《南京農(nóng)業(yè)大學生物化學課件導論》

南京農(nóng)業(yè)大學生物化學課件導論歡迎來到南京農(nóng)業(yè)大學生物化學課程！課程簡介：生物化學的重要性生命的基石生物化學揭示了生命現(xiàn)象的化學本質(zhì)，為理解生命過程提供了基礎。它研究了生物體內(nèi)各種化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能，以及它們之間的相互作用。醫(yī)學與農(nóng)業(yè)的橋梁生物化學在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境等領域有著廣泛的應用。例如，藥物研發(fā)、疾病診斷、基因工程、農(nóng)業(yè)育種等都離不開生物化學知識。課程目標：掌握生物化學基礎知識1深入理解生命物質(zhì)的基本組成和結(jié)構(gòu)。2掌握生物化學反應的基本原理和過程。3了解主要代謝途徑，以及代謝調(diào)節(jié)機制。4熟悉生物化學研究方法，并能運用相關知識解決實際問題。教材與參考書主要教材《生物化學》第五版，王鏡巖等編著，高等教育出版社參考書《生物化學》（原書第7版），沃特森等編著，科學出版社網(wǎng)絡資源NCBI、PubMed、ScienceDirect等考核方式與評分標準平時成績：課堂討論、作業(yè)、實驗報告（占30%）期末考試：閉卷考試，考查對生物化學基本理論和知識的掌握程度（占70%）緒論：生命的化學基礎1生物化學研究的對象是生命體，即各種生物，包括植物、動物、微生物等。2生物化學的基本原理是化學，即研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律。3生命體是由各種化學物質(zhì)組成的，這些化學物質(zhì)在生命活動中起著重要的作用。水的特性與生物學意義水是生命體中含量最多的物質(zhì)，約占人體體重的60%。水的特性包括極性、高比熱容、高表面張力等，這些特性決定了水在生命活動中的重要作用。水作為溶劑，參與了生物體內(nèi)的各種化學反應，并起著重要的運輸作用。酸堿平衡與緩沖系統(tǒng)酸堿平衡生物體內(nèi)的pH值必須保持相對穩(wěn)定，才能保證生命活動正常進行。1緩沖系統(tǒng)緩沖系統(tǒng)能夠抵抗酸堿的突然變化，維持體內(nèi)pH值的穩(wěn)定。2重要意義酸堿平衡和緩沖系統(tǒng)對于維持生命活動至關重要，一旦失衡，將導致疾病甚至死亡。3生物分子的組成元素1主要元素碳、氫、氧、氮是生物體內(nèi)含量最多的元素，構(gòu)成生物大分子的基本骨架。2微量元素磷、硫、鈉、鉀、鈣、鎂等元素在生物體內(nèi)的含量較少，但對生命活動也至關重要。3超微量元素鐵、銅、鋅、錳、鉬、鈷等元素含量極少，但參與了重要的生理過程。碳水化合物：單糖、二糖、多糖1單糖最簡單的碳水化合物，例如葡萄糖、果糖、半乳糖等，不能再水解成更簡單的糖。2二糖由兩個單糖分子脫水縮合而成，例如蔗糖、麥芽糖、乳糖等。3多糖由多個單糖分子通過糖苷鍵連接而成的聚合物，例如淀粉、纖維素、糖原等。碳水化合物的生物學功能能量來源碳水化合物是生物體重要的能量來源，例如葡萄糖是大多數(shù)生物細胞的主要能量來源。結(jié)構(gòu)物質(zhì)纖維素是植物細胞壁的主要成分，糖原是動物細胞的儲能物質(zhì)。其他功能碳水化合物還參與了細胞識別、信號傳遞、免疫調(diào)節(jié)等重要的生理過程。脂類：脂肪、磷脂、類固醇脂肪由甘油和脂肪酸組成的酯類，是生物體內(nèi)主要的儲能物質(zhì)。磷脂含有磷酸基團的脂類，是生物膜的重要組成成分。類固醇具有四環(huán)結(jié)構(gòu)的脂類，例如膽固醇、性激素等。脂類的生物學功能1儲能脂肪是生物體內(nèi)主要的儲能物質(zhì)，其能量密度比碳水化合物高。2結(jié)構(gòu)物質(zhì)磷脂是生物膜的重要組成成分，參與了細胞的結(jié)構(gòu)和功能。3調(diào)節(jié)作用類固醇激素參與了生物體的生長發(fā)育、生殖、免疫等生理過程。蛋白質(zhì)：氨基酸的結(jié)構(gòu)必需氨基酸非必需氨基酸蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單元。氨基酸的結(jié)構(gòu)包括一個氨基、一個羧基和一個側(cè)鏈基團。肽鍵的形成氨基酸肽鍵肽鍵是氨基酸之間通過脫水縮合形成的化學鍵，連接了氨基酸形成肽鏈。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)1蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎。2一級結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級、三級和四級結(jié)構(gòu)，以及蛋白質(zhì)的功能。3蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)可以通過氨基酸測序技術(shù)確定。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指肽鏈局部區(qū)域內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)，主要是指α-螺旋和β-折疊。α-螺旋是由肽鏈盤旋而成的螺旋狀結(jié)構(gòu)，β-折疊是由肽鏈折疊成片狀結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)的形成是由肽鍵中的氫鍵維持的。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指一條肽鏈的完整空間結(jié)構(gòu)，是由各種作用力共同維持的。1作用力這些作用力包括氫鍵、離子鍵、疏水作用力、范德華力等。2功能三級結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的生物學功能，例如酶的活性中心、抗體的結(jié)合位點等。3蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1亞基由多個具有獨立三級結(jié)構(gòu)的肽鏈組成的蛋白質(zhì)。2空間結(jié)構(gòu)亞基之間通過非共價鍵相互作用，形成特定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)。3功能四級結(jié)構(gòu)的形成使蛋白質(zhì)具有更復雜的功能，例如血紅蛋白的氧氣結(jié)合功能。蛋白質(zhì)的性質(zhì)1溶解性蛋白質(zhì)的溶解性受其結(jié)構(gòu)、環(huán)境pH值、鹽濃度等因素的影響。2變性蛋白質(zhì)在高溫、強酸、強堿、重金屬離子等條件下會發(fā)生變性，失去生物活性。3功能多樣性蛋白質(zhì)具有多種多樣的生物學功能，例如催化、運輸、結(jié)構(gòu)、免疫等。核酸：核苷酸的組成核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸是由含氮堿基、戊糖和磷酸基團組成的。含氮堿基包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。戊糖包括核糖和脫氧核糖。DNA的結(jié)構(gòu)1雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈通過氫鍵連接。2堿基配對DNA中堿基配對遵循堿基互補原則：A與T配對，G與C配對。3遺傳信息載體DNA是生物遺傳信息的載體，其序列包含了生物體所有的遺傳信息。RNA的結(jié)構(gòu)核酸的生物學功能遺傳信息儲存DNA是生物遺傳信息的載體，儲存了生物體所有的遺傳信息。遺傳信息傳遞RNA參與了遺傳信息的傳遞，將DNA上的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成場所。蛋白質(zhì)合成RNA參與了蛋白質(zhì)的合成，將遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)。酶：酶的概念與本質(zhì)1酶是生物體內(nèi)催化化學反應的生物催化劑，絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)。2酶具有高度的專一性，只能催化特定的反應或特定類型的底物。3酶可以降低反應的活化能，加速反應速率，但本身不參與反應。酶的分類與命名酶按照催化的反應類型進行分類，共分為六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、合成酶。酶的命名通常以其作用的底物、催化的反應類型或其他特征來命名，例如，乳酸脫氫酶、DNA聚合酶等。酶的作用機制酶-底物復合物酶與底物結(jié)合形成酶-底物復合物，從而降低反應的活化能。1過渡態(tài)酶將底物引導到反應的過渡態(tài)，從而加速反應速率。2產(chǎn)物生成酶-底物復合物分解，生成反應產(chǎn)物，酶恢復原來的狀態(tài)。3酶的活性中心1活性中心酶分子中與底物結(jié)合并催化反應的特定區(qū)域。2結(jié)合位點活性中心中與底物結(jié)合的位點，通過非共價鍵與底物結(jié)合。3催化位點活性中心中催化底物發(fā)生化學反應的位點。酶的輔酶與輔基1輔酶非蛋白質(zhì)的有機小分子，與酶蛋白結(jié)合后，才能發(fā)揮酶的催化活性。2輔基與酶蛋白結(jié)合較緊密的非蛋白質(zhì)成分，是酶的活性必需的組成部分。3作用輔酶和輔基可以傳遞電子、原子或基團，參與酶的催化反應。酶的活性調(diào)節(jié)反饋抑制反應的最終產(chǎn)物可以抑制催化該反應的酶的活性，從而調(diào)節(jié)代謝途徑的平衡。酶的修飾通過磷酸化、去磷酸化、乙?；刃揎椃绞秸{(diào)節(jié)酶的活性。酶的合成與降解通過調(diào)節(jié)酶的合成和降解速度，調(diào)節(jié)酶的活性。酶的抑制作用1可逆抑制抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的，可以解除抑制。2不可逆抑制抑制劑與酶的結(jié)合是不可逆的，無法解除抑制。3競爭性抑制抑制劑與底物競爭酶的結(jié)合位點。4非競爭性抑制抑制劑與酶的結(jié)合位點不同于底物，但會影響酶的活性。酶的應用醫(yī)藥領域酶用于診斷疾病、治療疾病，例如，血液中谷丙轉(zhuǎn)氨酶的活性升高，可以診斷肝炎。食品工業(yè)酶用于食品加工，例如，用蛋白酶分解蛋白質(zhì)，制成肉類嫩化劑。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)酶用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，例如，用淀粉酶分解淀粉，制成糖漿，用于飼料添加劑。糖代謝：糖酵解途徑1糖酵解途徑是在細胞質(zhì)中進行的，將葡萄糖分解成丙酮酸的過程，產(chǎn)生少量ATP和NADH。2糖酵解途徑是生物體內(nèi)能量代謝的重要途徑，為細胞提供能量，也是糖代謝的其他途徑的起點。3糖酵解途徑分為兩個階段：準備階段和能量釋放階段。糖異生途徑糖異生途徑是將非糖物質(zhì)，例如丙酮酸、乳酸、甘油等轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過程。糖異生途徑主要在肝臟中進行，當血糖水平低時，糖異生途徑可以補充血糖。糖異生途徑是糖代謝的重要調(diào)節(jié)機制，維持血糖水平的穩(wěn)定。磷酸戊糖途徑主要功能磷酸戊糖途徑主要用于合成NADPH和核糖-5-磷酸，是生物體內(nèi)重要的代謝途徑。1NADPHNADPH是重要的還原劑，參與了脂肪酸合成、抗氧化等過程。2核糖-5-磷酸核糖-5-磷酸是核酸合成的原料。3糖原的合成與分解1糖原合成葡萄糖在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成糖原，儲存在肝臟和肌肉中。2糖原分解糖原在體內(nèi)分解成葡萄糖，釋放能量，維持血糖水平。3調(diào)節(jié)糖原的合成與分解受到激素的調(diào)節(jié)，例如胰島素促進糖原合成，胰高血糖素促進糖原分解。三羧酸循環(huán)1循環(huán)過程三羧酸循環(huán)是在線粒體中進行的，將丙酮酸徹底氧化成二氧化碳和水，產(chǎn)生大量的ATP。2重要意義三羧酸循環(huán)是生物體內(nèi)最重要的能量代謝途徑，為細胞提供大量能量。3關鍵酶檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶等。氧化磷酸化電子傳遞鏈電子傳遞鏈是在線粒體內(nèi)膜上進行的，將NADH和FADH2中的電子傳遞給氧氣，產(chǎn)生能量。ATP合成電子傳遞產(chǎn)生的能量用于合成ATP，這是細胞能量的主要來源。脂類代謝：脂肪酸的β-氧化1分解過程脂肪酸在體內(nèi)被分解成乙酰輔酶A，為三羧酸循環(huán)提供燃料。2場所脂肪酸的β-氧化主要在線粒體中進行。3能量產(chǎn)出脂肪酸的β-氧化能產(chǎn)生大量的ATP，是生物體內(nèi)重要的能量來源。脂肪酸的合成乙酰輔酶ANADPHATP脂肪酸的合成主要在細胞質(zhì)中進行，是將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化為脂肪酸的過程。甘油三酯的合成與分解合成過程甘油三酯是由甘油和脂肪酸組成的酯類，是生物體內(nèi)主要的儲能物質(zhì)。分解過程甘油三酯在體內(nèi)被分解成甘油和脂肪酸，為細胞提供能量。膽固醇的代謝1膽固醇是人體必需的脂類，是細胞膜的重要組成成分，也是合成維生素D、性激素等重要物質(zhì)的前體。2膽固醇可以從食物中攝取，也可以在肝臟中合成。3血液中膽固醇水平過高，會導致動脈粥樣硬化等疾病。蛋白質(zhì)代謝：氨基酸的脫氨基作用氨基酸的脫氨基作用是指氨基酸脫去氨基，生成酮酸和氨的過程。脫氨基作用主要在線粒體和細胞質(zhì)中進行，是蛋白質(zhì)代謝的重要步驟。脫氨基作用產(chǎn)生的酮酸可以進入三羧酸循環(huán)，為細胞提供能量。尿素循環(huán)循環(huán)過程尿素循環(huán)是指將氨轉(zhuǎn)化為尿素，并排出體外的過程，是生物體中清除氨的重要途徑。1主要部位尿素循環(huán)主要在肝臟中進行。2重要意義尿素循環(huán)對于維持體內(nèi)氮平衡，防止氨中毒至關重要。3氨基酸的合成與分解1合成氨基酸可以由酮酸和氨合成，需要能量和酶的催化。2分解氨基酸可以通過脫氨基作用分解成酮酸和氨，并最終排出體外。3調(diào)節(jié)氨基酸的合成與分解受到激素和營養(yǎng)狀況的調(diào)節(jié)。核酸代謝：嘌呤核苷酸的合成1合成過程嘌呤核苷酸的合成是從頭合成，即從簡單的原料合成嘌呤環(huán)。2主要部位嘌呤核苷酸的合成主要在細胞質(zhì)中進行。3原料嘌呤核苷酸的合成需要氨基酸、一碳單位、ATP、二氧化碳等原料。嘧啶核苷酸的合成合成過程嘧啶核苷酸的合成也從頭合成，先合成嘧啶環(huán)，然后與核糖和磷酸結(jié)合。主要部位嘧啶核苷酸的合成主要在細胞質(zhì)中進行。原料嘧啶核苷酸的合成需要天冬氨酸、谷氨酰胺、一碳單位、ATP等原料。DNA復制1半保留復制DNA復制是半保留復制，每個子代DNA分子包含一條親代DNA鏈和一條新合成的DNA鏈。2復制起點DNA復制從特定的復制起點開始，復制方向是雙向的。3關鍵酶DNA聚合酶、解旋酶、引物酶等。DNA修復RNA轉(zhuǎn)錄模板RNA轉(zhuǎn)錄以DNA的一條鏈為模板進行。產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是mRNA，攜帶遺傳信息從DNA到核糖體。酶RNA轉(zhuǎn)錄由RNA聚合酶催化。蛋白質(zhì)翻譯1蛋白質(zhì)翻譯是在核糖體上進行的，將mRNA上的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)。2tRNA將氨基酸運送到核糖體，并根據(jù)mRNA上的密碼子將氨基酸添加到肽鏈中。3蛋白質(zhì)翻譯需要核糖體、mRNA、tRNA、氨基酸等多種組分。基因表達調(diào)控基因表達調(diào)控是指調(diào)節(jié)基因表達的水平和時機的過程，是生物體生命活動的重要調(diào)節(jié)機制?；虮磉_調(diào)控可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平和轉(zhuǎn)錄后水平?；虮磉_調(diào)控可以影響生物體的生長發(fā)育、免疫、代謝等過程。代謝調(diào)節(jié)的激素激素作用激素是生物體分泌的化學信使，通過調(diào)節(jié)酶的活性，控制代謝過程。1主要激素胰島素、胰高血糖素、腎上腺素、甲狀腺素等。2調(diào)節(jié)機制激素通過與靶細胞上的受體結(jié)合，激活信號通路，調(diào)節(jié)酶的活性。3信號轉(zhuǎn)導1信號分子包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子等，傳遞信號到靶細胞。2受體位于靶細胞膜上或細胞內(nèi)，與信號分子結(jié)合，啟動信號轉(zhuǎn)導過程。3信號通路由一系列蛋白質(zhì)組成的傳遞鏈，將信號傳遞到細胞內(nèi)的靶蛋白，最終改變細胞的活動。生物氧化與自由基1生物氧化生物氧化是指生物體利用氧氣氧化有機物質(zhì)，釋放能量的過程。2自由基自由基是指具有不成對電子的原子或分子，具有很高的活性，可以損傷生物分子。3抗氧化抗氧化是指阻止自由基的生成或清除自由基的過程，是保護生物體免受損傷的重要機制。維生素與礦物質(zhì)維生