緒論生物化學省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

Biochemistry生物化學

主講教師：谷娜第1頁第一章緒論Introduction第2頁主要內(nèi)容一、生物化學是“什么”？二、學“什么”？三、為何學？四、怎么學習？第3頁一、生物化學是“什么”？簡單說，生物化學是生命化學。生物化學主要是應(yīng)用化學理論和方法來研究生命現(xiàn)象,在分子水平解釋和說明生命現(xiàn)象化學本質(zhì)。第4頁不一樣生物，其形態(tài)、生理特征和對環(huán)境適應(yīng)能力各不相同，生命現(xiàn)象：都經(jīng)歷著生長、發(fā)育、衰老、死亡改變，都含有繁殖后代能力。生物包含：微生物、動物、人藻類、植物生物化學研究主要對象-生命第5頁生命組成19世紀30年代，德國植物學家施萊登首先指出，全部植物體都是由細胞組成。他這個觀點被德國動物學家施旺在動物組織和細胞研究中證實，全部動物也是由細胞組成。施旺指出：“細胞是有機體，整個動物或植物體乃是細胞集合體。它們依照一定規(guī)律排列在動物體內(nèi)?！痹诖嘶A(chǔ)上他們創(chuàng)建了細胞學說。第6頁細胞學說（1847）SchleidenSchwann第7頁生命定義生命根本特征是什么？千百年來，人們以許多不一樣觀點闡述自己對此看法。19世紀下半葉，恩格斯對生命下了一個定義：“生命是蛋白體存在方式，這個存在方式基本原因在于和它周圍外部自然界不停地新陳代謝，而且這種新陳代謝一停頓，生命就隨之停頓，結(jié)果便是蛋白質(zhì)分解?！倍鞲袼股x在一定程度上揭示了生命物質(zhì)基礎(chǔ)，即含有新陳代謝功效蛋白體。第8頁生命是一個極難下定義

（1）生理學定義比如把生命定義為含有進食、代謝、排泄、呼吸、運動、生長、生殖和反應(yīng)性等功效系統(tǒng)。但一些細菌卻不呼吸。（2）新陳代謝定義生命系統(tǒng)含有界面，與外界經(jīng)常交換物質(zhì)但不改變其本身性質(zhì)。（3）生物化學定義生命系統(tǒng)包含儲備遺傳信息核酸和調(diào)整代謝酶蛋白。不過已知某種病毒樣生物卻無核酸。（4）遺傳學定義經(jīng)過基因復(fù)制、突變和自然選擇而進化系統(tǒng)。（5）熱力學定義生命是個開放系統(tǒng)，它經(jīng)過能量流動和物質(zhì)循環(huán)而不停增加內(nèi)部秩序。第9頁研究內(nèi)容生物現(xiàn)象共同基礎(chǔ)和標準共同點：化學組成（1）生物分子化學組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；（2）生物分子功效、改變規(guī)律（生長、生殖、代謝、運動等）與生命現(xiàn)象關(guān)系。（3）生物分子在生物機體中相互作用及改變規(guī)律；第10頁我們吃食物動物冬眠一個受精卵怎樣發(fā)育成一個嬰兒？雞蛋孵化小雞過程吃什么補什么肥胖問題第11頁研究內(nèi)容主要生命現(xiàn)象化學本質(zhì)（1）遺傳化學本質(zhì)“種瓜得瓜，種豆得豆”（2）酶作用化學本質(zhì)（3）能量轉(zhuǎn)化化學本質(zhì)一輛汽車怎樣行使開動？一個正常人靠什么生存下去？植物靠什么來生存？第12頁

生物化學內(nèi)容碩士物體內(nèi)各種化合物結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)和功效（主要有糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素和激素）研究組成生物體基本物質(zhì)在生命活動中進行化學改變，即新陳代謝及代謝過程中能量轉(zhuǎn)換和調(diào)整靜態(tài)生物化學動態(tài)生物化學第13頁代謝與能量糖類化學脂類化學蛋白質(zhì)化學核酸化學酶學靜態(tài)生物化學動態(tài)生物化學糖類代謝脂類代謝蛋白質(zhì)代謝核酸代謝代謝調(diào)整蛋白質(zhì)降解氨基酸代謝蛋白質(zhì)生物合成核酸降解核苷酸代謝核酸生物合成第14頁綠色植物光合作用光合作用：在各種酶催化下，綠色植物吸收太陽光能，把CO2和H2O合成有機物，同時釋放氧氣過程。

CO2+H2OO2第15頁綠葉中光合作用第16頁

1、加酶洗衣粉:利用酶催化原理，蛋白質(zhì)水解酶能夠洗去衣服上血跡等蛋白類污跡。Ps:這個可不是插入廣告哦！生活中生物化學第17頁2、農(nóng)藥除害蟲：利用蛋白質(zhì)變性原理除害蟲。這是因為農(nóng)藥物理和化學原因使害蟲體內(nèi)蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象發(fā)生改變或破壞，造成其生物活性喪失活性和和一些理化性質(zhì)改變，將害蟲致死.即使現(xiàn)在大力提倡綠色蔬菜，不過農(nóng)藥也是必不可少。農(nóng)民們可是很需要它們！3、食物烹飪4.殺菌第18頁3、食物烹飪4.殺菌第19頁生物化學任務(wù)是：闡述組成生物體基本物質(zhì)（生物大分子--糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸）結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在生命活動（如生長、生殖、代謝、運動等）過程中改變規(guī)律（物質(zhì)代謝和能量代謝）。第20頁二、生物化學與當代化學1、生物化學與化學關(guān)系生物化學是在有機化學（Organicchemistry)和生理學(Biophysiology)基礎(chǔ)上發(fā)展起來.第21頁化學有機化學物理化學無機化學分析化學高分子化學第22頁生物學動物學植物學微生物學化學生物學生物化學第23頁人類渴望了解生命本質(zhì)和怎樣對它進行保護，因為出生、成長、繁衍、老化、突變和死亡等全部生命過程都是化學分子相互作用和改變表現(xiàn)，因而人類要最終了解生命必須先了解其分子本性?；瘜W主要是在分子與原子水平上研究物質(zhì)改變和反應(yīng)規(guī)律、結(jié)構(gòu)和各種性質(zhì)之間相互關(guān)系，以及物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和包含物理性質(zhì)、生物活性等在內(nèi)性質(zhì)。第24頁分離生命現(xiàn)象生化組分分析1、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2、功效3、代謝及其細胞調(diào)控改造、利用第25頁化學家參加生命科學研究主要武器：在理論上:分子微觀結(jié)構(gòu)概念和鍵力、非鍵力相互作用，化學反應(yīng)動力學與機理等；在試驗上:分離、成份與分子結(jié)構(gòu)分析，合成與模擬，反應(yīng)速度與過程測定等。

第26頁生命現(xiàn)象化學機理生命過程包含許多化學反應(yīng)，所以生命活動過程，能夠用也必須用化學過程來了解。三、為何學習生物化學第27頁19德國CarlNeuberg首次使用Biochemistry這一名詞，生物化學才成為一門獨立學科，在此之前，分別由有機化學和生理學分別研究。（一）生物化學發(fā)展簡史在化學及生物學發(fā)展影響之下，生物化學在十八世紀開始萌芽，十九世紀初步發(fā)展，在二十世紀早期成為一門獨立學科，最初稱為生理化學。第28頁1、靜態(tài)生物化課時期（1920年以前）研究內(nèi)容以分析生物體內(nèi)物質(zhì)化學組成、性質(zhì)和含量為主

2、動態(tài)生物化課時期（1950年以前）物質(zhì)代謝路徑及動態(tài)平衡、能量轉(zhuǎn)化，光合作用、生物氧化、糖分解和合成代謝、蛋白質(zhì)合成、核酸遺傳功效、酶、維生素、激素、抗生素等代謝3．機能生物化課時期（1950年以后）生命本質(zhì)和奧秘：運動、神經(jīng)、內(nèi)分泌、生長、發(fā)育、繁殖等分子機理第29頁

1937年，英國生物化學家克雷布斯（Krebs）發(fā)覺三羧酸循環(huán)獲1953年諾貝爾生理學獎。

1953年，沃森—克里克（Watson—Crick）確定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾生理、醫(yī)學獎。

1955年，英國生物化學家桑格爾（Sanger）確定牛胰島素結(jié)構(gòu)，獲1958年諾貝爾化學獎。

1980年，桑格爾和吉爾伯特（Gilbet）設(shè)計出測定DNA序列得方法，獲1980年諾貝爾化學獎。主要成就第30頁1984年，化學獎，BruceMerrifield（美國），建立和發(fā)展蛋白質(zhì)化學合成方法。1997年,paulD.Boyer（美）等，說明ATP酶促成機制化學獎1998年ROLertF.furchgott（美國）等，發(fā)覺NO是心血管系統(tǒng)信號分子生理醫(yī)學獎

第31頁吳憲教授在世界上首先提出蛋白質(zhì)變性理論生物物理所鄒承魯、梁棟才院士與上海生化所王應(yīng)萊、曹天欽等院士、北京大學化學系邢其毅、有機化學所汪猷等教授1965年率先用化學方法合成了牛結(jié)晶胰島素。這是世界上公認第一個含有全部生物活性蛋白質(zhì)人工合成。我國在生化方面取得主要成就第32頁（二）生化課主要性1.國際形勢<1>.著名大學（哈佛、麻省、斯坦佛等）文理皆必修生化。<2>.人體基因工程計劃：上個世紀三個計劃：曼哈頓、阿波羅、人體基因工程：人類23對染色體測序，幾十萬個基因，基因改造。<3>.諾貝爾獎分布：化學，醫(yī)學生理學領(lǐng)域不說獨占鰲頭也是多搶多占，如蛋白質(zhì)螺旋和折迭（化學）、G蛋白、第二信使學說三代科學家三次獲獎，光合作用機制，更不要說核酸領(lǐng)域了（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制等中心法則中內(nèi)容）第33頁2.國內(nèi)形勢許多有識之士已經(jīng)看到了生化光芒前景，紛紛搶占這塊寶地，生化工業(yè)也在艱難條件下起步并有蓬勃發(fā)展之勢。第34頁第35頁

人口與糧食健康與疾病環(huán)境與生態(tài)能源與資源人類面臨最重大問題和挑戰(zhàn)第36頁第37頁第38頁第39頁第40頁第41頁四、怎樣學生物化學？1、生化課程特點：內(nèi)容分布（靜態(tài)生化、動態(tài)生化）特點：概念性描述性內(nèi)容居多，極少有推導(dǎo)性或計算性內(nèi)容，所以，它不一樣于理科而更近似于文科，記憶東西多，巧妙記憶成為學好生化一個主要方法。第42頁2、怎樣學學習與安排內(nèi)容多復(fù)雜而繁瑣按生物分子功效分類（不一樣于化學結(jié)構(gòu)和官能團分類）理論性強、概念多且前后交織

興趣是最好老師隨時消化／溫故知新及時總結(jié)歸納／比較分類了解基礎(chǔ)上必要記憶第43頁

經(jīng)過學習《生物化學》課程不但要學到課程全部內(nèi)容，更主要是要學到怎樣獲取知識方法

到達目標成績評定

平時成績20%（課堂出勤+回答下列問題+作業(yè)）期末考試成績80%（閉卷）

第44頁六、使用教材及參考書使用教材：生物化學（第二版）古練權(quán)，高等教育出版社出版，年教材特點1）針對化學專業(yè)生物化學，輕易，需要補充

2）從化學角度出發(fā)第45頁參考書目生物化學主編張洪淵四川大學出版社出版簡明生物化學主編吳賽玉中國科技大學出版社生物化學主編沈同王鏡巖高等教育出版社第46頁生物體化學組成自然界全部生命物體都由三類物質(zhì)組成:水、無機離子和生物分子。第47頁生命體元素組成組成生命體物質(zhì)是極其復(fù)雜。但在地球上存在92種天然元素中，只有30種元素在生物體內(nèi)被發(fā)覺第一類元素：包含C、H、O和N四種元素，是組成生命體最基本元素。這四種元素約占了生物體總質(zhì)量99%以上。第二類元素：包含S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。這類元素也是組成生命體基本元素。第三類元素：包含F(xiàn)e、Cu、Co、Mn和Zn。是生物體內(nèi)存在主要少許元素。第四類元素：包含Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Ni、Se、Si、V、W。第48頁五、生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功效基礎(chǔ)，是生物化學研究基本對象。生物分子主要類型包含：糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。第49頁生物大分子基本特征生物分子中最主要是糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量普通都很大，所以又稱為生物大分子。生物大分子含有以下特征：（1）由結(jié)構(gòu)比較簡單小分子

結(jié)構(gòu)單元分子所組成。

（2）含有非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)。（3）生物分子普通含有手性。第50頁（1）由結(jié)構(gòu)比較簡單小分子

結(jié)構(gòu)單元分子所組成。最主要結(jié)構(gòu)單元分子主要有以下幾類:第51頁組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元分子20種基本氨基酸第52頁疏水性氨基酸第53頁特殊氨基酸第54頁極性氨基酸第55頁組成核酸結(jié)構(gòu)單元分子糖核苷三磷酸堿基第56頁組成脂結(jié)構(gòu)單元分子

甘油、脂肪酸和膽堿第57頁組成糖結(jié)構(gòu)單元分子單糖第58頁（2）含有非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)生物大分子結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：生物大分子一級結(jié)構(gòu)：組成生物分子結(jié)構(gòu)單元分子按不一樣排列組合，形成數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜線性分子或環(huán)狀分子。通常將只包括結(jié)構(gòu)單元排列次序結(jié)構(gòu)類型稱為一級結(jié)構(gòu)。第59頁生物大分子立體結(jié)構(gòu)生物大分子在線性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，經(jīng)過分子內(nèi)或分子之間基團（包含極性、非極性和帶電荷基團）相互作用，能夠深入形成非常復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)。比如盤繞成螺旋形，折疊成片層狀。有以線狀存在，而有則形成球狀等。木瓜蛋白酶組織蛋白酶第60頁溶菌酶分子結(jié)構(gòu)第61頁（3）生物分子手性組成生物大分子結(jié)構(gòu)單元分子大多數(shù)都是手性分子。比如，組成蛋白質(zhì)氨基酸都是L－型組成多糖葡萄糖都是D－型。第62頁鏡平面對映體

A對映體

B

一個碳原子四個價鍵分別與不一樣原子或基團相連,原子稱為手性,生物分子皆含有手性。手性第63頁

一個碳原子與a1,a2,b和d相連，其中a1和a2相同，非水性分子，當一個a被另一個原子或基團e取代，就變成手性，這么分子是前手性分子。（假設(shè)e>d>b>a）前手性第64頁

乙醇分子亞甲基連接基團：甲基，羥基，兩個氫原子，一個氫原子被氘取代，即變成手性，這種氫原子為前手性氫原子。標識方法：氫原子被氘取代得到R構(gòu)型，成為前手性R-H（pro-R-H或HR）若得到S構(gòu)型產(chǎn)物，則稱為前手性S-H（pro-S-H或Hs）前手性氫原子第65頁Sp2雜化碳原子化合物，雙鍵上兩個面是等同，從不一樣面加入原子或基團，產(chǎn)生不一樣手性分子。

雙鍵兩個面稱為前手性面?；鶊F由大到小，順時針——re-面，逆時針——si面前手性面第66頁

生物分子手性環(huán)境對前手性分子影響pro-S與pro-R反應(yīng)性能不一樣第67頁六、生物分子相互作用氫鍵：氧原子或氮原子與氫原子之間形成。第68頁六、生物分子相互作用含有較大鍵能(16.7-33.6KJ.mol-1),是生物體系中最強非共價作用力之一。第69頁六、生物分子相互作用正負離子之間靜電引力第70頁六、生物分子相互作用離域間π電子重合作用力生物大分子中含有芳香性基團，離域π電子相互靠近，產(chǎn)生特殊π電子相互作用，π-π堆積作用，平行方式靠近，才能發(fā)揮相互作用。第71頁六、生物分子相互作用疏水鍵非極性基團在水溶液中締合趨勢。范德華力（又稱分子作用力）產(chǎn)生于分子或原子之間靜電相互作用，與分子或原子之間距離相關(guān)。第72頁分子識別分子識別是生命現(xiàn)象中一個主要特征。本質(zhì)上是生物分子之間一個特殊、專一相互作用結(jié)果。受體——底物（酶，藥品分子專一性）第73頁大小和形狀適當

基團之間存在相互作用力第74頁超分子生物超分子，又稱為生物分子復(fù)合物，是生物分子相互作用和識別一個特殊中間過程，是許多生命現(xiàn)象必需階段。

第75頁七、生物體內(nèi)水第76頁七、生物體內(nèi)水水分子結(jié)構(gòu)：第77頁水分子特征形成氫鍵：與溶液中電負性原子（氧和氮）形成氫鍵。第78頁水分子特征水化作用：第79頁水分子特征疏水締合作用：非極性分子或基團在水溶液中不能溶解，在水分子作用下，有締合在一起趨勢。兩親分子：形成親水區(qū)和疏水區(qū)。穩(wěn)定生物大分子構(gòu)象及其立體結(jié)構(gòu)。第80頁水分子特征親核作用：水分子中氧原子含有未配對電子，含有親核性能。但在生理條件下（pH=7），水親核性能弱，需要催化劑和酶催化第81頁第82頁七、生物體內(nèi)水水在生物體功效主要表現(xiàn)在兩個方面：一是作為營養(yǎng)傳輸、酶催化各種反應(yīng)和生物能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)二是影響生物分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功效第83頁緩沖溶液及生物體緩沖體系1．緩沖溶液緩沖溶液是一個特殊水溶液系統(tǒng)。當少許酸（H+）或堿(OH-)加入到緩沖溶液中時，溶液pH改變很小。緩沖溶液系統(tǒng)由弱酸（H+供體）和它共軛堿（H+受體）組成。第84頁緩沖溶液及生物體緩沖體系比如，等摩爾醋酸（弱酸）和醋酸離子（共軛堿）混合物水溶液是經(jīng)典緩沖溶液。不一樣緩沖溶液體系有不一樣緩沖區(qū)。CH3COOH/CH3COO-

溶液緩沖區(qū)在pH4.76

1(pKa=4.76)H2PO4-/HPO42-

溶液緩沖區(qū)在pH6.68

1(pKa=6.68)；NH4+/NH3

溶液緩沖區(qū)在pH9.25

1(pKa=9.25)。第85頁第86頁第87頁緩沖溶液濃度與pH關(guān)系緩沖溶液濃度（弱酸和它共軛堿濃度）與溶液pH以及弱酸pKa定量關(guān)系能夠用方程來描述。此式即為Henderson-Hasselbalch方程。第88頁Henderson-Hasselbalch

方程意義

定量描述了緩沖溶液濃度(HA和A-)與pH及pKa

關(guān)系。

在滴定中點時，因為[HA]=[A-]，方程可寫成：pH=pKa+log1=pKa+0=pKa