第一章生物分子导论.doc

第一章生物分子导论 教学目的：了解生物分子的化学组成和三维结构；了解维系生物结构中的非共价力及细胞分子的组织层次。 教学重点：生物分子 教学难点：生物分子的三维结构 教学手段：多媒体教学 教学内容： 一、引言 （一）生物化学概念:是研究生物分子和生命属性的科学,是运用化学的原理和方法在分子水平上解释生命现象的的科学.是介于生物与化学之间的边缘学科 （二）生物化学的研究内容 1、研究生物分子的化学结构和空间构象 2、生物分子的相互作用 3、生物分子的合成与降解、能量的储存与释放 4、生物分子的组装与协调 5、遗传物质的贮存、传递和表达 （三）活生物体的生命特征 1、化学成分的同一性(共同的物质基础)： 所有的生物都具有大体相同的元素组成（大量元素：C、H、O、N、S、P、K、Ga、Mg、Cl、Na和微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、I、Go、F、Si等） 所有的生物都具有大体相同的分子组成（蛋白质、核酸、糖类、脂类、无机离子和水等） 2、具有严整有序的结构：生物体中的化学成分组成多层次的有序结构，如病毒 3、具有新陈代谢的特征 4、具有自我复制的能力(繁殖)，在繁殖的过程中，表现出遗传变异。能被自然界选择下来的是适应环境的有利变异。 二、生命物质的化学组成 （一）生命元素 生物与非生物的统一性：地壳中存在的化学元素有90多种，组成生物体的化学元素有约30种，都是自然界中存在的，这30种化学元素叫生命元素。根据在生物体内的含量可分为: 大量元素 如C、H、O、N、S、P、K、Ga、Mg、Cl、Na 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、 Cu、I、 Go、F、Si等，微量元素（痕量元素）仅存在于某些生物分子中，通常是特异蛋白质的组成成分。 生命元素的原子序数都比较低，即是比较轻的元素，一般地说元素越轻形成的键越强。 生物界与非生物界的差异性。化学元素是否进入生物体中作为组成元素，主要取决于：某元素从环境中的可得性和某元素组成的分子对生命过程的适合性。 如生物体内最丰富的元素是H(49%),O(25%),C（25%），N（0.27%），而地壳中最丰富的是O(47%),Si(28%),Al(7.5%)Fe(4.5%)，所以C、H、O和N被认为是根据对生命过程的适合性被选中的；Ca、K、Mg、Cl、Na常以单原子离子形式存在于细胞溶胶中，这些离子在生物体细胞中主要作用是维持渗透压、形成离子梯度、中和生物大分子上的电荷，这些离子在生物体内的作用是非专一的，这些离子在生物体中与海水中有相似的组成，所以认为：这些离子是根据可得性被选中的。 （二）生物分子 生物分子泛指构成生物的蛋白质、核酸、多糖、脂质以及它们的构件分子和代谢中间产物等。 1、生物分子是碳的化合物：所有生物分子都含有碳原子这是因为，碳原子序数低，成键能力强；碳原子具有正四面体结构，碳的外层4个电子能与其它原子的电子通过共用电子对形成四个共价键。通常与碳以共价键结合的原子有H、O、N和C本身。H有一个未共用电子，能与C形成一个共价键；有两个未共用电子，能形成两个共价键；N有三个未共用电子，能形成三个共价键。 在生物分子中，以共价键连接的碳原子可形成线型链、分支链和环形链，向这些碳架上加上其它原子基团如-OH、-NH2、-COOH、-CHO等叫官能团或功能基。这些官能团往往给予生物分子特定的化学反应。 具有共价键合碳架的分子称为有机化合物。 2、生物大分子及其构件 生物大分子：许多生物分子相对分子质量很大，是许多基本组成单位的多聚体，如多糖、蛋白质、核酸。生物大分子的基本组成单位，叫构件分子（或单体）。 如蛋白质构件分子为氨基酸； 核酸的构件分子为核苷酸； 多糖的构件分子为单糖； 脂质属于有机小分子,由脂肪酸、甘油和胆碱等组成，许多脂质分子可通过非共价键缔合成很大的聚集体——生物膜。 生物分子具有多样性，如大肠杆菌体内有蛋白质约3000种，人体内蛋白质约有10万种人体内的蛋白质没有一种与大肠杆菌的蛋白质完全一样，地球上的生物种类繁多，约有150万种，估计各种生物共含的蛋白质种类为1010~1012种，核酸约为1010种，但它们的构件分子都是相同的。 三、生物分子的三维结构 在生物分子中普遍存在着立体异构现象 （一）立体异构与构型 1、异构现象： 同分异构体，是指在两个或多个具有相同数目和种类的原子,具有相同相对分子质量但结构不同的化合物，同分异构主要有两种类型，一是结构异构，二是立体异构 结构异构，是指由于分子中原子连接的次序不同造成的。原子连接在一起的次序叫化合物的构造，用结构式表示。 立体异构，具有相同的结构式，但原子在空间的分布不同。原子在空间的相对分布或排列称为分子的构型，构型的改变会涉及共价键的断裂和重排。区分立体异构的差别需用立体模型、透视式或投影式。 立体异