《生物化学》教材教学稿件.ppt

生 物 化 学; Chapter 1 生物化学导论 生物化学是研究生命分子和生命化学反应的科学，是运用化学的原理在分子水平上解释生物学的科学。它的主要研究范围包括这样几个方面：生物分子的化学结构和三维构象；生物分子的相互作用；生物分子的合成与降解；能量的保存与利用；生物分子的组装和协调；遗传信息的贮存、传递和表达。 ? Section 1 生命、细胞和生物分子 分子是无生命的, 然而分子却可以以适当的数目和方式构成生命。生命系统因有其特殊性质而与非生命系统不同。它们能生长、运动，能完成难以置信的代谢化学反应，能对环境的刺激作出应答以及能准确地进行自我复制。尽管生命存在着惊人的多样性、存在着生物结构和维持生命必需的机制的复杂性，但是生命的功能最终是可以用化学的原理来解释的。 ;三、生物分子的特性反映它们对生命状态的适应 1、生物大分子和它们的构件具有方向性 　　生物大分子是由单位元件构筑而成的。蛋白质由氨基酸构成，核酸由核苷酸构成，多糖由单糖构成。这些构件分子是有极性的，即它们是不对称的。因此，从某种意义上说,它们是有“头”和有“尾”的。当这些构件分子组成生物大分子时，它们头-尾连结。于是，生物大分子聚合体也将是有头有尾的。因此，它们的结构应该是有“感应”（sense）的或者说是有方向的（图1－3）。 2、生物大分子是信息分子 　由于生物大分子对它们的结构及其组成元件具有感应，因此，只要构件单位的多样性或次序不是过分筒单或重复，它们的线性顺序就应含有特定信息的潜在能力。蛋白质和核酸的构件单位是以非显著重复方式排列的，它们的顺序是独特的。当把组成它们的构件单位以字母排列时，可以组成有意义的词语，然而并非所有生物大分子都含有信息。多糖往往由相同的单糖单位一次又一次地重复排列构成。这类同聚多糖不可能含有什么信息。 ; 3、生物大分子具有特征性的三维结构 任何一种分子结构都是独特的，并具有可区别的特有的性质。生物大分子，尤其是蛋白质，分子结构已经达到了其复杂性的极点。 4、非共价作用力维持生物大分子的结构 共价键把原子结合在一起形成分子，非共价作用力是分子内或分子间的原子之间的吸引。非共价作用力是弱的作用力，包括氢键、离子键、范德华力和疏水相互作用。这些作用力一般介于4–30 kJ·mol-1范围。 5、结构互补性决定生物分子的相互作用 结构互补性是生物分子间识别的手段。生命的复杂而高度组织化的型式取决于生物分子彼此识别和相互作用的能力。如果一种分子的结构与另一种分子的结构是互补的，例如某种酶与它的专一性底物分子，那么这两种分子之间的相互作用就能准确地实现。结构互补性的原理是生物分子识别的基本要素. ;6、生物分子的的识别是由弱的相互作用力介导的 通过结构互补性所发生的生物分子识别事件是由前面所述的弱的非共价键作用力介导的。 7、弱的作用力把生物限制在一个窄范围环境条件中 生物大分子仅在窄的环境条件下(例如温度、离子强度以及酸-碱度等)才有功能上的活性。极端条件将破坏维持大分子复杂结构所必需的弱的作用力。这些复杂大分子的有序结构的丧失(也就是变性)伴随着功能的消失。 ; Section 2 水 在生物化学中，水存在的意义是显而易见的：①几乎所有生物分子随环境中水的物理和化学性质而呈现它们的形态。②大多数生物化学反应的介质是水,代谢反应的反应物和产物在细胞范围内和细胞间运输都依赖于水。③水本身活跃地参与支撑许多化学反应，水的离子化组分(H＋和OH－)往往作为真正的反应物参与反应。事实上，生物分子的许多功能基团的反应性取决于环境介质中的H＋和OH－的相对浓度。④水的氧化产生的分子氧(O2)是通过光合作用完成的。⑤水的离子化产物(H＋和OH－)是蛋白质、核酸以及膜的结构与功能的关键决定者。⑥在膜的内外两侧的氢离子浓度的差异代表了能量转化的生物学机制所必需的能化状态。 ;一、水的结构 单个水分子的两个氢原子共价地与氧原子结合，呈现一种非线性排列（图1－4a,b）。水的氢键形成具有协同的性质。这就是说，作为受体的氢键结合的水分子是一种比未键合的水分子更好的氢键供体。（同样，作为氢键供体的氢键结合的水分子也是一种更好的氢键受体）。因此，水分子之间氢键的形成有一种彼此支援的现象。 1、冰的结构 在普通的冰中（它是水的一般晶体形式），每个水分子都有四个以氢键结合的最邻近者(图1－5 )在冰结构中，每个氢原子都与邻近的水分子的氧原子形成氢键，而氧原子作为氢键的受体能与来自两个不同水分子的氢原子形成氢键