奧賽講座生物化學(xué)

1、生物化學(xué)引言生物化學(xué)引言什么是生物化學(xué)? 生物（Bio）+ 化學(xué)（Chemistry） = 生物化學(xué)（ Biochemistry）學(xué)習(xí)生物化學(xué)的目的： 在分子水平上研究細胞的結(jié)構(gòu)、組織和功能 (1) 結(jié)構(gòu)生物化學(xué) (2) 代謝生物化學(xué) (3) 分子遺傳學(xué)生物化學(xué)的應(yīng)用無處不在的生物化學(xué) 如何學(xué)好生物化學(xué)？如何學(xué)好生物化學(xué)？ 不要畏懼！要有信心！ 選擇好教材和參考書 懂得助記法 理論聯(lián)系實際 多理解、少死記！ 善于聯(lián)想和比較必需氨基酸PK非必需氨基酸必需氨基酸是指人體必不可少，而機體內(nèi)又不能合成、必須從食物中補充的氨基酸。如果飲食中經(jīng)常缺少它們，就會影響健康。余下的氨基酸則屬于非必需氨基酸，動物

2、體自身可以進行有效的合成笨笨（苯丙氨酸）（苯丙氨酸）蛋蛋（蛋氨酸）（蛋氨酸）精精（精氨酸）（精氨酸）來來（賴氨酸）（賴氨酸）宿宿（蘇氨酸）（蘇氨酸）舍舍（色氨酸）（色氨酸）住住（組氨（組氨酸）酸）亮亮（亮氨酸）（亮氨酸）涼涼（異亮氨酸）（異亮氨酸）鞋鞋（纈氨酸）（纈氨酸） 三羧酸循環(huán)總結(jié)三羧酸循環(huán)總結(jié)草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸異檸檬酸草酰草酰琥珀酸琥珀酸 - -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰輔酶琥珀酰輔酶A A 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸吵，吵， 您順意吵，（吵得）銅壺呼鹽瓶！您順意吵，（吵得）銅壺呼鹽瓶！糖酵解糖酵解途徑途徑糖酵解概述糖酵解概述發(fā)生在所有的活細

3、胞發(fā)生在所有的活細胞位于細胞液位于細胞液 共有十步反應(yīng)組成共有十步反應(yīng)組成在所有的細在所有的細胞都相同，但速率不同。胞都相同，但速率不同。兩個階段：兩個階段： i)第一個階段第一個階段投資階段或引發(fā)階段投資階段或引發(fā)階段: 葡萄糖葡萄糖 F-1,6-2P 2G-3-Pii)第二個階段第二個階段獲利階段：產(chǎn)生獲利階段：產(chǎn)生2丙酮酸丙酮酸+2ATP丙酮酸的三種命運丙酮酸的三種命運糖酵解的兩階段反應(yīng)糖酵解的兩階段反應(yīng)葡萄糖葡萄糖 ( (6C) 甘油醛甘油醛-3-3磷酸磷酸 (2 - 3C) (G3P 或或GAP)2 ATP - 消化消化0 ATP - 產(chǎn)生產(chǎn)生0 NADH - 產(chǎn)生產(chǎn)生2ATP2AD

4、P +PC-C-C-C-C-CC-C-CC-C-C 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 (2 - 3C) (G3P 或或 GAP) 丙酮酸丙酮酸 (2 - 3C) (PYR)0 ATP - 消耗消耗4 ATP - 產(chǎn)生產(chǎn)生2 NADH - 產(chǎn)生產(chǎn)生4ATP4ADP +PC-C-C C-C-CC-C-C C-C-CGAPGAP (PYR)(PYR)糖酵解的全部反應(yīng)糖酵解的全部反應(yīng)糖酵解第一階段的反應(yīng)糖酵解第一階段的反應(yīng)第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化己糖激酶或葡萄糖激酶引發(fā)反應(yīng)ATP被消耗，以便后面得到更多的ATPATP的消耗是葡萄糖的磷酸化能夠自發(fā)地進行葡萄糖在細胞內(nèi)磷酸化以后不能

5、再離開細胞葡萄糖在細胞內(nèi)磷酸化以后不能再離開細胞葡糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變成果糖-6-磷酸 這是一步異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)的機制牽涉到不穩(wěn)定的烯二醇中間體。通過此反應(yīng)，酮基從1號位變到2號，這既為下一步磷酸化反應(yīng)創(chuàng)造了條件，也有利于后面由醛縮酶催化的C-3和C-4之間的斷裂反應(yīng)。反應(yīng)反應(yīng)3: 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是糖酵解的限速步驟是糖酵解的限速步驟! ! L糖酵解第二次引發(fā)反應(yīng)糖酵解第二次引發(fā)反應(yīng)L有大的自由能降低，受到高度的調(diào)控有大的自由能降低，受到高度的調(diào)控C6 被切成 2 C3 ,為什么叫醛縮酶？磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)變成甘油醛-3-磷酸為什么需要這一步反應(yīng)？因為酮難以氧化。糖酵解糖酵解- -第二個階段的

6、反應(yīng)第二個階段的反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)生4 ATP 導(dǎo)致糖酵解凈產(chǎn)生2ATP 涉及兩個高能磷酸化合物. 1,3 BPG PEP 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸被氧化成甘油酸磷酸被氧化成甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸 這是整個糖酵解途徑唯一的一步氧化還原反應(yīng) 產(chǎn)生1,3-BPG和NADH 。從高能磷酸化合物合成ATP這是一步底物水平的磷酸化反應(yīng)磷酸基團從 C-3轉(zhuǎn)移到C-2 甘油酸-2-磷酸轉(zhuǎn)變成 PEP 烯醇化酶的作用在于促進甘油酸-2-磷酸上某些原子的重排從而形成具有較高的磷酸轉(zhuǎn)移勢能的高能分子。反應(yīng)反應(yīng)10: 10: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶PEP轉(zhuǎn)化成丙酮酸，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)化成丙酮酸，同時產(chǎn)生 ATP 產(chǎn)

7、生兩個產(chǎn)生兩個ATP，可被視為糖酵解途徑最后，可被視為糖酵解途徑最后的能量回報。的能量回報。NADH和丙酮酸的去向和丙酮酸的去向有氧還是無氧？有氧還是無氧？ 在有氧狀態(tài)下在有氧狀態(tài)下NADH和丙酮酸的命運和丙酮酸的命運 （1）NADH的命運的命運 NADH在呼吸鏈被徹底氧化成H2O并產(chǎn)生更多的ATP。（2）丙酮酸的命運）丙酮酸的命運 丙酮酸經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上丙酮酸運輸體與質(zhì)子一起進入線粒體基質(zhì)，被基質(zhì)內(nèi)的丙酮酸脫氫酶系氧化成乙酰-CoA 在缺氧狀態(tài)或無氧狀態(tài)下在缺氧狀態(tài)或無氧狀態(tài)下NADH和丙酮酸的命運和丙酮酸的命運（1）乳酸發(fā)酵）乳酸發(fā)酵（2）酒精發(fā)酵）酒精發(fā)酵線粒體內(nèi)膜上的甘油線粒體內(nèi)膜上的

8、甘油-3-3-磷酸和蘋果酸磷酸和蘋果酸- -天冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng) 丙酮酸的代謝去向丙酮酸的代謝去向原核細胞和真核細胞大比較原核細胞和真核細胞大比較細胞的基本共性所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌 蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細胞膜。所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA 作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。作為蛋白質(zhì)合成的機器核糖體，毫無例外地 存在于一切細胞內(nèi)。所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。原核生物與真核生物真細菌古菌真核生物原核細胞 基本特點： 遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環(huán)狀DNA構(gòu)成； 細胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能 的細胞器和細胞核膜。主要

9、代表： 支原體目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細胞；Mycoplasm laboratorium 細菌 藍藻又稱藍細菌（Cyanobacteria）真核細胞真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系細胞的大小及其分析原核細胞與真核細胞的比較真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)； 以核酸（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達系統(tǒng) 由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細胞骨架系統(tǒng)。 原核細胞與真核細胞的比較原核細胞與真核細胞基本特征的比較原核細胞與真核細胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達的比較原核細胞與真核細胞基本特征的比較特 征原核細胞真核細胞細胞膜核膜染色體核仁線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體核糖體光合作用結(jié)構(gòu)

10、核外 DNA細胞壁細胞骨架細胞增殖（分裂）方式有（多功能性）無由一個環(huán)狀 DNA 分子構(gòu)成的單個染色體，DNA 不與或很少與蛋白質(zhì)結(jié)合無無無無無70S（包括 50S 與 30S 的大小亞單位）藍藻含有葉綠素 a 的膜層結(jié)構(gòu)，細菌具有菌色素細菌具有裸露的質(zhì)粒 DNA主要成分是氨基糖與壁酸無無絲分裂（直接分裂）有有2 個染色體以上，染色體由線狀 DNA 與蛋白質(zhì)組成有有有有有80S（包括 60S 與 40S 的大小亞單位）植物葉綠體具有葉綠素a 與 b線粒體 DNA，葉綠體DNA動物細胞無細胞壁，植物細胞壁的主要成分為纖維素與果膠有以有絲分裂（間接分裂）為主特征原核細胞真核細胞DNA 量（信息量）

11、DNA 分子數(shù)DNA 分子結(jié)構(gòu)基因組數(shù)基因數(shù)大量“多余”的“重復(fù)”的DNA 序列基因中插入內(nèi)含子DNA 與組蛋白結(jié)合DNA 與組蛋白以核小體及各級高級結(jié)構(gòu)構(gòu)成染色質(zhì)與染色體DNA 復(fù)制的明顯周期性基因表達的調(diào)控轉(zhuǎn)錄與翻譯的時空關(guān)系轉(zhuǎn)錄后與翻譯后大分子的加工與修飾細胞復(fù)制與分裂（DNA 傳遞與分配）少1環(huán)狀1n幾千不與或與少量類組蛋白結(jié)合主要以操縱子方式轉(zhuǎn)錄與翻譯同時同地進行無絲分裂多2 個以上線狀2n，多 n大于幾萬，十萬十十與 5 種組蛋白結(jié)合十十復(fù)雜性，多層次性核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，細胞質(zhì)內(nèi)翻譯嚴格的階段性與區(qū)域性十有絲分裂，減數(shù)分裂原核細胞與真核細胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達的比較原核細胞與真核細胞在

12、DNA復(fù)制上的差別原核細胞真核細胞核小體和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對復(fù)制的影響無有復(fù)制起始區(qū)的數(shù)目1個多個復(fù)制叉前進的速度快慢岡崎片端的長度長短引物切除DNA聚合酶的3-外切酶活性核糖核酸酶H或其他核糖核酸酶復(fù)制時間可一直在復(fù)制限制在S期第一輪復(fù)制結(jié)束之前能否進行下一輪復(fù)制可以否端聚酶無有原核細胞與真核細胞在DNA轉(zhuǎn)錄上的差別原核細胞真核細胞核小體和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響無有啟動子結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜RNA聚合酶一種細胞核有三種轉(zhuǎn)錄因子缺乏多種識別啟動子的蛋白質(zhì)RNA聚合酶本身特殊的轉(zhuǎn)錄因子啟動子以外的與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的DNA序列少繁多操縱子結(jié)構(gòu)普遍少見轉(zhuǎn)錄與翻譯之間的偶聯(lián)關(guān)系存在不存在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物性質(zhì)多為多順反子多為單順反

13、子原核細胞與真核細胞在轉(zhuǎn)錄后加工上的差別原核細胞真核細胞mRNA前體的后加工幾乎沒有非常復(fù)雜，包括加帽、加尾、剪接、內(nèi)部甲基化和編輯tRNA的后加工一般不需要添加CCA一般需要添加CCArRNA的后加工不需要snoRNA需要snoRNA原核細胞與真核細胞在翻譯上的差別原核細胞真核細胞核糖體70S（50S+30S）80S（60S+40S）與轉(zhuǎn)錄的偶聯(lián)關(guān)系存在無起始tRNA是否甲?；欠衿鹗济艽a子的識別SD序列與反SD序列的相互作用掃描或內(nèi)部進入起始階段對ATP的需要不需要需要起始因子的種類延伸因子3種3種10多種2種核糖體釋放因子有無對抑制劑的敏感性對許多抗生素敏感對抗生素不敏感原核細胞與真核細

14、胞在基因表達調(diào)控機制上的差別原核細胞真核細胞調(diào)控的目的對環(huán)境的變化做出反應(yīng)細胞分化調(diào)控的方式主要是負調(diào)控主要是正調(diào)控調(diào)控的主要水平轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄+其他水平染色質(zhì)水平調(diào)節(jié)基因表達無存在，非常重要DNA甲基化對基因表達的影響無阻止基因的表達操縱子普遍少見弱化子存在無轉(zhuǎn)錄后加工水平的調(diào)控缺乏選擇性剪接、選擇性加尾、編輯RNAi在翻譯水平的調(diào)控 無有如何學(xué)好生物化學(xué)？如何學(xué)好生物化學(xué)？ 不要畏懼！要有信心！ 選擇好教材和參考書 懂得助記法 理論聯(lián)系實際 多理解、少死記！ 善于聯(lián)想和比較糖酵解的兩階段反應(yīng)糖酵解的兩階段反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)3: 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是糖酵解的限速步驟是糖酵解的限速步驟! ! L糖酵解第二次引發(fā)反應(yīng)糖酵解第二次引發(fā)反應(yīng)L有大的自由能降低，受到高度的調(diào)控有大的自由能降低，受到高度的調(diào)控從高能磷酸化合物合成ATP這是一步底物水平的磷酸化反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)10: 10: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶PEP轉(zhuǎn)化成丙酮酸，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)化成丙酮酸，同時產(chǎn)