生物化學(xué)的一些基本問題

1、生物化學(xué)的一些基本問題1生 命2什么是生命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(dòng)。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。3生命的特征：新陳代謝、生長發(fā)育、繁衍后代、遺傳變異、環(huán)境應(yīng)激性、自主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)化演變結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、組織性和有序性、物質(zhì)能量交換、生長發(fā)育、遺傳變異、環(huán)境應(yīng)激性、進(jìn)化演變？4生命的定義“生命是蛋白體的存在方式，這個(gè)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

2、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?！倍鞲袼埂吧情_放的非平衡系統(tǒng)中發(fā)生的一系列過程”鮑爾“非平衡態(tài)是通過熵從生物體流向周圍介質(zhì)來維持的”（耗散結(jié)構(gòu)）薛定鄂5生命是高度有序的，開放的，具有耗散特征的，遠(yuǎn)離平衡態(tài)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其基本框架為：DNA-RNA-蛋白質(zhì)不斷更新的自組織屬性具有多級超循環(huán)結(jié)構(gòu)在生命系統(tǒng)混沌與吸引子作用下不斷朝更高層次邁進(jìn)6生命的化學(xué)基礎(chǔ)7 全世界250余萬種生物，無論是形態(tài)結(jié)構(gòu)還是生理過程都千姿百態(tài)，迥然不同，但他們卻有著相似的化學(xué)基礎(chǔ)。8從分子到細(xì)胞9生命的化學(xué)組成 水：65%-75% 蛋白質(zhì)：10%-15% 脂 質(zhì)：3%-7% 糖 類：2%-

3、4% 核 酸：3%-5% 其他有機(jī)物：1% 無機(jī)物：2%-3%10構(gòu)成生命的化學(xué)元素組成生命體的物質(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、Be、Br、Cr、F、I、Mo、Se、Si等。111213重要的有機(jī)化學(xué)概念14什么是有機(jī)物有機(jī)物原義是“有生機(jī)的物質(zhì)”，

4、即來自于生命體的物質(zhì)?！坝袡C(jī)”、“無機(jī)”并無絕對界限從目前來看，有機(jī)化學(xué)主要研究是以C、H元素共價(jià)結(jié)合體為骨架的“有機(jī)化合物”的結(jié)構(gòu)、特性以及相互之間的轉(zhuǎn)化和反應(yīng)15C 原子是構(gòu)成有機(jī)分子的重要元素，它能形成四個(gè)穩(wěn)定共價(jià)鍵，是有機(jī)分子的骨架H 原子做為最小的原子，具有形成穩(wěn)定共價(jià)鍵以及離子鍵、氫鍵的能力。所有有機(jī)化合物均包含C、H元素構(gòu)成的分子骨架16一般情況下，C原子的四跟共價(jià)鍵是對稱的，形成四棱錐結(jié)構(gòu)。對C-C單鍵連接的分子我們一般接受這一假設(shè)C原子可繞單鍵自由旋轉(zhuǎn)C=C雙鍵或三鍵具有剛性，因此C原子與其他相連原子處于同一平面，不能旋轉(zhuǎn)17FisherBall-and-stickSpace

5、 filling三種常用的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)示意18重要的有機(jī)官能團(tuán)所謂官能團(tuán)，是指有機(jī)化合物中區(qū)別于共同碳骨架的結(jié)構(gòu)部分。一般有機(jī)分子的化學(xué)性質(zhì)主要取決于官能團(tuán)。復(fù)雜的有機(jī)分子通常有多個(gè)官能團(tuán)19甲基乙基苯基20羥基醛基酮基21羧基酯醚22酐乙酰磷酸磷酸酐23氨基酰氨基24胍基咪唑基25巰基硫酯二硫化物262728有機(jī)分子的構(gòu)型構(gòu)象不對稱碳原子當(dāng)一個(gè)C原子上連接的4個(gè)基團(tuán)各不相同時(shí)，該C原子即不對稱C原子，因不對稱C原子上基團(tuán)連接方式的不同，而產(chǎn)生有機(jī)分子的不同構(gòu)型和手性現(xiàn)象。構(gòu)型：指有機(jī)分子內(nèi)部基團(tuán)的共價(jià)連接方式的差異。改變構(gòu)型必須斷裂共價(jià)鍵。構(gòu)象：由于各基團(tuán)繞C原子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的有機(jī)分子內(nèi)各原子

6、的空間排布的差異，不涉及共價(jià)鍵的斷裂293031R，S構(gòu)型命名系統(tǒng)32D, L構(gòu)型命名系統(tǒng)33(R,R) isomer(S,S) isomer34綠薄荷香菜35Neutral sweet (commercial name)36有機(jī)分子的構(gòu)象HighenergyLowenergy3738Light absorbing pigment in rhodopsinan integral membrane protein39Conformational flexibility of a protein4041生物化學(xué)反應(yīng)的基本原則共價(jià)鍵是通過兩個(gè)原子共用外層電子而形成的原子有通過獲得、失去或共享電子的方

7、式，達(dá)到“滿電子狀態(tài)”的傾向如果形成共價(jià)鍵的原子“電負(fù)性”相近，那么形成的共價(jià)鍵是 非極性的，否則就是“極性的”共價(jià)鍵的強(qiáng)弱，可用“鍵能”來衡量，所謂“鍵能”就是斷裂該鍵所需的能量，或者該鍵形成時(shí)所釋放的能量42多數(shù)生化反應(yīng)是通過“親核基團(tuán)”攻擊“親電基團(tuán)”來實(shí)現(xiàn)的“親核基團(tuán)”指那些含有多余電子，傾向于通過提供共享電子而形成共價(jià)鍵的官能團(tuán)或原子，含O、N、S的基團(tuán)是生化中常見的“親核基團(tuán)”“親電基團(tuán)”指有空的電子軌道，傾向于通過捕獲電子而形成共價(jià)鍵的官能團(tuán)或原子，H+和金屬陽離子是生化中常見的“親電基團(tuán)”C原子可同時(shí)表現(xiàn)為C+、C-（取決于所連接的基團(tuán)）43重要的生物化學(xué)反應(yīng)形式氧化-還原（o

8、xidation-reduction reaction）取代反應(yīng)（substitution reaction)異構(gòu)化反應(yīng) （isomerization reaction）縮合反應(yīng)（condensation reaction）脫水反應(yīng)（dehydration reaction）裂解反應(yīng)（lytic reaction）水解反應(yīng)（hydrolytic reaction）44454647Oxidation states of carbons in biomoleculesMostreducedGlucose,source ofelectronsfor metabolismMost oxidized48

9、An oxidation-reduction reaction49細(xì)胞內(nèi)常見“親核基團(tuán)”含電負(fù)性較強(qiáng)的原子具有孤對電子50substitution reaction5152tRNA is a better leaving group for removal during condensation.In this reaction, an amino acid is first activated by tRNA.5354SN2 reaction, the leaving group is ADP.55An isomerization reaction56dehydration reaction57A hydrolysis reaction of a peptide bond, a nucleophilic attackon the carbonyl