动物生物化学 2 生命的化学特征
(二)生物的化学组成解析
★碳原子的不同排列方式和长短是生物分子多 样性的基础：碳原子相互连接成链或环，形成各种 生物大分子的基本结构。
★生物大分子的基本 性质还取决于与碳骨架相 连接的功能基团
生物体中的有机化合 物主要含有羟基、羰基、 羧基和氨基等功能基团， 这些基团几乎都是极性基 团。极性使得生物分子具 有亲水性，有利于这些化 合物稳定于有大量水分子 存在的细胞中。
2.1 生命的化学基础
●生物体的主要元素
组成生物体的主要元素包 括C、H、O、N、P、S、 Ca等，这7种元素约占生物 体的99.35%，其中C、H、 O、N 4种元素占96%。
★微量元素
Fe、Cu、Mo、Zn、Mn、 Ni、I、Si等。其中，
Fe所有的生物所需；I主要 是脊椎动物所需（每天摄入 0.15毫克即可满足需要）。
★磷脂是生物膜的主要成分。磷酸
胆碱一端为极性的头，两个脂肪酸一端
为非极性的尾；其中一个脂肪酸通常含
不饱和双键，因此总有点弯折。
●类固醇 也称甾醇，以环戊烷多氢菲为基础，不含脂肪 酸，但具有脂类性质。
★其中胆 固醇主要存在 于动物细胞内， 既是细胞膜的 重要成分，也 是血中脂蛋白 复合体的成分， 与动脉硬化有 关。
生物具有多样性，但生物体的化学组成基本相似。
●生物体的主要生物分子 分为无机分子和有机分子。 ★无机分子：无机盐和水。 ★有机分子：蛋白质、核酸、 脂类和多糖是组成生物体最 重要的生物大分子。 ★水：是生物体内所占比例 最大的化学成分。
不同的生物体，其分子组成也大体相同。
●生物大分子的基本特性
★结构复杂：构成生物分子的结构单元分子具 有不同的排列组合，并可以进一步形成非常复杂 的三维空间结构；
动物生物化学知识点复习
组分
磷酸
戊糖
碱
嘌呤
基
嘧啶
两类核酸的分子组成
RNA
磷酸
DNA
核糖 U
脱氧核糖
AG
C
T
核苷酸的紫外吸收
碱基中含有共轭双键， 最大吸收峰 260 nm 左右
核酸溶液紫外吸收以摩尔磷的吸光度表示， 摩尔磷即相当摩尔核苷酸。
（P）＝ 30.98 A
WL
ε：摩尔吸光系数 A：吸收值 W：每升溶液磷重量 L ：比色杯内径
由于共振作用，所有核苷酸的碱基都吸收紫外光，核酸在 260 nm 附近有强大光吸收。
第5章 糖类
糖类的本质： 多羟基醛、多羟基酮 多羟基醛或多羟基酮的衍生物
指蛋白质中相邻的二级结构单位(即单个-螺旋或-转角)组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。
2. 结构域 (domain) 指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域（domain）或功能域。
四. 蛋白质的三级结构
（一）三级结构的概念
(一) 四级结构的概念
(１) 有关四级结构的一些概念 亚基(单体)，同多聚，杂多聚
(２) 四级缔合的驱动力 主要有范氏作用力，氢键，离子键和疏水作用力，其中疏水作用力最为重要，二硫键对于稳定四级结构有重要意义。
(３) 亚基相互作用的方式 亚基之间的分布有各种各样的对称关系。
第4章 核酸
核酸的一级结构：一分子核苷酸的3’-位羟基与另一分子核苷酸的5’-位磷酸基通过脱水可形成3’,5’-磷酸二酯键，将两分子核苷酸连接起来。
动物生物化学(绪论部分)
现代生物化学含义：
现代生物化学主要是研究生物大分子（蛋白质、核酸）的相互作
用、相互影响以表现生命活动现象的原理。是从分子水平上阐明生 命有机体化学本质的一门学科。
2. 生物化学研究对象
生物化学研究的对象是生命体，包括动物体（人体）、植物体、微生 物及病毒等。生物化学也就是研究这些生命体的化学及其变化规律。
4. 研究许多重大生物学问题的分子机制：
生物化学与生物物理学、微生物学、遗传学等多学科相互渗透，在分子 水平上阐述许多重大生命的结构与功能、酶作用的分子机制等。
细胞
细胞器
生物大分 子
单体
细
N2
胞 CO2
H2O
三、 生物化学的种类
1. 根据研究对象分为：动物生物化学、植物生物化学、 微生物生物化学等。
动 物生 物 化 学
Animal Biochemistry
动 物生物化学
第一章 绪论 第二章 蛋白质的结构与功能 第三章 酶 第四章 核酸的化学结构
第五章 生物氧化
第六章 糖类代谢 第七章 脂类代谢 第八章 蛋白质代谢 第九章 核苷酸代谢及核酸的生物学功能 第十章 生物膜的结构与功能
第一章 绪 论
二、生物化学的研究内容
1. 研究构成生命体的物质基础： 即组成生命体的物质的化学组成、结构和性质以及它们在体内的分布。
2. 研究生命物质在生命体中的运动规律： 即生命物质在体内的化学变化，以及各种生命物质在变化中的相互关系。
此即为新陈代谢。
3. 研究生命物质的结构、功能与生命现象的关系：
即在生命过程中，各种生命物质的作用、运动规律和相互关系对由这些 生命物质所构成的器官、组织、细胞、亚细胞在生命活动中的功能的影响。
第2章生命的化学特征
水最重要的性质：极性和内聚性。
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(1) 水分子结构和及其相互作用
水是偶极分子 水分子是极性分子，既是氢键的受 体，又是氢键的供体。
(2) 水的物理性质
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（3）水的溶媒性质
水是众多反应物的优良的溶剂，使 其自由扩散或发生相互作用。
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原核细胞
真核细胞
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原核细胞和真核细胞的比较
大小 细胞核
细胞质 细胞壁
代表
原核细胞
真核细胞
较小
较大
无成形的细胞核，核 有成形的真正的细
物质集中在核区。无 胞核。有核膜，有 核膜，无核仁。DNA 核仁。DNA与蛋白 不与蛋白质结合。 质形成染色体。
核糖体。
有各种细胞器。
有。
植物细胞、真菌 有， 动物细胞无。
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(3) 酶作为代谢反应催化剂
一个细胞内有数百种不同的酶促反 应，通常以2-20个反应步骤连接成专一 的反应序列，称之为代谢途径（metabolic pathway）。
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16
(4)生物都需要能量供应
太阳是地球上生物能量的最终来源
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糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP 热能
α
P OCH 2
-O
-O
-O
O
H
H
H
N CH
N
H
ATP ADP AMP
HO
OH
（A-P~P~P）
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③ K、Na、Ca、Mg等离子
Na＋、K＋：渗透压的平衡，神经肌肉正 常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢。
动物生物化学考试题库
动物生物化学考试题库(总27页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一单元生命的化学特征1.构成生物分子的元素有27种，其中约16种是所有生命所共有，下面法正确的是（ A ）A生物体中含量最丰富的元素是H、O、C、N四种元素，约占细胞重量的99%。
B生物体中含量最丰富的元素是H、O、C、S四种元素，约占细胞重量的99%。
C生物体中含量最丰富的元素是H、O、P、S四种元素，约占细胞重量的99%。
D生物体中含量最丰富的元素是Mn、Fe、P、S四种元素，约占细胞重量的99%。
E生物体中含量最丰富的元素是O、Mn、P、S四种元素，约占细胞重量的99%。
2.生物大分子的高级构象是靠非共价键来稳定，非共价键有（ B ）A二硫键、氢键、范德华引力、疏水键、离子键。
B氢键、范德华引力、疏水键、离子键。
C氢键、范德华引力、疏水键、离子键、配位键。
D氢键、范德华引力、疏水键、离子键、共价键。
E二硫键、碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键。
3.下面关于蛋白质叙述那个是错误的？（ D ）A蛋白质是生物体内除水分外含量最高的化合物。
B蛋白蛋不仅是生命的结构成份，也是生命功能的体现者。
C生物生长、繁殖、遗传和变异都和蛋白质有关。
D蛋白质是生命的结构成分，在细胞内含量最高，它因此只和细胞支撑和肌肉运动功能有关。
E除了核酶之外的酶的化学本质是蛋白质，它是种类最多的一类蛋白质。
4. 下面关于核酸叙述那个是错误的？A核酸分为脱氧核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。
B生物的遗传信息贮存于DNA的核苷酸序列中。
C真核细胞中DNA主要存在于细胞核中，并与组蛋白结合成染色体。
D生物体DNA含量和生长环境、年龄、营养状况无关，只和种有关。
E病毒DNA和RNA都具有。
（ E ）5.生命活动中动物体的能量叙述那个是错误的？A生物体能量来源于生物大分子氧化分解供能。
B三磷酸腺苷酸（ATP）既是生物体能量直接供体，也是能量的贮存方式。
动物生物化学--绪论课件
细胞
细胞器 生物大分子 单体
细
NH3
胞
CO2
H2O
生命物质的结构包括：构成生命的元素、生物小分子、生物大 分子、亚细胞、细胞、组织、器官、生命有机体等８个层次。
物质代谢和能量代谢
生 物
合成代谢
小分子合成大分子
体 （同化作用） 内 新
需要能量 能 物 量质 代代
陈 代
分解代谢
释放能量 谢 谢
谢 （异化作用） 大分子分解成小分子
1777年：Lavoisier呼吸和燃烧实验首先对此提出了挑战
1828年： Wohlen用无机物氰酸铵人工合 成了哺乳动物的代谢产物－尿素，向“活 力论”作出有力的冲击。
1896年：Buchner兄弟发现将蔗糖放入酵 母细胞汁液中，没有完整的酵母细胞，蔗 糖也能发酵，说明没有生命力也能发酵， 彻底地推翻了“活力论”。
四 与动物生产和健康的关系
① 阐明动物新陈代谢活动的规律
生理学、营养学
② 培养优质高产的畜禽品种
遗传育种
③ 生物化学是动物生产学的发展源泉
畜禽养殖学
阐明疾病的发生和发展机理
病理学、免疫学、微生物学
动物疫病的诊疗与防治
临床病理与临床诊断学
药物的作用机理研究和新药的研发
药理学、毒理学
五 生命的化学特征
三 生物化学发展简史
1. 生物化学的萌芽 2. 生物化学的发展
1. 生物化学的萌芽
生物化学产生前时期，最早可追溯到 离现在4000多年前（经验观察阶段）：
公元前22世纪 夏禹时代 酿酒 公元前12世纪 商周时代 制酱、制醋 公元4世纪 葛洪 海藻治疗瘿病（地方性甲状腺肿） 唐代孙思邈 米糠熬粥治疗脚气病 猪肝治疗夜盲症 明代李时珍 《本草纲目》
生命的起源和特征
第1章 生命的特征和起源一. 生命的基本特征：核酸和蛋白质，细胞，新陈代谢，信息传递，生长和发育，生殖，遗传和变异，进化，生物与环境的统一。
二. 生命的起源1. 原始生命的化学演变三步曲⎪⎩⎪⎨⎧的多分子体系的出现具有新陈代谢生命特征杂有机物从简单有机物演化为复生物的出现最简单的有机物及其衍.3.2.1 2. 原核细胞的产生：多分子体系就是生命的萌芽。
奥巴林的团聚体学说：生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液合在一起时，所形成的团聚体小滴。
福克斯提出的微球体学说：微球体主要石油类蛋白质物质在盐溶液中加热溶解，再冷却之后形成的一种胶质小体。
其特征：1.有双层膜，使得微球体能随溶液渗透压的变化而收缩或膨胀。
2.能吸收溶液中的类蛋白质而生长，能以细菌分裂方式进行繁殖。
3. 在电子显微镜下可见微球体结构类似于简单细菌4. 表面膜的存在使微球体分子对外界分子有选择地吸收。
多分子体系进化为原始生命必须具备三点1. 具有一定的物理化学结构2. 主要由蛋白质和核酸组成。
3.原始莫的形成。
三. 自养生物的出现在原始海洋中富含有机物质而大气中缺氧，因此最早出现的一定是异养厌氧型的原核细胞。
由异养原核生物不断发展，而海洋中现成有机物减少，再经过自然选择就出现了自养型原核生物。
它们的出现给地球带来的变化有两点:1. 形成了臭氧保护层切断了紫外线的供应，促进绿色植物的发展，使生命不被破坏。
2.有养呼吸的产生，随着大气中氧的浓度不断增加，使好氧细胞得以生存，高效的有氧呼吸替代无氧呼吸。
四. 从原核生物到真核生物真核生物肯定晚于原核生物，原因有两点 1.最早出现的化石是原核生物2.真核生物都是好氧型的。
内共生学说：1.真核细胞的线粒体和质体源于共生的真细菌。
（线粒体可能来源于紫细菌，质体来源于蓝藻。
第二章 生物的基本单位——细胞一. 细胞的分子基础细胞是生物体形态结构和生理功能的基本单位。
原生质：活细胞中所有生命物质的总称。
第二章生命的化学特征
第二章生命的化学特征生命现象的化学本质是什么？我们要从分子水平上进行研究，包括机体的元素组成，分子组成及结构，机体内水的作用，机体内分子之间的作用力，生物大分子，生物体能量学的知识等等。
2.1生命物质中的元素2.1.1C、H、O、N机体中最主要的元素包括C、H、O、N，这四种元素通过化学键构成各种化合物，它们是构成蛋白质、核酸、脂肪、糖类的主要元素。
2.1.2S、PS和P也参与化学键的构成，S构成-SH可以维持酶分子构象，P构成ATP供能物质。
2.1.3 K、Na、Ca、Cl、Mg这些元素主要以离子形式存在于体内，K＋、Na＋、Cl－对维持细胞渗透压，保持细胞内外离子平衡有重要作用，Ca2＋参与肌肉运动，而Mg2+作为许多酶催化作用的辅助因子。
2.1.4其他微量元素铁和铜虽然含量很少，属于微量元素，但作用同样重要，铁参与血红蛋白的构成，运输氧和二氧化碳；铁和铜还可在体内传递电子，通过化学价的转变，参与能量生成。
2.2生物体系中的非共价作用力CHON等各种元素和原子，基团之间的结构都是靠化学键连接，化学上讲共价键和非共价键，即共价作用力非共价作用力，而非共价作用力起着重要作用。
生物体内的非共价作用力主要有四种：范德华引力，氢键，疏水作用力，离子键2.2.1氢键:氢原子连接在两个电负性较大、原子半径较小的原子（如O、N之间N-H…O）之间形成。
对维持蛋白质和核酸的结构很重要。
2.2.2离子键：也叫盐键，由于正负离子之间的静电引力而产生的化学键。
如-NH3+与-COO-可形成。
对蛋白质空间结构的影响很大。
2.2.3范德华引力：就是指静电引力，在原子团相互接近时诱导产生的，只有数量巨大的原子同时相互接近时才产生范德华引力，不过有一定的范德华距离，0.3－0.4nm之间，太近时又会相互排斥。
对维持蛋白质酶等活性中心的构象尤为重要。
2.2.4疏水作用力：两个或两个以上疏水基团，由于周围极性水分对他们的排斥，彼此接近，产生的结合力，也叫疏水键。
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元素周期表中各种元素在生命机体中的丰度
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表 2-1 生物分子中的共价键与键能
类型 单键 O-H H-H P-O C-H C-O C-C S-H C-N C-S N-O S-S 458 433 416 413 350 346 338 297 258 220 212
钾,钠,氯,钙,镁
维持细胞渗透压,细胞容积,离子平衡, 维持细胞渗透压,细胞容积,离子平衡,细胞膜电位 神经肌肉正常兴奋性, 钠,钾离子 神经肌肉正常兴奋性,糖原合成和蛋白质代谢 镁离子是300多种酶的辅因子 镁离子是 多种酶的辅因子 钙离子是骨骼的主要成分,参与广泛的细胞生理活动,如物质的转运与分泌, 钙离子是骨骼的主要成分,参与广泛的细胞生理活动,如物质的转运与分泌,血液凝 固,是细胞信号传导的第二信使等
其他的微量元素
化学价可变( ),在生物氧化过程中作为电子递 主要有铁与铜 化学价可变(Cu2+/ Cu+ , Fe3+/ Fe2+),在生物氧化过程中作为电子递 是许多酶的辅因子.还有Zn 等也有重要生理功能. 体,是许多酶的辅因子.还有 2+,Mn 2+ ,Mo 2+ 和I 等也有重要生理功能.
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血红蛋白的空间结构
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核酸, 核酸,蛋白质和多糖是主要的生物大分子
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2.2 类脂 类脂(如磷脂)是富含碳氢元素的一族生物小分子, 类脂(如磷脂)是富含碳氢元素的一族生物小分子,其在水溶液 中溶解性较差,兼具亲水和亲脂特性. 中溶解性较差,兼具亲水和亲脂特性.细胞的膜结构就是大量磷脂分 子的聚合体. 子的聚合体. 2.3 有机小分子 细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质, 细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质,也是合成较 大分子的前体. 大分子的前体. 核苷酸,氨基酸, 如: 核苷酸,氨基酸,葡萄糖 脂肪酸,胆碱, 脂肪酸,胆碱,甘油等
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能量偶联反应 在生命有机体中一个放能的反应可以与一个耗能的反应偶联 以推动原本不能进行的反应. 以推动原本不能进行的反应.
葡萄糖 + 磷酸 ATP 葡萄糖耗能,ΔG>0, kJ/mol) 葡萄糖-6-磷酸 (耗能,ΔG>0,为 14 kJ/mol) ADP + Pi (放能,ΔG<0,为 -31 kJ/mol) 放能,ΔG<0, kJ/mol)
*指键断裂所需要的能量 **生物分子中很少见 指键断裂所需要的能量 生物分子中很少见 4
键能( 键能(kJ/mol) )
类型 双键 C=O C=N C=C P=O 三键** 三键 C≡C
键能* 键能 (kJ/mol) ) 708 612 608 500 813
硫和磷
可以形成相对比较弱的化学键,在化学基团和能量转移中有重要作用, 可以形成相对比较弱的化学键,在化学基团和能量转移中有重要作用,如巯基 -SH用于携带和转移脂酰基,磷酰基用于贮存和转移化学能 用于携带和转移脂酰基, 用于携带和转移脂酰基
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5.水 5.水
水是生命有机体中含量最多的物质,一般占体重的 水是生命有机体中含量最多的物质,一般占体重的60%70% 水有自由水和结合水,前者流动性大,含量可变,后者主 水有自由水和结合水,前者流动性大,含量可变, 要存在在胶体中, 要存在在胶体中,相对稳定 水分子是极性分子,既是氢键的受体,又是氢键的供体. 水分子是极性分子,既是氢键的受体,又是氢键的供体. 水分子的极性和形成氢键的能力使其具有高度反应性 水有高的介电常数( ), ),因此是众多反应物的优良的溶 水有高的介电常数(80),因此是众多反应物的优良的溶 剂,使其自由扩散或发生相互作用 没有水就没有生命. 没有水就没有生命.
范德瓦尔力( 范德瓦尔力(Van der Waals bonds) )
一定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用, 一定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用,本质上也是静电引力
疏水力( 疏水力(hydrophobic interaction) )
非极性分子或基团在水相环境中相互吸引, 非极性分子或基团在水相环境中相互吸引,聚集的作用力
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3.生命有机体中的化学键 3.生命有机体中的化学键
在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键, 在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键,离子 范德瓦尔力,疏水力. 键,范德瓦尔力,疏水力. 氢键( 氢键(hydrogen bonds) )
由两个原子来分享一个氢原子,具有高度定向性,一个是氢供体, 由两个原子来分享一个氢原子,具有高度定向性,一个是氢供体, 另一个是氢受体
葡萄糖 +萄糖-6-磷酸 + ADP (放能,ΔG<0,为 -17 kJ/mol) )
由葡萄糖激酶催化的反应
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ATP ATP是自由能的直接供体,它的作用犹如货币一样在体内 是自由能的直接供体, 是自由能的直接供体 使用和流通,因此人们将它形象地称为" 使用和流通,因此人们将它形象地称为"通用能量货币 (general currency of energy)". ) 细胞是一个高效率的能量转换器, 细胞是一个高效率的能量转换器,生命有机体中的能量转 换是通过电子流动来实现的. 换是通过电子流动来实现的.
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水分子结构图
水溶液中的离子
水分子竞争羰基氧与亚氨基氮之间的氢键
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本章结束
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�
离子键( 离子键(ionic bonds) )
正,负电荷之间的静电引力
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范德瓦尔接触距离
4 种非共价作用力的示意图
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4.生物能量学 4.生物能量学
生物能量学( 生物能量学(bioenergetics):研究生命有机体传递和消耗能量的过 ) 阐明能量的转换和交流的基本规律. 程,阐明能量的转换和交流的基本规律.
体内能量的产生, 体内能量的产生,转移和利用
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自由能( 自由能(free energy) )
能量总是从能态较高的物体流向能态较低的物体.这些过程都是自发的. 能量总是从能态较高的物体流向能态较低的物体.这些过程都是自发的. 凡是自发的过程,都有能量的释放,而且其中一部分可以用来带动非自发的过程. 凡是自发的过程,都有能量的释放,而且其中一部分可以用来带动非自发的过程. 自发过程中能用于做功的能量称为自由能. 自发过程中能用于做功的能量称为自由能 体系可做功的能量(自由能) 体系可做功的能量(自由能)= 体系总能量 – 不被利用做功的能量 表示为: 表示为 G = H – ST H表示体系的总能量(焓值); 表示不能被利用做功的能量,S为熵值,T 表示体系的总能量(焓值);ST表示不能被利用做功的能量 为熵值, 表示体系的总能量 ); 表示不能被利用做功的能量, 为熵值 为绝对温度,那么体系可做功的能量等于H 表示. 为绝对温度,那么体系可做功的能量等于 – ST,称为自由能,用G表示 ,称为自由能, 表示 自由能G是一个状态函数.在等温等压条件下,体系从一种状态转变为另一种状 自由能 是一个状态函数.在等温等压条件下, 是一个状态函数 态时,自由能的改变为: 态时,自由能的改变为: G = H – S T 在自发过程中,自由能的改变为负值 表示释放的自由能可以用来做功. 在自发过程中,自由能的改变为负值, 表示释放的自由能可以用来做功.而 在非自发过程中,其变化是正值,表示这种改变要从外界输入能量才能实现. 在非自发过程中,其变化是正值,表示这种改变要从外界输入能量才能实现.
第2章
生命的化学特征
Chemical Properties of Life
1
本章主要内容
组成生命有机体的元素 生物分子 生命有机体中的化学键 生物化学反应的能量来源 水在生命化学过程中的作用
2
1.生命中的元素 1.生命中的元素
生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异, 生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异,然而组成生命物质 的元素都是存在于非生命界的元素. 的元素都是存在于非生命界的元素.
2.生物分子 2.生物分子
2.1 生物大分子 参与生命有机体活动的许多分子是非常巨大的,我们把生物机体中这些 参与生命有机体活动的许多分子是非常巨大的, 巨大的分子称为生物大分子( 巨大的分子称为生物大分子(biological macromolecules). ).
生物大分子通过组成它们的单体之间的 非共价相互作用,形成特定的空间结构, 非共价相互作用,形成特定的空间结构, 从而具有了不同的生物学功能. 从而具有了不同的生物学功能. 生物大分子是表现生命特征的基本物质. 生物大分子是表现生命特征的基本物质.