Principles of Biochemistry 2016 108C lec2 slides

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principles of biochemistry

principles of biochemistry1. 引言1.1 概述生物化学是一门研究生物体内基本分子和化学反应的科学，它揭示了细胞和生物体的运作机制。

通过细致研究和理解生命过程中所涉及的分子结构、功能和代谢途径，我们可以更好地理解生命现象以及许多与人类健康相关的疾病。

1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第二部分将介绍生物化学的基本原理。

我们将探讨生物化学的定义、重要概念，并深入了解不同生物分子在维持生命活动中扮演的角色，还会涵盖不同生化反应和代谢途径的重要性。

第三部分将聚焦于分子生物学，强调DNA、RNA、蛋白质等基因组成分与其功能之间的关系。

我们将探索DNA的结构和功能，以及如何通过转录和翻译过程合成RNA和蛋白质。

第四部分将关注酶与酶动力学。

我们将介绍酶的基本特性和分类，深入探讨酶催化机制以及速率方程式对酶反应的描述。

此外，我们还将探讨酶动力学参数及其调节因子在生物体内的重要性。

最后一部分将介绍代谢途径与能量转换。

我们将详细讨论糖类代谢途径的重要性以及相应的调控机制，同时深入了解脂类代谢和β氧化反应在能量产生和存储中的作用。

此外，我们还将研究氨基酸代谢和尿素循环对蛋白质降解和氮排除过程的贡献。

1.3 目的本文旨在通过深入探索生物化学原理，提供关于生物分子结构、功能以及与之相关的生化反应和代谢途径的全面知识。

通过理解这些基本概念，读者可以更好地理解细胞和生物体内发生的化学过程，并认识到其对于维持生命活动、健康和疾病发展等方面的重要性。

2. 基本原理：生物化学是研究生物体内分子结构、组成和转化过程的科学。

在生物化学中，有一些基本原理需要了解。

2.1 生物化学概念：生物化学研究的主要对象是生物分子，如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类等。

通过研究它们的结构和功能，可以深入了解生命的基本单位——细胞的运作方式。

2.2 生物分子的重要性：生物分子在细胞中扮演着各种重要角色。

例如，蛋白质是细胞内许多反应的催化剂，帮助维持生命活动；核酸则携带遗传信息，并参与蛋白质合成；碳水化合物提供能量和结构支持；脂类则构成细胞膜，并参与信号传导等。

生物化学BIOCHEMISTRY

生物化学BIOCHEMISTRY绪论ProlegomenaWhat is BIOCHEMISTRY?CHEMISTRY：the branch of science which deals with the identification of the substances of which matter is composed, the investigation of their properties and the ways in which they interact, combine, and change, and the use of these processes to form new substancesBiochemistry: the branch of science concerned with the chemical and physic-chemical processes which occur within living organismsIncluding:The chemistry of the components in living organisms (static biochemistry)The principles for the chemical changes in living organisms (dynamic biochemistry)The chemistry of metabolism and cell functions (functional biochemistry)生物化学的主要分支：按化学的研究范畴划分：生物无机化学（bioinorganic chemistry），生物有机化学（bioorganic chemistry），生物物理化学（biophysical chemistry）按生物学的研究领域划分：动物生物化学（animal biochemistry），植物生物化学（plant biochemistry），微生物生物化学（microbe biochemistry）按研究对象划分：蛋白质化学（protein chemistry），核酸化学（nucleate chemistry）按与生产、生活关系划分：生理生化（physiological biochemistry），工业生化（industrial biochemistry），农业生化（agricultural biochemistry），医药生化（medicinal biochemistry）生物化学的使命：揭示生命现象的本质，促进生命科学发展；改善人类健康水平和生活质量；促进物种的改良和优化；带动工、农业的发展和变革分子生物学Molecular biology：什么是分子生物学：在分子水平上研究生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学主要研究领域：蛋白质体系，蛋白质-核酸体系，蛋白质-脂质体系分子生物学的三个支柱学科：生物化学，遗传学，微生物学分子生物学的地位：由学科分支成长为主流前沿，殊途同归的集大成者，生物学科走向统一的前驱古代生物化学（在化学中萌芽）：19世纪以前：A.L. Lavoisier, “呼吸作用的本质和燃烧是一样的”；C.W. Scheele, 多种生化物质的分离；J.von.Liebig, 新陈代谢（stoff wechsel)；Hoppe Seyler, 1877年，提出“biochemie”近代生物化学（由静态走向动态）：19世纪中叶——20世纪50年代，相关学科的蓬勃发展：1804，John Dalton 提出原子论；1859，Port Darwin 进化论；1865，Gregor Mendel 遗传定律；1869，D.L.Mendelyeev 元素周期律生物化学的发展：1848, Helmhoitz & Bernard，肝脏的生糖功能；1869，J.F. Michel 分离“核素”（核酸）；1897，Bucher ，酵母榨出液可使蔗糖发酵生成乙醇；1902，D.A. Leeven，从核酸中分离胞嘧啶；1904，Knoop ，脂肪酸的 -氧化；1907，E.H. Fischer ，蛋白质的降解与合成；1912，F.G. Hopkins，确立维生素概念，形成剑桥生物化学学派；1921，F.G.班廷和C.H.贝斯特，分离纯胰岛素；1926，J.B. Sumner 分离脲酶，并证明其是蛋白质；1929，Lohmann & Fiske ，ATP的能量功能；1931，Warburg 制得呼吸酶并研究其生物氧化作用；1937，Krebs，三羧酸循环的假说；1950，L.C. Pauling，蛋白质构象（α-helix）；1953，Watson & Crick DNA的双螺旋模型现代生物化学阶段（分子生物学时代）：20世纪中叶——至今，技术的进步使生物学走向新的时代：1933，Ernst Ruska，电子显微镜，1935，G.C. 海韦希，同位素技术，1940‟s，遗传学开始向分子水平迈进，1930‟s~1940‟s，计算机和自动控制技术的巨大进步生物学各分支向分子水平进军并走向融合：A. L. Hodgkin, 神经兴奋和传导的离子学说；1953，F. Sanger，胰岛素序列测定；1954，S. Benzer，噬菌体基因精细结构分析；1954，M. Calvin，光合作用的CO2固定，Calvin循环；1956，E.W. 萨瑟兰，cAMP，第二信使；1956，F.H.C. Crick，中心法则；1962，M. W. Nirenberg，遗传密码的发现；1965，邹承鲁、刑其毅等，人工合成牛胰岛素；1970，H.O. Smith，限制性内切酶；1970，梁栋材等，精度0.25nm的胰岛素结构（1974，达0.18nm）；1975，F. Sanger，建立DNA序列分析方法；1980，A. Keluger，DNA与组蛋白的结构基因工程和基因技术的兴起：P. Berg，DNA体外重组；1973，S.N. Cohen，外源基因在大肠杆菌的表达；1975，美国Asiomar 国际会议，制定第一个基因安全准则；1977，H.W. Boyer等，第一个基因工程产品——生长激素释放抑制激素（somatostatin）；1983，λ噬菌体DNA全序列；1985，Mulis，聚合酶链式反应技术（PCR)；1987，转基因植物：荧光素转入烟草；1990，Anderson & Cular 第一例基因治疗成功；1997，第一只成年动物体细胞克隆的绵羊——Dolly；2000，人类基因组计划（HGP）公布第一张草图生物化学的一些基本问题什么是生命：我们所处在的地球充满着无数的生物，从最简单的病毒、类病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，处处都可以发现它们的踪迹，觉察到生命的活动。

生物化学I 绪论

第二节
生物化学的发展
—发展中的生物化学
1.古代生物化学 2. 生物化学的奠基时期 3. 生物化学的成熟期
3.1 研究方法的改进 3.2 众多科学家的参与
4. 现代生物化学
5. 我国生物化学概况
1. 古代生物化学
• 我国古代劳动人民对生物化学的贡献
• 1、公元前15世纪，从出土文物的酒具、铜器来看，已能造酒，《尚书》记载中已有用“曲”酿酒。 • 2、公元12世纪 • 《周礼》记载有用“曲”制酱； • 《黄帝内经》记载有食物搭配膳食； • 唐朝《食疗本草素问》提出饮食治疗的思想； • 《左传》中记载用“曲”来治肠胃病。 • 3、公元前4世纪 • 《庄子》中记载以碘治瘿病（甲状腺肿），用猪肝治夜盲症（雀目）。 • 4.明朝李时珍《本草纲目》中记载了药用植物1800多种。
细胞的基本构成
二、生物化学的内容
1、研究构成生命体的物质以及对生化反应起主要作用的酶、维生素、激素等的结构、性质和功能-----静态生物化学
2、研究上述物质在生命活动过程中的合成，分解以及这些过程的能量转化、代谢调节规律-----动态生物化学
（一）静态方面（molecular basis of life）：
2.3 生物化学发展重要记事
19世纪：（ 1）1842年德国化学家李比希（Liebig）提出“代谢”一词，指出：代谢是生命机体物质建设和破坏的化学过程。（2）1877年，德国化学家霍佩--赛勒（Hoppe—Seyler）第一次提出 “生物化学”一词。（3）1849年，法国微生物学家巴斯德（Pasteur）提出酵母中有“酵素”即现代所说的 “酶”。（4）1876年，Wilhelm Kuhne（屈内）给酵素定名为“酶” （Enzyme）。（5）1894年，费歇尔（Fischer）首先提出酶的专一性及酶作用的“锁一钥”学说。由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物，因此，而被人们誉之为“生物化学之父”。

Lehninger Principles of Biochemistry 习题答案chapter 2

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chapter
Water
2
Answer Ethanol is polar; ethane is not. The ethanol —OH group can hydrogen-bond with water. Answer Using pH log [H ]: 5 (a) log (1.75 10 ) 4.76; (b) (d) log (1.50 10 5) 4.82. log (6.50 10
0.072 M gastric HCl
log [H ] and that HCl is a strong acid, pH log (7.2 10
2
)
1.1
5. Calculation of the pH of a Strong Acid or Base (a) Write out the acid dissociation reaction for hydrochloric acid. (b) Calculate the pH of a solution of 5.0 10 4 M HCl. (c) Write out the acid dissociation reaction for sodium hydroxide. (d) Calculate the pH of a solution of 7.0 10 5 M NaOH.
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Biochemistry-chapter 1(英文1)

the
laboratory
from
inorganic
substrances.Accordingly,he
rejected the “Vitalism theory”
V.Liebig (Germany Chemist， 1803－1873）was one of founders of Biochemistry.
Period 2
Developing Phase——From the forepart to 40s of century 20.
Period 3
Rapid Development Phase——From 1950s to present.
Period 1
Origin Phase —— Modern Biochemistry was born in the late century 18 as the development of Chemistry and Physiology.
Chapter 1 Chapter 2 Chapter 3 Introduction to Biochemistry Waters Amino Acids and Primary Structures of Proteins Proteins: Three-Dimensional Structure and Function Properties of Enzymes Mechanisms of Enzymes Carbohydrates Lipids and Membranes Coenzymes and Vitamins
1.3 Biochemistry and other disciplines.
1.4 Application of biochemistry 1.5 Basic properties of living systems

国外生物化学优秀教材分析与思考

教育研究课程教育研究84 学法教法研究生物化学是研究生命机体中生物活性分子结构功能及其代谢的一门学科。

生物化学作为医学、农林、综合院校的专业核心课程，其是一门飞速发展的学科同样也是学生最难学透彻的课程之一。

教材的作用不言而喻，其是学生获取知识的重要方式，也是教师教学活动的重要参考依据，教材的合理选用与教学效果有着必然联系。

对比国内外教材可以发现，国外教材平均三四年更新一次版本，更新速度较快，能够及时吸收最新研究成果。

国内教材内容相对陈旧，版本更新周期较长，教材插图比较少，且大多数直接引自国外教材，同时缺乏实验原始数据分析，以黑白印刷的原版彩图效果差强人意。

本文就具有一定国际知名度的《Biochemistry （6th edition ）》、《Lehninger Principles of Biochemistry （7th edition ）》、《Biochemistry （8th edition ）》、《Principles of Biochemistry （5h edition ）》、《Biochemistry （4th edition ）》五本教材进行了初步的分析比较与探讨，旨在全面了解国际上生物化学教材的内容特色、发展趋势和教学方法，希望对国内生物化学教材编写和教学工作有所帮助。

一、教材简介表格一教材基本情况比较二、教材特点介绍1.《Biochemistry （6th edition ）》该教材由弗吉尼亚大学Reginald H.Garrett 、Charles M.Grisham 两位教授主编，他们一位是生物学博士，另外一位是化学博士，他们以各自领域内的独特视角来看待生物化学这个共同的内容，完成了本教材的编写，这也是本书的亮点之一。

本教材具有如下一些特点：（1）除了基础生物化学的内容外，独立编写了第16章马达分子，详细的介绍了马达分子的结构性质等；（2）本版新增如：生化试剂盒的研制、低聚糖与蛋白质折叠、脂筏作用、超级呼吸复合体等；（3）书中穿插了很多实验室技术小box ，介绍了很多实验室常用的研究技术，意在使学生明白实验的重要性；（4）知识覆盖全面，增加了生物化学在治疗疾病、改善公共卫生、改善环境污染，开发更廉价更安全的天然产品等这些与人类联系更加紧密的这些内容；（5）这本书的每一章都围绕着一个这是一个很重要的问题，它邀请学生积极参与到他们的学习中，激发他们对主题的好奇心和想象力；（6）每章末均列出了部分相关推荐阅读文献，同时还有对本章重点内容的概括，全书最后附有章节习题解答。

Principles of Biochemistry 108C lecture 20 slides

Phenylalanine Ammonia Lyase
Root flavonoids play many functions
Host signals turn on Rhizobium Nod gene transcription
Flavonoids signaling is species specific
NO3 Assimilation vs. N2 Fixation
• Both are electron-transfer processes • Both use Mo cofactor
– Nitrate reductase has an Mo cofactor – The Nitrogenase complex has an Fe-Mo cofactor – Nitrogenase subunit
Rhizobia Symbiotic Signaling Summary
Rhizobia differentiate into “bacteroids”
Bacteria infect host cells by endocytosis - enveloped in host membrane
Host expresses hemoglobin gene(s) in infected cells
Nod factors turn on Host Nod gene transcription
Nod-factors perceived by dimeric receptors in host membrane
Turn on host nodulation genes
Host Nodulation genes mediate bacterial infection into nodule

生物化学Biochemistry

研究对象：有生命的生物体(动物、植物、微生物)。主要任务：阐述构成生物体基本物质(糖、脂肪、蛋白质、核酸等)的结构、组成、性质；生物分子的结构、功能与生命现象的关系；生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。
是生命的化学用化学研究生命阐明生命本质
生物学
动物学
植物学
微生物学
化学
生物学
生物化学
分子生物学
（1）原核生物基因表达调节
1960~1961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操纵子模型（lac operon model）。
①酶合成的诱导作用
②降解物的阻遏作用
③酶合成的阻遏作用
（2）真核生物基因表达的调控
为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。
第一阶段：静态生化阶段(萌芽时期：18世纪下半叶—19世纪初)
a) Scheele: 瑞典化学家，分离得到甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等。 b) Lavosier: 法国化学家，1.首次证明动物的呼吸需要氧气；2. 同时证明燃烧过程是物质与氧的结合过程。 c) Liebig:德国化学家，是农业化学的奠基人，也是生物化学和碳水化合物化学的创始人之一。首次提出新陈代谢这个学术名词。发现了马尿酸、氯仿。
3、研究遗传信息的表达
4、研究物质代谢的调控
生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。代谢的调节使生物机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这种精密的调节机制是生物在长期演化中获得的。
生物界代谢的调节，可分为4个水平：酶水平调节、细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节。
新陈代谢的概念及内涵

生物化学Biochemistry

Living cells

细胞是生命的基本功能单位。它们都是有功能的整体，在单个细胞和不同类型细胞的表面均包裹着一层结构和功能不同的半透膜。存在两种类型的细胞：原核细胞和真核细胞。

Living cells

Prokaryotes are most noted for their small and sizes and relatively simple structures. Presumably because of these traits, in addition to their remarkably rapid reproduction rates and biochemical diversity, various prokaryotic species occupy virtually every ecological niche in the biosphere. In contrast, the most conspicuous feature of the eukaryotes is their extraordinarily complex internal structure.

Living cells

In fact, all modern cells are believed to have evolved from primordial cells over three billion years ago. The common features of prokaryotic and eukaryotic cells includes their similar chemical composition and the universal use of DNA as genetic material.

生物化学BIOCHEMISTRY

生物化学BIOCHEMISTRY绪论ProlegomenaWhat is BIOCHEMISTRY?CHEMISTRY：the branch of science which deals with the identification of the substances of which matter is composed, the investigation of their properties and the ways in which they interact, combine, and change, and the use of these processes to form new substancesBiochemistry: the branch of science concerned with the chemical and physic-chemical processes which occur within living organismsIncluding:The chemistry of the components in living organisms (static biochemistry)The principles for the chemical changes in living organisms (dynamic biochemistry)The chemistry of metabolism and cell functions (functional biochemistry)生物化学的要紧分支：按化学的研究范畴划分：生物无机化学（bioinorganic chemistry），生物有机化学（bioorganic chemistry），生物物理化学（biophysical chemistry）按生物学的研究领域划分：动物生物化学（animal biochemistry），植物生物化学（plant biochemistry），微生物生物化学（microbe biochemistry）按研究对象划分：蛋白质化学（protein chemistry），核酸化学（nucleate chemistry）按与生产、生活关系划分：生理生化（physiological biochemistry），工业生化（industrial biochemistry），农业生化（agricultural biochemistry），医药生化（medicinal biochemistry）生物化学的使命：揭示生命现象的本质，促进生命科学进展；改善人类健康水平与生活质量；促进物种的改良与优化；带动工、农业的进展与变革分子生物学Molecular biology：什么是分子生物学：在分子水平上研究生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学要紧研究领域：蛋白质体系，蛋白质-核酸体系，蛋白质-脂质体系分子生物学的三个支柱学科：生物化学，遗传学，微生物学分子生物学的地位：由学科分支成长为主流前沿，殊途同归的集大成者，生物学科走向统一的前驱古代生物化学（在化学中萌芽）：19世纪往常：A.L. Lavoisier, “呼吸作用的本质与燃烧是一样的”；C.W. Scheele, 多种生化物质的分离；J.von.Liebig, 新陈代谢（stoff wechsel)；Hoppe Seyler, 1877年，提出“biochemie”近代生物化学（由静态走向动态）：19世纪中叶——20世纪50年代，有关学科的蓬勃进展：1804，John Dalton 提出原子论；1859，Port Darwin 进化论；1865，Gregor Mendel 遗传定律；1869，D.L.Mendelyeev 元素周期律生物化学的进展：1848, Helmhoitz & Bernard，肝脏的生糖功能；1869，J.F. Michel 分离“核素”（核酸）；1897，Bucher ，酵母榨出液可使蔗糖发酵生成乙醇；1902，D.A. Leeven，从核酸中分离胞嘧啶；1904，Knoop ，脂肪酸的 -氧化；1907，E.H. Fischer ，蛋白质的降解与合成；1912，F.G. Hopkins，确立维生素概念，形成剑桥生物化学学派；1921，F.G.班廷与C.H.贝斯特，分离纯胰岛素；1926，J.B. Sumner 分离脲酶，并证明其是蛋白质；1929，Lohmann & Fiske ，ATP的能量功能；1931，Warburg 制得呼吸酶并研究其生物氧化作用；1937，Krebs，三羧酸循环的假说；1950，L.C. Pauling，蛋白质构象（α-helix）；1953，Watson & Crick DNA的双螺旋模型现代生物化学阶段（分子生物学时代）：20世纪中叶——至今，技术的进步使生物学走向新的时代：1933，Ernst Ruska，电子显微镜，1935，G.C. 海韦希，同位素技术，1940’s，遗传学开始向分子水平迈进，1930’s~1940’s，计算机与自动操纵技术的巨大进步生物学各分支向分子水平进军并走向融合：A. L. Hodgkin, 神经兴奋与传导的离子学说；1953，F. Sanger，胰岛素序列测定；1954，S. Benzer，噬菌体基因精细结构分析；1954，M. Calvin，光合作用的CO2固定，Calvin循环；1956，E.W. 萨瑟兰，cAMP，第二信使；1956，F.H.C. Crick，中心法则；1962，M. W. Nirenberg，遗传密码的发现；1965，邹承鲁、刑其毅等，人工合成牛胰岛素；1970，H.O. Smith，限制性内切酶；1970，梁栋材等，精度0.25nm的胰岛素结构（1974，达0.18nm）；1975，F. Sanger，建立DNA序列分析方法；1980，A. Keluger，DNA与组蛋白的结构基因工程与基因技术的兴起：P. Berg，DNA体外重组；1973，S.N. Cohen，外源基因在大肠杆菌的表达；1975，美国Asiomar 国际会议，制定第一个基因安全准则；1977，H.W. Boyer等，第一个基因工程产品——生长激素释放抑制激素（somatostatin）；1983，λ噬菌体DNA全序列；1985，Mulis，聚合酶链式反应技术（PCR)；1987，转基因植物：荧光素转入烟草；1990，Anderson & Cular 第一例基因治疗成功；1997，第一只成年动物体细胞克隆的绵羊——Dolly；2000，人类基因组计划（HGP）公布第一张草图生物化学的一些基本问题什么是生命：我们所处在的地球充满着无数的生物，从最简单的病毒、类病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，处处都能够发现它们的踪迹，觉察到生命的活动。

Principles of Biochemistry 习题答案chapter 6

moles of each enzyme in cell volume of cell in liters 1.6 mm3
pr2h (3.14)(0.50 mm)2(2.0 mm) 1.6 10 12 cm3 1.6 10 12 mL 1.6 10 15 L Amount (in moles) of each enzyme in cell is (0.20)(1.2 g/cm3)(1.6 mm3)(10 12 cm3/mm3) (100,000 g/mol)(1000) 3.8 10
21
mol
Average molar concentration
3.8 10 21 mol 1.6 10 15 L 2.4 10
6
mol/L
2.4
10
6
M
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6
1. Keeping the Sweet Taste of Corn The sweet taste of freshly picked corn (maize) is due to the high level of sugar in the kernels. Store-bought corn (several days after picking) is not as sweet, because about 50% of the free sugar is converted to starch within one day of picking. To preserve the sweetness of fresh corn, the husked ears can be immersed in boiling water for a few minutes (“blanched”) then cooled in cold water. Corn processed in this way and stored in a freezer maintains its sweetness. What is the biochemical basis for this procedure? Answer After an ear of corn has been removed from the plant, the enzyme-catalyzed conversion of sugar to starch continues. Inactivation of these enzymes slows down the conversion to an imperceptible rate. One of the simplest techniques for inactivating enzymes is heat denaturation. Freezing the corn lowers any remaining enzyme activity to an insignificant level. 2. Intracellular Concentration of Enzymes To approximate the actual concentration of enzymes in a bacterial cell, assume that the cell contains equal concentrations of 1,000 different enzymes in solution in the cytosol and that each protein has a molecular weight of 100,000. Assume also that the bacterial cell is a cylinder (diameter 1.0 mm, height 2.0 mm), that the cytosol (specific gravity 1.20) is 20% soluble protein by weight, and that the soluble protein consists entirely of enzymes. Calculate the average molar concentration of each enzyme in this hypothetical cell. Answer There are three different ways to approach this problem. (i) The concentration of total protein in the cytosol is (1.2 g/mL)(0.20) 100,000 g/mol 0.24 10

Lehninger Principles of Biochemistry 习题答案chapter 3

12
11.30 9.60 (IV)
P O
C
NH2
(V)
10
8 5.97
pH
6
(III)
4 2.34 2 (I) 0.5 1.0 1.5 2.0 OH (equivalents) (II)
0
Note: before considering statements (a) through (o), refer to Figure 3–10. The three species involved in the titration of glycine can be considered in terms of a useful physical analogy. Each ionic species can be viewed as a different floor of a building, each with a different net charge:
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Chapter 3 Amino Acids, Peptides, and Proteins
S-27
H3NOCH2OCOOH H3NOCH2OCOO H2NOCH2OCOO
CH3 H3N C H C O O H2N CH3 C H C OH O
Zwitterionic
Uncharged
(a) Why is alanine predominantly zwitterionic rather than completely uncharged at its pI? (b) What fraction of alanine is in the completely uncharged form at its pI? Justify your assumptions. Answer (a) The pI of alanine is well above the pKa of the a-carboxyl group and well below the pKa of the a-amino group. Hence, at pH pI, both groups are present predominantly in their charged (ionized) forms. (b) From Table 3–1, the pI of alanine is 6.01, midway between the two pKa values 2.34 and 9.69. From the Henderson-Hasselbalch equation, pH pKa log ([A ]/[HA]). For the carboxyl group: log [A ] [HA] [HA] [A ] 6.01 10

Biochemistry生物化学课件

生物分子在体内的变化
小分子合成生物大分子
同化作用吸收能量
新陈代谢
能量代谢
物质
异化作用释放能量
代谢
生物大分子分解为小分子
代谢包括：物质代谢、能量代谢、信息代谢。
Biochemistry生物化学课件
细胞内大部分反应是由酶催化进行的，具有高度的自控能力。在一个小小的细胞内，几乎有近2000种酶，在同一时刻催化着不同的反应，这些反应互不干扰，各自有条不紊的进行，往往还互相紧密配合，无论是合成还是分解都是恰到好处。且这种代谢还受到生物时钟系统的调控，控制着生物的生长、发育、衰老和死亡。
工业上：食品、制药、制革、生物冶炼、国防工业等；
农业上：光合作用、营养测定、生物固氮、病虫防治、食品安全、环境污染等；
医学上：临床诊断、病理研究、防病治病、提供药物等；
生物工程：基因工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程和发酵工程等，用以解决当今世界上的能源、人口、粮食和生态环境等重大难题。
Biochemistry生物化学课件
细胞是生命的基本单位。生物大分子是信息分子，具有特征性的结构。非共价力维持生物大分子的构象。水是生命的介质。
Biochemistry生物化学课件
这些物质的结构、代谢、生物功能与生命现象之间的关系
生命现象：生长、发育、遗传、运动、生殖和神经兴奋等。
其中，protein, nucleic acid 等被称为生物分子（Biomolecule).
组成Biomolecule的基本单位如：amino acid, nucleotid 等被称为构件分子（building block molecule).
生物分子都是含碳化合物．
Biochemistry生物化学课件

生化00 Introduction(42-2)

五、课程特点和学习方法
特点：内容丰富、结构复杂、涉及面广 1. 全面掌握基本理论、基本概念 2. 重点掌握化学本质、结构特点与功能 3. 认真阅读、及时归纳、分析比较 4. 注重基础、兼顾发展 5. 适当记忆主要代谢途径、化合物结
构特征、专业词汇、缩写符号
六、主要参考书 1. 生物化学教程，王镜岩，第一版 2. Lehninger’s Principles of Biochemistry
D.L.Nelson, Forth Edition 3. 生物化学王镜岩第三版 4. 瞿礼嘉译植物生物化学与分子生物学 5. 生物化学技术原理及应用赵永芳第三版
1953 年 Watson-Crick 提出 DNA 双螺旋结构模型，获1962年诺贝尔生理、医学奖。
1958年，英国Sanger测定牛胰岛素氨基酸序列。 1980年，英国Sanger测定DNA序列。
生物化学的发展-诺贝尔化学奖
1961年，美国Calvin揭示了光合作用的化学过程。
1962年，英国Kendrew和Perutz 用X衍射方法测定蛋白质空间结构。
用化学理论和方法研究生命现象的本质。群体、个体、器官、组织、细胞、细胞器、超分子、大分子、结构域、结构单元、官能团、原子
二、研究对象和内容
1. 对象生物 2. 内容 ①生素、激素、抗生素） ②生物大分子间的转化（合成与降解、相互转化、能
1988年，德国Deisenhofer，Huber和Michel确定光合作用反应中心的三维结构。
1989年，美国Altman和Cech发现具有催化功能的RNA。
生物化学的发展-诺贝尔化学奖
1993年，美国 Mullis发明PCR方法，加拿大 Smith发明DNA定点诱变技术。

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2、物质代谢及其调节
生命体时刻进行新陈代谢，物质代谢的基本途径已基本清楚。但物质代谢的有序性调节机制、细胞信息传递参与多种物质代谢及与相关生长、增殖、分化等问题尚未弄清。
3、基因信息传递及其调控
生物体的遗传、变异、生长、分化等过程发生基因信息传递。复制、转录、翻译的基本过程及基因表达的时空规律；目前基因表达调控主要集中在信号转导、转录因子研究、RNA剪辑等。
20世纪50年代后，生物化学进入了分子生物学时期。将研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能及基因结构、表达与调控的内容，称为分子生物学。
第一节生物化学的发展简史
Developmental history of Biochemistry
一、叙述生物化学阶段
时间： 18世纪中至19世纪末。内容：研究－生－物－体－的生化物学分组子成的。化学结构确脂内生重第－在生生第生生D－内基e定类容物组二－蛋物命三物物－容因ve了、：化 D节－白体体节体化－：组loNp主糖学－质的时、的学－学各1mA当9要类已生研遗刻生遗已生及e技种5代n3物和成物究传进物传成物其t术代年a生l质为分中、行化、为分他a研谢，ha物的i代生子提变新学变生子组究s途W化to化谢物的出异陈与异物的学a基径r学tys学途学化了、代医、学化的因o的o研n性f径各学蛋生谢学生各学研表和研B究质。学结白长，长学结究i达C究o的确rc科构质、物、科构。调i。h主ce定k之变分质分之控m提要。间性化代化间i、s出内t、学等谢等、r转yD容医说过的过医基NA学。程基程学因双各发本发各、螺学生途生学基旋科基径基科因之因已因之敲间信基信间除相息本息相、互传清传互基联递楚递联因系。。。系诊的的断共共与同同治语语疗言言、。。PCR、等基因操作技术的发明。

Biochemistry生物化学

Membranes consist mainly of lipids and proteins. Their mass ratio ranges from 1:4 to 4:1. Membranes also contain carbohydrates that are linked to lipids and proteins.
Fatty Acids Are Key Constituents of Lipids
Among the most biologically significant properties of lipids are their hydrophobic properties. These properties are mainly due to a particular component of lipids: fatty acids, or simply fats. Fatty acids also play important roles in signal-transduction pathways
Membranes are asymmetric. The two faces of biological membranes always differ from each other.
Membranes are fluid structures. Lipid molecules diffuse rapidly in the plane of the membrane, as do proteins, unless they are anchored by specific interactions. In contrast, lipid molecules and proteins do not readily rotate across the membrane. Membranes can be regarded as two-dimensional solutions of oriented proteins and lipids.

Biohemistry1new

Mitochondrion
Surrounded by a double membrane with a series of folds called cristae. Functions in energy production through metabolism. Contains its own DNA, and is believed to have originated as a captured bacterium.
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Cells
• Basic building blocks of life • Smallest living unit of an organism • Grow, reproduce, use energy, adapt, respond to their environment • Many cannot be seen with the naked eye • A cell may be an entire organism or it may be one of billions of cells that make up the organism • Basis Types of Cells
Lysosymes
A membrane bound organelle that is responsible for degrading proteins and membranes in the cell, and also helps degrade materials 8 ingested by the cell.
Chloroplasts (plastids)
Surrounded by a double membrane, containing stacked thylakoid membranes. Responsible for photosynthesis, the trapping of light energy for the synthesis of sugars. Contains DNA, and like mitochondria is believed to have originated as a captured bacterium.