生物無機(jī)化學(xué)2

1、延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教學(xué)方案章節(jié)名稱第二章 重要的生物配體及其金屬配合物備 注授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（）；實(shí)習(xí)（）教學(xué)時(shí)數(shù)3教學(xué)目的及要求1、掌握蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)。2、掌握DNA的結(jié)構(gòu)的生物意義。3、學(xué)習(xí)金屬配合物與核酸的相互作用。4、學(xué)習(xí)金屬酶的配體性質(zhì)與金屬酶的催化活性的關(guān)系。教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配第一節(jié) 氨基酸第二節(jié) 蛋白質(zhì)第三節(jié) 氨基酸、肽和蛋白質(zhì)的金屬配合物第四節(jié) 核酸第五節(jié) 金屬離子及其配合物與核苷酸和核酸的相互作用第六節(jié) 酶第七節(jié) 金屬離子與酶的配合物0.50.50.50.50.50.250.25重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)的性質(zhì)。2、金屬配合物與核酸的相互作用3、

2、金屬酶的配體性質(zhì)與金屬酶的催化活性。教學(xué)難點(diǎn)1、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。2、金屬酶的配體性質(zhì)與金屬酶的催化活性。討論思考作業(yè)討論題目：人體發(fā)燒時(shí)為什么不想吃飯。思考題目：金屬酶的催化活性的生物意義。練習(xí)作業(yè)：3道題。教學(xué)手段多媒體教學(xué)參考文獻(xiàn)生物無機(jī)化學(xué)導(dǎo)論，計(jì)亮年、黃錦汪、莫庭煥等編著，中山大學(xué)出版社，2001。25【授課提綱】 第二章 重要的生物配體及其金屬配合物第一節(jié) 氨基酸一、氨基酸的分類存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬-氨基酸， L-型。按R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。從營養(yǎng)學(xué)角度：必需氨基酸、非必需氨基酸

3、。按R基團(tuán)的性質(zhì)：非極性氨基酸、疏水氨基酸。 二、氨基酸的立體異構(gòu)和旋光性三、肽：一個(gè)氨基酸的-羧基和另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合物叫肽。肽鍵：氨基酸之間脫水后形成的鍵叫肽鍵，又稱為酰胺鍵，寫作-CO-NH-。氨基酸殘基：肽鏈中氨基酸由于參加肽鍵的形成已經(jīng)不是原來完整的分子，因此稱為氨基酸殘基。 第二節(jié) 蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的分類（1）按照組成成分分類：單純蛋白、結(jié)合蛋白質(zhì)。（2）按照分子的形狀或空間構(gòu)象：纖維狀蛋白和球狀蛋白。（3）按照蛋白質(zhì)的功能：酶蛋白、結(jié)合蛋白、運(yùn)輸?shù)鞍?、受體蛋白、調(diào)節(jié)蛋白、防御蛋白、貯存蛋白、毒蛋白等。二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽連中AA的排列順序，包括二硫

4、鍵的位置。 三、維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力氫鍵、疏水作用力、范德華力、離子鍵、二硫鍵。四、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)通常是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間中的走向?；绢愋陀?螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。 超二級(jí)結(jié)構(gòu)：在蛋白質(zhì)中，-螺旋、-折疊片和-轉(zhuǎn)角等組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。、。 結(jié)構(gòu)域：或稱為轄區(qū)，是多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上組裝而成的。結(jié)構(gòu)域是多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上組裝而成的，組裝的基本方式有限。五、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)指在一條多肽鏈（包括超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲或折疊，形成包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的專

5、一性空間排布。維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的力：疏水鍵、離子鍵、范得華力、共價(jià)鍵。 四級(jí)結(jié)構(gòu)：所謂蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)就是指各個(gè)亞基在寡聚蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象中的幾何位置和它們之間的相互關(guān)系。 亞基：具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個(gè)球狀蛋白質(zhì)稱為亞基。二聚體：由二個(gè)亞基組成的稱為二（聚）體蛋白質(zhì)。寡聚蛋白：由二個(gè)或多個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱寡聚蛋白質(zhì)或多體蛋白質(zhì)。六、蛋白質(zhì)的某些重要性質(zhì)蛋白質(zhì)的變性、蛋白質(zhì)的復(fù)性。蛋白質(zhì)的生物功能包括：生物催化功能、結(jié)構(gòu)蛋白、運(yùn)輸功能、收縮功能、激素、免疫保護(hù)功能。近代分子生物學(xué)的研究還表明，蛋白質(zhì)在遺傳信息的控制、細(xì)胞膜的通透性，以及高等動(dòng)物的記憶、識(shí)別機(jī)構(gòu)等方面都起到重要作用。第三

6、節(jié) 氨基酸、肽和蛋白質(zhì)的金屬配合物一、氨基酸、肽的金屬配合物就-氨基酸而言，最常見是二齒配體。肽與金屬離子配位結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。二、蛋白質(zhì)的金屬配合物 大多數(shù)金屬離子與蛋白質(zhì)的結(jié)合分為兩類：一類是金屬和蛋白質(zhì)牢固地結(jié)合在一起，金屬離子是蛋白質(zhì)的組成部分，用強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)或其它方法將金屬離子移去或用其它離子取代時(shí)，金屬蛋白的活性也就隨之失去。另一類是金屬和蛋白質(zhì)結(jié)合較弱，金屬極易通過滲析法被除去，且金屬與蛋白質(zhì)之比不恒定。第四節(jié) 核酸一、核酸的化學(xué)組成和分類基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸。核酸水解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。堿基、鳥嘌呤和腺嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。二、核酸降解產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)1核糖和脫氧核糖。2嘌呤堿和嘧

7、啶堿。3核苷。4核苷酸。三、體內(nèi)重要的游離核苷酸四、核酸的結(jié)構(gòu)1核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸按照一定的排列順序。2DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA雙螺旋的不同構(gòu)型：B-DNA螺旋、A-DNA螺旋、C-DNA螺旋。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。第五節(jié) 金屬離子及其配合物與核苷酸和核酸的相互作用一、金屬離子與核苷酸的相互作用某些核苷酸的生物功能與金屬離子有關(guān)，在核苷酸分子中的磷酸基、堿基、戊糖都可以作為金屬離子的配位基團(tuán)。其中以堿基的配位能力最強(qiáng)，戊糖的羥基最弱。二價(jià)金屬離子與ATP 、ADP、AMP形成配合物的穩(wěn)定常數(shù)順序?yàn)椋篊uZn

8、CoMn MgSrBa。二、金屬離子對(duì)DNA和RNA穩(wěn)定性的影響在適當(dāng)條件下，是兩條因?yàn)槭軣岱珠_的多聚核苷酸鏈恢復(fù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程稱為重卷或復(fù)性。研究結(jié)果表明，金屬離子對(duì)DNA的熔點(diǎn)和重卷都有一定影響。三、金屬離子在DNA復(fù)制、遺傳密碼轉(zhuǎn)錄和翻譯中的作用DNA需要Mg2+、Mn2+、Co2+和DNA聚合酶作用下進(jìn)行復(fù)制。四、金屬配合物與核酸的相互作用研究發(fā)現(xiàn)，金屬離子與DNA作用時(shí)，不同類型的金屬離子具有不同效應(yīng)。如La3+等親磷酸基離子在極低濃度下與磷酸基結(jié)合時(shí)，能使DNA螺旋穩(wěn)定，但在較高濃度下，與堿基結(jié)合而降低其穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)與金屬離子的作用：目前，重要研究方向是金屬與蛋白結(jié)合所引起的

9、蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化、締合及裝配等對(duì)于生物效應(yīng)有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)和它們之間的關(guān)系。第六節(jié) 酶一、酶的化學(xué)本質(zhì)能在機(jī)體中十分溫和的條件下，高效率地催化各種生物化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)生物體的新陳代謝。二、酶的命名與分類1習(xí)慣命名法根據(jù)酶所催化的底物、有時(shí)還加上來源、根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型、也有根據(jù)上述兩項(xiàng)原則綜合命名或加上酶的其它特點(diǎn)。2國際系統(tǒng)命名法酶的系統(tǒng)命名是以酶所催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的。規(guī)定，每種酶的名稱應(yīng)明確寫出底物名稱及其催化性質(zhì)。若酶反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，則這兩種底物均需列出，當(dāng)中用“：”分隔開。例如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（習(xí)慣名稱）寫成系統(tǒng)名時(shí)為“L-丙氨酸：-酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶”。.3國際系統(tǒng)分類法氧化還原

10、酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類、合成酶類。三、酶的催化功能1酶的活性中心通過多肽鏈的盤曲折疊，組成一個(gè)在酶分子表面、具有三維空間結(jié)構(gòu)的孔穴或裂隙，以容納進(jìn)入的底物與之結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，這個(gè)區(qū)域即稱為酶的活性中心。2酶的結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系酶的催化作用。3酶作為生物催化劑的特性酶與無機(jī)催化劑比較：相同點(diǎn)、不同點(diǎn)。高效性、專一性、多樣性、溫和性、活性可調(diào)節(jié)性、易變性。四、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶動(dòng)力學(xué)是研究酶結(jié)合底物能力和催化反應(yīng)速率的科學(xué)。研究者通過酶反應(yīng)分析法來獲得用于酶動(dòng)力學(xué)分析的反應(yīng)速率數(shù)據(jù)。1底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響及米氏公式米氏方程：=maxs/(Km+s) 。米氏常

11、數(shù)。2酶濃度、溫度、pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響。溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響。pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響。3激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響能激活酶的物質(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑種類：無機(jī)陽離子、無機(jī)陰離子、有機(jī)化合物。4抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。對(duì)酶促反應(yīng)的抑制可分為競爭性抑制和非競爭性抑制。第七節(jié) 金屬離子與酶的配合物由金屬離子參加催化反應(yīng)的酶稱為金屬酶。金屬酶又可再分為兩類：第一類的金屬離子作為酶的輔助因子與酶蛋白較牢固結(jié)合，其穩(wěn)定常數(shù)108，仍然稱金屬酶；另一類的金屬離子作為酶的激活劑與酶接合較為松弛，可以從酶中解離出來，其穩(wěn)定

12、常數(shù)ZnCoMn MgSrBa。從研究組成DNA的小分子配體如核苷酸、核苷、堿基和金屬離子及其配合物相互作用的研究入手，進(jìn)一步闡明法分子DNA和配合物的作用機(jī)制，這將為設(shè)計(jì)和合成作為DNA的分子器件的配合物提供理論基礎(chǔ)。二、金屬離子對(duì)DNA和RNA穩(wěn)定性的影響把DNA的稀鹽溶液加熱到一定溫度時(shí)，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)解離為兩條多聚核苷酸單鏈，變成無規(guī)線團(tuán)，這一溫度為DNA的熔點(diǎn)Tm。在適當(dāng)條件下，是兩條因?yàn)槭軣岱珠_的多聚核苷酸鏈恢復(fù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程稱為重卷或復(fù)性。研究結(jié)果表明，金屬離子對(duì)DNA的熔點(diǎn)和重卷都有一定影響。圖2-21顯示Mg2+使熔DNA點(diǎn)升高。DNA分子中的磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷，而加

13、入的Mg2+抵消了一部分負(fù)電荷，使靜電作用降低，有利于雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此提高了DNA的熔點(diǎn)。當(dāng)DNA溶解后，Mg2+不能使得它重卷。添加Zn2+不僅使得DNA的熔點(diǎn)升高，熔解后在緩慢冷卻重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。這可能由于Zn2+與兩條鏈的堿基連接，熔解時(shí)兩條并為真正解離，只發(fā)生某些變形；緩慢冷卻時(shí)， 變了形的雙螺旋結(jié)構(gòu)就可以復(fù)原。Cu2+則會(huì)使得DNA的熔點(diǎn)降低并抑制重卷。DNA與Cu2+配位有兩種方式。Cu2+還可以同時(shí)與磷酸基和堿基形成配位鍵，由于鏈間的氫鍵數(shù)目減少，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。另一種方式是Cu2+位于鄰近的鳥嘌呤和胞嘧啶之間，它們配位就增加了堿基之間的堆積力，使雙螺旋結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。各種金屬離子對(duì)DNA重卷所起的作用不同。例如Mg2+不能使DNA重卷，Co2+和Ni2+只使部分DNA重卷，Mn2+使大部分DNA重卷，Zn2+則能使全部DNA重卷。天然RNA含有多種金屬離子，如Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Cr3+、Mn2+和Zn2+等。用螯合劑或透析等一般方法很難把這些金屬離子從RNA中分離出來。它們?cè)赗NA的生理功能還不清楚。一般推測(cè)Mn2+和Zn2