第1章生物分子导论

生 物 化 学Biochemistry主讲教师：时国庆化学与生物工程学院生物科学与工程系Tel: 62334497E-mail: 教材： 生物化学教程 第一版，王镜岩、朱圣庚、徐长法主编，高等教育出版社。 参考书： 生物化学 第三版，王镜岩、朱圣庚、徐长法主编，高等教育出版社。 新编生物化学辅导与习题精选 （第一版），余琼等编著，化学工业出版社。 Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition，David Nelson and Michael Cox, W. H. Freeman,2004 教学方式：多媒体教学考试方式：闭卷考试（平时成绩： 20%，考试成绩：80%）学习方法：多思考，多求证，多涉猎。生物类期刊、网站科学网 /生物谷 /生物通 /Science网络版 / 生物化学与生物物理进展 ， 科学通报 ， Science ， Nature图书馆网络数据库第一章生物分子导论活生物（ living organism）的共同特征化学成分的同一性严整有序的结构新陈代谢自我复制的能力生物化学 就是研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化的一门科学。简单说，生物化学就是生命的化学一、生命物质的化学组成（一）生命体的基本元素Bulk elements (shaded orange) are structural components of cells and tissues and are required in the diet in gram quantities daily. For trace elements (shaded bright yellow), the requirements are much smaller: for humans, a few milligrams per day of Fe, Cu, and Zn, even less of the others. The elemental requirements for plants and microorganisms are similar to those shown here; the ways in which they acquire these elements vary.常量元素：占生物体全部质量的 99以上的 C、 H、 O、 N四种元素，和 P、 S、 K、 Na、 Ca、 Mg、 Cl共 11种元素，称为常量元素，原子序数在 20以下。微量元素：包括所有生物中都存在的 Mn、 Fe、 Co、 Cu、 Zn和部分生物中存在的 B、 F、 Al、 Si、 Se、As、 Ni、 I、 V、 Cr、 Br、 Sn、 Ba、 Mo，占人体总量不足。2010年 12月 3日，美国宇航局宣布，发现一种能够利用有毒元素 As生存和繁殖的微生物 变形菌纲的 GFAJ-1菌株，它的细胞成分构成中 As元素代替了 P元素。v生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。v生物分子的主要类型包括：糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。（二）生物分子1、生物分子是碳的化合物生物大分子基本特征1)、 C原子可以形成多种化学键2)、 C-C单键具有很强的化学稳定性3)、碳原子骨架既有灵活性又有稳定性2、生物大分子是由结构比较简单的小分子 构件 分子（ blook-building molecule）所聚合形成。蛋白质：氨基酸核酸：核苷酸淀粉：葡萄糖生物大分子基本特征3、构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。例如，构成蛋白质的氨基酸都是 L型， 构成多糖的葡萄糖都是 D型。生物大分子基本特征4、具有非常复杂的结构 。生物大分子基本特征二、生物分子的三维结构（一）生物分子的大小名称 长度 /nm 质量 /D水 0.3 18丙氨酸 0.5 89磷脂 3.5 750核糖核酸酶 4.0 12 600免疫球蛋白（ Ig G） 14.0 150 000肌球蛋白 160 470 000丙酮酸脱氢酶复合体 60 7 000 000参考数值：肝细胞直径约 20m，线粒体直径约 1.5 m（二）立体异构与构型同分异构体 结构异构体立体异构体 几何异构体旋光异构体对映体 非对映体差向异构体（三）生物分子间相互作用的立体专一性（四）构象与三维结构 由于分子中单键自由旋转以及键角有一定的柔性，具有同一结构式和同一构型的分子在空间中可有多种形态，这些形态称为构象（ conformation）。 构象反映有机分子中原子或原子基团在空间里的实际排列，因而有时把构象看作是三维结构的同义语。（五）三维结构的分子模型骨架模型：反映键角、键长球棍模型：反映原子类型、键角、键长空间填充模型：每个原子的半径与它的范德华半径成比例。其它模型： cartoon, ribbon, mesh, surface三、生物结构中的非共价作用力生物分子主要是通过非共价力彼此影响，以行使功能的。生物结构中的非共价力有：离子键、氢键、范德华力和疏水相互作用。（一）离子键发生在带电荷基团之间的一种相互作用力。对环境非常敏感，水，特别是无机离子能显著影响离子键的强弱。（二）氢键由电负性较大原子与氢共价结合的基团具有很大的偶极矩，氢核周围电子云密度小，带有一定的正电荷，当遇到另一电负性大的原子时产生静电吸引，称为氢键。氢键具有方向性和饱和性。（三）范德华力广义范德华力包括定向效应、诱导效应和分散效应等。范德华力包括吸引力和斥力两种相互作用，范德华力只有当两个非键合原子之间处于一定距离时才能达到最大。虽然范德华力相对来说比较弱，但由于范德华力相互作用数量大，并且具有加和性，因此范德华力是一种不可忽视的作用力。（四）疏水相互作用 生物大分子中的疏水基团彼此靠近、聚集以避开水的现象称之疏水相互作用（ hydrophobic interaction）。 因为水分子彼此之间的相互作用要比水与其它非极性分子的作用更强烈，非极性