01-生物化学导论-PowerPoint演示文稿

(3)膜 膜是细胞和细胞器的边虽然它们具有两者共有的性质）。
(4)细胞是生命的基本单位 细胞是生命的单位，是唯一能展现生命特征（生长、代谢、
刺激应答和复制）的最小实体。细胞可分为两种类型，即真核生 物细胞和原核生物细胞。真核生物细胞具有复杂的内部结构。
生物化学
Chapter 1 生物化学导论
生物化学是研究生命分子和生命化学反应的科学， 是运用化学的原理在分子水平上解释生物学的科学。 它的主要研究范围包括这样几个方面：生物分子的化 学结构和三维构象；生物分子的相互作用；生物分子 的合成与降解；能量的保存与利用；生物分子的组装 和协调；遗传信息的贮存、传递和表达。
二、生命分子 生命物质的元素组成明显不同于地球外壳元素的元素组
成。H、O、C和N构成了人体原子总量的99%以上，其中大 多数H和O以H2O形式出现。
H、O、C和N的什么样的性质使其结合成适合于生命 的化学？是它们通过共用电子对形成共价键的能力。此外， H、C、N和O是元素周期表中最轻的元素。由于共价键的强 度与所涉及原子的原子量是成反比的，因此，H、C、N和O 彼此间能形成最强的共价键。两种其他能形成共价键的元素 磷和硫也在生物分子中起着重要的作用。
Section 1 生命、细胞和生物分子 分子是无生命的, 然而分子却可以以适当的数目和 方式构成生命。生命系统因有其特殊性质而与非生命 系统不同。它们能生长、运动，能完成难以置信的代 谢化学反应，能对环境的刺激作出应答以及能准确地 进行自我复制。尽管生命存在着惊人的多样性、存在 着生物结构和维持生命必需的机制的复杂性，但是生 命的功能最终是可以用化学的原理来解释的。
由于生物大分子对它们的结构及其组成元件具有感应，因此，
只要构件单位的多样性或次序不是过分筒单或重复，它们的线性顺 序就应含有特定信息的潜在能力。蛋白质和核酸的构件单位是以非 显著重复方式排列的，它们的顺序是独特的。当把组成它们的构件 单位以字母排列时，可以组成有意义的词语，然而并非所有生物大 分子都含有信息。多糖往往由相同的单糖单位一次又一次地重复排 列构成。这类同聚多糖不可能含有什么信息。
一、生命系统的独特性质 ●生物最显著的性质是它们具有复杂的结构和高度的组织形 式。 ●生命系统能活跃地进行能量转换，生物高度组织化的结构 和生命活动的维持依赖于从环境捕获能量的能力。被生物利 用的能量形式是特殊的生物分子。ATP和NADPH是其中最 重要的富含能量的生物分子，代表着生物在化学上可利用的 能量的贮存形式。 ●生命系统具有显著的自我复制能力。生物能一代一代地繁 衍与它们自身相同的后代。
三、生物分子的特性反映它们对生命状态的适应 1、生物大分子和它们的构件具有方向性
生物大分子是由单位元件构筑而成的。蛋白质由氨基酸构成， 核酸由核苷酸构成，多糖由单糖构成。这些构件分子是有极性的， 即它们是不对称的。因此，从某种意义上说,它们是有“头”和有 “尾”的。当这些构件分子组成生物大分子时，它们头-尾连结。 于是，生物大分子聚合体也将是有头有尾的。因此，它们的结构应 该是有“感应”（sense）的或者说是有方向的（图1－3）。 2、生物大分子是信息分子
所述的弱的非共价键作用力介导的。
7、弱的作用力把生物限制在一个窄范围环境条件中 生物大分子仅在窄的环境条件下(例如温度、离子强度
以及酸-碱度等)才有功能上的活性。极端条件将破坏维持 大分子复杂结构所必需的弱的作用力。这些复杂大分子的 有序结构的丧失(也就是变性)伴随着功能的消失。
Section 2 水
结构互补性是生物分子间识别的手段。生命的复杂而高度
组织化的型式取决于生物分子彼此识别和相互作用的能力。如 果一种分子的结构与另一种分子的结构是互补的，例如某种酶 与它的专一性底物分子，那么这两种分子之间的相互作用就能 准确地实现。结构互补性的原理是生物分子识别的基本要素.
6、生物分子的的识别是由弱的相互作用力介导的 通过结构互补性所发生的生物分子识别事件是由前面
在生物化学中，水存在的意义是显而易见的：①几乎 所有生物分子随环境中水的物理和化学性质而呈现它们的 形态。②大多数生物化学反应的介质是水,代谢反应的反应 物和产物在细胞范围内和细胞间运输都依赖于水。③水本 身活跃地参与支撑许多化学反应，水的离子化组分(H＋和 OH－)往往作为真正的反应物参与反应。事实上，生物分子 的许多功能基团的反应性取决于环境介质中的H＋和OH－的 相对浓度。④水的氧化产生的分子氧(O2)是通过光合作用完 成的。⑤水的离子化产物(H＋和OH－)是蛋白质、核酸以及 膜的结构与功能的关键决定者。⑥在膜的内外两侧的氢离 子浓度的差异代表了能量转化的生物学机制所必需的能化 状态。
1、生物分子是含碳的化合物 所有生物分子都含有碳。碳的优势是由于它通过共用电
子对形成稳定的共价键方面的多面性。通常与碳以共价键相 结合的原子是碳本身以及H、O和N（图1—1）。
碳的共价键有两个特别值得注意的性质。一是碳与自身 形成共价键的能力，另一个是被键合碳原子周围的四个共价 键的四面体性质。这两种性质对于碳所形成的线性、分支以 及环状的化合物的惊人多样性是极为重要的。这种多样性可 因N、O和H原子的参与而进一步扩大。
3、生物大分子具有特征性的三维结构 任何一种分子结构都是独特的，并具有可区别的特有的性
质。生物大分子，尤其是蛋白质，分子结构已经达到了其复杂 性的极点。 4、非共价作用力维持生物大分子的结构
共价键把原子结合在一起形成分子，非共价作用力是分子
内或分子间的原子之间的吸引。非共价作用力是弱的作用力， 包括氢键、离子键、范德华力和疏水相互作用。这些作用力一 般介于4–30 kJ·mol-1范围。 5、结构互补性决定生物分子的相互作用
2、生物分子是分级的 (1)代谢物和大分子
无机物分子 →（同化）转变成代谢物（氨基酸、糖、核苷 酸、脂肪酸和甘油）→（通过共价）键构成大分子(蛋白质、多 糖、DNA和RNA以及脂类) →（大分子间的相互作用导致）超分 子复合物（酶复合物、核糖体、染色体和细胞骨架系统）（图1 －2） (2)细胞器
细胞器是生物分子等级中较高层次的一级。细胞器仅在真核 生物细胞中发现。