第1章生物分子導論

生物化學Biochemistry王琦生物科學與技術(shù)系2013級生物科學專業(yè)：68學時2013級生物技術(shù)專業(yè)：68學時2014級生物科學專業(yè)：68學時2014級生物技術(shù)專業(yè)：51學時2012級、2013級化學生物學專業(yè)

75學時《生物化學教程》王鏡巖、朱圣庚、徐長發(fā)編著高等教育出版社（2008.6）2013級生物科學專業(yè)42學時2013級生物技術(shù)專業(yè)34學時2014級生物科學專業(yè)42學時2014級生物技術(shù)專業(yè)34學時2012級、2013級化學生物學專業(yè)32學時考核方式平時成績：出勤（30%）、作業(yè)（40%）、筆記（30%）綜合成績：平時成績（10%）、期中成績（20%）、期末成績（70%）

生物化學就是研究生命屬性的科學，其目的是在分子水平上闡明生物的結(jié)構(gòu)與功能，揭示生命的本質(zhì)。

本書包括三大部分：

1、生物分子的結(jié)構(gòu)和化學

2、新陳代謝

3、遺傳信息如何學習生物化學

生物化學，即生命的化學，它是在分子水平上研究生物體的組成與結(jié)構(gòu)、代謝及其調(diào)控的一門科學，它是一門具有先進性、科學性和系統(tǒng)性的學科，并以眾多相關學科為基礎。由于其在生物等學科的重要性而使內(nèi)容逐漸增多，且發(fā)展速度快，新知識、新進展不斷涌現(xiàn)，有大量需要記憶和思考的內(nèi)容，因此學好它不是一件容易的事情。1．選好教材和參考書即要選擇好內(nèi)容全面、新、有一定深度的教材，又要選擇好概括性強、指導性強、應試性強、具有不同風格的參考書。對于綜合性大學的學生和考研生來說，國內(nèi)較好的教材就是北京大學王鏡巖等編著的《生物化學》，該書內(nèi)容知識新、覆蓋面廣且具有一定深度。2．抓住主線，由表及里，循序漸進根據(jù)研究內(nèi)容，生物化學可分為以下幾部分：①重要生物分子的結(jié)構(gòu)和功能：著重介紹蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素、激素和抗生素等的組成、結(jié)構(gòu)與功能。重點掌握生物分子具有哪些基本的結(jié)構(gòu)?哪些重要的理化性質(zhì)？以及結(jié)構(gòu)與功能之間有什么關系等問題，同時要隨時將它們進行比較。這樣既便于理解，也有利于記憶。②物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)：主要介紹糖代謝、脂類代謝、能量代謝、氨基酸代謝、核苷酸代謝、以及各種物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)規(guī)律。此部分內(nèi)容是傳統(tǒng)生物化學的核心內(nèi)容。學習這部分內(nèi)容時，應注重學習各種物質(zhì)代謝的基本途徑，特別是糖代謝途徑（糖酵解、三羧酸循環(huán)途徑、糖異生途徑等）；脂肪酸分解與合成和酮體代謝途徑；氨基酸的脫氨基及氨的代謝；能量生成方式等；各代謝途徑的關鍵酶及生理意義；各代謝途徑的主要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相互聯(lián)系等問題。③分子生物學基礎：重點介紹了DNA復制，DNA轉(zhuǎn)錄和翻譯。學習這部分內(nèi)容時，應重點學習復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的基本過程，并從必要條件、所需酶及特點等方面對三個過程進行比較。在理順本課程的基本框架后，就應全面、系統(tǒng)、準確地掌握教材的基本內(nèi)容，并且找出共性，抓住規(guī)律，學會抓住線條、圍繞主線向外擴展和上下聯(lián)系的方法。3．懂得記憶法，學會記憶學習生物化學時，學生反映最多的問題是記不住學過的內(nèi)容。首先分清楚哪些需要記憶，哪些根本就不需要記憶。如氨基酸的三字母和單字母符號、一些關鍵詞的縮寫、氨基酸和堿基的結(jié)構(gòu)等是需要記的，而有些生物分子的結(jié)構(gòu)式如維生素B12等并不需要記；其次明白理解是記憶之母，因此對各章內(nèi)容，必須先對有關原理理解透，然后再去記憶；第三，記憶要講究技巧，多想想方法，注意前后關聯(lián)，不要前后脫節(jié)。另外，理解和記憶都是掌握知識的基本保證，記憶應該建立在理解的基礎之上，并且也只有在理解的基礎上記憶，才能記得牢，記得準。然而，有些學生和考生習慣于死記硬背，這是許多人考試失敗，特別是對一些靈活性較大的問題不能應付自如的重要原因。4．勤于動手，聯(lián)系實際這是由“學懂”轉(zhuǎn)向“會做”的橋梁和提高考生在考試中應試能力的重要保證。另外，應將所學的基礎理論知識應用到實際中，做到理論聯(lián)系實際。如應用酶促反應動力學和維生素等章節(jié)的基礎理論知識解釋磺胺藥物的作用機理；應用糖代謝等章節(jié)的基礎理論知識解釋糖尿病的發(fā)病機理和臨床上的“三多一少”癥狀；應用維生素和核酸代謝等章節(jié)的基礎理論知識解釋為什么缺乏葉酸和維生素B12會導致巨幼紅細胞貧血：應用酶學等章節(jié)的基礎理論知識解釋酶原激活和同工酶的生理意義等。5．緊扣大綱，突出重點大綱對考試內(nèi)容從能力層次上提出不同要求，即“了解”、“熟悉”和“掌握”三個層次。要求掌握的內(nèi)容：能對內(nèi)容融會貫通，并靈活運用；要求熟悉的內(nèi)容：對內(nèi)容能深刻理解，并能用自己的語言對其敘述；要求理解的內(nèi)容：對所學過的內(nèi)容基本能理解，并能模仿記憶。第1篇生物分子的結(jié)構(gòu)和化學第1章

生物分子導論生命的本質(zhì)特征化學成分的同一性;嚴整有序的結(jié)構(gòu)；新陳代謝；生長特性；自我復制的能力；應激能力；進化。一、生命物質(zhì)的化學組成自然界所有的生命體都由三類物質(zhì)組成水、無機離子和生物分子（一）生命體的元素組成在地球上存在的92種天然元素中，只有30種元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)。被稱為生命元素。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、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。生物與非生物界的統(tǒng)一性：

組成生物的化學元素在無機自然界均可以找到，沒有一種是生物界所特有的。生物與非生物界的差異性：

組成生物的化學元素，在生物體內(nèi)和無機自然界中的含量相差很大。

化學元素不是隨機參入生物的，是在進化的過程中被選擇出來的。某些生命元素決定于環(huán)境中原料的可得性，某些元素決定于其原子或分子對生命過程中專一作用的適合性。（二）生物分子生物分子是泛指構(gòu)成的蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)以及它們的構(gòu)件分子和代謝中間物等。生物分子是碳的化合物；活生物的化學可看成是碳化合物的化學，碳占細胞干重的50%以上。C可與H形成單鍵，可與O和N原子形成單鍵或雙鍵。碳在成鍵方面的多能性是生物起源和進化過程中選擇碳作為細胞分子機器的主要原因。生物大分子及其構(gòu)件；許多生物分子（如蛋白質(zhì)、核酸、多糖）是高相對分子質(zhì)量的多聚體，由小的、相對簡單的有機化合物稱為構(gòu)件或構(gòu)件分子聚合而成，這些多聚體稱為生物大分子。如，氨基酸→蛋白質(zhì)；核苷酸→核酸（DNA，RNA）；葡萄糖→多糖；

脂質(zhì)→生物膜（構(gòu)件：脂肪酸、甘油、膽堿等）。（不屬于生物大分子，Mr:750-1500，然而大量的脂質(zhì)分子可通過非共價鍵締合成很大的聚集體——生物膜）蛋白質(zhì)（Protein）

有機體新陳代謝的催化劑---酶有機體的結(jié)構(gòu)成分種類：結(jié)構(gòu)蛋白、伸縮蛋白、貯存蛋白、保護蛋白、運輸?shù)鞍?、激素蛋白等。由多個氨基酸單體組成的生物大分子多聚體。核酸：

核酸的結(jié)構(gòu)單體為核苷酸分子。核酸分脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸(RNA)二、生物分子的三維結(jié)構(gòu)（一）生物分子的大小生物分子不僅種類繁多，在分子大小方面跨度也很大：（二）立體異構(gòu)與構(gòu)型立體異構(gòu)：指具有相同的結(jié)構(gòu)式，但它們的價鍵在三維空間結(jié)構(gòu)的關系不同的異構(gòu)體。構(gòu)型：指規(guī)定立體異構(gòu)體中價鍵在空間的相對取向。構(gòu)型的立體化學特點是如果沒有共價鍵的斷裂和重排，立體異構(gòu)體是不會發(fā)生改變的。立體異構(gòu)幾何異構(gòu)：分子中雙鍵或環(huán)的存在，限制了取代原子或原子基團繞鍵軸的自由旋轉(zhuǎn)引起的，又稱順反異構(gòu)。旋光異構(gòu)：由于手性中心的存在，繞手性中心的取代基團以特定的順序排列形成，又稱光學異構(gòu)。

旋光異構(gòu)體一般都具有旋光性，能夠引起平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種能力成為旋光活性或旋光度。旋光具有方向性，偏振面向右（順時針方向，符號+）或向左（逆時針方向，符號-）。在一定條件下旋光度與待測液的濃度（c）和平面偏振光通過待測液的長度（l）的乘積成正比。[α]——比旋或旋光率；

λ——所用光的波長，一般用鈉光（λ=589nm），以D表示；

t——測定時的溫度；

l——樣品管長度；

c——濃度。手性中心具有4個不同取代基團的四面體碳原子，也稱不對稱碳原子或手性碳原子，以C*表示。含有一個C*的分子只能有兩個旋光異構(gòu)體，一般含n個C*的分子可以有2n個旋光異構(gòu)體。在這些旋光異構(gòu)體中互為不能疊合的鏡像關系的旋光異構(gòu)體，稱為對映體。彼此不成鏡像關系的的旋光異構(gòu)體稱為非對映體。

一對對映體除具有旋轉(zhuǎn)程度相同而方向相反的旋光性和不同的生物活性外，其他的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同。任一旋光化合物都只有一個對映體，它的其它旋光異構(gòu)體，在物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和生物活性方面都與之不同。DL命名系統(tǒng)單糖和氨基酸的絕對構(gòu)型是根據(jù)甘油醛的絕對構(gòu)型確定的。甘油醛的絕對構(gòu)型為X射線衍射分析所證實。所有由L-甘油醛衍生而來的異構(gòu)體被指定為L型，如L-丙氨酸；由D-甘油醛衍生而來的異構(gòu)體被指定為D型，如D-葡萄糖。RS命名系統(tǒng)RS系統(tǒng)命名步驟：標定與手性碳上4個取代基的優(yōu)先性順序。某些常見取代基的優(yōu)先性-SH>-OR>-OH>NH2>-COOH>-CONH2>-CHO>-CH2OH>-C6H5>-CH3>-H；旋轉(zhuǎn)手性四面體碳，使那個優(yōu)先性最小的取代基離開觀察者最遠，另三個取代基面向觀察者；確定靠近觀察者的三個取代基的優(yōu)先性順序，順序是順時針方向的則為R構(gòu)型。逆時針方向的為S構(gòu)型。（三）生物分子間相互作用的立體專一性

在生物中手性分子一般只是以一種手性形式存在。如，蛋白質(zhì)中的氨基酸都是L型的，淀粉，纖維素等多糖中的單體葡萄糖都是D型的。但在實驗室中化學合成的化合物，一般都是以D，L兩種形式等摩爾混合物存在，稱為[外]消旋物，它不能使偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

立體專一性是指區(qū)分立體異構(gòu)體的能力，它是酶和其他蛋白質(zhì)的一種特性。（四）構(gòu)象與三維結(jié)構(gòu)

由于繞單鍵旋轉(zhuǎn)引起的組成原子的不同排列稱為構(gòu)象。一種特定的構(gòu)象稱為構(gòu)象體或構(gòu)象異構(gòu)體。傳統(tǒng)觀念認為單鍵旋轉(zhuǎn)是自由的，因而一種分子可以有無限種構(gòu)象，然而實際上碳-碳單鍵的旋轉(zhuǎn)受到相鄰碳上的取代基團之間的非共價相互作用的約束，只允許有機分子采取某種或幾種構(gòu)象，即占優(yōu)勢構(gòu)象。其中存在兩種極端形式：交叉型和重疊型。構(gòu)象的立體化學特點是不需任何共價鍵的破裂即可發(fā)生構(gòu)象體的轉(zhuǎn)變。（五）三維結(jié)構(gòu)的分子模型

常見的有透視和骨架模型，此外還有空間填充模型和球棍模型。絲氨酸的分子結(jié)構(gòu)及其空間填充模型和球棒模型三、生物結(jié)構(gòu)中的非共價力四、水和生命（一）水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與一般溶劑（甲醇）相比，水具有高熔點、高沸點、高蒸發(fā)熱、高介電常數(shù)、高表面張力等。（二）水是生命的介質(zhì)五、細胞的分子組織層次

六、生物分子的起源與進化學生素質(zhì)拓寬《食品營養(yǎng)與膳食指導》、《食品安全與衛(wèi)生學》公選課人力資源與社會保障部頒發(fā)，全國通用，終生有效，國家職業(yè)資格證書全省統(tǒng)考（一年兩次：5月和11月）：公共營養(yǎng)師（四級/中級）：針對性輔導、培訓。一年4-5次（3月、5月、7月、9月、11月）：健康管理