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高中生物竞赛辅导--生物化学1


生物化学

生物化学部分(一)细胞的化学成分 水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、维生素和辅酶 (一)水:结合水、自由水 ;

自由水比例增加时,代谢活跃;结合水含量增加,代谢下降,细 胞和生物体的抗寒、抗热、抗旱性则会提高。

(二) 无机盐 1、构成组织或生物体某些复杂化合物的重要组成成分 2、对细胞的渗透

压和pH值起着重要的调节作用

3、参与调节生物体的代谢活动

? 1、下列水的哪种特性有利于体内的化学 反应? C ? A、流动性大 ? B、极性强 ? C、比热大 ? D、润滑作用

(三)糖类
? ? ? ? 单糖、 寡糖、 多糖、 糖复合物

1、单糖 (1) 单糖是最简单的糖,不能被水解为更小的单位。单糖通常 含有3、4、5、6或7个碳原子,分别称为丙糖、丁糖、戊糖、已糖 和庚糖。天然存在的单糖一般都是D-构型。单糖分子既可以开链 形式存在,也可以环式结构形式存在,在环式结构中如果第一位 碳原子上的OH与第二位碳原子的-OH在环的同一面,称为α-型; 如果-OH是在环的两面,称β-型。

(2)生物体中重要的单糖

①丙糖

如甘油醛(醛糖)和二羟丙酮(酮糖)

②戊糖 戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脱氧 核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖)

③己糖

葡萄糖、果糖和半乳糖

2、寡糖:由2~6个单糖缩合而成的糖。

最多的寡糖是双糖,如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖

? 人和哺乳动物的乳汁中特有的双糖水解 后的产物是
( 一分子半乳糖和一分子葡萄糖)

3、多糖
(1)淀粉 直链淀粉和支链淀粉

直链淀粉是α-D-葡萄糖基以α-1,4-糖苷键连接的多糖链,
支链淀粉分子中除有α-1.4-糖苷键的糖链外,还有α-1,6-糖苷键连 接的分支处,

淀粉有呈色反应,直链淀粉遇碘呈为蓝色,支链淀粉遇碘呈为紫 红色。
(2)糖原 α-D-葡萄糖基以α-1,4-糖苷键连接而成的,但糖原的 分支比支链淀粉多,糖原遇碘变为红褐色。

(3)纤维素 由β-D-葡萄糖基借β-1,4-糖苷键连接的没有分支的 同多糖。 (4)几丁质(甲壳素) 昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁 质,是N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷键缩合成的同多糖。

(5)糖胺聚糖(粘多糖) 多聚物。

是一种由重复的二糖单位组成的线状

糖胺聚糖主要有透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素 肝素以及硫酸乙酰肝素。

习题
? ? ? ? ? 下列物质具有还原性糖的是( B) A、蔗糖 B、麦芽糖 C、淀粉 D、纤维素

(四)脂类

不溶于水,但能溶于非极性有机溶剂; O元素含量低,C、H元 素含量高 ,彻底氧化后可以放出更多能量
1、三酰甘油(脂肪) 天然脂肪酸都是L-型 ;动物 脂肪大多富含饱和脂肪酸, 在室温下为固态,植物油含 大量油酸和亚油酸,在室温 下为液态 ;哺乳动物和人, 亚油酸和亚麻酸为必需脂肪 酸

2、磷脂(甘油磷脂) 磷脂酸是最简单的磷 脂,分子中的H为胆碱、 胆胺、丝氨酸所取代 , 则分别成为卵磷脂 、 脑 磷脂 , 丝氨酸磷脂等 。 通常磷脂分子中的2个脂 肪酸总有一个是不饱和 的,因此2个脂肪酸链不 是平行并列的 , 其中一 个(不饱和脂肪酸)总 是有折弯。

3、类固醇:基本结构是环戊烷多氢菲。最熟知的是胆 固醇,胆固醇是动物膜和神经髓鞘的主要成份。性激 素、维生素D和肾上腺皮质激素也都属于类固醇。

4、萜类:由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维 生素A(视黄醇)、维生素E、维生素K、类胡萝卜素都 是萜类。β-类胡萝卜素裂解就成2个维生素A,维生素A 可氧化成视黄醛,对动物感光活动有重要作用。

5、蜡:由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂, 它存在于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、昆虫外骨骼中, 起保护作用。

(五)蛋白质 1、蛋白质的原元素组成:氮的含量在多种的蛋白质比较 接近,平均为16%,因此用凯氏(kjelahl)法定N,受检物质 中含蛋白质量为N含量的6.25倍 。

2、蛋白质的氨基酸组成
(1)氨基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸(除脯氨酸) 都是L-a-氨基酸 COOH

|
NH2 —C— H | R L- a-氨基酸

(2)氨基酸的分类:①根据R基因极性不同,氨基 酸可分为:非极性氨基酸和极性氨基酸

②必需氨基酸和非必需氨基酸:

必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋 氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等8种。精氨酸和组氨酸 为半必需氨基酸。
(3)氨基酸的主要理化性质 ①一般的物理性质:α-氨基酸呈无色结晶,熔点高,一般在 2000C以上。易溶于酸、碱,但不溶于有机溶剂。

②两性解离和等电点

?

调节溶液的pH值,使氨基酸的氨基和 羧基的解离度相等,即氨基酸的电荷为 O,氨基酸在电场中不移动,此时溶液 的pH值为氨基酸的等电点,用pI表示。 ? 在等电点时,氨基酸溶解度最小,容 易沉淀。

③紫外吸收光谱:
在远紫外光区有光吸收,在近紫外光区有色氨酸最大吸收 波长为279nm,酪氨酸最大吸收波长278nm,苯丙氨酸最 大吸收波长为259nm。

④重要的化学反应:
a-氨基能与茚三酮反应产生蓝紫色沉淀(脯氨酸和羟脯氨 酸则产生黄色沉淀);

a-氨基可与亚硝酸反应产生氮气,计算出氨基酸的量;

一些氨基酸的R基团能与特殊的试剂发生呈色反应。

3、蛋白质的结构

(1)一级结构:又称为初级结构或化学结构,指 蛋白质分子内氨基酸的排列顺序

(2)二级结构:指多肽链本身绕曲折叠成有规律的结构 或构象。这种结构是以肽链内或肽链间的氢键来维持的。
①α-螺旋 ②β-折叠 ③β-转角 ④自由回转

(4)三级结构:维持三级结构的作用力主要是一些次级键, 包括氢键、盐键、疏水键和范德华力等。 (5)四级结构:具有三级结构的亚单位通过氢键、盐键、 疏水键和范德华力等弱作用力聚合而成的特定构象。

? 维系蛋白质分子的一级结构:肽键、二硫键 ? 维系蛋白质分子的二级结构:氢键 ? 维系蛋白质分子的三级结构:疏水相互作用力、 氢键、范德华力、盐键 ? 维系蛋白质分子的四级结构:范德华力、盐键

3、蛋白质的理化性质 (1)胶体性质 :布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜; 蛋白质颗粒比较稳定,不易沉淀 (2)两性电解质

(3)沉淀反应:破坏蛋白质的水膜及中和蛋白质的电荷出现沉淀现 象。高浓度盐类(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等,称为盐析),有 机溶剂(如酒精、丙酮),重金属盐(如硝酸银、醋酸铅、三氯化 铁等),某些酸类(如苦味酸、单宁酸等)。
(4)变性 :使其分子的空间结构改变,导致其理化性质、生物 活性都发生改变。不发生一级结构的破坏;而主要发生氢键、疏 水键的破坏。生物活性丧失,溶解度降低。化学因素有强酸、强 碱、重金属离子、尿素、酒精、丙酮等;物理因素有加热震荡或 搅拌、超声波、紫外线及X射线照射等。 (5)紫外吸收: 280nm的紫外光下,有最大吸收峰。是由于肽 链中酪氨酸和色氨酸的R-基团引起的。

(6)变构作用:四级结构的变化

(7)呈色反应

4、蛋白质的分类 (1)蛋白质的化学分类 : 简单蛋白质和结合蛋白质
(1)色蛋白:由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和 细胞色素等。 (2)糖蛋白:由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。 (3)脂蛋白:由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清?-,?-脂蛋白等。 (4)核蛋白:由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。 (5)色蛋白:由简单蛋白与色素结合而成。如血红素、过氧化氢酶、细胞 色素c等。 (6)磷蛋白:由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、 弹性蛋白、丝心蛋白等

(2)蛋白质的功能分类 : 结构蛋白和酶

(六)酶

1、化学本质: 2、酶的化学组成:单纯酶和结合酶 3、酶的结构特点:必需基团 、活性中心 (结合部位、 催化部位 )

酶的作用机制
(1)酶的催化作用降低活化能

(2)中间产物学说

S + E 底物 酶

ES 中间产物

E + P 酶 产物

(3)“钥匙—锁”学说和“诱导契合”学说

(4)使 酶 具有高 催化效率的因素:邻近定向效应、 “张力”和“形变” 、酸碱催化 、共价催化

5、影响酶催化反应的因素 (1)酶浓度的影响

(2)底物浓度的影响

(3)pH值的影响

(4)温度的影响

(5)激活剂的影响
能提高酶活性的物质即称为激活剂。 按分子大小可分为3类:第一类为无机离子,如Mg2+ 是各种 激酶的激活剂,Cl-能激活唾液α-淀粉酶;第二类为中等大小 的有机化学物,一种是还原剂,如半胱氨酸、还原型谷胱甘 肽等,另一种是金属螯合剂,能除去酶中重金属杂质,从而 解除重金属对酶的抑制,如乙二氨四乙酸(EDAT);第三 类为具有蛋白质性的大分子化合物,这类激活剂用于酶原激 活,使无活性酶原变成有活性的酶。

(6)抑制剂的影响 某些物质,不引起酶蛋白变性,但能使酶分子上某些 必需基团发生变化,因而引起酶活力下降,甚至丧失。 这种作用称为抑制作用,起抑制作用的物质称为抑制剂。

1.酶的国际系统分类法

(1)国际系统分类法分类原则
国际生物化学联合会酶学委员会提出的酶的国际系统分类 法的分类原则是:将所有已知

顺按其催化的反应类型分为六大类,即氧化还原酶类、转移 酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类、合成酶类,分别用 1,2,3,4,5,6的编号来表示;根据底物分子中被作用的 基团或键的性质,再将每一大类分为若干亚类,每一亚类又 分为若干亚亚类;然后再把属于这一亚亚类的酶按顺序排好。 这样就把已知的酶分门别类地排成一个表,称为酶表。每一 种酶在这个表中的位置可用一个统一的编号来表示。每个编 号由四个数字组成:如催化乳酸脱氢转变为丙酮酸的乳酸脱 氢酶,编号为ECl.l.l.27。EC指国际酶学委员会的缩写;第 一个1,代表该酶属于氧化还原酶类;第二个1,代表该酶属 于氧化还原酶类中的第一亚类,催化醇的氧化;第三个1, 代表该酶属于氧化还原酶类中第一亚类的第一亚亚类;第四 个数字表明该酶在一定的亚亚类中的排号

(2)六大酶类的特征
①氧化还原酶:催化氧化还原反应的酶。 反应通式:AH2+B 化酶等。 A+BH2 如琥珀酸脱氢酶、醇脱氢酶、多酚氧

②转移酶:催化分子间基团转移的酶。 反应通式:AR+B A+BR 如谷丙转氨酶、胆碱转乙酰酶等。

③水解酶:催化水解反应的酶。 反应通式:AB+H20 A0H+BH 如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。

④裂解酶:催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应的酶。
反应通式:AB A+B 如草酰乙酸脱竣酶、碳酸酐酶等。

⑤异构酶:催化分子异构反应的酶。 反应通式:A B 如葡糖磷酸异构酶、磷酸甘油酸磷酸变位酶等。

⑥合成酶:与ATP的一个焦磷酸键断裂相偶联,催化两 个分子合成一个分子的酶。 反应通式:A+B+ATP AB+ADP+Pi。如天冬酰氨合 成酶、丙酮酸羧化酶等。

2.酶的命名 根据酶学委员会的建议,每一种酶都给以两个名称。 一个是系统名,一个是惯用名。 (1)系统命名法:包括两部分,即底物名称及反应 类型。若酶反应中有两种底物起反应,则这两种底 物均需表明,当中用“:”分开。例如,草酸氧化酶其 系统名称为草酸:氧氧化酶。

(2)习惯命名法:通常依据酶作用的底物及反应类 型来命名。如催化乳酸脱氢变成丙酮酸的酶称为乳 酸脱氢酶。催化草酰乙酸脱去C02 变为丙酮酸的酶 称草酸乙酸脱羧酶。对于催化水解作用的酶。一般 在酶的名字上省去反应类型,如水解蛋白的酶称蛋 白酶,水解淀粉的酶称淀粉酶。有时为了区别同一类 酶,还可以在酶的名称前面标上来源。如胃蛋白酶、 胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。

1.下列关于酶的活性中心的叙述哪些是正确的 A

A.所有的酶都有活性中心
B.所有酶的活性中心都含有辅酶 C.酶的必需基团都位于活性中心之内 D.所有抑制剂都作用于酶的活性中心 E.所有酶的活性中心都含有金属离子 2.表示酶活性是温度的函数。在温度t1时: D A.底物能量太高不能与酶形成稳定的复合物 B.反应自发进行,不需要酶的参加 C.反应产物变得不稳定 D.酶的热变性发生。

3. 蛋白质变性是由于
A. 氢键被破坏 C. 蛋白质降解

A

B. 肽键断裂 D. 水化层被破坏及电荷被中和

E. 亚基的解聚 A

4.盐析法沉淀蛋白质的原理是

A.中和电荷、破坏水化膜
B.与蛋白质结合成不溶性蛋白盐 C.降低蛋白质溶液的介电常数 D.使蛋白质溶液成为PI

(六)核酸 1、核酸的组成成分 (1)戊糖:β-D-核糖和 β-D-2-脱氧核糖。

(2)碱基:

一:嘌呤,为双环分子,一般有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤 (G) ;
二:嘧啶,为单环分子,一般有胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶 (T)、尿嘧啶(U)。

(3)核苷:戊糖+碱基。

(4)核苷酸:核苷的磷酸酯。

生物体内的游离核苷酸多为5'-核苷酸。

(5)体内重要的游离核苷酸及其衍生物 1、腺苷一磷酸(AMP);腺苷二磷酸(ADP);腺 苷三磷酸(ATP); 2 、NAD+、NADP+: NAD+是辅酶I,全称是烟碱胺腺嘌呤二核苷酸 NADP+是辅酶II,全称烟碱胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 是很多脱氢酶的辅酶,递氢体

2、核酸的结构 (1)DNA的结构 ①一级结构:3`,5`-磷酸二酯键 长链从5`-向3`-端延伸。

②二级结构 A、分子由两条多脱氧核苷酸链反向 平 行 ( 一 条 链 是 3,→5, , 另 一 条 链 为 5,→3,), 围绕着同一个轴,右手盘旋 成一个右平行螺旋结构,螺旋的直径 为2nm; B、磷酸和脱氧核糖在螺旋体的外侧, 通过磷酸二酯键连结形成DNA分子的 骨架; C、碱基对位于螺旋体内侧,按A与T, C与G配对,A-T对有2个氢键,C-G 对有3个氢键, D、螺旋表面有一条大沟和一条小沟, 这两条沟对 DNA和蛋白质的相互识 别是很重要的。

DAN双螺旋结构很稳定,有3种化学键维持:互补碱 基之间的氢键,碱基对之间的碱基堆集力,以及主链 上带负电的磷酸溶液阳离子之间的离子键,其中碱基 堆集力起主要作用。 ③三级结构:DNA的三级结构是指双螺旋DNA的扭曲或再 螺旋。超螺旋是DNA三级结构的基本形式。

(2)RNA RNA分为三大类:核糖体RNA、信使RNA、转运RNA ①一级结构 ②二级结构 tRNA的二级结构是三叶草型的,一般由四臂四环组成

③三级结构

tRNA的三叶形的二级结构变成三级结构为倒L型,tRNA发 挥生物功能以其倒L型三级结构为基础。

3、核酸的性质

(1)一般理化性质:核酸既有磷酸基,又有碱性基团,是两性 电解质,因磷酸的酸性强,通常表现为酸性。
DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末,都微溶于水,不溶 于一般有机溶剂,常用乙醇从溶液中沉淀核酸。D-核糖与浓盐 酸和苔黑酚(甲基间苯二酚)共热产生绿色,D-2-脱氧核糖 与 酸和二苯胺一同加热产生蓝紫色。 (2)核酸的紫外吸收性质:核酸中的嘌呤和嘧啶环的共轭体 系 强 烈 吸 收 260~290nm 波 段 紫 外 光 , 最 大 吸 收 值 在 260nm 处。 。

(3)核酸的变性和复性
核酸的变性是双螺旋区氢键断裂,不涉及磷酸二酯键的断 裂,不破坏一级结构。

核酸变性后,紫外吸收值明显增高,粘度下降,生物功能 部分或全部消失。
影响因素:温度、有机溶剂、酸碱度、尿素等

DNA的热变性是爆发性的。引起热变性的温度称之为熔点或 解链温度,用Tm表示。
DNA的Tm指增色效应达到最高值一半时的温度。 组成DNA的碱基中的G-C的值越高,Tm越高。 (G-C)%=(Tm-69.3)×2.44

DNA复性:变性的核酸在一定条件下可以重新缔合成双 螺旋的过程。
变性核酸复性时需要缓慢冷却,故称退火。

1 下列关于DNA双螺旋结构模型的叙述哪一项是错误的 A. 两条链方向相反

D

B. 两股链通过碱基之间的氢键相连

C. 为右手螺旋,每个螺旋为10个碱基对

D. 嘌呤碱和嘧啶碱位于螺旋外侧

2.DNA的热变性特征是: D A.碱基间的磷酸二酯键断裂 C.粘度增高 B.一种三股螺旋的形成

D.熔解温度因G-C对的含量而异

E.在260nrn处的光吸收降低


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