2019-2020年高二生物《細(xì)胞生物學(xué)》教學(xué)設(shè)計(jì).doc

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2019-2020年高二生物《細(xì)胞生物學(xué)》教學(xué)設(shè)計(jì) 無機(jī)物 水-----生物體中含量達(dá)70%-90% 碳酸鹽 磷酸鹽 硫酸鹽 鹵化物 酸鹽 金屬離子 無機(jī)鹽 Na K Ca Fe （磷酸鹽為主） （ Ca鹽為主） 有機(jī)物 糖 脂 蛋白質(zhì) 核酸 維生素 激素 （糖，脂，蛋白質(zhì)，核酸為主） （蛋白質(zhì)最為重要，核酸最為根本） 自由水：溶劑、代謝介質(zhì)、調(diào)節(jié) 結(jié)合水：成分。親水物質(zhì)：蛋白質(zhì)淀粉纖維素親水性依次遞減 各種無機(jī)鹽離子在體液中的濃度是相對(duì)穩(wěn)定的，其主要作用有：維持滲透壓，維持酸堿平衡，特異作用等。 血紅蛋白 缺少抽畜過多肌無力 細(xì)胞的化學(xué)成分 一、細(xì)胞的化學(xué)成分、亞顯微結(jié)構(gòu)及功能 （一）化學(xué)成分 1.水、無機(jī)鹽 2.糖類 3.蛋白質(zhì)（包括：氨基酸、三字母縮寫、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)、 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)、變性實(shí)質(zhì)） 4.酶類（概念、特征、分類、作用機(jī)理、影響酶活性的因素） 5.脂類 6. 核酸（包括DNA和RNA） 7.其他重要化合物（包括ADP和ATP、NAD[+,]和NADH[+,]、NADP[+,]和NADPH[+,]）第二信使：cAMP cGMP （二）結(jié)構(gòu)及功能 1.細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位 2.細(xì)胞膜（理化性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)龋?3. 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、液泡的結(jié)構(gòu)與功能） 4.線粒體結(jié)構(gòu)、功能 5.質(zhì)體的類型和葉 綠體的結(jié)構(gòu)功能 6.核糖體 7.過氧化氫體、過氧化物酶體的結(jié)構(gòu)功能 8.細(xì)胞核（核膜、染色體、核仁、核 基質(zhì)）和核功能 9.細(xì)胞壁成分與結(jié)構(gòu) 10.細(xì)胞骨架系統(tǒng)（包括：微絲、微管、中等纖維、微梁）的功能 1 1.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞 12.動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的比較 13.細(xì)胞分化和組織形成 二、細(xì)胞分裂 （一）細(xì)胞分裂的方式、意義 （二）有絲分裂 1.細(xì)胞周期（間期G[,1]、S、G[,2]的變化） 2.有絲分裂過程中染色體的變化規(guī)律、特 征 （三）減數(shù)分裂 1.第一次分裂（染色體變化的主要特點(diǎn)） 2.第二次分裂（染色體變化的主要特點(diǎn)） （四）有絲分裂與減數(shù)分裂的比較 （五）細(xì)胞的分化和衰老：癌變 三、細(xì)胞代謝 （一）糖代謝（指異化） 1.糖的無氧呼吸（糖酵解） 2.糖的有氧呼吸（糖酵解、檸檬酸循環(huán)、氧化磷 酸化） （二）脂肪和蛋白質(zhì)的代謝等（異化）。與下同化作用共見《植物生理學(xué)》 （三）同化作用 1.光合作用的光反應(yīng)（原初反應(yīng)等） 2.暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)） （四）蛋白質(zhì)的生物合成 1.轉(zhuǎn)錄 2.翻譯 3.遺傳密碼 4.生物合成過程。見《遺傳變異》 （五）生物代謝類型中重點(diǎn)是原核細(xì)胞（微生物）的代謝等 1.光養(yǎng)和化養(yǎng) 2.自養(yǎng)和異養(yǎng) 3.厭氧和需 氧 （六）細(xì)胞的全能性 （七）細(xì)胞工程和酶工程簡(jiǎn)介 生物化學(xué)內(nèi)容 第一章 化學(xué)元素及化合物 【知識(shí)概要】 一、組成生物體的化學(xué)元素： 大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl等。生物界和非生物界具有統(tǒng)一性和差異性。 二、組成生物體的化合物 （－）糖類 1．生物學(xué)功能：糖類參與細(xì)胞組成，是生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。 2．組成元素及種類：糖類的組成元素為C、H、O，分單糖、寡糖、多糖三類。 葡萄糖（環(huán)狀結(jié)構(gòu)） 果糖（環(huán)狀結(jié)構(gòu)） 葡萄糖（鏈狀結(jié)構(gòu)） 果糖（鏈狀結(jié)構(gòu)） 核糖 脫氧核糖 單糖是不能水解的最簡(jiǎn)單的糖類，其分類中只含有一個(gè)多羥基醛或一個(gè)多羥基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脫氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6個(gè)碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但結(jié)構(gòu)式不同，在化學(xué)上叫做同分異構(gòu)體。如右上圖所示： 核糖（C5H10O5）和脫氧核糖（C5H10O4）都是含有5個(gè)碳原子的戊糖，兩者都是構(gòu)成生物遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）的重要組成成分。結(jié)構(gòu)式如下圖所示： 寡糖（低聚糖）是由少數(shù)幾個(gè)（1個(gè)以內(nèi)）單糖分子脫水縮合而得的糖。常見的是含有2個(gè)單糖單位的雙糖，如植物細(xì)胞內(nèi)的蔗糖、麥芽糖，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的乳糖，存在于藻類細(xì)菌、真菌和某些昆蟲細(xì)胞內(nèi)的海藻糖等。蔗糖的形成見下圖。葡萄糖、果糖、蔗糖 多糖是由多個(gè)單糖縮聚而成鏈狀大分子，與單糖、雙糖不同，一般不溶于水，從而構(gòu)成貯藏形式的糖，如高等植物細(xì)胞內(nèi)的淀粉，高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的糖元。纖維素是植物中最普遍的結(jié)構(gòu)多糖。 例1 請(qǐng)用最簡(jiǎn)便的方法，鑒別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉。 分析 鑒別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉最簡(jiǎn)便的方法是顯色法。首先在這五種糖中各加入適量碘液，只有淀粉變藍(lán)色，其余四糖不變色。然后在除淀粉外的四糖中分別加適量的鹽酸和間苯二酚，核糖呈綠色，葡萄糖呈淡紅色，果糖呈紅色，而蔗糖不變色。這一下可鑒別出核糖和蔗糖。再在葡萄糖和果糖中分別加入幾滴清水，由于葡萄糖具有還原性而使溴水褪色，果糖無還原性，不能使溴水褪色，從而就能達(dá)到區(qū)分這兩種糖的目的?！緟⒖即鸢浮浚鸿b別核糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉的最簡(jiǎn)便方法。 （二）脂類 脂類是生物體內(nèi)一大類重要的有機(jī)化合物，由C、H、O三種元素組成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有機(jī)溶劑。 1．生物學(xué)功能：脂類是構(gòu)成生物膜的重要成分；是動(dòng)植物的貯能物質(zhì)；在機(jī)體表面的脂類有防止機(jī)械損傷和水分過度散失的作用；脂類與其他物質(zhì)相結(jié)合，構(gòu)成了細(xì)胞之間的識(shí)別物質(zhì)和細(xì)胞免疫的成分；某些脂類具有很強(qiáng)的生物活性。 2．種類 （l）脂肪 也叫中性脂，一種脂肪分子是由一個(gè)甘油分子中的三個(gè)羥基分別與三個(gè)脂肪酸的末端羥基脫水連成酯鍵形成的。脂肪是動(dòng)植物細(xì)胞中的貯能物質(zhì)，當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)直接能源過剩時(shí)，首先轉(zhuǎn)化成糖元，然后轉(zhuǎn)化成脂肪。在植物體內(nèi)就主要轉(zhuǎn)化成淀粉，有的也能轉(zhuǎn)化成脂肪。含氫多耗氧多，生成水多 （2）類脂 包括磷脂和糖脂，這兩者除了包含醇、脂肪酸外，還包含磷酸、糖類等非脂性成分。含磷酸的脂類衍生物叫做磷酯，含糖的脂類衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)特別是膜結(jié)構(gòu)的形成，是脂類中的結(jié)構(gòu)大分子。 （3）固醇 又叫甾醇，是含有四個(gè)碳環(huán)和一個(gè)羥基的烴類衍生物，是合成膽汁及某些激素的前體，如腎上腺皮質(zhì)激素、性激素。有的固醇類化合物在紫外線作用下會(huì)變成維生素D。在人和動(dòng)物體內(nèi)常見的固醇為膽固醇。 例：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，體外燃燒和體內(nèi)氧化產(chǎn)熱量相等而耗氧量較小的是： 　 A.糖類　　　 B.脂肪 　 C.蛋白質(zhì)　　　　D.脂肪和蛋白質(zhì)　　　　 （三）蛋白質(zhì)：含量最多的有機(jī)化合物或占細(xì)胞干重一半以上 蛋白質(zhì)的元素組成 C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、 S（0~4%）、稀有P等 N的含量平均為16%——?jiǎng)P氏（Kjadehl）定氮法的理論基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)含量＝ 蛋白氮6.25 例：測(cè)得某蛋白質(zhì)樣品的含氮量為0.40g，此樣品約含蛋白質(zhì)多少克？ A 2.0g B 2.5g C 6.4g D 6.25g （一）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能 1．蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸 組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，其中19種結(jié)構(gòu)可用通式表示。另一種為脯氨酸，它也有類似結(jié)構(gòu)，但側(cè)鏈與氮原子相接形成亞氨基酸。除甘氨酸外，蛋白質(zhì)中的氨基酸都具有不對(duì)稱碳原子，都有L—型與D一型之分，為區(qū)別兩種構(gòu)型，通過與甘油醛的構(gòu)型相比較，人為地規(guī)定一種為L(zhǎng)型，另種為D一型。當(dāng)書寫時(shí)—NH2寫在左邊為L(zhǎng)型，－NH2在右為D一型。已知天然蛋白質(zhì)中的氨基酸都屬L型。D型氨基酸沒有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，僅存在于纈氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，沒有在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。 英文 中文 R基結(jié)構(gòu) R基特點(diǎn) 等電點(diǎn) 極性與否 必需與否 酸堿 R Ala 丙 　 甲基 　 非極性 　 中性 Arg 精 　 δ-胍基 　 +極性 半必需 堿性 脂肪族 Asn 天冬酰氨 　 β-酰氨 　 極性 　 中性 Asp 天冬 　 β-羧基 　 -極性 　 酸性 脂肪族 Cys 半胱 　 β-巰基 　 極性 　 中性 Gln 谷氨酰氨 　 γ-酰氨 　 極性 　 中性 Glu 谷 　 γ-羧基 　 -極性 　 酸性 脂肪族 Gly 甘 　 H 　 極性 　 中性 His 組 　 β-咪唑基 　 +極性 半必需 堿性 雜環(huán) Ile 異亮 　 烷烴鏈 　 非極性 必需 中性 Leu 亮 　 烷烴鏈 　 非極性 必需 中性 Lys 賴 　 ε-氨基 　 +極性 必需 堿性 脂肪族 Met 甲硫（蛋） 　 γ-甲硫基 　 非極性 必需 中性 Phe 苯丙 　 苯甲基 　 非極性 必需 中性 芳香族 Pro 脯 　 亞氨基 　 非極性 　 中性 雜環(huán) Ser 絲 　 β-羥基 　 極性 　 中性 Thr 蘇 　 β-羥基 　 極性 必需 中性 Trp 色 　 β-吲哚基 　 非極性 必需 中性 雜環(huán) Tyr 酪 　 β-苯酚基 　 極性 　 中性 芳香族 Val 纈 　 烷烴鏈 　 非極性 必需 中性 記憶技巧：除甘AA外均為不對(duì)稱C、均有旋光性；脂肪族、芳香族、雜環(huán)；極性（親水）與非極性（疏水。帶正電荷、負(fù)電荷、不帶電荷）；必需（甲攜來一本亮色書）半必需（精組，胚胎發(fā)育以及嬰幼兒期間）與非必需；酸（2羧1氨）堿（2氨1羧）中（1氨1羧）性 非基本氨基酸 1. 氨基酸的衍生物：蛋白質(zhì)化學(xué)修飾造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最為重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通過二硫建連接起來的，P54 2. 非蛋白氨基酸：僅游離存在，瓜氨酸、鳥氨酸、β-丙氨酸 3. D-氨基酸：纈氨霉素、短桿菌肽中含有。 六.氨基酸的性質(zhì) 1. 物理性質(zhì) <1>紫外吸收：各種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，而在紫外光區(qū)僅色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收能力。利用紫外光法可以測(cè)定這些氨基酸的含量。蛋白質(zhì)在280nm的紫外光吸收絕大部分是由色氨酸和酪氨酸所引起的。因此測(cè)定蛋白質(zhì)含量時(shí)，用紫外分光光度法測(cè)定蛋白質(zhì)在280nm的光吸收值是一種既簡(jiǎn)便而又快速的方法。有共軛雙鍵的物質(zhì)都具有紫外吸收，在20種基本aa中，有4種是具有共軛雙鍵的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收比較弱，Trp、Tyr、Phe均有3個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收較強(qiáng)，其中Trp的紫外吸收最厲害，是蛋白質(zhì)紫外吸收特性的最大貢獻(xiàn)者，此3種氨基酸的紫外吸收特點(diǎn)如下： Aa（氨基酸） Λm（最大吸收波長(zhǎng)：nM） E（消光系數(shù)：A/Mol/L） Phe苯丙氨酸 257（259） 2*102 Tyr酪氨酸 275（278） 1.4*103 Trp色氨酸 280（279） 5.6*103 <2>旋光性：僅Gly不具旋光性，其它19種都有，且自然選擇為L(zhǎng)-型。 <3>溶解性：溶解于水，特別是稀酸稀堿溶液，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。 <4>熔點(diǎn)：均大于200℃，也就是說氨基酸都是固態(tài)，而同等分子量的其它有機(jī)物則是液態(tài)，這說明了氨基酸與氨基酸之間的結(jié)合力很強(qiáng)，是離子鍵，即氨基酸是以離子狀態(tài)存在的，而不是以中性分子存在的。 2.化學(xué)性質(zhì) <1>解離和等電點(diǎn)： 對(duì)于含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基的α–氨基酸來說，在中性溶液中或固體狀態(tài)下，是以中性分子的形式還是以兩性離子的式存在呢？許多實(shí)驗(yàn)證明主要是以兩性離子的形式存在。 中性分子形式 兩性離子形式 氨基酸由于含有氨基和羧基，因此在化學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為是的一種兼有弱堿和弱酸的兩性化合物。 氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算方法：對(duì)于單氨基單羧基的氨基酸，其等電點(diǎn)是pK1和Pk2的算術(shù)平均值，即從pI＝1/2（pK1＋pK2）公式中求得；若是碰到R基團(tuán)也解離的，氨基酸就有了多級(jí)解離，這個(gè)公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等，要依次寫出它從酸性經(jīng)過中性至堿性溶溶解高過程中的各種離子形式，然后取兩性離子兩側(cè)的pK值的算術(shù)平均值，即可得其pI值。例如Asp解離時(shí)，有3個(gè)pK值，在不同pH條件下可以有4種離子形式，如下圖所示。 在等電點(diǎn)時(shí)，兩性離子形式主要是Asp＋，因此Asp的pI＝1/2（pK1＋pK2）＝1/2（2.09＋3.86）＝2.98。同樣方法可以求得其他含有3個(gè)pK值的氨基酸的等電點(diǎn)。 aa Cys Asp Glu Lys His Arg PK’α-羧基 1.71 2.69 2.19 2.18 1.82 2.19 PK’α-氨基 8.33 9.82 9.67 8.95 9.17 9.04 PK’-R-基團(tuán) 10.78（-SH） 3.86(β-COOH） 4.25(γ-COOH) 10.53(ε-NH2） 6(咪唑基 12.48（胍基） 等電點(diǎn)的計(jì)算步驟 ：先將氨基酸/多肽可解離基團(tuán)的pK值自小到大按順序排列 側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK’1(α -COOH)和pK’2(α –NH3+)之和的一半：pI = (pK’1 + pK’2 )/2 同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值之和的一半。 酸性氨基酸：pI = (pK’ （ α -COOH） + pK’（R-COOH） )/2 堿性氨基酸：pI = (pK’（ α –NH3 +）+ pK’（R-NH3+） )/2 PH > PI溶液對(duì)PI而言偏堿 帶“-” 向陽(yáng)極移動(dòng) PI與PH的關(guān)系 PH =PI溶液對(duì)PI而言中性 不帶電，不發(fā)生向正極或負(fù)極移動(dòng) PH < PI溶液對(duì)PI而言偏酸 帶 “+ ” 向陰極移動(dòng) <3>等電點(diǎn)的測(cè)定：等電聚焦法：這是一種特殊的電泳，其載體上鋪有連續(xù)的PH梯度的緩沖液，然后將氨基酸點(diǎn)樣，只要該處的PH與氨基酸的PI不同，則氨基酸就會(huì)帶電，PH值>PI時(shí)，aa帶-電；PH值 <4>氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)基團(tuán) 試劑 主要產(chǎn)物 應(yīng)用 α-NH2 茚三酮 紫色、紅色物 對(duì)氨基酸顯色 α＝NH2 茚三酮 黃色物 Pro的鑒定 α-NH2 HNO2 N2等 游離aa定量，蛋白質(zhì)水解程度 α-NH2 DNFB二硝基氟苯Sanger試劑 DNP-aa二硝基苯黃色物 蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析標(biāo)準(zhǔn)圖譜 α-NH2 PITC苯異硫氰酸酯Edman試劑 PTC-aa在無水的酸中環(huán)化成PTH-aa 蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析aa順序自動(dòng)分析儀標(biāo)準(zhǔn)圖譜 α-NH2 甲醛 羥甲基-aa和二羥甲基-aa 甲醛滴定aa含量（封閉氨基 Arg的胍基 α-萘酚次溴酸鈉坂口試劑 桃紅色物 鑒定Arg Met的-S-CH3 H2O2 過氧化物 吸煙有害，煙中的過氧化物，彈性蛋白酶，抑制劑Met，肺氣腫 Cys的-SH 碘代乙酸ICH2COOH 過甲酸HCOOOH 乙酸硫基HOOC-CH2-S-磺基HS3O- 肽鏈拆分 作用與CYSS上的二硫鍵 His的咪唑基 重氮苯磺酸Pauly試劑 櫻紅色物（1His連2重） 鑒定His Tyr的酚基 重氮苯磺酸Pauly試劑 桔黃色物 鑒定Tyr Tyr的酚基 磷鉬酸、磷鎢酸Folin試劑 蘭色物質(zhì) 定量測(cè)定蛋白質(zhì)、Tyr Trp的吲哚基 對(duì)二甲基氨基苯甲醛 蘭色物質(zhì) 鑒定Trp 例2 根據(jù)蛋白質(zhì)的有關(guān)知識(shí)回答下列問題： （1）氨基酸的極性由什么決定？組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中具有極性的氨基酸有多少種？ （2）組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，哪一種不能參與形成真正的肽鍵？為什么。 （3）什么是蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）？為什么說在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的溶解度最低？ 分析 （1）氨基酸的極性由其側(cè)鏈基團(tuán)（R）決定，組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中具有極性的氨基酸有11種。（2）組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，脯氨酸（Pro）不能參與形成真正的肽鎮(zhèn)，因?yàn)镻ro是亞氨基酸，沒有游離的氨基。（3）蛋白質(zhì)分子所帶凈電荷為零時(shí)，溶液的pH值為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。處于等電點(diǎn)狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子外層的凈電荷被中和，分子之間相互聚集形成較大的顆粒而沉淀下來，故此時(shí)蛋白質(zhì)的溶解度最低?！緟⒖即鸢浮恳姺治鲞^程。 例3 （1）下列氨基酸的混合物在pH 3.9時(shí)進(jìn)行紙電泳，指出哪一些氨基酸朝正極移動(dòng)，哪一些氨基酸如負(fù)極移動(dòng)？氨基酸混合物的構(gòu)成為丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）、苯丙氨酸（Phe）、亮氨酸（Leu）、精氨酸（Arg）、天門冬氨酸（Asp）和組氨酸（His）。 （2）具有相同電荷的氨基酸，如Gly和Leu在紙電泳時(shí)總是稍稍分離，你能作出解釋嗎？ （3）一個(gè)含有Ala、Val、Glu、Lys和Thr的氨基酸混合物，在pH6.0時(shí)進(jìn)行紙電泳，然后用茚三酮顯色。請(qǐng)畫出電泳后各氨基酸斑點(diǎn)的位置，并標(biāo)明正極、負(fù)極、原點(diǎn)和不分開的氨基酸。 分析 （1）因?yàn)?Ala、Ser、Phe和 Leu的等電點(diǎn)在pH 6.0左右，將其放在pH 3.9條件下電泳時(shí)，Ala、Ser、Phe和Leu都帶有電荷，因此它們均向負(fù)極移動(dòng)。由于His和Arg等電點(diǎn)分別7.6和10.8，在 pH 3.9時(shí)雖都帶正電荷，向負(fù)極移動(dòng)，但因兩者帶正電荷數(shù)量不同，因此兩者能分開。Asp的等電點(diǎn)是3.0，在pH3.9條件下帶負(fù)電荷，故向正極移動(dòng)。 （2）在電泳時(shí)，如果氨基酸帶有相同的電荷，則分子量大的氨基酸比分子量小的氨基酸移動(dòng)慢些，由于Leu的分子量比Gly大，所以Leu比Gly移動(dòng)慢，因此能達(dá)到稍稍分離的目的。 （3）在pH 6.0時(shí)，Glu帶負(fù)電荷朝正極移動(dòng)，Lys帶正電荷負(fù)極移動(dòng)。Val、Ala、Thr的等電點(diǎn)在 pH 6.0附近，移動(dòng)距離很小，故不能完全分開。電泳后谷氨基酸斑點(diǎn)的位置如下圖所示。 【參考答案】 見分析過程。 例4 有一個(gè)蛋白質(zhì)分子在pH7的水溶液中可以折疊成球狀，通常是帶極性側(cè)鏈的氨基酸位于分子外部，帶非極性側(cè)鏈的氨基酸位于分子內(nèi)部。請(qǐng)回答： （1）在Val、Pro、Phe、Asp、Lys、Ile和His中，哪些位于分子內(nèi)部，哪些位于分子外部？ （2）為什么在球蛋白內(nèi)部和外部都能發(fā)現(xiàn)Gly和Ala？ （3）Ser、Thr、Asn和Gln都是極性氨基酸，為什么會(huì)在分子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)？ （4）在球蛋白的分子內(nèi)部和外部都能找到Gys，為什么？ 分析 （1）Val、Pro、Phe、Ile是帶有非極性測(cè)鏈的氨基酸，這些氨基酸殘基位于分子內(nèi)部 ；Asp、Lys、His是帶有極性側(cè)鍵的氨基酸，這些氨基酸殘基位于分子的外部。 （2）因?yàn)锳la和Gly兩者的側(cè)鏈都比較小，疏水性和極性都小；Gly只有一個(gè)H＋與α–碳原子相連，Ala只有—CH3與α–碳原子相連，故它們既可以出現(xiàn)在分子內(nèi)部，也可以出現(xiàn)在分子外部。 （3）Ser、Thr、Asn、Gln在 pH 7.0時(shí)含有不帶電荷的極性側(cè)鏈，參與分子內(nèi)部的氫鍵形成，從而減少了它們的極性，故會(huì)在分子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)。 （4）因?yàn)镃ys屬于不帶電荷的極性氨基酸，可位于分子外部，但又由于Cys常常參與鏈內(nèi)和鏈間的二硫鍵形成，使其極性減弱（少），放在球蛋白分子的內(nèi)部也能找到Cys。 2．蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)分子中，不同氨基酸以一定數(shù)目和排列順序編合形成的多肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)決定于它的一級(jí)結(jié)構(gòu)，其天然構(gòu)象（四級(jí)結(jié)構(gòu)）是在一定條件下的熱力學(xué)上最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 組成蛋白質(zhì)的氨基酸，是借助肽鍵連接在一起的。肽鍵是由一個(gè)氨基酸分子中的α氨基與相鄰的另一個(gè)氨基酸分子中α–羧基，通過失水縮合而成，這樣連起來的氨基酸聚合物叫做肽。肽鏈上的各個(gè)氨基酸，由于在相互連接的過程中丟失了α–氨上的H和α–羧基上的OH，被稱之為氨基酸殘基。在多肽鏈一端氨基酸含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離氨基（一NH2），稱為肽鏈的氨末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端的氨基酸含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離羧基（—COOH），稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。一般表示多肽鏈時(shí)，總是把N末端寫在左邊，C末端寫右邊。合成肽鏈時(shí)，合成方向是從N末端開始，逐漸向C末延伸。 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：又稱初級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指組成蛋質(zhì)分子的多肽鏈中氨基酸的數(shù)目、種類和排列順序，多肽鏈的數(shù)目，同時(shí)也包括鏈內(nèi)或鍵間二硫鍵的數(shù)目和位置等。蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由共價(jià)鍵形成的，肽鍵和二硫鍵都屬于共價(jià)鍵。肽鍵是蛋白質(zhì)分子中氨基酸連接的基本方式，形成共價(jià)主鏈。二硫鍵（—S—S）是由兩個(gè)半胱氨酸（殘基）脫氫連接而成的，是連接肽鏈內(nèi)或肽鏈間的主要化學(xué)鍵。二硫鍵在蛋白質(zhì)分子中起著穩(wěn)定肽鏈空間結(jié)構(gòu)的作用，往往與生物活力有關(guān)。二硫鍵被破壞后，蛋白質(zhì)或多肽的生物活力就會(huì)喪失。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，二硫鍵的數(shù)目多，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就越強(qiáng)。在生物體內(nèi)起保護(hù)作用的皮、角、毛發(fā)的蛋白質(zhì)中，二硫鍵最多。 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈本身折疊和盤繞方式，是指蛋白質(zhì)分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。這種周期性的結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或各肽鏈間的氫鍵來維持。常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)有α–螺旋（螺旋的每圈有3.6個(gè)氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100）、β–折疊、β–轉(zhuǎn)角等。例如動(dòng)物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個(gè)縱軸纏繞成螺旋狀，稱為α–螺旋。相鄰的螺旋以氫鍵相連，以保持構(gòu)象的穩(wěn)定。指甲、毛發(fā)以及有蹄類的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α–螺旋的纖維蛋白，又稱α–角蛋白。β–折疊片是并列的比α–螺旋更為伸展的肽鏈，互相以氫鑄連接起來而成為片層狀，如蠶絲、蛛絲中的β–角蛋白。結(jié)構(gòu)域(domain)：生物大分子中具有特異結(jié)構(gòu)和獨(dú)立功能的區(qū)域,特別指蛋白質(zhì)中這樣的區(qū)域。在球形蛋白中，結(jié)構(gòu)域具有自己特定的四級(jí)結(jié)構(gòu),其功能部依賴于蛋白質(zhì)分子中的其余部分,但是同一種蛋白質(zhì)中不同結(jié)構(gòu)域間?？赏ㄟ^不具二級(jí)結(jié)構(gòu)的短序列連接起來。蛋白質(zhì)分子中不同的結(jié)構(gòu)域常由基因的不同外顯子所編碼。 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲折疊，構(gòu)成一個(gè)很不規(guī)則的具有特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用，即次級(jí)鍵或稱非共價(jià)鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。鹽鍵又稱離子健，是蛋白質(zhì)分子中正、負(fù)電荷的側(cè)鏈基團(tuán)互相接近，通過靜電吸引而形成的，如羧基和氨基、胍基、咪唑基等基團(tuán)之間的作用力。疏水鍵是多肽鏈上的某些氨基酸的疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈（非極性側(cè)鏈）由于避開水而造成相互接近、粘附聚集在一起。它在維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)方面占有突出地位。范德華引力是分子之間的吸引力。此外二硫鍵也對(duì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象起穩(wěn)定作用。 具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的球蛋白是一類比纖維蛋白的構(gòu)象更復(fù)雜的蛋白質(zhì)。肽鏈也有α–螺旋、β–折疊片等構(gòu)象單元，這些構(gòu)象單元之間由肽鏈中不規(guī)則卷曲的肽段相連接，使整個(gè)肽鑄折疊成近乎球狀的不規(guī)則形狀。酶、多種蛋白質(zhì)激素、各種抗體以及細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)都是球蛋白。和纖維蛋白不同，球蛋白的表面富有親水基團(tuán)，因此都能溶于水。 a鹽鍵（離子鍵 ）b氫鍵 c疏水相互作用力 d 范德華力 e二硫鍵f 酯鍵 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)：是由兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽聚合而成特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。構(gòu)成功能單位的各條肽鏈，稱為亞基，一般地說，亞基單獨(dú)存在時(shí)沒有生物活力，只有聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有完整的生物活性。例如，磷酸化酶是由2個(gè)亞基構(gòu)成的，谷氨酸脫氫酶是由6個(gè)相同的亞基構(gòu)成的，血紅蛋白是由4個(gè)不同的亞基（2個(gè)α肽鏈，2個(gè)β鏈）構(gòu)成的，每個(gè)鏈都是一個(gè)具三級(jí)結(jié)構(gòu)的球蛋白。亞基聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)，是通過分子表面的一些次級(jí)鍵，主要是鹽鍵和氫鍵結(jié)合而聯(lián)系在一起的。有些蛋白質(zhì)分子只有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，并無四級(jí)結(jié)構(gòu)，如肌紅蛋白、細(xì)胞色素C、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白質(zhì)，則一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，如血紅蛋白、過氧化氫酶、谷氨酸脫氫酶等。 維系蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鍵；維系蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)：氫鍵；維系蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水鍵；維系蛋白質(zhì)分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵、氫鍵、疏水鍵相互作用 3．蛋白質(zhì)的性質(zhì)及生物學(xué)功能 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸分子組成的，分子量很大。所以它有的性質(zhì)與氨基酸相同，有的性質(zhì)又與氨基酸不同，如膠體性質(zhì)、變構(gòu)作用和變性作用等。 （1）膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子量很大，容易在水中形成膠體粒，具有膠體性質(zhì)。在水溶液中，蛋白質(zhì)形成親水膠體，就是在膠體顆粒之外包含有一層水膜。水膜可以把各個(gè)顆粒相互隔開，所以顆粒不會(huì)凝聚成塊而下沉。 （2）變構(gòu)作用：含2個(gè)以上亞基的蛋白質(zhì)分子，如果其中一個(gè)亞基與小分子物質(zhì)結(jié)合，那就不但該亞基的空間結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化，其他亞基的構(gòu)象也將發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象乃至活性均將發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為變構(gòu)或別構(gòu)作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最終產(chǎn)物結(jié)合，引起變構(gòu)效應(yīng)，使酶的活力降低，從而起到反饋抑制的效果。 （3）變性作用：蛋白質(zhì)在重金屬鹽（汞鹽、銀鹽、銅鹽等）、酸、堿、乙醛、尿素等的存在下，或是加熱至70～100℃，或在X射線、紫外線的作用下，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變和破壞，從而失去生物學(xué)活性，這種現(xiàn)象稱為變性。變性過程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o序。變性的實(shí)質(zhì)是由于維持高級(jí)結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵遭到破壞而造成的天然構(gòu)象的解體，但未涉及共價(jià)鍵的破壞。有些變性是可逆的（能復(fù)性），有些則不可逆。 種類繁多的蛋白質(zhì)具有多種多樣的生物學(xué)功能，歸納起來主要具有下列5個(gè)方面：（1）作為酶，蛋白質(zhì)具有催化功能。（2）作為結(jié)構(gòu)成分，它規(guī)定和維持細(xì)胞的構(gòu)造。（3）作為代謝的調(diào)節(jié)者（激素或阻遏物），它能協(xié)調(diào)和指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)過程。（4）作為運(yùn)輸工具，它能在細(xì)胞內(nèi)或者透過細(xì)胞膜傳遞小分子或離子。（5）作為抗體，它起著保護(hù)有機(jī)體，防御外物入侵的作用。蛋白質(zhì)是一切生命現(xiàn)象不可缺少的，即使像病毒、類病毒那樣以核酸為主體的生物，也必須在它們寄生的活細(xì)胞的蛋白質(zhì)的作用下，才能表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。 補(bǔ)充：1.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白互動(dòng)的結(jié)果，體育生化。 2.基因表達(dá)調(diào)節(jié)：操縱子學(xué)說，阻遏蛋白。 3.生長(zhǎng)因子：EGF（表皮生長(zhǎng)因子），NGF（神經(jīng)生長(zhǎng)因子），促使細(xì)胞分裂。 4.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白。 5.結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質(zhì)堆積而成，人的長(zhǎng)相也是由蛋白質(zhì)決定的。 6.精神、意識(shí)方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類是目前熱門課題。 7.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？只有不確切的少量證據(jù)。如庫(kù)魯病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。 蛋白質(zhì)有關(guān)專題計(jì)算見相關(guān)題型 5’﹣腺瞟吟核苷酸 （5’﹣AMP） 3’﹣胞嘧啶脫氧核苷酸 （3’﹣dCMP） （四）核酸 1．生物學(xué)功能 核酸是遺傳信息的載體，存在于每一個(gè)細(xì)胞中。核酸也是一切生物的遺傳物質(zhì)，對(duì)于生物體的遺傳性、變異性和蛋白質(zhì)的生物合成有極其重要的作用。 2．種類 核酸分DNA和RNA兩大類。所有生物細(xì)胞都含有這兩大類核酸（病毒只含有DNA或RNA）。 3．組成元素及基本組成單位 核酸是由C、H、O、N、P等元素組成的高分子化合物。其基本組成單位是核苷酸。每個(gè)核酸分子是由幾百個(gè)到幾千個(gè)核苷酸互相連接而成的。每個(gè)核苷酸含一分子堿基、一分子戊糖（核糖或脫氧核糖）及一分子的磷酸組成。如圖所示： DNA的堿基有四種（A、T、G、C），RNA堿基也有四種（A、U、G、C）。這五種堿基的結(jié)構(gòu)式如下圖所示：DNA中堿基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同種生物的堿基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之間并沒有等當(dāng)量的關(guān)系。2458含義。在—CAT—和—GUC—的片斷中有多少種核甘酸。6 腺嘌呤（A） 鳥嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 胞嘧啶（C） 4．結(jié)構(gòu) DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)中核苷酸之間唯一的連接方式是3’、5’﹣磷酸二酯鍵，如下圖所示。所以DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是直線形或環(huán)形的結(jié)構(gòu)。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩條反向平行的多核音酸鏈繞同一中心軸構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 （三）酶的特點(diǎn)及功能 酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化活性和高度專一性的特殊有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA。酶被稱為生物催化劑。酶缺陷或酶活性被抑制都會(huì)引起疾病。例如，人體缺乏酪氨酸酶會(huì)引起白化病。許多中毒性疾病，如有機(jī)磷中毒、氰化物中毒、重金屬的中毒等，都是由于某些酶的活性被抑制所引起的。 1．酶促反應(yīng)的特點(diǎn) 酶是生物催化劑，酶和一般催化劑的共同點(diǎn)是：①酶在催化反應(yīng)加快進(jìn)行時(shí)，在反應(yīng)前后酶本身沒有數(shù)量和性質(zhì)上的改變，因而很少量的酶就可催化大量的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。②酶只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)，而不能使本來不能進(jìn)行的反應(yīng)發(fā)生。③酶只能使反應(yīng)加快達(dá)到平衡，而不能改變達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。因此，酶既能加快正反應(yīng)進(jìn)行，也能加快逆反應(yīng)進(jìn)行。酶促反應(yīng)究竟朝哪個(gè)方向進(jìn)行，取決于反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點(diǎn)，最突出的是它的高效性和專一性。 2．酶的化學(xué)本質(zhì) 通過對(duì)酶的性質(zhì)、組成和結(jié)構(gòu)等等方面的研究證實(shí)，酶是蛋白質(zhì)（也有RNA）。蛋白質(zhì)分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩大類。酶按照化學(xué)組成也可分為單純酶和結(jié)合酶兩大類。脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都屬于簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，這些酶只由氨基酸組成，此外不含其他成分。轉(zhuǎn)氨酶、碳酸酐酶、乳酸脫氫酶及其他氧化還原酶等均屬于結(jié)合蛋白質(zhì)。這些酶除了蛋白質(zhì)組分外，還含有對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白的小分子物質(zhì)，前者稱酶蛋白，后者稱輔因子。酶蛋白與輔因子單獨(dú)存在時(shí)，均無催化活力，只有二者結(jié)合成完整的分子時(shí)，才具有活力。此完整的酶分子稱為全酶（全酶＝酶蛋白十輔因子）。有的酶的輔因子是金屬離子，有的是小分子有機(jī)化合物如維生素。通常將這些小分子有機(jī)化合物稱為輔酶或輔基。輔酶或輔基并沒有本質(zhì)的差別，只不過是它們與蛋白質(zhì)部分結(jié)合的牢固程度不同而已。通常把與酶蛋白結(jié)合比較松的，用透析法可除去的小分子有機(jī)物稱為輔酶；反之為輔基。在酶的催化過程中，輔酶或輔基的作用是作為電子、原子或某些基團(tuán)的載體參與反應(yīng)并促進(jìn)整個(gè)催化過程。金屬在酶分子中或作為酶活性部位的組成成分，或幫助形成酶活性所必需的構(gòu)象。一種輔酶?？膳c多種不同的酶蛋白結(jié)合而組成具有不同專一性的全酶?？梢姏Q定酶催化專一性的是酶的蛋白質(zhì)部分。 3．酶的活性中心和必需基團(tuán) 酶作為蛋白質(zhì)，其分子比大多數(shù)底物要大得多，因此在反應(yīng)過程中酶與底物的接觸只限于酶分子的少數(shù)基團(tuán)或較小的部位。因分子中雖然有許多基團(tuán)，但并不是所有的基團(tuán)都與酶的活性有關(guān)，其中有些基團(tuán)若經(jīng)化學(xué)修飾（如氧化、還原、酰化、烷化等）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團(tuán)就稱為必需基團(tuán)。常見的必需基團(tuán)有Ser的羥基，His的咪唑基，Cys的巰基，Asp、Glu的側(cè)鏈羧基等。 活性中心（或稱活性部位）是指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。對(duì)于單純酶來說，它是由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成的。對(duì)于結(jié)合酶來說，輔酶或輔基上的某一部分結(jié)構(gòu)往往也是活性部位的組成部分。 酶的活性中心的必需基團(tuán)可分為兩種：一種是與作用物結(jié)合的必需基團(tuán)，稱為結(jié)合基團(tuán)，它決定酶的專一性；另一種是促進(jìn)作用物發(fā)生化學(xué)變化的基團(tuán)，稱為催化基團(tuán)，它決定酶的催化能力。但也有些必需基團(tuán)同時(shí)具有這兩種作用。另外還有些必需基團(tuán)位于酶活性中心以外的部位，但仍是維持酶催化作用所必需的，這種稱為酶活性中心以外的必需基團(tuán)。由此可見，酶除了活性中心以外，其他部分并不是可有可無的?；钚灾行谋匦杌鶊F(tuán)的作用，一方面使底物與酶依一定構(gòu)型而結(jié)合成為復(fù)合物，這樣有利于相互影響和作用；另一方面影響底物分子某些鍵的穩(wěn)定性，鍵被打斷或形成新的鍵，從而催化其轉(zhuǎn)變。 某些酶，特別是一些與消化作用有關(guān)的酶，在最初合成和分泌時(shí)，沒有催化活性，這種沒有活性的酶的前體稱為“酶原”。酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用可轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿浮Ｃ冈D(zhuǎn)變成酶的過程稱為酶原的激活。這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過程。 4，酶的催化機(jī)理 一個(gè)反應(yīng)體系中，任何反應(yīng)物分子都有進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能，但并非全部反應(yīng)物分子都進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)樵诜磻?yīng)體系中各個(gè)反應(yīng)物分子所含的能量高低不同，只有那些含能量達(dá)到或超過一定數(shù)值（此能量數(shù)值稱為此反應(yīng)的能閾）的分子，才能發(fā)生反應(yīng)，這些分子稱為活化分子，使一般分子變?yōu)榛罨肿铀璧哪芰浚捶肿蛹せ顟B(tài)與基態(tài)之間的能量差）稱為活化能。在一個(gè)反應(yīng)體系中，活化分子越多，反應(yīng)就越快，設(shè)法增加活化分子的數(shù)目就能加快反應(yīng)的速度。降低活化能，能使本來不夠活化水平的分子也成為活化分子，從而增加了活化分子的數(shù)目?；罨苡档?，則活化分子的數(shù)目就愈多。酶的催化作用就是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，如下圖圖所示。由于在催化反應(yīng)中只需較少的能量就可使反應(yīng)物進(jìn)入“激活態(tài)”，所以同非催化反應(yīng)相比，活化分子的數(shù)量大大增加，從而加快了反應(yīng)速度。 非催化過程與催化過程自由能的變化 目前認(rèn)為酶降低活化能的原因在于酶參與了反應(yīng)，即它先與底物結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后使中間產(chǎn)物再分解，釋放出酶及生成反應(yīng)產(chǎn)物。此過程可用下式表示： 這樣，把原來無酶參加的一步反應(yīng)S===P（能閾較高），變成能閾較低的兩步反應(yīng)（S＋E===ES和ES===E＋P）。反應(yīng)的總結(jié)果是相同的，但由于反應(yīng)的過程不同，活化能就大大降低了。這就是目前所公認(rèn)的中間產(chǎn)物學(xué)說。關(guān)于酶與底物如何結(jié)合形成中間產(chǎn)物，又如何完成催化作用，目前有鎖鑰學(xué)說和誘導(dǎo)契合學(xué)說。 5．影響酶作用的因素 影響酶促反應(yīng)的因素有酶的濃度、底物濃度、pH值、溫度、抑制劑和激活劑等。酶促反應(yīng)速度指的是反應(yīng)初速度，此時(shí)反應(yīng)速度與酶的濃度成正比關(guān)系，避免反應(yīng)產(chǎn)物以及其他因素的影響。研究某一因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響時(shí)，在保持其他因素不變的情況下，單獨(dú)改變研究的因素。 （1）酶的濃度；當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，酶的濃度與反應(yīng)速度呈正比關(guān)系（見右圖所示）。 （2）底物濃度：在酶濃度不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度影響的作圖呈現(xiàn)矩形雙曲線（見右圖所示）。當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí)，反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而急驟加快，兩者呈正比關(guān)系。隨著底物濃度的升高，反應(yīng)速度的增加幅度不斷下降。如果繼續(xù)加大底物濃度，其反應(yīng)速度不再增加，說明酶已被底物所飽和。所有酶都有飽和現(xiàn)象，只是達(dá)到飽和時(shí)所需的底物濃度各不相同。 （3）溫度：在一定的溫度范圍內(nèi)一般化學(xué)反應(yīng)速度均隨溫度升高而加快，酶促反應(yīng)也服從這個(gè)規(guī)律。酶是蛋白質(zhì)，其本身因溫度升高而達(dá)到一定高度時(shí)會(huì)變性，破壞其活性中心的結(jié)構(gòu)，從而減低反應(yīng)速度或完全失去其催化活性。在某一溫度時(shí)，酶促反應(yīng)的速度最大，此時(shí)的溫度稱為酶作用的最適溫度。 （4）pH：酶分子中含有許多極性基團(tuán)，在不同的pH環(huán)境中，這些基團(tuán)的解離狀態(tài)不同，所帶電荷的種類和數(shù)量也不盡相同，酶的活性中心往往只處于某一解離狀態(tài)時(shí)最有利于同底物結(jié)合。酶催化活性最大時(shí)的pH值稱為酶作用的最適pH。溶液的pH值高于或低于最適pH時(shí)都會(huì)使酶的活性降低，遠(yuǎn)離最適pH值時(shí)甚至導(dǎo)致酶的變性失活。 （5）激活劑和抑制劑：激活劑是指能增強(qiáng)酶活性的物質(zhì)，如Cl－是唾液淀粉酶的激活劑。與激活劑相反，凡能降低酶的活性，甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制劑對(duì)酶活性的抑制作用包括不可逆抑制和可逆抑制兩類： ①不可逆抑制作用，其抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心上的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。如有機(jī)磷化合物能與許多種酶活性中心絲氨酸殘基上的羥基結(jié)合，使酶失活。 ②可逆的抑制作用：包括競(jìng)爭(zhēng)性抑制與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制兩種。在競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，抑制劑常與底物的結(jié)構(gòu)相似，它與底物共同競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙底物與酶的結(jié)合，如丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中的抑制劑可以與酶活性中心外的部位可逆結(jié)合，這種結(jié)合不影響酶對(duì)底物的結(jié)合。底物與抑制劑之間無競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但酶一底物一抑制劑不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。對(duì)酶促反應(yīng)速度及其影響因素的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。 五、其他重要化合物 【知識(shí)概要】 一、細(xì)胞內(nèi)能合流通的物質(zhì)——ATP 1．ATP的結(jié)構(gòu) ATP（三磷酸腺苷）是各種活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種高磷酸化合物（水解時(shí)釋放的能量在20～92kJ／mol的磷酸化合物）。ATP的分子簡(jiǎn)寫成A－P～P～P，A代表由腺嘌呤和核糖組成的腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，～代表高能磷酸鍵。ATP中大量化學(xué)能就貯存在高能磷酸鍵中。ATP結(jié)構(gòu)中的3個(gè)磷酸（Pi）可依次移去而生成二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP），如上圖： 2．ATP的作用 ATP水解時(shí)釋放出的能量，是生物體維持細(xì)胞分裂、根吸收礦質(zhì)元素離子和肌肉收縮等生命活動(dòng)所需能量的直接來源，是細(xì)胞內(nèi)能量代謝的“流通貨幣”。在動(dòng)物肌肉或其他興奮性組織中，還有一種高能磷酸化合物即磷酸肌酸，它也是高能磷酸基的貯存者，其中的能量要兌換成“流通貨幣”才能發(fā)揮作用。如圖右圖所示磷酸肌酸與ATP關(guān)系。磷酸肌酸、肌酸 二、NAD＋和NADP＋ NAD＋又叫輔酶Ⅰ，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADP＋又叫輔酶Ⅱ，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它們都是遞氫體，能從底物里取得電子和氫。NAD＋和NADP＋都是以分子中的煙酰胺部分來接受電子的，所以煙酰胺是它們的作用中心。接受電子的過程如下圖所示： 這里雖然從底物脫下來的兩個(gè)電子都被接受了，但脫下來的兩個(gè)氫原子卻只有一個(gè)被接受，剩下的一個(gè)質(zhì)子H暫時(shí)被細(xì)胞的緩沖能力接納下來，留待參與其他反應(yīng)。因此，NAD＋和NADP＋的還原形式被寫作NADH和NADPH。 第二信使(second messengers)：細(xì)胞表面受體接受細(xì)胞外信號(hào)后轉(zhuǎn)換而來的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)稱為第二信使,而將細(xì)胞外的信號(hào)稱為第一信使(first messengers)。第二信使至少有兩個(gè)基本特性: ①是第一信使同其膜受體結(jié)合后最早在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)或胞漿中出現(xiàn)、僅在細(xì)胞內(nèi)部起作用的信號(hào)分子；②能啟動(dòng)或調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)稍晚出現(xiàn)的反應(yīng)信號(hào)應(yīng)答。第二信使都是小的分子或離子。細(xì)胞內(nèi)有五種最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inosositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+等。第二信使在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用，它們能夠激活級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中酶的活性,以及非酶蛋白的活性。第二信使在細(xì)胞內(nèi)的濃度受第一信使的調(diào)節(jié),它可以瞬間升高、且能快速降低,并由此調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)代謝系統(tǒng)的酶活性,控制細(xì)胞的生命活動(dòng), 包括:葡萄糖的攝取和利用、脂肪的儲(chǔ)存和移動(dòng)以及細(xì)胞產(chǎn)物的分泌。第二信使也控制著細(xì)胞的增殖、分化和生存,并參與基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。 對(duì)環(huán)核苷酸的敘述哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的 A 重要的環(huán)核苷酸有cAMP和cGMP B cAMP為第二信使 C cAMP與cGMP的生物作用相反 D cAMP分子內(nèi)有環(huán)化的磷酸二酯鍵 E cAMP是由AMP在腺苷酸環(huán)化酶的作用下生成的 細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容 第二章：細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能 第一節(jié)：細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位：細(xì)胞的大小、形態(tài) 一、細(xì)胞和原生質(zhì)的概念 1.細(xì)胞：細(xì)胞是由膜包圍的，能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，是生命活動(dòng)的基本單位，是生物體最基本的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)單位。 2.原生質(zhì)（protoplasm）：細(xì)胞內(nèi)所含有的生活物質(zhì)，真核細(xì)胞包括細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核、細(xì)胞膜。原生質(zhì)理論（protoplasm theory） ：1861年由舒爾策(Max Schultze)提出, 認(rèn)為有機(jī)體的組織單位是一小團(tuán)原生質(zhì),這種物質(zhì)在一般有機(jī)體中是相似的,并把細(xì)胞明確地定義為:“細(xì)胞是具有細(xì)胞核和細(xì)胞膜的活物質(zhì)”。1880年Hanstain將細(xì)胞概念演變成由細(xì)胞膜包圍著的原生質(zhì), 分化為細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)。 3.細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：指質(zhì)膜以內(nèi)核以外的原生質(zhì)。它不是勻質(zhì)的，其結(jié)構(gòu)大體劃分為兩部分，一部分是有形結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞器（Organelle），另一部分是可溶相，稱細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmic miatrix）。 （1）細(xì)胞器（organelle）：指存在于細(xì)胞中，用光鏡或電鏡能夠分辯出的，具有一定形態(tài)特點(diǎn)，并執(zhí)行特定功能的結(jié)構(gòu)。 （2）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（gytoplasmic matrix）：是細(xì)胞質(zhì)的可溶相，是作為細(xì)胞器的環(huán)境而存在的。 （3）細(xì)胞核（nucleus）：遺傳物質(zhì)的集中區(qū)域，在原核生物細(xì)胞稱擬核（nucleoid）或類核區(qū)。 4. 原生質(zhì)體(potoplast)：脫去細(xì)胞壁的細(xì)胞叫原生質(zhì)體, 是一生物工程學(xué)的概念。如植物細(xì)胞和細(xì)菌(或其它有細(xì)胞壁的細(xì)胞)通過酶解使細(xì)胞壁溶解而得到的具有質(zhì)膜的原生質(zhì)球狀體。動(dòng)物細(xì)胞就相當(dāng)于原生質(zhì)體。 4．細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 1665年英國(guó)物理學(xué)家羅伯特虎克用他自制的顯微鏡觀察栓皮櫟的軟木切片時(shí)，把他看到的“小室”稱為細(xì)胞——植物細(xì)胞死亡后留下來的細(xì)胞空腔，是一個(gè)死細(xì)胞。 2．細(xì)胞學(xué)說的建立 自虎克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞之后約170年，到1839年創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說。德國(guó)植物學(xué)家施萊登于1838年提出了細(xì)胞學(xué)說的主要論點(diǎn)，次年又經(jīng)德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺加以充實(shí)，最終創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說。 細(xì)胞學(xué)說的主要內(nèi)容是：細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位，也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣，就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性，細(xì)胞把生物界的所有物種都聯(lián)系起來了，生物彼此之間存在著親緣關(guān)系。①細(xì)胞是有機(jī)體，一切動(dòng)植物都是由單細(xì)胞發(fā)育而來，即生物是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物所組成；② 所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和組成上基本相似；③ 新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來；④生物的疾病是因?yàn)槠浼?xì)胞機(jī)能失常。 3．細(xì)胞學(xué)的發(fā)展 進(jìn)入本世紀(jì)以來，染色方法的改進(jìn)，高速離心機(jī)的應(yīng)用，特別是電鏡的問世和放射性同位素的應(yīng)用等，已使細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展進(jìn)入了較高的層次。從1953年開始，逐漸興起在分子水平上探討生命奧秘的分子生物學(xué)。分子生物學(xué)取得的卓越成就對(duì)細(xì)胞學(xué)的發(fā)展是一個(gè)巨大的推動(dòng)。細(xì)胞學(xué)逐漸發(fā)展成從顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個(gè)層次上深入探討細(xì)胞生命活動(dòng)的學(xué)科。 （二）細(xì)胞的形態(tài)與大小 1．細(xì)胞的形狀 一個(gè)細(xì)胞與其他細(xì)胞分離而單獨(dú)存在時(shí)，稱游離細(xì)胞。游離細(xì)胞常呈球形或近于球形。但實(shí)際上由于細(xì)胞表面張力或原生質(zhì)粘度的不均一性等原因，很多單獨(dú)存在的游離細(xì)胞并不呈球狀。例如，動(dòng)物的卵細(xì)胞、植物的花粉母細(xì)胞是球狀或近于球狀的細(xì)胞，人的紅細(xì)胞呈扁圓狀，某些細(xì)菌呈螺旋狀，精子和許多原生動(dòng)物具有鞭毛或纖毛，變形蟲和白血球等為不定形細(xì)胞。 許多細(xì)胞構(gòu)成組織，這樣的細(xì)胞稱組織細(xì)胞。組織細(xì)胞的形狀受相鄰細(xì)胞的制約，并和細(xì)胞的生理功能有關(guān)。例如肌肉細(xì)胞適于伸縮，神經(jīng)細(xì)胞適于接受刺激、產(chǎn)生興奮、傳導(dǎo)興奮。 2．細(xì)胞的大小 細(xì)胞的體積很小，肉眼一般是看不見的，需要借助顯微鏡才能看到。在顯微技術(shù)和電鏡技術(shù)中常用的單位有：微米（μm或μ）、納米（又叫毫微米nm）和埃三種。1m＝102cm＝106μm＝109 細(xì)胞的直徑多在10μm～100μm之間。有的很小，如枝原體，其直徑為0.1μm～0.2μm，是最小的細(xì)胞。細(xì)菌的直徑一般只有1μm～2μm。有的細(xì)胞較大，如番茄、西瓜的果肉細(xì)胞直徑可達(dá)1mm；棉花纖維細(xì)胞長(zhǎng)約1cm～5cm；最大的細(xì)胞是鳥類的卵（鳥類的蛋只有其中的蛋黃才是它的細(xì)胞，卵白是供發(fā)育用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不屑于細(xì)胞部分），如鴕鳥卵可達(dá)10cm，卵黃的直徑可達(dá)5cm。隆鳥卵直徑可達(dá)20cm 細(xì)胞的大小與生物體的大小沒有相關(guān)性。參天的大樹與新生的小苗；大象與昆蟲，它們的細(xì)胞大小相差無幾。鯨是最大的動(dòng)物，但是它的細(xì)胞并不大，生物體積的加大，主要是細(xì)胞數(shù)目的增多造成的。 3、細(xì)胞的大小及其分析 影響細(xì)胞大小的因素： 1.細(xì)胞的核質(zhì)比與細(xì)胞大小有關(guān)，決定細(xì)胞上限； 2.細(xì)胞的相對(duì)表面積與細(xì)胞大小有關(guān)； 3.細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流與細(xì)胞大小有關(guān)。 （三）原核細(xì)胞和真核細(xì)胞 構(gòu)成生物體的細(xì)胞可以分成兩類：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。原核細(xì)胞代表原始形式的細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一些低等的生物，如細(xì)菌、藍(lán)藻、放線菌、枝原體等是由原核細(xì)胞構(gòu)成的。真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多數(shù)生物都是由真核細(xì)胞所構(gòu)成。 1．原核細(xì)胞（Prokaryotic cell） 原核細(xì)胞外部由質(zhì)膜包圍，質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成和其核細(xì)胞相似。在質(zhì)膜之外還有一層堅(jiān)固的細(xì)胞壁保護(hù)。原核細(xì)胞壁的化學(xué)組成與真核細(xì)胞不同，是由一種叫胞壁質(zhì)的蛋白多糖所組成，少數(shù)原核細(xì)胞的壁還含有其他多糖和類脂，有的原核細(xì)胞壁外還有膠質(zhì)層。 原核細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)含DNA的區(qū)域，稱類核或擬核。類核外面沒有核膜，只由一條DNA構(gòu)成。這種DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白。原核細(xì)胞中沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體和質(zhì)體等，但有核糖體和中間體。核糖體分散在原生質(zhì)中，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。中間體是質(zhì)膜內(nèi)陷形成的復(fù)雜的褶疊構(gòu)造，其中有小泡和細(xì)管樣結(jié)構(gòu)。有些原核細(xì)胞含有類囊體等結(jié)構(gòu)。類囊體具有光合作用功能。在原核細(xì)胞中還有糖原顆粒、脂肪滴和蛋白顆粒等內(nèi)含物（見下圖）。 藍(lán)藻細(xì)胞模式圖 1．DNA 2．核糖體 3．細(xì)胞壁 4．細(xì)胞膜 原核生物的細(xì)胞具有兩大特點(diǎn)： （1）遺傳信息量少（僅有一個(gè)環(huán)狀DNA）；（2）無膜圍細(xì)胞器及核膜。 1.最小、最簡(jiǎn)單的細(xì)胞——支原體（mycoplasma）又稱霉形體，是最簡(jiǎn)單的原核細(xì)胞，支原體的大小介于細(xì)菌與病毒之間,直徑為0.1～0.3 um, 約為細(xì)菌的十分之一, 能夠通過濾菌器。支原體形態(tài)多變,有圓形、絲狀或梨形，光鏡下難以看清其結(jié)構(gòu)。支原體具有細(xì)胞膜，但沒有細(xì)胞壁。它有一環(huán)狀雙螺旋DNA，沒有類似細(xì)菌的核區(qū)(擬核), 能指導(dǎo)合成700多種蛋白質(zhì)。支原體細(xì)胞中惟一可見的細(xì)胞器是核糖體，每個(gè)細(xì)胞中約有800～1500個(gè)。支原體可以在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，也能在寄主細(xì)胞中繁殖。支原體沒有鞭毛,無活動(dòng)能力,可以通過分裂法繁殖，也有進(jìn)行出芽增殖的。 2.原核細(xì)胞的兩個(gè)代表——細(xì)菌和藍(lán)藻 細(xì)菌（bacteria）：主要來自對(duì)大腸桿菌（E. coli）的研究。細(xì)菌是原核細(xì)胞的典型代表，特點(diǎn)是：無典型的細(xì)胞核，有細(xì)胞壁，細(xì)胞質(zhì)中除核糖體外無其它細(xì)胞器。 藍(lán)藻（blue-green algae）：又稱藍(lán)綠藻或藍(lán)細(xì)菌，是綠色植物中最原始的自養(yǎng)類型，含有藍(lán)色素、紅色素、黃色素、葉綠素等，故不一定都是藍(lán)色。顫藻、發(fā)菜、藍(lán)球藻、念珠藻。 2．真核細(xì)胞 真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)比原核細(xì)胞復(fù)雜，在同一個(gè)多細(xì)胞體內(nèi)，功能不同的細(xì)胞，其形態(tài)結(jié)構(gòu)也有不同。在真核細(xì)胞中，動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞也有重要區(qū)別。動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜外無細(xì)胞壁，無明顯的液泡。此外，在細(xì)胞核的附近有中心粒，在細(xì)胞有絲分裂時(shí)，發(fā)出星狀細(xì)絲，稱為星體。 真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系 1.生物膜系統(tǒng)：以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)構(gòu)建而成； 2.遺傳信息表達(dá)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：以核酸與蛋白質(zhì)為主要成分構(gòu)建而成； 3.細(xì)胞骨架系統(tǒng)：由特異蛋白質(zhì)分子裝