chapter 1 绪论

2.生物大分子的基本特征
(2) 生物大分子都具有非常复杂的结构
生物大分子的一级结构：构成生物分子的结
构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞 大、结构复杂的线形分子或环状分子。只涉 及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级
结构。
2.生物大分子的基本特征
生物大分子的立体结构
生物大分子在线形或环
状结构基础上，通过分 子内或分子之间的基团 （包括极性、非极性和 带电荷基团）相互作用， 可以进一步形成非常复 杂的立体结构。例如盘 绕成螺旋形，折叠成片 层状。有的以线状存在， 而有的则形成球状等。
NH2
O C NH2
SH
O C OR
2.生物大分子的基本特征
2.生物大分子的基本特征
（1）生物大分子都是由结构比较简单的小分 子—结构单元分子—所组成。
最重要的结构单元分子主要有以下几类:
2.生物大分子的基本特征
构成蛋白质的结构单元分子：
20种基本氨基酸
通式：
脂肪族
2.生物大分子的基本特征
H C H HO H H H C C C C C H O OH H OH OH OH HO H H H H H C C C C C C H OH O H OH OH OH H H H H H C C C C C H O OH OH OH OH H H H H C CH2 C C C H OH OH OH O
③ 生物大分子的手性环境对前手性 分子的影响
生物大分子的手性环境对于生物分子的识别 和相互作用具有重要影响。 例如酶的活性中心能够识别并结合底物分子 的前手性R-基团（或re-face）或S-基团 (或si-face)
2.生物大分子的基本特征
(4) 生物分子之间的相互作用和识别 特性
生物大分子与普通的小分子不同，生物大分 子之间存在着一种特殊的、专一性的相互作 用，其结果是导致分子之间的相互识别和形 成超分子。 生物分子的这种特性是许多重要生理现象的 分子基础，例如：抗体与抗原的结合作用， 酶与底物的专一性作用等。
核糖核苷酸 碱基=A,AMP G,GMP C,CMP U,UMP
O N N N H O HN O N H
腺嘌呤(A)
NH2 N O
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
尿嘧啶(U)
2.生物大分子的基本特征
构成糖的结构单元分子—单糖：如D-葡萄糖
Several Biologically Important Monosaccharides
As soon as nonpolar substances (e.g., hydrocarbons )are mixed with water(a) they coalesce into droplets (b) because water-water interactions are stronger than water-hydrocarbon interactions.
生物分子中常见的基团
基团名称 羟基 醛基 酮基 羧基 氨基 酰氨基 巯基 酯基 醚基 甲基 乙基 结构 OH O C H O CR O C OH NH2 O C NH2 SH O C OR OR 胍基 CH3 CH2CH3 磷酸基 基团名称 苯基 咪唑基 结构
NH N N
N N N
嘌呤基
嘧啶基
N N
生物化学 biochemistry
主讲教师：刘 强 tel: 15002590486 E-mail: liuqiang@
参考书目：
生物化学教程 生物化学
主编 张洪渊 四川大学出版社出版 主编 沈同 王镜岩 高等教育出版社出版
生 物 化 学
化学
生物学
1.1 生物化学的概念
木瓜蛋白酶
组织蛋白酶
2.生物大分子的基本特征
根据生物分子的立体结构特性，可以分为 二级结构、三级结构和四级结构。 生物大分子的这种复杂的立体结构，是生 物分子具有复杂生理功能的重要原因。
2.生物大分子的基本特征
(3) 生物分子的手性
构成生物大分子的结构单元分子大多数都是 手性分子。例如，构成蛋白质的氨基酸都是 L－型，构成多糖的单糖都是 D－型。
Palmitic acid(棕榈酸saturated)
H CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2 C H C O CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2C
CH2 OH
Glycerol(甘油)
OH
胆碱
O C O C R3 R1
(d) O
R2 C O
CH2 O CH CH2 O
Oleic acid(油酸,unsaturated)
1.4 生物分子的相互作用(非共价作用)
3.离域键间的电子重叠作用力 生物大分子中芳香基团之间，具有方向性。 两组离域电子以平行方式相互接近，才能 发生。
1.4 生物分子的相互作用(非共价作用)
4. 疏水缔合作用 hydrophobic interaction
分子中的非极性基团在水溶液中的缔合趋势 Hydrophobic Interactions Between Water and a Nonpolar Substance.
概念：主要是应用化学的理论和方法来研究 生命现象，阐明生命现象的化学本质。
生物化学研究的基本内容：
发现和阐明构成生命物体的分子基础－生物 分子的化学组成、结构和性质。 生物分子的结构、功能与生命现象的关系。 生物分子在生物机体中相互作用及其变化规 律。 在这一学期里，我们主要学习讫今为止发现的 一些基本知识。
第一类元素：Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ，是组成生命体最 基本的元素，约占生物体总质量的99%以上。 第二类元素：S P Cl Ca Na K Mg 也是组成生命 体的基本元素。Ｓ：蛋白质的重要组成元素之一； P：核酸和ＡＴＰ的基本组成元素，在生命遗传和 能量转变中，具有重要意义；Ca，K，Na，Mg是生 物体内存在的主要无机离子。 第三类元素：Fe,Cu,Co,Mn 和 Zn，生物体内存在 的主要少量元素，主要作为酶的辅助成分。 第四类元素：Al,As,B,Br,Cr,F,Ga,I,Mo,Se,Si,V 属于生物体内存在的微量元素，功能未知。
1.4 生物分子的相互作用(非共价键作用)
1.氢键 (Hydrogen Bonds) 生物大分子中主要由氧或氮原子与氢原子之 间形成的氢键。 氢键键能大小与方向性有关。 生物分子中重要的氢键类型
氢给体 氢受体
O O O N H H H H O O O N N
键长/nm
0.280.01 0.280.01 0.300.01 0.290.01
1.3 生物体的化学组成
自然界所有的生命物体都由三类物质组成: 水约占生物体质量的三分之二。 无机离子，如Na+，K+，Mg2+，Ca2+ 约占1%。 生物分子约占三分之一。
1.3.1 生物体的元素组成：
组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上 存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物 体内被发现：
Glucose
Fructose（果糖） Ribose（核糖） 2-Deoxyribose
构成脂的结构单元分子：甘油、脂肪酸和胆碱 Examples of Lipids：
(a)
O
(b)
CH2 OH CH OH
(c)
H3C
CH3 N CH3 CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2C OH
1.4 生物分子的相互作用(非共价键作用)
1.4.1 生物分子之间的作用力 Hydrogen bonds (氢键) Electrostatic interactions(静电引力) 离域键间的电子重叠作用力 Hydrophobic interactions(疏水缔合作用) Van der waals forces (范德华力) 非共价键对生物分子的结构和功能方面有很 大影响
O
(e)
R2
Triacylglycerol(甘油三酯)
R1 CH3 O CH2CH2 N CH3 HO CH3 CH3 CH3
O C O
CH2 O CH CH2 O
C O P O
(f)
CH3
CH (CH2)3CH CH3 CH3
Phosphatidylcholine(磷酯)
Cholesterol(甾体), an important component of animal cell membranes
手性特性对生物分子之间的相互识别、酶分 子的选择性催化性质等具有重要意义。
2.生物大分子的基本特征
① 手性分子
Convention from organic chemistry
2.生物大分子的基本特征
② 前手性分子、前手性碳原子、前手性氢 原子和前手性面
HR (pro-R) CH3 C OH CH3 D C HS R-构型 OH CH3 HR C D S-构型 OH
HS (pro-S) 乙醇
2.生物大分子的基本特征
前手性面
H3C
H C O H re-面
D re-面
H3C C
Байду номын сангаас
O
si-面
D CH3 C H R-构型 OH
D 从re-面加成
O
D 从si-面加成
H CH3 CH3 si-面 D C D S-构型 OH
C H
乙醇加氘生成手性乙醇过程
2.生物大分子的基本特征
1.4 生物分子的相互作用(非共价作用)
2.正负离子之间的静电引力(Electrostatic interactions)
生物分子中某些基团在生理条件下，能够解离成带 电荷基团
NH C
氨基： NH3+ 羧基： COO- ，胍基：