生物化學(xué)專題教育課件市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、生 物 化 學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 Biochemistry第1頁 生物化學(xué)概念及研究內(nèi)容 生物化學(xué)發(fā)展歷史 生物化學(xué)與相關(guān)學(xué)科關(guān)系 生物分子概述第一章 緒 論第2頁一、生物化學(xué)概念及研究內(nèi)容 我們所處于地球生長著無數(shù)生物，包含病毒、類病毒、菌、藻等微生物及各種動(dòng)物、植物。 生命有機(jī)體特征？第3頁化學(xué)成份復(fù)雜但條理性很強(qiáng): 生物用少數(shù)幾個(gè)生物元素(C、H、O、N、S、P)組成很各種生物小分子，如氨基酸、核苷酸、單糖等;再由生物小分子組成復(fù)雜生物大分子（合稱生物分子） atoms molecules biopolymers organelles cells tissues organs organ sy

2、stems individuals populations the biosphere能從環(huán)境中吸收、轉(zhuǎn)化和利用能量（新陳代謝）能自我繁殖生命有機(jī)體特征第4頁生物化學(xué)是說明生物分子是怎樣相互作用而形成復(fù)雜而高效生命現(xiàn)象科學(xué)。生物化學(xué)是一門利用化學(xué)原理和方法碩士命現(xiàn)象本質(zhì)，揭示生命奧秘科學(xué)。簡單地說生物化學(xué)就是生命化學(xué)。生物化學(xué)概念第5頁 研究組成生物體分子基礎(chǔ)生物分子化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。 碩士物分子在生命活動(dòng)中改變規(guī)律（物質(zhì)代謝、能量代謝）生物化學(xué)研究內(nèi)容第6頁二、生物化學(xué)發(fā)展歷史最早自然科學(xué)就是數(shù)、理、化、天、地、生。生就是生物學(xué)，研究是一些力所能及形態(tài)觀察、分類等。伴隨各學(xué)科發(fā)展，

3、學(xué)科間在理論知識(shí)和技術(shù)上相互滲透，尤其是化學(xué)、物理學(xué)滲透，到18世紀(jì)一些從事化學(xué)研究科學(xué)家如拉瓦錫、舍勒等人和一些藥劑師轉(zhuǎn)向生物領(lǐng)域，生物學(xué)逐步分離成生理化學(xué)（生物化學(xué)萌芽）、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)。1877年，德國醫(yī)生霍佩-賽勒Ernst Felix Hoppe-Seyler首次提出“Biochemistry”一詞，并使之成為一門獨(dú)立學(xué)科。生物化學(xué)發(fā)展概括起來經(jīng)歷了3個(gè)階段： 第7頁YearProteins were thought to carry genetic informationMiescher discovered DNAInterweaving of the historical tr

4、aditions of biochemistry, cell biology, and genetics.靜態(tài)動(dòng)態(tài)機(jī)能第8頁 靜態(tài)生物化學(xué)階段：萌芽時(shí)期(18世紀(jì)下半葉-20世紀(jì)初）這一時(shí)期生物化學(xué)主要依附于有機(jī)化學(xué)，研究不深入，只是對(duì)生物體物質(zhì)組成、性質(zhì)、含量有所了解（比如從生物體中分離到甘油、檸檬酸、蘋果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等）。 動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段：奠基時(shí)期(20世紀(jì)初-1950年)因?yàn)榉治雠卸夹g(shù)進(jìn)步，尤其是放射性同位素示蹤技術(shù)應(yīng)用，生物化學(xué)進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期?？茖W(xué)家對(duì)生物物質(zhì)代謝進(jìn)行了廣泛深入研究，基本說明: （1）酶化學(xué)本質(zhì) （2）與能量代謝相關(guān)物質(zhì)代謝路徑第9頁 機(jī)能生物化學(xué)階段：

5、大發(fā)展時(shí)期（1950- ） 科學(xué)家對(duì)生物研究已從整體水平逐步深入到細(xì)胞、亞細(xì)胞、分子水平。伴隨實(shí)驗(yàn)伎倆、技術(shù)（電鏡、超離心、色譜、電泳等）不停改進(jìn)，使得對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)及功能研究也更加深入。50年代以后生物化學(xué)迅猛發(fā)展，每年諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)大部分獎(jiǎng)項(xiàng)都是與生物化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)。美國、法國、德國、英國在近代生物化學(xué)發(fā)展史貢獻(xiàn)突出。在二十一世紀(jì)，生物化學(xué)將在分子、細(xì)胞等水平上利用多學(xué)科伎倆交叉滲透，對(duì)核酸、蛋白質(zhì)和基因組、 核糖體、生物膜等大分子體系，以及免疫、遺傳、發(fā) 育、衰老、死亡等重大生命現(xiàn)象進(jìn)行綜合深入研究，為社會(huì)發(fā)展帶來深刻影響。第10頁三、生物化學(xué)與相關(guān)學(xué)科關(guān)系生物化學(xué)與許多學(xué)

6、科有著親密聯(lián)絡(luò)和交叉1、利用化學(xué)、物理學(xué)原理和技術(shù)碩士物分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。2、許多生物化學(xué)理論（代謝路徑和調(diào)控機(jī)制）是用微生物作為材料證實(shí)。3、生理學(xué), 是在生物體組織和整體水平碩士命進(jìn)程，包括生物體內(nèi)有機(jī)物代謝，這也是生物化學(xué)關(guān)鍵之一。4、細(xì)胞生物學(xué), 碩士物細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功效，包含細(xì)胞內(nèi)生物分子作用。5、遺傳學(xué)，研究核酸、蛋白質(zhì)生物合成及調(diào)控，這也是生物化學(xué)必須討論主要課題。有機(jī)化學(xué)生物物理學(xué)微生物學(xué)生理學(xué)細(xì)胞生物學(xué)遺傳學(xué)生物化學(xué)第11頁生物化學(xué)應(yīng)用 生物化學(xué)原理和技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到廣泛應(yīng)用。如與農(nóng)學(xué)、一些輕工業(yè)(如制藥、釀造、皮革、食品等)、醫(yī)學(xué)都有親密關(guān)系，很多問題都需要從生化角度、利用

7、生化方法才能了解。第12頁應(yīng)用生物農(nóng)藥對(duì)病蟲害和雜草進(jìn)行防治。降低化學(xué)污染，保持生態(tài)平衡。 如利用微生物做殺蟲劑，應(yīng)用最廣是用蘇云金桿菌殺毛蟲。當(dāng)這種細(xì)菌在葉表面形成芽孢后，產(chǎn)生一個(gè)蛋白結(jié)晶，食用葉片后，幼蟲腸中蛋白酶把這些結(jié)晶轉(zhuǎn)變成有毒肽類，使毛蟲死亡。此法可將各種有害昆蟲毀滅在幼蟲階段，效果好，且只專一作用于昆蟲幼蟲，毒性小。但成本比化學(xué)殺蟲劑高。生 物 防 治第13頁四、生物分子概述碳架是生物分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)生物分子有復(fù)雜異構(gòu)現(xiàn)象生物分子中作用力第14頁自然界全部生物體都由三類物質(zhì)組成： 水、無機(jī)離子、生物分子生物分子泛指生物體特有各類分子，它們都是有機(jī)物。生物分子是生物體和生命現(xiàn)象物質(zhì)基礎(chǔ)

8、。第15頁經(jīng)典細(xì)胞含有一萬到十萬種生物分子。其中近半數(shù)是小分子，分子量普通在500以下,如維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。其余都是一些生物小分子聚合物，分子量很大，普通在一萬以上，有高達(dá)1012，因而稱為生物大分子，如 多糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)。第16頁1、碳架是生物分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 碳元素普通占細(xì)胞干重50以上。碳原子既難得到電子，又難失去電子，最適于形成共價(jià)鍵。碳原子成鍵能力很強(qiáng)，且是四面體構(gòu)型，所以它自相結(jié)合能夠形成結(jié)構(gòu)各異生物分子骨架（碳架）。碳原子又可經(jīng)過共價(jià)鍵與其它元素結(jié)合，形成化學(xué)性質(zhì)活潑官能團(tuán)。第17頁生物分子碳架大小組成不一，幾何形狀結(jié)構(gòu)多樣（線形、分支形、環(huán)形、飽和、不飽和

9、）。改變多端碳架與種類有限官能團(tuán)，共同組成形形色色生物分子低層次結(jié)構(gòu)-生物小分子。 第18頁2、生物分子有復(fù)雜異構(gòu)現(xiàn)象 異構(gòu)體(isomer)：是原子組成相同而結(jié)構(gòu)或構(gòu)型不一樣分子。異構(gòu)現(xiàn)象可分為:結(jié)構(gòu)異構(gòu)、立體異構(gòu)第19頁結(jié) 構(gòu) 異 構(gòu)結(jié)構(gòu)異構(gòu)：因?yàn)樵又g連接方式不一樣所引發(fā)異構(gòu)現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)異構(gòu)包含:由碳架不一樣產(chǎn)生碳架異構(gòu)，如丙基和異丙基;丙基異丙基第20頁由官能團(tuán)位置不一樣產(chǎn)生位置異構(gòu)，如-丙氨酸和-丙氨酸;由官能團(tuán)不一樣而產(chǎn)生官能團(tuán)異構(gòu)。如丙醛糖和丙酮糖。第21頁立 體 異 構(gòu)立體異構(gòu)： 同一結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，因?yàn)樵踊蚧鶊F(tuán)在三維空間排布方式不一樣所引發(fā)異構(gòu)現(xiàn)象。立體異構(gòu)可分為構(gòu)型異構(gòu)和構(gòu)象

10、異構(gòu)。通常將分子中原子或基團(tuán)在空間位置上一定排布方式稱為構(gòu)型。構(gòu)型異構(gòu)是結(jié)構(gòu)相同而構(gòu)型不一樣異構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)型異構(gòu)又包含順反異構(gòu)和光學(xué)異構(gòu)。構(gòu)型相同分子，可因?yàn)閱捂I旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很多不一樣立體異構(gòu)體，這種現(xiàn)象稱為構(gòu)象異構(gòu)。第22頁順 反 異 構(gòu)Much input of energy Is needed for their interconversion (viabreakage/formationof covalent bonds.(順丁烯二酸，馬來酸）（反丁烯二酸，富馬酸）各自含有不一樣化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)作用由C=C引發(fā)第23頁手性碳原子引發(fā)。1個(gè)手性碳原子上相連各原子或基團(tuán)空間排布有兩種，互為鏡像，

11、稱為對(duì)映體。光 學(xué) 異 構(gòu)第24頁對(duì)映異構(gòu)體化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，但使偏振光平面旋轉(zhuǎn)相反地方向，但角度相同。第25頁含有n個(gè)手性碳原子分子，有2n個(gè)立體異構(gòu)體 第26頁構(gòu) 象 異 構(gòu)因?yàn)镃C單鍵旋轉(zhuǎn)，使分子中其余原子或基團(tuán)空間取向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生種種可能有差異立體形象，這種現(xiàn)象稱為構(gòu)象異構(gòu)。構(gòu)象異構(gòu)賦予生物大分子構(gòu)象柔順性。與構(gòu)型相比，構(gòu)象是對(duì)分子中各原子空間排布情況更深入探討，以說明同一構(gòu)型分子在非鍵合原子間相互作用影響下，所發(fā)生立體結(jié)構(gòu)改變。第27頁生物大分子在眾多可能構(gòu)象中通常表現(xiàn)有限數(shù)量穩(wěn)定構(gòu)象.一個(gè)生物分子功效通常依賴于它特異三維結(jié)構(gòu)，即構(gòu)象和構(gòu)型。第28頁e.g., 不一樣立體異

12、構(gòu)體能夠引發(fā)人不一樣味覺和嗅覺反應(yīng)The human taste receptors distinguish these two stereoisomers as sweet and bitter!生物分子之間互作通常是立體異構(gòu)天門冬氨酰苯丙氨酸甲酯第29頁3、生物分子中作用力 生物體系存在兩類不一樣水平作用力：一類是生物元素借以結(jié)合成為生物分子強(qiáng)作用力-共價(jià)鍵。另一類是決定生物分子高層次結(jié)構(gòu)和生物分子之間借以相互識(shí)別、結(jié)合及作用弱作用力-非共價(jià)相互作用（次級(jí)鍵）。第30頁非共價(jià)作用力包含氫鍵、靜電作用力、范德華力和疏水作用力。這些力屬于弱作用力，其強(qiáng)度比共價(jià)鍵低一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這些力單獨(dú)作用時(shí)

13、很弱，極不穩(wěn)定，但在生物高層次結(jié)構(gòu)中，許多弱作用力協(xié)同作用，往往起到?jīng)Q定生物大分子構(gòu)象作用。 第31頁氫 鍵 氫鍵形成：供氫體X原子及氫受體Y原子必須半徑較小，電負(fù)性較大；Y原子還必須含有孤對(duì)電子（普通X,Y為N,O,F,Cl)。帶正電荷H原子核與Y原子孤對(duì)電子相互靜電吸引，產(chǎn)生氫鍵。氫鍵是一個(gè)弱作用力，鍵能只相當(dāng)于共價(jià)鍵1/30-1/20(12-30kj/mol)，輕易被破壞。氫鍵鍵長比共價(jià)鍵長，比范德華距離短。氫鍵對(duì)生物體系有重大意義，尤其是在穩(wěn)定生物大分子二級(jí)結(jié)構(gòu)中起主導(dǎo)作用。供氫體氫受體X-HY第32頁范 德 華 力范德華力是普遍存在于原子和分子間弱作用力，是范德華引力與范德華斥力統(tǒng)一

14、。引力和斥力分別和原子間距離6次方和12次方成反比。二者到達(dá)平衡時(shí)，兩原子或原子團(tuán)間保持一定距離，即范德華距離。第33頁 范德華力本質(zhì)是偶極子之間靜電相互作用力，包含定向力、誘導(dǎo)力和色散力。極性基團(tuán)或分子是永久偶極，它們之間作用力稱為定向力。非極性基團(tuán)或分子在永久偶極子誘導(dǎo)下能夠形成誘導(dǎo)偶極子，這兩種偶極子之間作用力稱為誘導(dǎo)力。非極性基團(tuán)或分子，因?yàn)殡娮酉鄬?duì)于原子核波動(dòng)，而形成瞬間偶極子之間作用力稱為色散力。 范德華力比氫鍵弱得多，但假如兩個(gè)分子表面幾何形態(tài)互補(bǔ)，因?yàn)樵S多原子協(xié)同作用，范德華力就能成為分子間有效引力。范德華力對(duì)生物多層次結(jié)構(gòu)形成和分子相互識(shí)別與結(jié)合有主要意義。第34頁靜電作用力

15、包含正負(fù)荷電基團(tuán)間引力，常稱為鹽鍵(salt bond)和同性荷電基團(tuán)間斥力。力大小與荷電量成正比，與荷電基團(tuán)間距離平方成反比，還與介質(zhì)極性相關(guān)。介質(zhì)極性對(duì)荷電基團(tuán)相互作用有屏蔽效應(yīng)，介質(zhì)極性越小，荷電基團(tuán)相互作用越強(qiáng)。 比如，-COO-與 -NH3+間在極性介質(zhì)水中相互作用力，僅為在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部非極性環(huán)境中1/20，在真空中1/80。第35頁疏水相互作用疏水相互作用比范德華力強(qiáng)得多。生物分子有許多結(jié)構(gòu)部分含有疏水性質(zhì)，如蛋白質(zhì)疏水氨基酸側(cè)鏈、核酸堿基、脂肪酸烴鏈等。它們之間疏水相互作用在穩(wěn)定蛋白質(zhì)、核酸高層次結(jié)構(gòu)和形成生物膜中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。第36頁 生物化學(xué)概念及研究內(nèi)容 生物化學(xué)發(fā)展歷

16、史 生物化學(xué)與相關(guān)學(xué)科關(guān)系 生物分子概述緒論完第37頁教學(xué)安排（72課時(shí)）第38頁1.理論部分(48課時(shí))第一章 緒 論（1課時(shí)）第二章 蛋白質(zhì)（6課時(shí)）第三章 核酸（4課時(shí)）第四章 酶（6課時(shí)）第五章 大分子復(fù)合物-生物膜（2課時(shí)）第六章 糖類與糖類代謝（6課時(shí)）第七章 生物氧化與氧化磷酸化（4課時(shí)）第八章 脂類與脂類代謝（4課時(shí)）第九章 含氮化合物代謝（4課時(shí)）第十章 核酸生物合成與降解（4課時(shí)）第十一章 蛋白質(zhì)生物合成與降解（4課時(shí)）第十二章 代謝調(diào)整（3課時(shí)） 靜態(tài)生化生物分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功效，極少包括它們改變，包含糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素等。 動(dòng)態(tài)生化：這些生物分子來龍去脈，即合成與分解。內(nèi)容分布2.試驗(yàn)部分(24課時(shí)） 試驗(yàn) (共6個(gè)試驗(yàn))第39頁 課程特點(diǎn)：概念性、描述性內(nèi)容居多，推導(dǎo)性或計(jì)算性內(nèi)容較少，所以，它不一樣于理科而更近似于文科，記憶東西多，巧妙記憶成為學(xué)好生化一個(gè)主要方法。 要求： 認(rèn)真聽講，做好筆記。