生物化學生命科學學院

Biochemistry

生物化學的概念及研究內容生物化學的發(fā)展歷史生物化學與相關學科的關系生物分子概述第一章緒論一、生物化學的概念及研究內容

我們所處在的地球生長著無數的生物，包括病毒、類病毒、菌、藻等微生物及各種動物、植物。生命有機體的特征？生物化學是闡明生物分子是如何相互作用而形成復雜而高效的生命現(xiàn)象的科學。生物化學是一門運用化學的原理和方法研究生命現(xiàn)象的本質，揭示生命奧秘的科學。簡單地說生物化學就是生命的化學。生物化學的概念①研究構成生物體的分子基礎生物分子的化學組成、結構、性質和功能。②研究生物分子在生命活動中的變化規(guī)律（物質代謝、能量代謝）生物化學的研究內容二、生物化學的發(fā)展歷史最早的自然科學就是數、理、化、天、地、生。生就是生物學，研究的是一些力所能及的形態(tài)觀察、分類等。隨著各學科的發(fā)展，學科間在理論知識和技術上相互滲透，尤其是化學、物理學的滲透，到18世紀一些從事化學研究的科學家如拉瓦錫、舍勒等人和一些藥劑師轉向生物領域，生物學逐漸分離成生理化學（生物化學的萌芽）、遺傳學、細胞學。1877年，德國醫(yī)生霍佩-賽勒ErnstFelixHoppe-Seyler首次提出“Biochemistry”一詞，并使之成為一門獨立的學科。生物化學的發(fā)展概括起來經歷了3個階段：

YearProteinswerethoughttocarrygeneticinformationMiescherdiscoveredDNAInterweavingofthehistoricaltraditionsofbiochemistry,cellbiology,andgenetics.

靜態(tài)動態(tài)機能

機能生物化學階段：大發(fā)展時期（1950-）科學家對生物的研究已從整體水平逐步深入到細胞、亞細胞、分子水平。伴隨實驗手段、技術（電鏡、超離心、色譜、電泳等）的不斷改進，使得對生物大分子結構及功能的研究也更加深入。50年代以后生物化學迅猛發(fā)展，每年的諾貝爾生理學/醫(yī)學獎和化學獎的大部分獎項都是與生物化學領域相關的。美國、法國、德國、英國在近代生物化學發(fā)展史貢獻突出。在21世紀，生物化學將在分子、細胞等水平上利用多學科手段交叉滲透，對核酸、蛋白質和基因組、核糖體、生物膜等大分子體系，以及免疫、遺傳、發(fā)育、衰老、死亡等重大生命現(xiàn)象進行綜合深入的研究，為社會的發(fā)展帶來深刻的影響。生物化學的應用

生物化學的原理和技術在生產實踐中也得到廣泛的應用。如與農學、某些輕工業(yè)(如制藥、釀造、皮革、食品等)、醫(yī)學都有密切關系，很多問題都需要從生化的角度、利用生化的方法才能了解。四、生物分子概述碳架是生物分子結構的基礎生物分子有復雜的異構現(xiàn)象生物分子中的作用力自然界所有的生物體都由三類物質組成：水、無機離子、生物分子生物分子泛指生物體特有的各類分子，它們都是有機物。生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的物質基礎。典型的細胞含有一萬到十萬種生物分子。其中近半數是小分子，分子量一般在500以下,如維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。其余都是某些生物小分子的聚合物，分子量很大，一般在一萬以上，有的高達1012，因而稱為生物大分子，如多糖、脂、核酸和蛋白質。1、碳架是生物分子結構的基礎碳元素一般占細胞干重的50％以上。碳原子既難得到電子，又難失去電子，最適于形成共價鍵。碳原子成鍵能力很強，且是四面體構型，因此它自相結合可以形成結構各異的生物分子骨架（碳架）。碳原子又可通過共價鍵與其它元素結合，形成化學性質活潑的官能團。生物分子碳架的大小組成不一，幾何形狀結構多樣（線形、分支形、環(huán)形、飽和、不飽和）。變化多端的碳架與種類有限的官能團，共同組成形形色色的生物分子的低層次結構--生物小分子。結構異構結構異構：由于原子之間連接方式不同所引起的異構現(xiàn)象。結構異構包括:由碳架不同產生的碳架異構，如丙基和異丙基;丙基異丙基由官能團位置不同產生的位置異構，如α-丙氨酸和β-丙氨酸;由官能團不同而產生的官能團異構。如丙醛糖和丙酮糖。順反異構MuchinputofenergyIsneededfortheirinterconversion(viabreakage/formationofcovalentbonds.(順丁烯二酸，馬來酸）（反丁烯二酸，富馬酸）各自具有不同的化學性質和生物學作用由C=C引起的手性碳原子引起。1個手性碳原子上相連的各原子或基團的空間排布有兩種，互為鏡像，稱為對映體。光學異構具有n個手性碳原子的分子，有2n個立體異構體

構象異構

由于C–C單鍵的旋轉，使分子中其余原子或基團的空間取向發(fā)生改變，從而產生種種可能的有差別的立體形象，這種現(xiàn)象稱為構象異構。

構象異構賦予生物大分子的構象柔順性。與構型相比，構象是對分子中各原子空間排布情況的更深入的探討，以闡明同一構型分子在非鍵合原子間相互作用的影響下，所發(fā)生的立體結構的變化。生物大分子在眾多可能構象中通常表現(xiàn)有限數量的穩(wěn)定構象.一個生物分子的功能通常依賴于它特異的三維結構，即構象和構型。3、生物分子中的作用力生物體系存在兩類不同水平的作用力：一類是生物元素借以結合成為生物分子的強作用力--共價鍵。另一類是決定生物分子高層次結構和生物分子之間借以相互識別、結合及作用的弱作用力--非共價相互作用（次級鍵）。非共價作用力包括氫鍵、靜電作用力、范德華力和疏水作用力。這些力屬于弱作用力，其強度比共價鍵低一兩個數量級。這些力單獨作用時很弱，極不穩(wěn)定，但在生物高層次結構中，許多弱作用力協(xié)同作用，往往起到決定生物大分子構象的作用。氫鍵

氫鍵的形成：供氫體的X原子及氫受體Y原子必須半徑較小，電負性較大；Y原子還必須含有孤對電子（一般X,Y為N,O,F,Cl)。帶正電荷的H原子核與Y原子的孤對電子互相靜電吸引，產生氫鍵。氫鍵是一種弱作用力，鍵能只相當于共價鍵的1/30-1/20(12-30kj/mol)，容易被破壞。氫鍵的鍵長比共價鍵長，比范德華距離短。氫鍵對生物體系有重大意義，特別是在穩(wěn)定生物大分子的二級結構中起主導作用。供氫體氫受體X-H┄Y范德華力范德華力是普遍存在于原子和分子間的弱作用力，是范德華引力與范德華斥力的統(tǒng)一。引力和斥力分別和原子間距離的6次方和12次方成反比。二者達到平衡時，兩原子或原子團間保持一定的距離，即范德華距離。

范德華力的本質是偶極子之間的靜電相互作用力，包括定向力、誘導力和色散力。極性基團或分子是永久偶極，它們之間的作用力稱為定向力。非極性基團或分子在永久偶極子的誘導下可以形成誘導偶極子，這兩種偶極子之間的作用力稱為誘導力。非極性基團或分子，由于電子相對于原子核的波動，而形成的瞬間偶極子之間的作用力稱為色散力。范德華力比氫鍵弱得多，但如果兩個分子表面幾何形態(tài)互補，由于許多原子協(xié)同作用，范德華力就能成為分子間有效引力。范德華力對生物多層次結構的形成和分子的相互識別與結合有重要意義。靜電作用力

包括正負荷電基團間的引力，常稱為鹽鍵(saltbond)和同性荷電基團間的斥力。力的大小與荷電量成正比，與荷電基團間的距離平方成反比，還與介質的極性有關。介質的極性對荷電基團相互作用有屏蔽效應，介質的極性越小，荷電基團相互作用越強。例如，-COO-與-NH3+間在極性介質水中的相互作用力，僅為在蛋白質分子內部非極性環(huán)境中的1/20，在真空中的1/80。

疏水相互作用疏水相互作用比范德華力強得多。生物分子有許多結構部分具有疏水性質，如蛋白質的疏水氨基酸側鏈、核酸的堿基、脂肪酸的烴鏈等。它們之間的疏水相互作用在穩(wěn)定蛋白質、核酸的高層次結構和形成生物膜中發(fā)揮著主導作用。

生物化學的概念及研究內容生物化學的發(fā)展歷史生物化學與相關學科的關系生物分子概述緒論完教學安排（72學時）1.理論部分(48學時)第一章

緒論（1學時）第二章蛋白質（6學時）第三章核酸（4學時）第四章酶（6學時）第五章大分子復合物--生物膜（2學時）第六章糖類與糖類代謝（6學時）第七章生物氧化與氧化磷酸化（4學時）第八章脂類與脂類代謝（4學時）第九章含氮化合物代謝（4學時）第十章核酸的生物合成與降解（4學時）第十一章蛋白質的生物合成與降解（4學時）第十二章代謝調節(jié)（3學時）

靜態(tài)生化－生物分子的結構、性質、功能，很少涉及它們的變化，包括糖、脂、蛋白質、核酸、酶、維生素等。

動態(tài)生化：這些生物分子的來龍去脈，即合成與分解。

內容分布2.實驗部分(24學時）實驗(共6個實驗)

課程特點：概念性、描述性的內容居多，推導性或計算性的內容較少，因此，它不同于理科而更近似于文科，記憶的東西多，巧妙記憶成為學好生化的一個重要方法。

要求：認真聽講，做好筆記。

課后復習，及時消化。最好能預習一下參考書目

1.《生物化學》王鏡巖，全面，繁多，不易懂。

2.Lehninge