生物化学绪论

二十一世纪
生命科学的世纪
人口与粮食 健康与疾病
人类面临问题与挑战
环境与生态 能源与资源
1.2 生命现象中的化学问题与现代化学发展的关系
生
化
物
生
学
化
物
学
人口与粮食 能源与资源 健康与疾病
分子生物学理论的突破 生物技术的有效应用 新旧技术的有机结合
更加主动 更为有效
改造生物 利用生物技术 创造生物
新兴产业
（第一讲）
1.1 生物化学的概念
研究 对象
生物体的化学组成 生物物质的结构和功能 静态生化
生命过程中物质变化和能量变化的规律
一切生命现象的生物化学原理
动态生化
关于生命的化学或是关于生命的化学本质的科学
生化 学科 分支
动物生化 人体生化 植物生化 普通生化
独立 分科
蛋白质生化 糖生化 核酸生化 酶生化等
氨基酸、核苷酸和维生素等 无机离子
质量分数/％ ７０ １５
１ ６ ３ ２ 2 1
所含不同类型分子 或离子大概数目 １ ３０００
１ ﹤３０００
５ ２０ 500
20
1.3.1 生命体的元素组成
组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上 存在的92种天然元素中，只有28种元素在生 物体内被发现
第一类元素：包括C、H、O、N四种元素，是 组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了 生物体总质量的99%以上。
1.3.2 生物分子 ①构成蛋白质的结构单元分子—20种基本氨基酸
②构成核酸的结构单元分子—核苷酸
③构成脂的结构单元分子—甘油、脂肪酸和胆碱
甘油 脂肪酸
卵磷脂
磷酸
胆碱
④构成糖的结构单元分子—单糖 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。
OH OH
OH
OH
OH
H HH
O
H
O
HO H
HO H
2.水分子的特性 ⑴形成氢键
H OH
氢键 ⑵水化作用
H
O
O
H
H
H
H
O
氢键 H
水分子与极性分子之间的相互作用 水化层
Na+ ClH2O
NaＣl 在水 溶液 中的 溶解
⑶疏水缔合作用 在水分子作用下，非极性分子与水溶液的作用。
亲水区 两亲性分子
疏水区
O
两亲性分子：既含有亲水性 的极性基团，又含有疏水性 的非极性基团。
生生物化学学
古练权 主编 食品与生物工程学院 冯紫慧
第一 章 第 二章 第 三章 第 四章 第 五章 第 六章 第 七章
绪论 细胞和生物膜 蛋白质 酶 核酸 生物氧化和生物能 代谢
第1章
绪论
概述
分类 理化性质 生物功能 分析分离
内容提要
生物化学的概念 生命现象中的化学问题 生物体的化学组成 生物体的元素组成 生物分子的相互作用 生物体内的水
研究 结构 功能
性质
⑵生物大分子都具有非常复杂的结构 一级结构 结构单元的排列顺序
立体结构 空间的排列分布 ⑶生物分子的手性
构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。 因此生物大分子中存在好多手性中心。
①手性分子和前手性分子
COOH
手性分子：
H
CH3 NH2
（S）丙氨酸 L-丙氨酸
COOH H
疏 R C O CH2
水
O
端 R C O CH
非极性尾
O
CH2 O P O CH2CH2N(CH3)3
卵磷脂
OH 亲水端（极性头）
微团
脂双层
磷脂分子构成双层脂膜
双层微囊
⑷亲核作用
O
OH HH
OH
OH OH
O HH
HOH
OH H
HOOH H
OH
HO
OH
H
OH H
HO
OH H
HO
OH
H
OH
H
H
H
H HOOH OHOH HH
Biblioteka Baidu
OH H
OH
OH
H
OH OH
-D-吡喃葡萄糖
-D-呋喃果糖
-D-吡喃半乳糖
OH
H H
OH
HO
HO OH
OH OH
H
H
-D-吡喃甘露糖
1.生物分子中的主要基团
生物大分子所含的基团和性质，是生物分子具有复杂 的生理功能的基础。
推动工、农， 医
的发展
生物化学 生物技术
诊断试剂 植物品种 食品加工 废物处理 民用制品
治疗药物 畜用制品 环境工程 生物塑料 再生能源
1.3 生物体的化学组成
自然界 所有的 生命物 体都由 三类物 质组成 水、无 机离子 和生物 分子
大肠杆菌的化学组成
化学成分
水 蛋白质
核酸 ＤＮＡ ＲＮＡ
多糖 脂
H2N
CH3
（R）丙氨酸 D-丙氨酸
前手性分子： dd
aa 22
a1 b
e﹥d﹥b﹥a
d b
e
a2
R
d b
a1
e
S
②前手性碳原子、前手性氢原子和前手性面
CH3
HR (pro-R-H）
＊
C
OH
HS (pro-S-H）
乙醇
CH3
D＊ C OH HS
CH3
HR C OH
D＊
R-构型
S-构型
C＊前手性碳原子
氢键
作 正负离子之间的静电引力
用 力
离域键间的电子重叠作用力
疏水键
范德华力
疏水相互作用力
氢键
离子键 范德华力
1.4.2 分子识别和超分子
H3C CH 3
1.分子识别 条件：
NH
CH3
受体空间大小、形状与 C O
O C
底物
受体
底物分子相吻合
HN
受体内腔表面基团
与底物表面基团之
间存在互补关系
2.生物超分子
D＊前手性氢原子
前手性面：
H
C CH3 O
CH3
O
C
re-面
H si-面
③生物 大分子的手性环境 对前手性分子的影响
⑷生物分子之间的相 互作用和识别特性
抗体
抗原
酶
Prdo-S
b
底物 ad2
Pro-R
酶活性中心的 手性环境对手 性底物的识别 和结合
抗原和抗体 的结合
1.4 生物分子的相互作用
1.4.1 生物分子之间的作用力
第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和 Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。
第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。 是生物体内存在的主要少量元素。
第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、 Ga、I、Mo、Se、Si等。属于微量元素。
构成生命体的有机化合物
染色体 细胞膜
纤维素
2.生物大分子基本特征
⑴生物大分子都是由结构简单的小分子—结构单元分子
所组成
由基本相同 类型的分子 单体组成
糖 G6（葡萄糖） F（果糖） 脂 FA（脂肪酸）＋甘油 核酸 5种含氮碱基（A、G、T、C、U） 蛋白质 20种氨基酸
❖ 有机小分子
维生素、辅酶、激素、有机酸、色素等。
生物复杂多样，但在分子水平具有简单同一性。
酶与底物
NH3
C O 2 受体-底物相互作用和识别
复合物 抗体与抗原
C
受体与激素
O
形成有机化合物 受体 相互识别、缔合
H 合成
共价键
底物
非共价键
超分子
生物功能
N
原子 受体或底物分子 超分子示意图
1.5 生物体内的水 1.5.1 水的结构和特性 1.水分子的结构
⑴sp2构型
⑵水分子的结构
单个水分子的结构示意图