山东畜牧兽医职业学院食品专业食品生物化学

食品生物化学第一章Pr化学一、Pr生物学功能1、维持组织细胞的生长、修补和更新——营养功能构成生物膜；2、转变为生理活性物质——“酶”参与催化，调节代谢；血红蛋白运输氧；肌动球蛋白参与肌肉收缩（运动）；免疫球蛋白参与免疫反应（防御功能）；神经递质参与神经兴奋传导；激素参与代谢调节；3、供能功能——氧化分解供给能量；4、各种Pr的含量都比较接近。

二、Pr的分类１、分子组成２、分子形状球状Pr：外形似球，易溶解；纤维状Pr：外形似纤维状，不溶于水；３、AA：是Pr的基本组成单位；分为标准AA和编码AA；脯氨酸为α-亚AA；除甘氨酸外其余α-AA分子中的α-碳原子均为手性（不对称）碳原子；写在左侧为L-型AA；天然Pr中的所有AA都是L-型AA，-NH２Pr组成成分中不含有Ｄ-型AA；４、营养学分为必需AA和非必需AA必需AA：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、赖氨酸非必需AA：丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；半必需AA：组氨酸；三、Pr的结构１、一级结构：指多肽链上各种AA的组成和排列顺序，是由遗传信息即编码Pr的基因决定的，是Pr的基础结构；２、高级结构（构象）维持Pr的高级结构稳定的力主要是非共价键，包括氢键、离子键、范德华力和疏水力等，均属非共价键，为维系力。

１）二级结构多肽链主链的肽键之间借助氢键形成的有规律的构象；天然Pr的结构有α-螺旋、β-折叠、β-转角结构以及不规则卷曲；２）三级结构多肽链中所有原子和基团在三维空间中的排布，是在二级结构基础上形成的具有生物活性的构象；形成的紧密球状结构（如肌红蛋白），这是Pr发挥生物学功能所必需的；作用力：氢键、离子键、二硫键、疏水力；多肽链分子中的AA侧链分为亲水性极性侧链和疏水性非极性侧链（疏水性基团）疏水性基团在水介质中具有比开水埋藏在分子的内部而相互聚集的倾向，这一现象称为疏水作用，疏水作用是维系Pr三级结构最主要的力；其维系Pr三级结构的力还有氢键、盐键（离子键）、范德华力和二硫键。

３）四级结构由两条或两条以上具有三级结构的多肽链通过非共价键聚合而成特定三维结构的Pr构象；每一条具有三级结构的多肽链成为一个亚基，在四级结构中，其几个亚基可以相同也可以不同，例如血红蛋白是由４个亚基聚合而成的，４个亚基两两相同，也是寡聚蛋白，具有变构作用（效应）。

３、高级结构和功能的关系１）一级结构：结构相似，空间结构相似，功能相似，eg：镰刀形横细胞贫血症（分子病）；2）高级结构：a.变性：理化因素作用下，Pr由天然的有序的状态转变成伸展的无序的状态，并引起生物功能的丧失以及物化性质的改变；Pr变性的结果是生物活性丧失，理化及免疫学性质的改变，其实质是维持高级结构的非共价键及空间结构的破坏，一级结构不变；变形后只存在肽键，不存在氢键、离子键、范德华力、疏水力；b.变构作用：具有四级结构的寡聚蛋白，当其中一个亚基与调节物分子结合后，其构象发生变化，这种变化又引起相邻其他亚基的构象发生变化，从而影响其功能，这种作用称为变构；这类调节物分子称为变构剂；变构蛋白与变构剂之间的动力学关系为典型的S型曲线。

四、理化性质1、两性性质：Pr由AA组成，因此Pr与AA相似，为两性电解质；当调节溶液的pH，使Pr所带的正负电荷相等，成为两性离子，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的pH称为Pr的等电点（pI）;pH＞pI 带负电；pH＜pI 带正电在等电点时，Pr以两性离子形式存在，净电荷为零，溶解度最小，易沉淀析出，利用此性质可以分离和纯化Pr；各种Pr的等电点不同，相对分子质量、颗粒大小、所带电荷数也各不相同，在电场中移动的方向和速率各不相同。

2、Pr的胶体性质Pr具有布朗运动、丁道尔现象、电泳现象、不能透过半透膜、吸附能力等胶体溶液的特性；Pr的水溶液是一种稳定的亲水胶体，维持Pr胶体溶液稳定的重要因素有Pr颗粒表面带有很多亲水基团、Pr颗粒在非等电点状态时带有相同电荷使Pr颗粒之间相互排斥；3、Pr的沉淀破坏了Pr颗粒表面的水膜或中和颗粒表面的电荷，则使Pr沉淀析出的现象；盐析：高浓度的盐溶液会降低Pr在溶液中的溶解性，发生沉淀；常用中性盐，使用频率由高到低为硫酸铵、硫酸钠、氯化钠；盐溶：Pr水分子中加入少量的中性盐会增加Pr在溶液中的溶解性；加入水溶性有机溶剂：水溶性有机溶剂（酒精、甲醇、丙酮等）对水的亲和力比Pr的大，能破坏Pr胶粒的水膜，而使Pr溶液的稳定性降低；加入重金属盐：Pr与重金属离子（汞、铅、铜、银）结合成不溶性的盐而沉淀。

因为在碱性溶液中Pr带负电荷，更易与重金属正离子结合成盐。

在碱性条件下有利于Pr的沉淀。

4、Pr的紫外吸收性质Pr分子中芳香族AA（酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸）在280nm（A280）的紫外光处有吸收峰——紫外分光光度计测定Pr浓度；朗伯比定律：C1/C2=A1/A25、呈色反应1)双缩脲反应：Pr+硫酸铜→红色或蓝紫色物质；脲→尿素；2)茚三酮反应：Pr+茚三酮→蓝紫色物质；凡含有α-AA的Pr都能进行此反应；3)酚试剂试验：Pr+碱性硫酸铜及磷钨酸-钼酸→蓝色物质；反应基团为酚基，参与的AA为酪氨酸；4)米隆反应：Pr+米隆试剂→砖红色沉淀；反应基团为酚基，参与的AA为酪氨酸；5)黄色反应：Pr+硝酸→黄色物质；参与的AA为酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、硝基与苯环生成黄色的硝基化合物；6)醋酸铅反应：凡有光胱氨酸、胱氨酸的Pr都能与醋酸铅起反应，因含-SH或-S-S-能生成褐色硫化铅沉淀；6、二硫键可使Pr的机械强度增加。

第二章核酸化学一、概述1、将含磷量很高的的酸性物质称为核素（1868年瑞士的米歇尔）；2、由Pr与另一种酸性物质组成的，此酸性物质称为核酸；二、核算的分类、分布及功能1、分类：脱氧核糖核酸（分子中含有脱氧核糖）、核糖核酸（分子中含有核糖）；2、分布：DNA主要存在于细胞核中，其他的分布在线粒体、叶绿体、质粒等中；RNA主要存在于细胞质中；3、功能：DNA是绝大多数生物的遗传物质，具有相对稳定性，能够精确的自我复制，使亲代与子代之间保持遗传的连续性，能指导Pr的合成，控制新陈代谢过程和性状发育；RNA的主要功能是从DNA转录遗传信息，并指导Pr的生物合成；三、核酸的分子组成1、核酸的组成成分2、具体成分1)戊糖：RNA和DNA两类核酸是按照其所含的戊糖不同而分类的；2)碱基：核算中有嘌呤碱和嘧啶碱两类碱基；均为含氮的杂环化合物，呈弱碱性，故称为碱基，也成为含氮碱基。

RNA和DNA所含相同碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）；RNA中特有的碱基为尿嘧啶（U），DNA中特有的碱基为胸腺嘧啶（T）；稀有碱基：转运RNA（tRNA）；次黄嘌呤（I）；3、核苷：RNA中含的核苷：鸟嘌呤核苷（鸟苷，G）、腺嘌呤核苷（腺苷，A）、胞嘧啶核苷（胞苷，C）、尿嘧啶核苷（尿苷，U）；DNA中含的核苷：鸟嘌呤脱氧核苷（脱氧鸟苷，dG）、腺嘌呤脱氧核苷（脱氧腺苷，dA）、胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷，dC）、胸腺嘧啶脱氧核苷（脱氧胸腺苷，dT）；生物细胞内除组成核酸的核苷酸外，还存在一些有利的具有重要生理功能的核苷酸，其中最重要的是核苷多磷酸和环化核苷酸；1)核苷多磷酸核苷酸分子中的磷酸基可进一步磷酸化形成核苷二磷酸（NDP）或核苷三磷酸（NTP），称为核苷多磷酸；ATP与ADP均属于高能化合物；ATP、GTP、CTP、UTP作为合成RNA的原料；dATP、dGTP、dCTP、dUTP作为合成DNA的原料；GTP是合成Pr的原料；CTP是合成磷脂的原料；UTP是合成糖原的原料；2)环化核苷酸cAMP和cGMP是一些激素发挥生理作用的媒介物，被称为这些激素的第二信使。

第一信使为激素。

四、核酸的结构1、核酸的一级结构一级结构的维系力：3’-5’-磷酸二酯键；合成方向：5’端（5’端磷酸基团）→3’端（3’羟基端）；遗传信息储存于碱基（不同的排列顺序）中；2、核酸的空间结构1)DNA分子碱基的组成规律：DNA分子中的碱基组成只有种的特异性，没有组织器官的特异性；腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T；鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数相等，即G=C；嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=T+C；2)DNA双螺旋结构具有以下特点：有两条反向平行的脱氧核苷酸链围绕同一个中心轴盘绕而成的右手双螺旋；两条脱氧核苷酸链之间的氢键和碱基堆积力将两条链牢固的连在一起；碱基严格按照互补的原则配对；在双螺旋结构中，碱基位于双螺旋的内侧，磷酸基和脱氧核糖位于双螺旋结构的外侧；碱基平面与中心轴垂直，糖环平面与碱基平面几乎呈直角；双螺旋直径为2nm，相邻碱基之间相距0.34nm，两个核苷酸之间的夹角为36°；每10对脱氧核苷酸形成双螺旋的一周，旋转一周螺旋高度（螺旋距）为3.4nm；双螺旋结构中，形成大小不等的两条螺形凹沟，较大的一条成为大沟，较小的一条称为小沟。

3、RNA的空间结构生物体内的RNA有以下三类：信使RNA（mRNA）：在Pr合成中起模版作用；核糖体RNA（rRNA）：与Pr结合构成核糖体，核糖体是Pr合成的场所；转运RNA（tRNA）：在Pr合成时起着携带活化AA的作用；mRNA的结构：mRNA约占细胞RNA总数量的3%～5%，其种类多、含量少、寿命短，是Pr合成的模板；其结构特征主要是现状；5’端有帽状结构，3’端由多聚腺苷酸尾；tRNA的结构：tRNA约占RNA总量的15%，二级结构主要呈三叶草形，三级结构呈倒L形；三叶草形结构的主要特征：1)四壁四环；2)AA臂3’端有CCAOH的共有结构；3)D环上有二氢尿嘧啶；4)反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5)可变环上的核苷酸数目可以变动；6)TψC环含有T和ψ；7)含有修饰碱基和不变核苷酸；五、核酸的性质1、物理性质为两性电解质，通常表现为酸性；DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于一般有机溶剂；DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液则小得多；RNA在室温条件下被稀碱水解，而RNA对碱稳定；微溶于水，而溶于有机溶剂（乙醇、乙醚、氯仿等）；2、紫外吸收核酸的碱基具有共轭双键，因而存在紫外吸收性质，吸收峰在260nm；核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30%～40%，当核酸变性或降解时吸光值显著增加（增色反应），但核酸复性后，光吸收值又恢复到原有水平（减色反应）；3、DNA变性双螺旋区氢键断裂，空间结构被破坏，形成单链无规则线团状；只涉及次级键的破坏，其结果是导致DNA生物学活性丧失；溶解温度（Tm）紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度,也就是DNA 的变性温度；Tm：变性温度（熔解温度/熔点）、DNA双链打开一半时的温度；影响因素包括：G-C的相对含量，（G+C）%=（Tm-69.3）×2.44；介质离子强度低，Tm低；高pH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力；变性剂如（甲酰胺、尿素、甲醛等）破坏氢键妨碍碱基堆积力，使Tm降低；4、DNA的复性（退火）变性DNA的互补链在适当条件下，重新缔合成双螺旋结构，恢复其理化性质和生物活性的过程称为复性；影响复性速度的因素：单链片段浓度；单链片段大小；片段内重复序列的多少；溶液离子强度大小；溶液温度的高低。