生物分子的结构

生物化学主讲:杨卫民教授Biochemistry1/68参考书目使用教材：生物化学主编:王镜岩等高等教育出版社出版参考书目：生物化学教程主编张洪渊四川大学出版社出版生物化学:主编古练权等，高等教育出版社出版,联络方式电话：8248448(E)8248534(H)手机-mail:yangweimin0318@2/68绪论生命3/68

我们所处于地球充满着无数生物，从最简单病毒、类病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂人类，处处都能够发觉它们踪迹，觉察到生命活动。地球上生物形形色色，千姿百态。不一样生物，其形态、生理特征和对环境适应能力各不相同，都经历着生长、发育、衰老、死亡改变，都含有繁殖后代能力。4/681.1生命定义生命根本特征是什么？千百年来，人们以许多不一样观点阐述自己对此看法。19世纪下半叶，恩格斯对生命下了一个定义：“生命是蛋白体存在方式，这个存在方式基本原因在于和它周围外部自然界不停地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停顿，生命就随之停顿，结果便是蛋白质分解。”恩格斯生命定义在一定程度上揭示了生命物质基础，即含有新陈代谢功效蛋白体。1来，这个定义一直指导人们认识生命思想武器。5/68生命是一个极难下定义

（1）生理学定义比如把生命定义为含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功效系统。但一些细菌却不呼吸。（2）新陈代谢定义生命系统含有界面，与外界经常交换物质但不改变其本身性质。（3）生物化学定义生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代谢酶蛋白。不过已知某种病毒样生物却无核酸。（4）遗传学定义经过基因复制、突变和自然选择而进化系统。（5）热力学定义生命是个开放系统，它经过能量流动和物质循环而不停增加内部秩序。6/68“什么是活着”

Korzeniewski认为一个蚁群却是一个活着系统。Koreniski说：“部分只有在一个大系统中才能够称为‘活着’，比如蚁群中一只蚂蚁，动物体内心脏等。”单个蚂蚁可能是一个很复杂系统，但复杂性并不是生命所独有棗正如电脑一样。类似地，病毒、癌症和寄生性DNA经过各种各样方式使自己得以传种接代，全部．这一切都很像“活着”，不过类病毒（造成疾病、小于病毒RNA微粒）没有这种能力，因而不能被认为活着。7/68Horowitz

观点含有复制能力含有催化能力含有突变能力8/681.2生命组成19世纪30年代，德国植物学家施莱登首先指出，全部植物体都是由细胞组成。他这个观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，全部动物也是由细胞组成。施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞集合体。它们依照一定规律排列在动物体内。”在此基础上他们创建了细胞学说。9/68细胞是生物体基本结构单元

细胞是组成生物体基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动基本场所。恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔文进化论一起誉之为19世纪自然科学三大发觉。因为细胞发觉，我们不但知道一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长，而且经过细胞变异，能改变自己，向更高发育道路前进。10/681.2.1细胞分类和结构

全部生物都是由细胞组成，只是不一样生物体细胞大小和形状有所不一样。有细胞人眼睛能够看得见，如鸟类蛋，最大直径近10厘米（鸵鸟蛋）。有细胞直径只有0.1米微米，要用高倍显微镜才能看到，如原始细菌。大多数细胞直径是10-100微米，用低倍显微镜就能看到。细胞大小，即使在同一生物体相同组织中也不一样。同一个细胞，处于不一样发育阶段，它大小也是会改变。11/68细胞大小12/68细胞大小13/68细胞形状细胞形状各种多样，有球体、多面体、纺锤体和柱状体等。因为细胞内在结构和本身表面张力，以及外部机械压力，各种细胞总是保持自己一定形状。细胞形状和功效之间有亲密关系。比如，神经细胞会伸展几米，这是因为伸长神经细胞有利于传导外界刺激信息。高大树木为何能郁郁葱葱，这是因为植物内导管、筛管细胞是管状，有利于水分和营养运输。14/68某

些

原

核

细

胞

形状15/68烟草mosaic

病毒16/68细胞分类依据生物进化程度，细胞能够分为两大类：原核细胞(Prokaryotecell)和真核细胞(Eukaryotecell)。17/681．原核细胞原核细胞是一类进化程度低，结构最简单一类细胞。属于原核细胞有细菌(Bacteria)和蓝藻(blue-greenalgae)等。原核细胞结构18/68原核细胞特点原核细胞外层是细胞壁和细胞膜（质膜），内部为细胞质。细胞质结构非常简单，没有显著细胞器（由封闭生物膜包裹固体质粒），只有原始细胞核（无核膜和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。19/682．真核细胞真核细胞是高等植物和动物基本组织单位。真核细胞外层为细胞膜（植物细胞还有一层细胞壁），内部为细胞质。20/68组成细胞质结构非常复杂，含有许多细胞器，主要有：细胞核、线粒体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等。植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。各个细胞器含有不一样生物功效，它们之间协调运作，使细胞内代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行。21/68真核细胞结构22/68植物细胞结构23/68细胞三维结构图形24/681.2.2细胞功效细胞细胞膜、细胞质和细胞器是细胞功效机构。生命现象中许多主要过程，比如细胞进化，遗传信息传递，生物生殖、发育和衰老，生物代谢和调整，能量产生和转换，激素作用机制，神经信息传递等，都与生物膜和细胞器功效亲密相关。25/681．细胞膜

Cellmembrane细胞膜是真核细胞表层一层薄膜，是活细胞主要组成部分。它含有保护细胞、进行物质交换、传递信息、能量转换、运动和免疫等生理功效。26/682．细胞质

cellplasma

细胞质是非常复杂生物胶体。细胞质所含有形物质为各种细胞器，细胞器之间为胞液。细胞胞液主要由酶、激素、脂类、糖类以及各种无机盐和水组成。胞液是细胞内各种细胞器之间相互联络介质。27/683．细胞器细胞质内含有一些含有独立形态结构，称为细胞器。细胞器经过膜（细胞内膜）与周围环境分开，含有特定生理功效。28/68（1）细胞核cellnucleus原核细胞原始核无核膜和核仁，没有固定形状，只有一个含有DNA遗传信息区域。真核细胞含有固定形状细胞核，它有核膜、核仁和组蛋白等，主要成份是DNA、RNA和相关合成酶。细胞核含有遗传信息存放、复制和转录等功效。29/68细胞核结构30/68（2）线粒体

mitochondrion原核细胞不含线粒体，大多数动植物真核细胞都含有线粒体。线粒体为棒状小粒，由内外膜和基质组成。外膜包围着内膜，内膜部分波折伸入基质使内外膜之间形成孔穴。内膜为半透膜，只有部分小分子物质能够经过。外膜通透性较大，分子量小于一万分子都能够经过。31/68线粒体功效线粒体含有各种酶系。主要是呼吸链电子传递酶系、糖类分解氧化酶系、脂酸氧化酶系、氧化磷酸化酶系、核酸合成酶系和蛋白质合成酶系等。线粒体是进行生物代谢和能量转换最主要场所。32/68（3）核糖核蛋白体ribosomes核糖核蛋白体又称为核糖体，由核糖核酸与各种结合蛋白组成。是蛋白质生物合成主要场所。33/68（4）内质网

endoplasmicreticulum内质网是由细胞膜引伸形成小管和小胞组成网状结构。原核细胞无内质网，而全部真核细胞都有内质网。不一样细胞内质网大小、形状和数目都不相同。内质网上附着有核糖核蛋白体部分，表面粗糙，称为粗面内质网。不附有核糖核蛋白体部分，表面光滑，称为滑面内质网。内质网上含有各种主要酶系，参加相关蛋白质、甘油酯和磷脂合成及解毒等。34/68内质网结构35/68（5）高尔基体

Golgi高尔基体是真核细胞内一个由网状小管或泡组成复杂结构。其功效可能与细胞内物质转运和细胞膜更新相关36/68（6）溶酶体Lysosomes溶酶体是由30-40种水解酶和膜基质组成一个细胞器。溶酶体主要含有RNA水解酶、DNA水解酶、蛋白酶、酸性糖苷酶、酸性磷酸酯酶、脂酶和磷脂酶等。是细胞内代谢物质分解、去除主要场所。37/68（7）叶绿体

Chloroplast叶绿体存在于绿色植物和藻类细胞中。叶绿体主要含有叶绿素，是进行光合作用场所。38/68细

胞

基

本

构

成39/681.3生物体化学组成自然界全部生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子40/68生命体元素组成组成生命体物质是极其复杂。但在地球上存在92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发觉第一类元素：包含C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本元素。这四种元素约占了生物体总质量99%以上。第二类元素：包含S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体基本元素。第三类元素：包含Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在主要少许元素。第四类元素：包含Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。41/68生物分子生物分子是生物体和生命现象结构基础和功效基础，是生物化学研究基本对象。生物分子主要类型包含：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。42/682.生物大分子基本特征生物分子中最主要是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质，分子量普通都很大，所以又称为生物大分子。生物大分子含有以下特征：43/68（1）由结构比较简单小分子

结构单元分子所组成.最主要结构单元分子主要有以下几类:44/68组成蛋白质结构单元分子20种基本氨基酸45/68疏水性氨基酸46/68特殊氨基酸47/68极性氨基酸48/68组成核酸结构单元分子49/68组成脂结构单元分子甘油、脂肪酸和胆碱50/68组成糖结构单元分子单糖51/68（2）含有非常复杂结构生物大分子结构可分为两型种类：生物大分子一级结构：组成生物分子结构单元分子按不一样排列组合，形成数量庞大，结构复杂线性分子或环状分子。通常将只包括结构单元排列次序结构类型称为一级结构。52/68生物大分子立体结构生物大分子在线性或环状结构基础上，经过分子内或分子之间基团（包含极性、非极性和带电荷基团）相互作用，能够深入形成非常复杂立体结构。比如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有以线状存在，而有则形成球状等。53/68（3）生物分子手性组成生物大分子结构单元分子大多数都是手性分子。比如，组成蛋白质氨基酸都是L－型，组成多糖葡萄糖都是D－型。54/681.4生物化学和化学生物学概念生物化学主要是应用化学理论和方法来硕士命现象，说明生命现象化学本质。生物化学基本内容包含：发觉和说明组成生命物体分子基础

生物分子化学组成、结构和性质；生物分子结构、功效与生命现象关系；生物分子在生物机体中相互作用及其改变规律。55/68化学有机化学物理化学无机化学分析化学高分子化学56/68生物学动物学植物学微生物学化学生物学生物化学57/68化学生物学研究内容化学生物学研究普通都是从对生物体生理或病理过程含有调控作用小分子生物活性物质开始，研究其结构；发觉其在生物体中靶分子，研究这些物质与生物体靶分子相互作用，深入采取化学方法改造其结构，创制含有某种特异性质新奇生物活性物质，探讨其结构与活性关系和作用机制；说明生理或病理过程发生、发展与调控机制，揭示生命过程秘密，并深入从中发展出新诊疗与治疗方法或药品。它结合传统天然产物化学、生物有机化学、生物无机化学、生物化学、药品化学、晶体化学、波谱学和计算机化学等学科部分研究方法，从而大大拓宽了研究领域。

58/68化学生物学化学生物学是利用化学理论、研究方法和伎俩来探索生物、医学问题科学。这种了解与生物化学和分子生物学含义有较大重合，它强调是化学与生物学交叉与融合。

59/68化学生物学生物有机化学生物无机化学生物物理化学生物分析化学生物高分子化学相互作用、组装和过程生物催化剂和生物转化组合化学生物模拟分析技术生物大分子60/68生物工程基因工程发酵工程酶工程发酵工程细胞工程遗传工程抗体工程蛋白质工程61/681.5缓冲溶液及生物体缓冲体系1．缓冲溶液缓冲溶液是一个特殊水溶液系统。当少许酸（H+）或碱(OH-)加入到缓冲溶液中时，溶液pH改变很小。缓冲溶液系统由弱酸（H+供体）和它共轭碱（H+受体）组成。比如，等摩尔醋酸（弱酸）和醋酸离子（共轭碱）混合物水溶液是经典缓冲溶液。不一样缓冲溶液体系有不一样缓冲区。CH3COOH/CH3COO-

溶液缓冲区在pH4.76

1(pKa=4.76)H2PO4-/HPO42-溶液缓冲区在pH6.68

1(pKa=6.68)；NH4+/NH3溶液缓冲区在pH9.25

1(pKa=9.25)。