酶的储存形式，在需要时转变为有活性的酶，发挥催化作用

催化机理

酶依靠降低活化能加速反应

酶-底物结合能

一般酸碱催化

共价催化

金属离子催化

实例

羧肽酶A

胰凝乳蛋白酶

胃蛋白酶

溶菌酶

酶促反应动力学

酶浓度：最适条件底物浓度足够大，v=k[E]

底物浓度

单底物

米氏方程

米氏常数Km

转换数（催化常数）

双倒数方程

多底物

有三元复合物形成

有序机制

随机机制

无三元复合物形成

乒乓机制

双倒数作图

交叉线表示有三元复合物

平行线表示无三元复合物

温度

pH

激活剂

抑制剂

可逆

竞争性抑制

反竞争性抑制

混合型抑制（非竞争性抑制）

不可逆抑制

过渡态类似物是潜在的抑制剂

重要酶类及其活性调节

多酶体系

限速步骤

反馈抑制：调节物与酶非共价结合

别构酶（变构酶）

协同效应

同促效应

底物分子本身对酶的调节 活性部位与调节部位相同

异促效应

非底物分子调节物对酶的调节

v-[S]曲线为S型曲线

构象

紧张态（T）

亲和力低

松弛态（R）

亲和力高

别构调节机理

续变（序变）模型

存在R-T过渡态

协同（齐变）模型

对称性

酶的可逆共价修饰

磷酸化

磷酸基结合：蛋白激酶

磷酸基脱去：蛋白质磷酸酶

状态可逆，反应不可逆，逆反应需在另一种酶催化下进行

同工酶

不同生物、器官、组织来源的酶，催化相同反应

酶的分离纯化和活力测定

分离纯化原则

酶活力与测定

酶活力（酶活性）

酶活力单位

国际单位（IU）：最适条件下，每分钟催化1μmol产物生成（iμmol键变化）所需的酶量

开特（Kat）：最适条件，每秒钟催化1mol底物转化所需的酶量

1Kat=6*10（的七次方）IU

比活力（比活性）：每毫克酶蛋白所具有的活力单位数（纯度）

测定酶活力

回收率：每次总活力/第一次总活力

纯化倍数：每步之后的比活力/第一次比活力

纯化：总蛋白量减少，比活力增加，纯化倍数提高，回收率下降

核酸

核苷酸

结构

戊糖上的碳编号有'

功能

携能核苷酸：ATP,ADP

酶的辅助因子的结构成分

细胞通讯的媒介（第二信使分子）

如：cAMP，ppGpp

核苷酸的连接

3'羟基与5'磷酸羟基通过“磷酸二脂键”相连

方向性

左边游离磷酸5'末端

右边游离羟基3'末端

寡核苷酸：小于50

非酶促水解

RNA碱性环境迅速水解

DNA不被碱水解

碱基性质与核酸结构

碱基环上原子共振

核酸在260nm有特征吸收峰

核酸定量：A（260）=1.0相当于 50μg/ml双链核酸 40μg/ml单链核酸 20μg/ml寡核苷酸

判断核酸样品纯度

DNA纯品：A(260)/A(280)=1.8 RNA纯品：A(260)/A(280)=2.0

疏水堆积作用

氢键

减色效应：核酸由于氢键和堆积作用，比同浓度游离核苷酸紫外吸收减少

DNA

DNA储存遗传信息

Chargaff定则

一级结构：碱基序列

二级结构

双螺旋结构

右手双螺旋

两条链反向互补平行，亲水主链在外

疏水碱基堆积在内部

维系的力

碱基堆积作用

氢键

一个螺旋含10.5个碱基对，螺距3.4nm

一条大沟一条小沟

不同三维结构形式

A型：缺水环境，右手，短，螺旋直径大

B型（最稳定）

Z型：左手，主链Z形，大沟近乎消失，小沟窄而深

DNA结构受环境影响而改变

特殊结构

回文结构（反向重复）：链内互补

发卡结构

十字架结构

镜像结构：链内颠倒重复

H-DNA：三链螺旋，每条链仅含嘧啶或嘌呤，具镜像重复

三级结构：DNA双螺旋分子扭曲折叠形成特定构象

RNA

类型

mRNA

真核mRNA转录后5'端加帽子，3'端加多聚A尾（polyA）

反转录得cDNA

tRNA

rRNA

结构

单链右手螺旋

双链A型右手双螺旋

异常配对：G-U

发卡结构

核酸变性复性与杂交

DNA变性与复性

变性：氢键断裂，碱基堆积力破坏，变单链，年度降低，增色效应

复性

二级反应

DNA分子复杂度：分子量大，复性所需时间长

淬火：双链DNA加热变性后，急速降温至0℃，DNA不能复性

退火：变性DNA缓慢冷却，可复性

DNA熔解（变性）温度：DNA热变性时，紫外吸收增加值到达总增加值一半时温度

稳定性：RNA双螺旋>杂交双螺旋>DNA双螺旋 CG>AT

核酸杂交

化学反应和酶法修饰

脱氨基作用

脱氧核苷酸水解-脱嘌呤

氧化剂、辐射和一些化学因子、烷化剂对DNA损伤

与嵌合剂反应

DNA酶法甲基化

甲基供体：S-腺苷酰甲硫氨酸

甲基受体：被修饰碱基

甲基化可逆

不是随机的，限于一定的顺序或区域，在甲基化酶作用下进行

意义

识别区分自身和外来DNA

调节基因表达

帮助DNA修复

核酸酶

水解核酸，作用于磷酸二脂键

分类

底物专一性

核糖核酸酶

脱氧核糖核酸酶

作用方式

内切核酸酶

外切核酸酶

对其底物作用有特异性

限制性内切酶

分离自细菌，切割双链DNA，防御外来DNA入侵，自身DNA甲基化，不受影响

分类

1型：消耗ATP，随机位点切割

2型：常用于基因工程

不需ATP

不对DNA进行甲基化或其他修饰

识别切割特定核苷酸序列，一般含有回文结构

3型：消耗ATP，特定位点

命名

限制片段长度：识别n个核苷酸的限制酶产生DNA片段的平均长度4的n次方

限制图

DNA测序

Sanger双脱氧末端终止法

DNA合成：底物，聚合酶，模板，引物，5'->3'

基因

天然DNA分子

病毒DNA分子：复制时形成复制型：双链环状结构

细菌DNA

一个环形染色体：基因单拷贝

质粒

真核细胞DNA

染色体线性DNA分子

存在重复序列

着丝粒

端粒

细胞器DNA

为各种多肽或RNA顺序编码的DNA片段，又称顺反子

结构基因

调节顺序

外显子，内含子

DNA超螺旋和染色质结构

DNA拓扑学结构

研究物体变形情况下某些不变的性质

大部分细胞内DNA呈负超螺旋

闭环DNA接近B型结构（10.5）时为松弛状态

连系数（Lk)

闭合环形DNA分子连系数=没有超螺旋情况下两条链缠绕次数，右手向为正，左手为负

松弛状态DNA分子连系数Lk0：δLk=Lk-Lk0

比连系差（超螺旋密度）=δLk/Lk0

Lk=螺旋数Tw+超螺旋数Wr

拓扑异构体：不同连系数

拓扑异构酶：改变DNA拓扑连系数

1型：切开一条链，切口一端旋转一圈，连系数改变1

2型：同时切两条链，连系数改变2

DNA在真核细胞核内的组装

染色质基本结构：核小体

组成

DNA

组蛋白：小的碱性蛋白