河南工业大学生物化学考研-第01章-绪论

主讲教师：陈士华 email：chenshihua1yahoo.com.cn,生物化学Biochemistry,河南工业大学 生物工程学院 生物技术系,参考书目,参考书目： 生物化学教程 主编 王镜岩等 高等教育出版社出版 生物化学原理 主编 张楚富 高等教育出版社 生物化学教程 主编 张洪渊 四川大学出版社出版 生物化学 主编 古练权等，高等教育出版社出版,2000年 工具书:英汉/汉英生物化学词汇 沈昭文,沈仁权等,Chapter1 绪论,1.生物化学的概念 2.生物化学研究的对象和目的 3.生物化学研究的主要内容 4.生物体的化学组成 5.生物化学的应用 6.生物化学中的关键技术 7.生物化学重大发展年代表,1.生物化学的概念,（Biochemistry or Biological Chemistry） 生物化学的基本概念：生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。,细胞的结构和层次,环境前体,代谢中间物,构件分子,生物大分子,元素,细胞器,细胞,C H O N,H2O CO2 NH3,丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 柠檬酸,单糖 氨基酸 核苷酸 脂肪酸,多糖 蛋白质 核酸,酶复合体 核蛋白体,细胞核 线粒体 高尔基体,超分子复合体,细胞,活的有机体由无生命的分子所组成. 19世纪30年代，德国植物学家施莱登：植物体都是由细胞构成的。 德国动物学家施旺：动物也是由细胞构成的。 施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动物体内”,1.3.4 细胞的分类,根据生物的进化程度，细胞可以分为两大类： 原核细胞(Prokaryote cell) 真核细胞(Eukaryote cell),1.原核细胞,进化程度低 结构最简单。 细菌和蓝藻等。,原核细胞的结构,原核细胞的特点,外层是细胞壁和细胞膜（质膜）， 内部为细胞质。 细胞质的结构简单，无明显的细胞器 有原始的细胞核（无核膜和核仁） 有核糖核蛋白体。,2.真核细胞,高等植物和动物的基本组织单位。 外层为细胞膜（植物有细胞壁） 内部为细胞质和细胞核。,动物细胞的结构,植物细胞的结构,液泡,线粒体,叶绿体,粗面内质网,高尔基体,细胞的三维结构图形,内质网,线粒体,真核细胞的构成,细胞质复杂，有许多细胞器：细胞核、线粒体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等。 植物细胞有叶绿体和液泡。 细胞器具有不同的生物功能，彼此协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行。,2. 生物化学研究的对象和目的,生物化学研究的对象是生物有机体 生物化学的目的是在分子水平上阐明生物的结构与功能，揭示生命现象的本质，即无生命的生物分子如何相互作用而形成活的有机体,3. 生物化学研究的内容,生物分子的化学结构和空间构象 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,自然界所有的生命物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子。,4.生物体的化学组成,4.1水，生命之母,1.生物体中70以上为水。 2.水分子的极性使它成为不寻常的溶剂，与非极性物质的相遇产生了细胞生命的基本单位。 3.水分子与生物大分子之间形成氢键，维护它们的稳定性。 4.生物中的化学反应绝大部分在水中进行，因为有了水，才有了酸和碱。,水分子的极性,融点 沸点 蒸发热 mp bp v.h. H2O 0 100 540 cal/g CH3OH -98 65 263 cal/g,水分子氢键键能 水分子O-H键能,4.5 kcal/mol,110 kcal/mol,水分子的极性对其理化性质的影响,极性水分子作为溶剂的作用,有了水和油，才有了细胞,4.2生物体的元素组成,1.组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现 2.第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。 3.第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。 4.第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 5.第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。,4.3生物分子,生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。 生物分子的主要类型包括： 糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子以及它们的构件分子和代谢中间物。,生物体干重的90%以上由生物大分子构成 生物大分子是由其构件分子脱水后聚合在一起而形成的,核苷酸 氨基酸 单 糖,核酸 蛋白质 多糖,4.3.1.构件分子,五种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶 二十种 氨基酸 两种糖：葡萄糖、核糖 软脂酸、甘油、胆碱,4.3.2. 生物大分子基本特征,生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。 生物大分子具有如下特征：,（1）由结构比较简单的小分子结构单元分子所组成.,最重要的结构单元分子主要有以下几类:,构成蛋白质的结构单元分子,220种基本氨基酸,疏水性氨基酸,极性氨基酸,构成核酸的结构单元分子,构成脂的结构单元分子,甘油、脂肪酸和胆碱,构成糖的结构单元分子,单糖,（2）具有非常复杂的结构,生生物大分子的结构可分为两型种类： 生生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。,生物大分子的立体结构,生生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。,（3）生物分子的手性,构组成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。例如，构成蛋白质的氨基酸除了甘氨酸外都是 L型， 构成多糖的葡萄糖都是 D型。,甘油醛,5. 生物化学的应用,(1) 战胜生理疾病 疾病的诊断与病理分析、新药物的开发设计、各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等。 (2) 农业丰产 转基因技术进行育种、生物病虫害防止、利用代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品种的克隆技术。,(3) 生物工程技术与产品 生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域，同时应用生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。 (4) 其他 如DNA指纹技术,控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。(用之不慎后患无穷),6.生物化学中的关键技术,电泳（1923） 生物大分子的分离、分析 超离心（1925）蛋白质、细胞亚器官的分离；分子量的确定 同位素标记（1934）物质代谢途径、生物大分子结构测定 层析（1944 ） 生物大分子的分离纯化 X-光衍射、NMR（核磁共振）：生物大分子结构测定,1897年 Buchner 发现酵母细胞质能使糖发酵 1902年 Fischer 肽键理论 1926年 Sumner结晶得到了脲酶,证明酶就是蛋白质 1935年 Schneider将同位素应用于代谢的研究 1944年 Avery等人证明遗传信息在核酸上 1953年 Sanger的胰岛素氨基酸序列测定 Waston-Click提出DNA 双螺旋模型 1958年 Perutz等解明肌红蛋白的立体结构 1970年 Smith 发现了DNA限制性内切酶 1972年 DNA重组技术的建立 1978年 DNA双脱氧测序法的成功 1990年 人类基因组计划的实施,2001年完成,进入后基因组时代,7. 生物化学重大发展年代表,1. 生物化学的概念 2. 生物化学研究的对象和目的 3. 生命体的元素组成 4.生物化学研究的主要内容 5.真核细胞和原核细胞的组成及特点 6.生物分子,