临床医学八年制绪论-生物化学基础.ppt

第 一 章 生物化学基础 The Foundation of Biochemistry 第一节 化学基础 Chemical Foundation 一、化学是生命体的共同“语言” 蛋白质(protein)，可执行多种功能。 脂肪(triglyceride)含量因人而异。 膜脂(membrane lipids)和糖类(carbohydrates)是组织、细胞的重要结构成分。 葡萄糖和糖原是机体重要的产能物质。 成年人体内的主要化学组成 细胞外液和细胞内液离子组成明显不同 （二）生物体内的化学反应途径基本相同 所有生物体都含有蛋白质、脂类、糖类、核酸（DNA和RNA）和其它有机化合物（如维生素）等。这些化合物就是所谓的“生物分子”。 生物多样性：不同种类生物体的生物分子种类和含量不完全相同，这就是物种多样性的道理。 生物一致性： 尽管组成不同生物体的有机化合物不同，但这些有机化合物又都是由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）和其它一些化学元素组成的，它们在各种生物体内进行的化学反应途径基本上是一样的，即生命活动（新陈代谢、繁殖遗传）规律基本相同，体现了生命现象的一致性。 自然界生物的多样性和一致性通过基因组DNA实现了统一，生命活动的最根本物质——DNA是生命体的“共同语言”也得到了最充分的体现。 二、水是进行生物化学反应的基质 水是生命的介质。 水分子是极性分子。 水合作用：在盐的水溶液中，水分子的氢原子、氧原子分别与盐分子的阴离子(anion)、阳离子(cation)形成离子-双极键(ion-dipole interaction)，从而使离子总是处于水化膜的包围之中，这就是水合作用。 生物体内很多分子都有一定的功能基团，在一定条件下解离而带有电荷，因而它们均可与水分子发生水合作用。 水合作用强弱（即水化程度）对生物分子的各种理化性质、反应速度、功能影响很大。 而水环境，如pH、离子强度等又可对分子功能基团的解离产生影响。 （二）pK值是生物分子功能团的特征性常数 水的解离：水分子可以可逆地解离为水合质子（H3O+）和羟离子（OH–），水溶液中产生的质子浓度和羟离子浓度是一个常数，即（[H+] × [OH–] = 10–14 M2）。 释出质子者为“酸”，结合质子者为“碱”。 pK是该功能团解离常数KD的负对数。 pK值决定着带电基团的性质，它是生物分子的特征性常数。 （三）人体的体液是一个中性环境 人体的各部分体液大多维持近中性（pH在7.4左右），其稳定性依赖体内（in vivo）缓冲体系。 体外（in vitro）实验中常用的缓冲试剂： 三、活细胞内的生物分子很复杂 细胞内化学分子种类多，而且多数分子的质量很大，结构复杂。 生物分子内的各种原子由共价键（covalent bond）连接在一起； 但非共价键是维持生物大分子三维结构的主要化学键，也是生物分子-分子相互作用所必需的。 （二）生物分子的化学反应与能量转移偶联 构件分子与分子之间形成特殊的化学键联系，并伴有水的释放。这类反应称为缩合反应（condensation reaction）。反之，共价键可以裂解，并伴有加水反应，这类反应称为水解反应（hydrolysis）。 化学键形成的过程需要供能；化学键裂解的过程是产能过程； 与无机化学反应不同，生物化学合成消耗的是代谢能，通常为ATP，少数反应由GTP、UTP或CTP供能。 有些分子的化学键，如酯键、醚键、酰键和酰胺键含有较多能量。酐和硫酯键所含能量较大，因此它们是典型的富能键（energy-rich bond）。 （三）生物分子普遍存在同分异构体 与无机物相同，生物分子也有同分异构体（isomer）或同分异型物（isomeric form）。 二者不同的是，生物分子的同分异构体是在特异的酶催化下生成的。 2．几何异构体分子内具有钢性结构 分子内化学基团相对“钢性”结构组成部分排列不同的异构体称为几何异构体(geometric isomer)，又称非对映（立体）异构物(diastereomer)。 3．光学异构体具有“手性” 由结构组分按不同轮转方向围绕不对称碳原子所形成的异构物，类似于左、右手之间的差异，从而产生光学异构现象，这类化合物称为光学异构体（optical isomer）。这样产生的光学异构现象又称“手性”（chirality）。 （四）聚糖、蛋白质和核酸的结构蕴藏信息 聚糖类、蛋白质和核酸等生物大分子(macromolecule)具有信息功能，所以常将它们称为生物信息分子(informational biomolecule)。 在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白质和核酸。所以，蛋白质和核酸是生命活动的最重要物质基础。 生物信息大分子