第一章緒論生物化學(xué)

Biochemistry生物化學(xué)第一章緒論Introduction章次內(nèi)容課時緒論2第一章蛋白質(zhì)化學(xué)10第二章核酸化學(xué)3第三章酶化學(xué)5第四章維生素與輔酶3第五章生物氧化5第六章糖代謝6第七章脂類代謝4第八章蛋白質(zhì)的酶促降解與氨基酸代謝5第九章核酸的降解與核苷酸代謝4第十章物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系與調(diào)節(jié)4合計51學(xué)時分配主要內(nèi)容一、生物化學(xué)是“什么”？二、學(xué)“什么”？三、為什么學(xué)？四、怎么學(xué)習(xí)？一、生物化學(xué)是“什么”？簡單說，生物化學(xué)是生命的化學(xué)。生物化學(xué)主要是應(yīng)用化學(xué)的理論和方法來研究生命現(xiàn)象,闡明生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。（動物、植物、微生物及人類等的化學(xué)組成和生命過程中的化學(xué)變化），生物體的基本物質(zhì)（如Carbohydrates,Lipids,ProteinsandNucleicacid)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其生命活動的變化規(guī)律（生長、生殖、代謝、運動等）。

我們所處在的地球充滿著無數(shù)的生物，從最簡單的病毒、類病毒到菌藻樹草，從魚蟲鳥獸到最復(fù)雜的人類，處處都可以發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡，覺察到生命的活動。地球上的生物形形色色，千姿百態(tài)。不同的生物，其形態(tài)、生理特征和對環(huán)境的適應(yīng)能力各不相同，都經(jīng)歷著生長、發(fā)育、衰老、死亡的變化，都具有繁殖后代的能力。生物包括：動物、植物、微生物、人生物化學(xué)研究的主要對象-生命生命的定義生命的根本特性是什么？千百年來，人們以許多不同的觀點闡述自己對此的看法。19世紀下半葉，恩格斯對生命下了一個定義：“生命是蛋白體的存在方式，這個存在方式的基本因素在于和它周圍的外部自然界的不斷地新陳代謝，而且這種新陳代謝一停止，生命就隨之停止，結(jié)果便是蛋白質(zhì)的分解?！倍鞲袼沟纳x在一定程度上揭示了生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，即具有新陳代謝功能的蛋白體。生命是一個很難下定義

（1）生理學(xué)定義例如把生命定義為具有進食、代謝、排泄、呼吸、運動、生長、生殖和反應(yīng)性等功能的系統(tǒng)。但某些細菌卻不呼吸。（2）新陳代謝定義生命系統(tǒng)具有界面，與外界經(jīng)常交換物質(zhì)但不改變其自身性質(zhì)。（3）生物化學(xué)定義生命系統(tǒng)包含儲藏遺傳信息的核酸和調(diào)節(jié)代謝的酶蛋白。但是已知某種病毒樣生物卻無核酸。（4）遺傳學(xué)定義通過基因復(fù)制、突變和自然選擇而進化的系統(tǒng)。（5）熱力學(xué)定義生命是個開放系統(tǒng)，它通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)而不斷增加內(nèi)部秩序。生命的構(gòu)成19世紀30年代，德國植物學(xué)家施萊登首先指出，所有植物體都是由細胞構(gòu)成的。他的這個觀點被德國動物學(xué)家施旺在動物組織和細胞研究中證實，所有動物也是由細胞構(gòu)成的。施旺指出：“細胞是有機體，整個動物或植物體乃是細胞的集合體。它們依照一定的規(guī)律排列在動物體內(nèi)。”在此基礎(chǔ)上他們創(chuàng)立了細胞學(xué)說。細胞學(xué)說（1847）SchleidenSchwann一輛汽車為什么會行使開動？一個正常人靠什么生存下去？植物怎么生存？

綠色植物的光合作用光合作用：在多種酶的催化下，綠色植物吸收太陽的光能，把CO2和H2O合成有機物，同時釋放氧氣的過程。

CO2+H2OO2綠葉中的光合作用動物冬眠一個受精卵如何發(fā)育成一個嬰兒？雞蛋孵化小雞的過程吃什么補什么“種瓜得瓜，種豆得豆動物、植物、微生物及人類等的化學(xué)組成和生命過程中的化學(xué)變化生物體的基本物質(zhì)（如Carbohydrates,Lipids,ProteinsandNucleicacid)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其生命活動的變化規(guī)律（生長、生殖、代謝、運動等）。研究內(nèi)容生物分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；生物分子的結(jié)構(gòu)、功能與生命現(xiàn)象的關(guān)系；生物分子在生物機體中的相互作用及變化規(guī)律；新陳代謝；遺傳的分子基礎(chǔ)及代謝調(diào)控。

生物化學(xué)的內(nèi)容研究生物體內(nèi)各種化合物的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和功能（主要有糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素和激素）研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)在生命活動中進行的化學(xué)變化，即新陳代謝及代謝過程中能量的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)靜態(tài)生物化學(xué)動態(tài)生物化學(xué)代謝與能量糖類化學(xué)脂類化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)核酸化學(xué)酶學(xué)靜態(tài)生物化學(xué)動態(tài)生物化學(xué)糖類代謝脂類代謝蛋白質(zhì)代謝核酸代謝代謝調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的降解氨基酸代謝蛋白質(zhì)的生物合成核酸的降解核苷酸代謝核酸的生物合成生物化學(xué)的任務(wù)是：闡述構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)（生物大分子--糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在生命活動（如生長、生殖、代謝、運動等）過程中的變化規(guī)律（物質(zhì)代謝和能量代謝）。物質(zhì)代謝

生物體與其外環(huán)境之間的物質(zhì)交換過程就稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝。

物質(zhì)代謝的基本過程主要包括三大步驟：消化、吸收→中間代謝→排泄。其中，中間代謝過程是在細胞內(nèi)進行的，最為復(fù)雜的化學(xué)變化過程，它包括合成代謝，分解代謝，物質(zhì)互變，代謝調(diào)控，能量代謝幾方面的內(nèi)容。二、生物化學(xué)與現(xiàn)代化學(xué)1、生物化學(xué)與化學(xué)的關(guān)系生物化學(xué)是在有機化學(xué)（Organicchemistry)和生理學(xué)(Biophysiology)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.化學(xué)有機化學(xué)物理化學(xué)無機化學(xué)分析化學(xué)高分子化學(xué)生物學(xué)動物學(xué)植物學(xué)微生物學(xué)化學(xué)生物學(xué)生物化學(xué)人類渴望了解生命的本質(zhì)和怎樣對它進行保護，由于出生、成長、繁衍、老化、突變和死亡等所有生命過程都是化學(xué)分子相互作用和變化的表現(xiàn)，因而人類要最終了解生命必須先了解其分子本性?；瘜W(xué)主要是在分子與原子的水平上研究物質(zhì)變化和反應(yīng)的規(guī)律、結(jié)構(gòu)和各種性質(zhì)之間的相互關(guān)系，以及物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和包括物理性質(zhì)、生物活性等在內(nèi)的性質(zhì)。分離生命現(xiàn)象生化組分分析1、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2、功能3、代謝及其細胞調(diào)控改造、利用化學(xué)家參與生命科學(xué)研究的主要武器：在理論上:分子的微觀結(jié)構(gòu)概念和鍵力、非鍵力相互作用，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)與機理等；在實驗上:分離、成分與分子結(jié)構(gòu)分析，合成與模擬，反應(yīng)速度與過程的測定等。

生命現(xiàn)象的化學(xué)機理生命過程包含許多化學(xué)反應(yīng)，所以生命活動的過程，可以用也必須用化學(xué)過程來理解。三、為什么學(xué)習(xí)生物化學(xué)1903年德國CarlNeuberg初次使用Biochemistry這一名詞，生物化學(xué)才成為一門獨立的學(xué)科，在此之前，分別由有機化學(xué)和生理學(xué)分別研究。（一）生物化學(xué)發(fā)展簡史在化學(xué)及生物學(xué)發(fā)展的影響之下，生物化學(xué)在十八世紀開始萌芽，十九世紀初步發(fā)展，在二十世紀初期成為一門獨立的學(xué)科，最初稱為生理化學(xué)。1、靜態(tài)生物化學(xué)時期（1920年以前）研究內(nèi)容以分析生物體內(nèi)物質(zhì)的化學(xué)組成、性質(zhì)和含量為主

2、動態(tài)生物化學(xué)時期（1950年以前）物質(zhì)代謝途徑及動態(tài)平衡、能量轉(zhuǎn)化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代謝、蛋白質(zhì)合成、核酸的遺傳功能、酶、維生素、激素、抗生素等的代謝3．機能生物化學(xué)時期（1950年以后）生命的本質(zhì)和奧秘：運動、神經(jīng)、內(nèi)分泌、生長、發(fā)育、繁殖等的分子機理

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

1955年，英國生物化學(xué)家桑格爾（Sanger）確定牛胰島素結(jié)構(gòu)，獲1958年諾貝爾化學(xué)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(xué)獎。主要成就1984年，化學(xué)獎，BruceMerrifield（美國），建立和發(fā)展蛋白質(zhì)化學(xué)合成方法。1997年,paulD.Boyer（美）等，說明ATP酶促成機制化學(xué)獎1998年ROLertF.furchgott（美國）等，發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的信號分子生理醫(yī)學(xué)獎

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的鄒承魯、梁棟才院士與上海生化所的王應(yīng)萊、曹天欽等院士、北京大學(xué)化學(xué)系的邢其毅、有機化學(xué)所的汪猷等教授1965年率先用化學(xué)方法合成了牛結(jié)晶胰島素。這是世界上公認的第一個具有全部生物活性的蛋白質(zhì)人工合成。我國在生化方面取得的重要成就（二）生化課的重要性1.國際形勢<1>.著名大學(xué)（哈佛、麻省、斯坦佛等）文理皆必修生化。<2>.人類基因工程計劃：上個世紀的三個計劃：曼哈頓、阿波羅、人類基因工程：人類23對染色體測序，幾十萬個基因，基因改造。<3>.諾貝爾獎的分布：化學(xué)，醫(yī)學(xué)生理學(xué)領(lǐng)域不說獨占鰲頭也是多搶多占，如蛋白質(zhì)的螺旋和折迭（化學(xué)）、G蛋白、第二信使學(xué)說的三代科學(xué)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)制等中心法則中的內(nèi)容）2.國內(nèi)形勢許多有識之士已經(jīng)看到了生化的光輝前景，紛紛搶占這塊寶地，生化工業(yè)也在艱難的條件下起步并有蓬勃發(fā)展之勢。

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的問題和挑戰(zhàn)四、怎樣學(xué)生物化學(xué)？1、生化課程的特點：內(nèi)容分布（靜態(tài)生化、動態(tài)生化）特點：概念性描述性的內(nèi)容居多，很少有推導(dǎo)性或計算性的內(nèi)容，因此，它不同于理科而更近似于文科，記憶的東西多，巧妙記憶成為學(xué)好生化的一個重要方法。2、怎樣學(xué)習(xí)與安排內(nèi)容多復(fù)雜而繁瑣按生物分子的功能分類（不同于化學(xué)的結(jié)構(gòu)和官能團分類）理論性強、概念多且前后交錯

興趣是最好的老師隨時消化／溫故知新及時總結(jié)歸納／比較分類理解的基礎(chǔ)上必要的記憶

通過學(xué)習(xí)《生物化學(xué)》課程不但要學(xué)到課程的全部內(nèi)容，更重要的是要學(xué)到如何獲取知識的方法

達到的目的

生物體的化學(xué)組成自然界所有的生命物體都由三類物質(zhì)組成:水、無機離子和生物分子。生命體的元素組成組成生命體的物質(zhì)是極其復(fù)雜的。但在地球上存在的92種天然元素中，只有28種元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)第一類元素：包括C、H、O和N四種元素，是組成生命體最基本的元素。這四種元素約占了生物體總質(zhì)量的99%以上。第二類元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。這類元素也是組成生命體的基本元素。第三類元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物體內(nèi)存在的主要少量元素。第四類元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。五、生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能基礎(chǔ)，是生物化學(xué)研究的基本對象。生物分子的主要類型包括：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。生物大分子基本特征生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱為生物大分子。生物大分子具有如下特征：（1）由結(jié)構(gòu)比較簡單的小分子結(jié)構(gòu)單元分子所組成。

（2）具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。（3）生物分子一般具有手性。（1）由結(jié)構(gòu)比較簡單的小分子結(jié)構(gòu)單元分子所組成。最重要的結(jié)構(gòu)單元分子主要有以下幾類:構(gòu)成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元分子20種基本氨基酸天冬氨酸谷氨酸賴氨酸精氨酸組氨酸疏水性氨基酸丙氨酸纈氨酸異亮氨酸亮氨酸甲硫氨酸（蛋氨酸）苯丙氨酸色氨酸酪氨酸特殊氨基酸半胱氨酸甘氨酸脯氨酸極性氨基酸絲氨酸蘇氨酸天冬酰胺谷氨酰胺構(gòu)成核酸的結(jié)構(gòu)單元分子核糖核苷三磷酸堿基脫氧核糖核苷三磷酸雙脫氧核苷三磷酸腺嘌呤胸腺嘧啶鳥嘌呤胞嘧啶尿嘧啶構(gòu)成脂的結(jié)構(gòu)單元分子

甘油、脂肪酸和膽堿磷酸鹽疏水末端膽堿磷酸構(gòu)成糖的結(jié)構(gòu)單元分子單糖（2）具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)生物大分子的結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：生物大分子的一級結(jié)構(gòu)：構(gòu)成生物分子的結(jié)構(gòu)單元分子按不同的排列組合，形成數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的線性分子或環(huán)狀分子。通常將只涉及結(jié)構(gòu)單元的排列順序的結(jié)構(gòu)類型稱為一級結(jié)構(gòu)。生物大分子的立體結(jié)構(gòu)生物大分子在線性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過分子內(nèi)或分子之間的基團（包括極性、非極性和帶電荷基團）相互作用，可以進一步形成非常復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。例如盤繞成螺旋形，折疊成片層狀。有的以線狀存在，而有的則形成球狀等。木瓜蛋白酶組織蛋白酶溶菌酶的分子結(jié)構(gòu)（3）生物分子的手性構(gòu)成生物大分子的結(jié)構(gòu)單元分子大多數(shù)都是手性分子。例如，構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L－型，構(gòu)成多糖的葡萄糖都是D－型。鏡平面對映體

A對映體

B手性分子，是化學(xué)中結(jié)構(gòu)上鏡像對稱而又不能完全重合的分子。生物分子皆具有手性。手性藥物，香料，食品添加劑等精細化學(xué)品的合成是目前有機化學(xué)和催化化學(xué)的前沿研究方向。此外，手性非線性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人們重視。手性六、生物分子的相互作用氫鍵：氧原子或氮原子與氫原子之間形成。正負離子之間的靜電引力離域間的π電子重疊作用力疏水鍵:非極性基團在水溶液中締合的趨勢范德華力：分子識別分子識別是生命現(xiàn)象中的一個重要特性。本質(zhì)上是生物分子之間的一種特殊的、專一的相互作用結(jié)果。受體——底物（酶，藥物分子的專一性）大小和形狀合適基團之間存在相互作用力超分子生物超分子，又稱為復(fù)合物，是生物分子相互作用和識別的一種特殊的中間過程，是許多生命現(xiàn)象的必需階段。

七、生物體內(nèi)的水水在生物體的功能主要表現(xiàn)在兩個方面：一是作為營養(yǎng)傳輸、酶催化的各種反應(yīng)和生物能量的轉(zhuǎn)換的介質(zhì)二是影響生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能生物體內(nèi)的水形成氫鍵（改變生物分子結(jié)構(gòu)）水化作用（生物分子溶解于水或形成親水區(qū)域）疏水締合（穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象和立體結(jié)構(gòu)）親核作用（水中氧原子的孤對電子）影響生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能：緩沖溶液及生物體的緩沖體系1．緩沖溶液緩沖溶液是一種特殊的水溶液系統(tǒng)。當少量的酸（H+）或堿(OH-)加入到緩沖溶液中時，溶液的pH變化很小。緩沖溶液系統(tǒng)由弱酸（H+供體）和它的共軛堿（H+受體）組成。緩沖溶液及生物體的緩沖體系例如，等摩爾的醋酸（弱酸）和醋酸離子（共軛堿）混合物的水溶液是典型的緩沖溶液。不同的緩沖溶液體系有不同的緩沖區(qū)。CH3COOH/CH3COO-

溶液的緩沖區(qū)在pH4.761(pKa=4.76)酸度系數(shù)pKaH2PO4-/HPO42-

溶液緩沖區(qū)在pH6.681(pKa=6.68)；NH4+/NH3

溶液的緩沖區(qū)在pH9.251(pKa=9.25)。酸度系數(shù)pKa，又名酸離解常數(shù)，代號Ka值，在化學(xué)及生物化學(xué)中，是指一個特定的平衡常數(shù)，以代表一種酸離解氫離子的能力。該平衡狀況是指由一種酸（HA）中，將氫離子（即一粒質(zhì)子）轉(zhuǎn)移至水（H2O）。水的濃度（[H2O]）是不會在系數(shù)中顯示的。離解的化學(xué)反應(yīng)為：HA+H2O≈A-+H3O+平衡狀況亦會以氫離子來表達，反映出酸質(zhì)子理論平衡常數(shù)的方程式為：由于在不同的酸這個常數(shù)會有所不同，所以酸度系數(shù)會以常用對數(shù)的加法逆元，以符號pKa，來表示：一般來說，較大的Ka值（或較少的pKa值）代表較強的酸，這是由于在同一的濃度下，離解的能力較強。利用酸度系數(shù)，可以容易的計算酸的濃度、共軛堿、質(zhì)子及氫氧離子。如一種酸是部份中和，Ka值是可以用來計算出緩沖溶液的pH值。在亨德森-哈塞爾巴爾赫方程亦可得出以上結(jié)論。酸度系數(shù)緩沖溶液的濃度與pH關(guān)系緩沖溶液的濃度（弱酸和它的共軛堿濃度）與溶液的pH以及弱酸的pKa的定量關(guān)系可以用方程來描述。此式即為Henderson-Hasselbalch方程。Henderson-Hasselbalch

方程的意義定量描述了緩沖溶液的濃度(HA和A-)與pH及pKa

的關(guān)系。在滴定中點時，由于[HA]=[A-]，方程可寫成：pH=pKa+log1=pKa+0=pKa

說明緩沖溶液滴