《生物化学》教案

生物化学教案第一章 蛋白质（4学时）本章重点：蛋白质的分子结构、重要性质及结构与功能的关系。明确蛋白质结构的不同层次之间的联系，为进一步学习酶和信息代谢奠定基础1关于氨基酸重点讲授20种基本氨基酸的结构及重要性质，注意：（1）要求学生记住20种基本氨基酸的结构及三字母缩写。近年发现谷胱甘肽过氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有证据表明此氨基酸由终止密码UGA编码，可能是第21种蛋白质氨基酸。（2）氨基酸的滴定曲线以丙氨酸为主来讲，简单介绍两种侧链可解离的氨基酸（组氨酸和谷氨酸）滴定曲线。提问：pH=pKa时，缓冲能力最大，等电点时缓冲能力最小，为什么？His在生理pH条件下为什么是唯一具有缓冲能力的氨基酸？（3）氨基酸的等电点计算公式的推导提问：不同pH下的组成分析和电泳行为？pHpI时，氨基酸带负电荷，-COOH解离成-COO-，向正极移动。pH=pI时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小pHpI时，氨基酸带正电荷，-NH2解离成-N+H3，向负极移动。（5）8种必需氨基酸的巧妙记忆：Ile、Met 、Val 、Leu、Trp、 Phe、 Thr、Lys 一 家 写 两 三 本 书 来（6）氨基酸的化学反应强调参与反应的基团2蛋白质的分子结构：（1）阐明概念：一级结构、构型与构象、二级结构、酰胺平面、超二级结构、三级结构、结构域、四级结构（2）通过示意图讲授每一级结构层次的特点，并结合实例加深理解。一级结构-胰岛素、牛胰核糖核酸酶超二级结构- 角蛋白、弹性蛋白、胶原蛋白三级结构-肌红蛋白四级结构-血红蛋白（3）提问：区分单体蛋白与寡聚蛋白？ 单条肽链(肌红蛋白、Rnase、胰岛素等)单体蛋白 多条肽链（胰凝乳蛋白酶）蛋白质 相同亚基（乳酸脱氢酶4）寡聚蛋白 不同亚基（血红蛋白22）（4）蛋白质分子结构与功能的关系一级结构与功能的关系从细胞色素c、镰刀型细胞贫血病、酶原激活等几个方面阐述高级结构与功能的关系主要讲授牛胰核糖核酸酶变性复性实验3蛋白质的重要性质（1）蛋白质的沉淀作用：盐析、盐溶、有机溶剂沉淀、等电点沉淀的原理（2）蛋白质的变性与复性的概念（3）通过蛋白质的紫外吸收性质、颜色反应介绍几种蛋白质含量的测定方法：紫外吸收法、双缩脲法、福林酚法第二章 核酸（3学时）本章重点：DNA的分子结构和核酸的主要理化性质，为进一步学习核酸的代谢奠定基础1通过讲授核酸的发现及研究历史，使学生了解核酸化学的研究概况2关于DNA的生物学功能，通过一些重要的实验证据来阐明，力求从科学研究的思路方面启发学生：1928年，英国科学家Griffith的肺炎链球菌感染小鼠实验；1944年，O.T.Avery（美）肺炎链球菌的转化实验；1952年，美国冷泉港Hershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验关于核酸的分子结构，重点讲授：（）B型DNA双螺旋结构模型的特点、稳定因素及意义,提醒同学注意与蛋白质的-螺旋相区别记忆。实验课抽学生看DNA双螺旋结构模型讲特点。（）DNA的超螺旋：a.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。b.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。（）tRNA三叶草型的二级结构特点,见图（4）真核生物与原核生物mRNA结构的区别 应注意通过展示图片讲授，条理清晰！4DNA的熔点（Tm）,分析影响Tm的因素：(1)DNA分子中的碱基比：GC/ATTm，原因是GC，AT，经验公式：GC（Tm-69.3）*244(2)介质的离子强度：ITm。(3)复杂度Tm第三章基因组学与蛋白质组学（补充2学时）1基因组学概述2功能基因组研究3蛋白质组学原理4 蛋白质组学技术与方法5 蛋白质组学在申明科学研究中的应用第四章 酶（3学时）本章重点：酶的作用特点、酶的催化机理、影响酶促反应速度的因素，较系统地掌握酶的一般知识，为学习物质代谢奠定基础阐明概念：酶的专一性、简单蛋白酶、结合蛋白酶、辅助因子、辅基、辅酶、单体酶、寡聚酶、多酶体系、必需基团、酶的活性中心、米氏常数、别构酶同工酶、诱导酶、核酶酶按反应性质分：6大类很重要每一类写出反应通式并举一具体的代谢反应例子。如：氧化还原酶类氧化还原酶类：A2H+BA+B2H具体例子：乳酸发酵的最后一步六大类酶的记忆诀窍：氧转水，裂亦合思考题：催化ATP+GG-6-P+ADP反应的酶是那一类酶？酶的化学本质：（）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白质。（）是RNA：新发现的某些酶的成分是RNA，称为核酶。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。讲授时介绍一些关于核酶研究的重要文献，学有余力的同学可参看。关于酶的作用机理：（）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。内容：（以单底物单产物的生化反应为例：SP），酶先与底物形成过渡态的中间复合物，进而分解成为产物和酶，从而降低了反应的活化能。用方程式表示为： E+SESE+P用图来描述上述过程：（）作用专一性的机制：重点讲解诱导契合学说锁钥学说：解释酶专一性的理论，已经过时，但是解释得很形象。诱导契合学说：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就好像手与手套的关系一样。该理论已得到实验上的证实，电镜照片证实酶“就像是长了眼睛一样”。（）关于酶与底物具体作用的方式：全部用于说明酶的高效性，不同的酶适用于不同的类型，但邻近与定向效应类型是共有的。以胰凝乳蛋白酶为例作小结5讲授酶促反应速度的影响因素时，利用各因素对反应速度曲线来进行阐述并分析机理a.如何根据中间复合物学说推导米氏方程，请学生自己看b.关于可逆抑制作用，最后将三种抑制作用对比小结： Km Vm竞争性的抑制剂 不变非竞争性抑制剂 不变 反竞争性抑制剂 6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量。国际标准活力单位的定义为：在标准条件（25、最适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。为了加深理解，做一对比： 数量 测定法 单位 单位的定义酶 活力 测反应速度 U 见上面（乘上体积就是活力）其它物质 重量 称重 g 使天平扭转某个角度的物质的量7关于别构酶：（1）别构效应的生理意义：酶对底物量的变化十分敏感。举例：对米氏酶而言，S90Vm/S10Vm81，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，S90Vm/S10Vm3，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。（2）别构效应的机制：a.序变模型（KNF）：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。b.齐变模型（MWL）：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。（3）具体例子：Asp氨甲酰磷酸氨甲酰转移酶（ATCase）催化的反应： ATCaseAsp + 氨甲酰磷酸 氨甲酰Asp - CTP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），见图。8.关于抗体酶作简单介绍时，主要注意以下几方面：（1）思路：根据中间复合物学说，酶要与其底物形成过渡态中间复合物，这个复合物中的底物处于一种旧键将断未断、新键将成未成的状态，叫做过渡态底物。然后，产物才被释放。反过来，如果有一种物质能够与过渡态底物专一接合，那它是否能成为该底物的酶呢？(2)抗体与酶的异同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。(3) 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。第五章 维生素的结构与功能（1学时）重点讲授几种重要辅酶（辅基）的结构及在酶促反应中的作用机制：NAD和NADP、FMN和FAD、焦磷酸硫胺素、磷酸吡哆醛、辅酶A、生物素、四氢叶酸、5-脱氧腺苷钴胺素、维生素C、硫辛酸第六章 生物膜的组成与结构（1学时）本章重点：生物膜的结构与功能 生物膜的分子结构模型主要讲授流体镶嵌模型及其发展 举例说明生物膜运输功能（）和的跨膜运输（）葡萄糖的跨膜运输（）大分子的胞吞、胞吐 生物膜的信号转导功能-指导学生查阅相关文献，安排课堂讨论讲完本章，进行期中考试第七章 糖代谢 （4学时）本章重点：糖酵解、三羧酸循环的反应历程及生物学意义；磷酸戊糖途径的特点及生物学意义；蔗糖和淀粉的合成，明确生物体内糖代谢的基本途径。 简单介绍生物体内的糖类，因为这一部分内容与有机化学相同，而且学时有限，只做简单介绍 单糖分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径等，从细胞定位、反应历程、能量计算、生物学意义、调控几个方面讲授3. 一分子葡萄糖彻底氧化产生的ATP数量？在肝脏中净产生：38ATP在骨骼肌、脑细胞中，净产生：36ATP甘油磷酸穿梭，1个NADH生成2个ATP苹果酸穿梭，1个NADH生成3个ATP生化第三版与第二版不一样,以第二版为主讲授，简单介绍第三版的新进展：葡萄糖分解通过糖酵和三羧酸循环形成的ATP可GTP的分子数，根据化学计算可以得到明确的答复。但是氧化磷酸化产生的ATP分子数并不十分准确。因为质子泵、ATP合成以及代谢物的转运过程并不需要是完整的数值甚至不需要是固定值。根据当前最新测定，H+经NADH还原酶、细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶从线粒体内膜基质泵出到膜外的细胞溶胶侧时，一对电子泵出的质子数依次为4、2和4。合成一个ATP分子是由3个H+通过ATP合酶所驱动。多余的一个H+可能用于将ATP从基质运往膜外细胞溶胶。因此一对电子从NADH传至O2，所产生的ATP分子数是2.5个。在细胞色素还原酶的水平进入电子传递链的电子，例如琥珀酸，或细胞溶胶中的NADH，它们的电子对只产生1.5个ATP分子。这样，当一分于葡萄糖彻底氧化为CO2和水所得到的ATP分子数和过去传统的统计数（36个ATP）少了6个ATP分子，成为30个。在30个ATP分子中，26个是由氧化磷酸化作用生成的。4. 糖异生：非糖类物质通过EMP的逆过程生成单糖（G）的过程。非糖类物质主要有乳酸、甘油、AA等。最旺盛的场所是肝细胞的胞浆（1）请同学们课后写出EMP逆行的全过程（2）举几个AA为原料的例子：转氨或脱氨 丙酮酸羧化之路 EMP逆行Asp-草酰乙酸-PEP-G 转氨或脱氨 TCA 丙酮酸羧化之路 EMP逆行Glu-酮戊二酸-草酰乙酸-PEP-G转氨或脱氨 EMP逆行Ala-丙酮酸-G第八章 生物氧化（2学时）本章重点：电子传递链和氧化磷酸化作用，明确物质代谢与能量代谢的关系1高能化合物:ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者， 但不是能量的贮存者。磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质。2关于呼吸链：先介绍各电子传递体结构及特点电子传递体顺序,见图电子传递抑制剂3关于氧化磷酸化（1）注意分析其与底物水平磷酸化区别（2）氧化磷酸化的偶联部位与P/O比，注意三版于二版有不同（3）氧化磷酸化的机理简单讲授化学偶联假说、构象偶联假说，重点讲授化学渗透学说(见图)2个证据：a.氧化磷酸化时基质内的PH值高于基质外的，说明基质内的H+少b.不进行氧化时，或阻断e传递，人为造成膜两侧PH梯度，则也有ATP生成。（4）氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂提问：小鼠注射，二硝基苯酚，若不死会有何现象？4其他氧化酶系统 （自学）第九章脂类代谢 （2学时）本章重点：脂肪酸的-氧化与从头合成，明确糖代谢与脂代谢的关系。1偶数、饱和脂肪酸的-氧化：过程分为活化与转运、线粒体内-氧化2步。产物是少了2个C的脂酰CoA和乙酰CoA。（）脂肪酸的活化与转运：将胞浆中的脂肪酸变成线粒体中的脂酰CoA，由线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶和线粒体内膜上的肉毒碱脂酰转移酶共同完成。整个过程见图能量核算：消耗2分子ATP（）线粒体内的-氧化：分为脱氢、水化、再脱氢和硫解4步。结果是将脂酰CoA降解成为少了2个C的脂酰CoA和乙酰CoA。（特别注意烯脂酰CoA水合酶的高度专一性：只认反式双键，）能量核算：1个FADH2、1个NADH+H+一共相当于5分子ATP。（）脂肪酸完全氧化成CO2和H2O的过程以及能量核算脂肪酸+HSCoA（胞浆）-活化、转运脂酰CoA（线粒体）-氧化 乙酰CoA-TCA CO2+H2O脂肪酸：2n活化、转运1次：消耗2个ATP-氧化n-1次：产生（n-1）*5个ATP生成n个乙酰CoA，经过n次TCA：产生n*12个ATP总账：17*n-7个ATP例如：硬脂酸18：0，n=9，可以产生17*9-7146个ATP（留为作业）奇数饱和脂肪酸的-氧化：前面的过程与偶数、饱和脂肪酸的-氧化相同，只是最后产生1分子的丙酰CoA而不是乙酰CoA，它将进一步变成琥珀酰CoA，进入TCA。 脂肪酸的“从头合成”途径：先讲原料：乙酰CoA需要脂肪酸合成酶系：这是个多酶体系，效率极高，等一下再介绍。“从头合成”过程，物质、酶、过程。增加的过程：软脂酰ACP的水解。回头介绍脂肪酸合成酶系，这是一个以ACP为核心，在它周围有次序的排列着合成脂肪酸的各种酶，随着ACP的转动，依次发生上述各种反应。每一步反应的产物正好是上一步反应的底物，因此，效率极高，详细讲解。 列表总结从头合成与-氧化的比较 乙醛酸循环的反应历程、部位、生物学意义，提问：乙醛酸循环与三羧酸循环的联系？第十章 蛋白质代谢 （4学时）本章重点：氨基酸的酶促降解、氨同化、氨基酸的生物合成，明确碳代谢与氮代谢之间的关系。蛋白质生物合成过程，明确其特点及与核酸的关系。1食物中的蛋白质在小肠被一系列的蛋白酶作用后，水解成AA，才能被小肠上皮细胞所吸收。AA在细胞内可以通过下列途径进一步分解，也可以重新被合成，而蛋白质的合成则放到后面去讲。脱氨基作用(氧化脱氨基、转氨基作用、联合脱氨基作用)，产物是-酮酸。其中联合脱氨基作用是氧化脱氨和转氨的集优化，即L-Glu脱氢酶活性高，谷转氨酶种类多，因此两者的联合是广泛而彻底的氨基处理方式，可逆反应。AA的脱羧作用：由氨基酸脱酸酶催化，辅酶也是磷酸吡哆醛，产物是胺（多数具有毒性和强烈的生理效应），以Glu为例。4.氨基酸的生物合成要阐明各族的碳骨架及其来源作业：绘图显示各种AA的简要合成途经 5利用多媒体动画效果讲授大肠杆菌蛋白质的合成过程6.肽链合成的起始：SD序列、起始氨酰-tRNA、起始复合物的形成7.肽链的延伸：进位、转肽、移位8.肽链合成的终止和释放9能量计算三、真核生物蛋白质的合成（简介）第十一章 核酸代谢 （3学时）本章重点：核酸的酶促降解及核苷酸的合成 核苷酸的生物合成，核酸的生物合成（复制、转录明确DNA及RNA生物合成的特点。核苷酸的生物合成：从头合成途径补救途径（）嘌呤核苷酸的合成（AMP、GMP）：过程很复杂，重要掌握2点：PRPP是合成的直接起始物，在PRPP上添加原料合成碱基，核苷酸也合成了。嘌呤环上的原子来源：（）嘧啶核苷酸的合成（CMP、UMP）：过程很复杂，重要掌握2点：PRPP是合成的间接起始物，先合成嘧啶环再加到PRPP上。嘧啶环的原子来源：不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同：排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）嘧啶分解生成的-氨基酸可以部分排除体外也可以进一步分解。an关于DNA复制先讲DNA复制的一般规律（）DNA的半保留复制及实验证据（）需要模板和引物，底物是dNTP（）复制的方向（）有固定的起始点，通常是双向复制，也有单向复制的（）复制是在解链（局部）基础上进行的（）复制是半不连续的参与DNA复制的酶和蛋白质因子原核细胞DNA的复制过程，先利用多媒体放一遍整个动画过程，再一步一步讲，最后整个再放一遍过程真核与原核生物DNA复制的比较逆转录：逆转录酶及其催化特性；逆转录过程；cDNADNA的突变、DNA的损伤修复简介利用多媒体动画效果讲授原核细胞RNA的转录过程，及RNA的复制第十四章 细胞代谢和基因表达的调控 （3学时）本章重点：酶活性及酶合成的调节，明确两种调节在代谢上的重要性。代谢途径的相互关系：属复习性质，调动学生一起总结作业：绘图表示各代谢途径的相互关系代谢调节主要讲授酶水平调节a.酶活性调节：共价修饰调节、酶原激活、反馈抑制、前馈激活b.酶合成的调节：基因表达的调控（转录）操纵子模型(简介)辅因子的调节及金属离子浓度的调节