生物化学导论

1、,环境优美，风景如画的武汉大学,生物化学课件 张楚富 武汉大学生命科学学院,本课件使用时应注意的事项： 1、本课件以生物化学原理(张楚富主编, 高 等教育出版社出版, 2003, 9)为蓝本，根据综 合性大学理科教学大纲要求制作而成。 2、本课件共分21章, 打开每章文件夹即可使用。 3、文中的图例及题例点击即可显出。 4、如有图例太小，可点击该章文件夹所附相应 图例，该图可放大或缩小。,生 物 化 学 生命科学是自然科学领域中最神圣、最神秘 的科学。 了解生命即是了解你自己。 生物化学即生命的化学，是运用化学的原理 解释生命的科学，是认识生命、了解生命的 基础。,学什么？ 学习基础知识和基本原理 学习科学思维 学习对知识的综合与分析 学习运用所学的知识科学地解答问题,生物化学,如何学？ 1、把前行课程的基础知识融合到生化学习中去； 2、把握每一章的基本内容，分析它们之间的关系是什么？ 3、学习如何分析章节与章节之间的关系，使学到的知识融合成为一个整体； 4、学习如何提出问题和解答问题，而这些问题又是如何把相关的书本知识串联起来，用于解答科学问题的； 5、学习如何从实验结果出发，运用所

2、学的知识进行科学的分析与归纳，从而得出科学结论。,教学有书： 张楚富：生物化学原理高等教育出版社，2003 参考书: 1. D.Voet et al, Fundamentals of Biochemistry,1999 2. R.H.Garrett ,et al.,Biochemistry, 1999 3. H.R.Horton, et al., Principles of Biochemistry, 2002 4.D.L.Nelson,M.M.Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 2000, 2006 5. R. H.Garrett ,et al., principles of Biochemistry, 2002 6. 张楚富：生物化学解题指导与测验 高等教育出版社，2004,Chapter 1 生物化学导论 本章应了解的主要内容： 1、生物化学研究的内容是什么？ 2、生命是什么； 3、生命是怎样构成的； 4、生物大分子为什么是有活性的； 5、生命存在的条件； 6、生命为什选择水。,一、生物化学研究的内容: 生物化学是研究生命分子和生

3、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命的科学。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。 生物化学的发展离不开研究生物分子及其反应的方法和技术。这些方法和技术的建立涉及化学、物理学以及生物学的原理；要学会科学的分析所获得的实验数据，从而得出正确的结论。,二、生命是什么？ 生命是由分子以适当的数目和方式构成的。 它们能生长、运动，能完成难以置信的代谢反应，能对环境的刺激作出应答以及能准确地进行自我复制，繁衍后代。 生命系统能是一个开放的系统，能活跃地与环境进行物质交换和能量交换。 尽管生物存在着多样性，生物的结构和维持生命所必需的机制极其复杂，但是生命的活动最终是可以用化学的原理来解释的。,三、生命是怎样构成的？ 1、生物分子是含碳的化合物（图1-1）。 碳的共价键有两个特别值得注意的性质：一是碳与自身形成共价键的能力，另一个是被键合碳原子周围的四个共价键的四面体性质。这两种性质对于碳所形成的线性、分支以及环状的化合物的多样性是极

4、为重要的。这种多样性可因N、O和H原子的参与而进一步扩大。,2、生物分子是分级的 代谢物和大分子（图1-2） 细胞器：(图) 膜(图) 细胞是生命的基本单位（图）,四、生物分子为什么是有活性的？ 1、生物大分子和它们的构件具有方向性 （图13）。 2、生物大分子是信息分子 生物大分子和它的组成元件具有感应，只要构件单位具有多样性以及它们的次序不是过分重复，它们的线性序列就应含有潜在的特定信息(图)。,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(图)。,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，是维持生物大分子特有结构的主要作用力。非共价作用力是弱的作用力，包括氢键、离子键(图)、范德华力和疏水相互作用。,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。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

5、是生物分子识别的基本要素（图）.,五、生命存在的条件 生物分子的识别（即生命的活动或相互作用）是由非共价的相互作用力介导的，而这种力是很弱的。 弱的作用力把生物的生存限制在一个窄小范围的环境条件中，这就要求有适当的温度、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。,六、生命为什么选择水？ 水是生命所必需的。生物之所以选择水，是因为它的普遍存在以及它具有许多特有的性质。水起着生命的介质和连续统一体的作用。一般说来，生物体重量的7090%是水。实际上，正常的代谢活动只有当细胞含有65%以上的水时才能进行。,1、水的特殊结构与氢键的产生 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1-4）。水分子的这种“弯曲”结构对于它的性质是极为重要的。在这种弯曲构型中，具有电负性的氧原子和两个氢原子形成偶极，从而使分子呈现不同的极，而且这种结构非常适合氢键的形成(图1-4)。,2、水在生物化学中的重要性 在生物化学中，水存在的意义是： 几乎所有生物分子随环境中水的物理和化学性

6、质的改变而呈现它们的形态。 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。 水本身活跃地参与许多化学反应，水的离子化组分（H和OH）往往作为真正的反应物参与反应；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。,水的氧化产生的分子氧（O2）是通过光合作用完成的。 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。 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（光合磷酸化和氧化磷酸化）所必需的能化状态。,七、水的溶剂特性 疏水相互作用 中极两性分子与水的关系（膜的形成） 溶质对水的性质的影响 水的离子化和pH 酸-碱化学 缓冲系统,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,(a) The antigen on the right (green) is a small protein, lysozyme, from hen egg white. The part of the antibody molecule (IgG) shown on the left in blue and yellow includes the antigen-binding domain. (b) This domain has a pocket that is structurally complementary to a surface protuberance (Gln121, shown in red between antigen and antigen-binding domain) on the antigen.,

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