生物分子導論第1頁/共39頁教材：

《生物化學教程》第一版，王鏡巖、朱圣庚、徐長法主編，高等教育出版社。參考書：

《生物化學》第三版，王鏡巖、朱圣庚、徐長法主編，高等教育出版社。

《新編生物化學輔導與習題精選》（第一版），余瓊等編著，化學工業(yè)出版社。

《LehningerPrinciplesofBiochemistry》4thedition，DavidNelsonandMichaelCox,W.H.Freeman,2004第2頁/共39頁教學方式：多媒體教學考試方式：閉卷考試（平時成績：20%，考試成績：80%）學習方法：多思考，多求證，多涉獵。第3頁/共39頁生物類期刊、網(wǎng)站科學網(wǎng)/生物谷/生物通/Science網(wǎng)絡版/《生物化學與生物物理進展》，《科學通報》，《Science》，《Nature》圖書館網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫第4頁/共39頁第一章生物分子導論第5頁/共39頁活生物（livingorganism）的共同特征化學成分的同一性嚴整有序的結構新陳代謝自我復制的能力第6頁/共39頁生物化學就是研究生物體的物質(zhì)組成和生命過程中的化學變化的一門科學。簡單說，生物化學就是生命的化學第7頁/共39頁一、生命物質(zhì)的化學組成第8頁/共39頁（一）生命體的基本元素Bulkelements(shadedorange)arestructuralcomponentsofcellsandtissuesandarerequiredinthedietingramquantitiesdaily.Fortraceelements(shadedbrightyellow),therequirementsaremuchsmaller:forhumans,afewmilligramsperdayofFe,Cu,andZn,evenlessoftheothers.Theelementalrequirementsforplantsandmicroorganismsaresimilartothoseshownhere;thewaysinwhichtheyacquiretheseelementsvary.第9頁/共39頁常量元素：占生物體全部質(zhì)量的99％以上的C、H、O、N四種元素，和P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl共11種元素，稱為常量元素，原子序數(shù)在20以下。微量元素：包括所有生物中都存在的Mn、Fe、Co、Cu、Zn和部分生物中存在的B、F、Al、Si、Se、As、Ni、I、V、Cr、Br、Sn、Ba、Mo，占人體總量不足１％。第10頁/共39頁2010年12月3日，美國宇航局宣布，發(fā)現(xiàn)一種能夠利用有毒元素As生存和繁殖的微生物——變形菌綱的GFAJ-1菌株，它的細胞成分構成中As元素代替了P元素。第11頁/共39頁生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結構基礎和功能基礎，是生物化學研究的基本對象。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。（二）生物分子第12頁/共39頁1、生物分子是碳的化合物生物大分子基本特征1)、C原子可以形成多種化學鍵2)、C-C單鍵具有很強的化學穩(wěn)定性3)、碳原子骨架既有靈活性又有穩(wěn)定性第13頁/共39頁2、生物大分子是由結構比較簡單的小分子構件分子（blook-buildingmolecule）所聚合形成。蛋白質(zhì)：氨基酸核酸：核苷酸

淀粉：葡萄糖生物大分子基本特征第14頁/共39頁3、構成生物大分子的結構單元分子大多數(shù)都是手性分子。例如，構成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L－型，構成多糖的葡萄糖都是D－型。生物大分子基本特征第15頁/共39頁4、具有非常復雜的結構。生物大分子基本特征第16頁/共39頁二、生物分子的三維結構（一）生物分子的大小名稱長度/nm質(zhì)量/D水0.318丙氨酸0.589磷脂3.5750核糖核酸酶4.012

600免疫球蛋白（IgG）14.0150000肌球蛋白160470

000丙酮酸脫氫酶復合體607

000

000參考數(shù)值：肝細胞直徑約20μm，線粒體直徑約1.5μm第17頁/共39頁（二）立體異構與構型同分異構體{結構異構體立體異構體{幾何異構體旋光異構體對映體非對映體{差向異構體第18頁/共39頁（三）生物分子間相互作用的立體專一性第19頁/共39頁（四）構象與三維結構由于分子中單鍵自由旋轉(zhuǎn)以及鍵角有一定的柔性，具有同一結構式和同一構型的分子在空間中可有多種形態(tài)，這些形態(tài)稱為構象（conformation）。構象反映有機分子中原子或原子基團在空間里的實際排列，因而有時把構象看作是三維結構的同義語。第20頁/共39頁（五）三維結構的分子模型骨架模型：反映鍵角、鍵長球棍模型：反映原子類型、鍵角、鍵長空間填充模型：每個原子的半徑與它的范德華半徑成比例。其它模型：cartoon,ribbon,mesh,surface第21頁/共39頁三、生物結構中的非共價作用力生物分子主要是通過非共價力彼此影響，以行使功能的。生物結構中的非共價力有：離子鍵、氫鍵、范德華力和疏水相互作用。第22頁/共39頁（一）離子鍵發(fā)生在帶電荷基團之間的一種相互作用力。對環(huán)境非常敏感，水，特別是無機離子能顯著影響離子鍵的強弱。第23頁/共39頁（二）氫鍵由電負性較大原子與氫共價結合的基團具有很大的偶極矩，氫核周圍電子云密度小，帶有一定的正電荷，當遇到另一電負性大的原子時產(chǎn)生靜電吸引，稱為氫鍵。氫鍵具有方向性和飽和性。第24頁/共39頁第25頁/共39頁（三）范德華力廣義范德華力包括定向效應、誘導效應和分散效應等。范德華力包括吸引力和斥力兩種相互作用，范德華力只有當兩個非鍵合原子之間處于一定距離時才能達到最大。雖然范德華力相對來說比較弱，但由于范德華力相互作用數(shù)量大，并且具有加和性，因此范德華力是一種不可忽視的作用力。第26頁/共39頁第27頁/共39頁（四）疏水相互作用生物大分子中的疏水基團彼此靠近、聚集以避開水的現(xiàn)象稱之疏水相互作用（hydrophobicinteraction）。因為水分子彼此之間的相互作用要比水與其它非極性分子的作用更強烈，非極性側(cè)鏈避開水聚集被壓迫到生物大分子內(nèi)部，而大多數(shù)極性側(cè)鏈在生物大分子表面維持著與水的接觸。疏水相互作用在維持生物大分子構象中起著主要的作用，也是使蛋白質(zhì)多肽鏈進行折疊的主要驅(qū)動力。第28頁/共39頁疏水作用的機理水分子中氧原子的4個軌道是不等性sp3雜化第29頁/共39頁極性化合物在水中的溶解是熵增加的過程第30頁/共39頁水分子在非極性化合物周圍形成籠型結構，有序性增加，熵減少。熱力學不利！第31頁/共39頁在疏水相互作用下，蛋白質(zhì)疏水氨基酸折疊在蛋白質(zhì)內(nèi)部，而親水氨基酸殘基暴露在外。第32頁/共39頁四、水和生命為什么沒有水就沒有生命？第33頁/共39頁水的物理性質(zhì)高熔點、高沸點、高熱焓、高介電常數(shù)、高表面張力、密度比固態(tài)水大。第34頁/共39頁水的化學性質(zhì)水是一種優(yōu)良的溶劑。生物體內(nèi)的全部化學反應都是在水中進行的。水是一種優(yōu)良的質(zhì)子供體和受體，參與多種生物反應。疏水作用是生物分子組裝或折疊的主要驅(qū)動力。第35頁/共39頁五、生物分子的起源與進化化學進化的理論實驗室中化學進化的演示

Milley實驗核酶的發(fā)現(xiàn)原始生物分子

20種氨基酸、5種堿基、2種單糖（葡萄糖、核糖）、1種醇（甘油）、1種脂肪酸（棕櫚酸）、1種胺（膽堿）進化論是生物化學學習的鑰匙

第36頁/共39頁生命體是由約30種化學元素組成的，自然選擇這些元素是由這些元素的化學性質(zhì)決定的。生物分子的活性、生物分子間的相互