第1章生物分子导论.

生物化学Biochemistry杜超豪2014-09-04个人介绍姓名：杜超豪邮箱：[e-mail]电话：[phone]QQ：351873167简历1979年9月29日，出生于云南省楚雄州牟定县一小村庄；1995年-1998年，云南省楚雄州第一中学；1998年-2003年，四川大学，生命科学院学院，生物科学（生物化学）；（白蜡虫发育阶段个生化组份的研究）2003年-2004年，中科院遗传与发育生物学研究所，张靖溥实验室，实习研究；（斑马鱼早期胚胎发育关键基因的克隆与功能分析）2004年-2011年，中科院遗传与发育生物学研究所，鲍时来实验室，硕博连读；（细胞物质内吞循环与Golgi复合体的研究）（蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的研究）2011年-2013年，中科院遗传与发育生物学研究所，鲍时来实验室，博士后研究；（蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的复发研究）2013年~，乐山师范学生命科学学院，功能性食品,食品现代仪器分析1.简单介绍一下你自己；2.对自己专业的理解及今后的规划；3.分享你们假期的经历或对社会事件的态度；认识你们生物化学教程～教学计划1.每周两次；保持以分子化学反应，兼顾生物学思维。2.小组或个人讲授课程，抽签确定顺序；3.课堂要求：保持自然、自由、尊重、参与；4.作业成绩30%，两次小论文；最终考试成绩占70%。授课教材•王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学教程(第1版),2008.北京:高等教育出版社•普通高等教育“十一五”国家规划教材生物化学参考教材•国内外种类繁多•ReginaldH.Garrett,CharlesM.Grisham.Biochemistry(gravure),2thed..Beijing:HigherEducationPress,2002.•Biochemistry，TrudyMckeeJamesR.Mckeebiochemistry•周海梦等.Lehninger生物化学原理(第3版)(中文版).高等教育出版社,2005.第一章生物分子导论--生命的化学本质生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。内容1.生命物质的化学组成2.生物分子的三维结构3.生物结构中的非共价力4.水和生命5.细胞的分子组织层次6.生物分子的进化与起源一、生命物质的化学组成1.生命元素2.生物分子1.生物分子是碳的化合物2.生物大分子及其构件生物体的化学组成•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一）生命元素生命的的共同“语言”——化学在地球上存在的92种天然元素中，约有30种元素在生物体内被发现。-----生命元素著名的诺贝尔奖获得者亚瑟·肯伯格（ArthurKornberg）在哈佛大学医学院建校100周年时说：“所有的生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学。”DNA是生命体的“共同语言”•生命元素的可得性P3•生命元素的适用性•表1-1生物中发现的元素第一类元素：包括C（25%）、H（49%）、O（25%）和N（0.27%）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。Al（7.5%）、Si（28%）、O（47%）和Fe（4.5%）H、O、N、C易于利用共用电子对分别形成1、2、3、4个共价键，以及单键和双键，化学组合方式广泛，构建多种有机化合物。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。P,S--ATP,AcCOACl、Ca、K、Na和Mg维持渗透压，形成离子梯度以及中和蛋白质电荷等。根据可得性而不是适合性被选择。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。微量元素对特定蛋白质酶等的活性和功能必需铁硫蛋白细胞色素氧化酶中的铜电子呼吸链中电子的受体和传递体等第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。某些微生物二）生物分子•生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。•生物分子的主要类型包括：多糖、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。•七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧。1生物分子是碳的化合物•C-H•C-O-，C-C-•C=O,C=C,C=N-共价形成的碳链，直链，分支链，或环状链加上-OH,-NH2，-COOH,-C=O等官能团或功能基，构成氨基酸，多酚，等C的成键的多功能性是地球生命起源和生物进化选择C化合物作为细胞主要分子机器的主因。2生物大分子及其构件1.构成细胞的小分子结构包括碱基、氨基酸、葡萄糖、软脂酸等2.由小分子单体结合成生物大分子DNA,RNA,蛋白质，多糖3.由生物大分子结合成的细胞高级结构，如细胞膜，核糖体，染色体，微管，微丝等4.由生物大分子组成的具有空间结构和生物功能的想不起，如细胞核，线粒体，叶绿体，内质网，高尔基体，溶酶体，微体等5.由细胞器组成完整细胞22生物分子结构层次大小构件分子(buildingblock)Mr≤500生物大分子(macromolecular)Mr≤108Mr定义P4底部•蛋白质----酰胺键•核酸----磷酸二酯键•多糖键----糖苷键α。β•脂质（Mr750-1500）----聚合态，生物膜•P5大肠杆菌细胞的分子组成（导读）二、生物分子的三维结构•（一）生物分子的大小•（二）立体异构与构型•（三）生物分子相互作用的立体专一性•（四）构象与专一性•（五）三维结构的分子模型（一）生物分子的大小•种类繁多，Mw跨度很大•分子大小对功能影响巨大：•生物分子相互作用的立体专一性---结构互补实现-----底物与酶，抗体与抗原，激素与受体•P5表1-3生物分子的大小（导读）（二）立体异构与构型•立体异构（构象）–区分时需要用到立体模型，透视式或投影式•立体异构体：具有相同的结构式，价键在三维空间上关系不同的异构体。•立体异构模型：–透视式–投影式构型构型：原子或基团在空间的相对分布或排列。涉及共价键的断裂。构象：当单键旋转时，取代基团可能形成不同的立体结构。不涉及共价键的断裂。构型与构象•几何异构体-顺反异构体：–由于分子中双键或环的存在，限制了取代原子或原子基团绕键轴的自由旋转，这样产生的立体异构体称为集合或顺反异构体，一般不具有旋光性，但是物化性质明显差别•旋光/光学异构体：–由于手性中心的存在，绕手性中心的取代基以特定的顺序排列，这样形成的立体异构体称为旋光或光学异构体。一般具有旋光性。顺反异构有机化合物分子中如存在双键或脂环，键的自由旋转就会受到阻碍，分子中原子或原子团在空间就有固定的排列方式（即构型），产生顺反两种不同构型的化合物，这种现象称为顺反异构。CCHCH3HCH3CCHCH3CH3H顺-2-丁烯沸点4℃沸点l℃将相同的原子或原子团处于双键同侧的称为顺式(cis)构型，处于相反侧的称为反式(trans)构型。反-2-丁烯CCC2H5C2H5OHHOCCC2H5C2H5OHHO顺-己烯雌酚3、生物学性质顺反异构体在生理活性或药理作用上常常存在很大的差异。反-己烯雌酚(生理活性很强)(生理活性很弱)维生素A分子中的双键全部为反式构型；具有降血脂作用的花生四烯酸则全部为顺式构型。第二节对映异构1、手性、手性分子与手性碳、旋光度与比旋光度、对映体与非对映体、内消旋体、外消旋体等的概念；2、对称因素与分子的手性间的关系；3、Fischer投影式的写法、D/L,R/S标记法；光是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直。光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动。一、偏振光和旋光性普通光的振动平面将普通光线通过一个Nicol棱镜，它好象一个栅栏，只允许与棱镜晶轴相互平行的平面上振动的光线透过。这种仅在某一平面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。.平面偏振光1.平面偏振光亮醋酸α亮暗乳酸两种不同物质通过偏振光:如果在晶轴相互平行的两个棱晶之间放置旋光管，管内盛有不同的液体，将出现两种情况：如果是水或醋酸等，则偏光顺利通过第二个棱晶；如果是肌肉运动产生的乳酸或葡萄糖等物质，则第二个棱晶必须旋转一定的角度，偏光才能通过。普通光起偏振器偏光乳酸溶液检偏振器观察者----能使偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性；具有旋光性的物质称为旋光物质(光学活性物质)。2.旋光性平面偏振光——只在一个平面上振动的光。旋光性——使偏振光的振动面发生旋转的性质旋光性物质/光活性物质——具有旋光性的物质。如:2-氯丁烷,乳酸,葡萄糖,氯霉素等nicol偏光•像乳酸、葡萄糖这样一些能够使偏光振动平面旋转一定角度的物质称为旋光性物质。象水、酒精等这些与偏光不发生作用的物质，称为非旋光物质。•旋光性物质使偏光顺时针旋转的，称为右旋体，用d-或(+)-表示（来自拉丁语dexter），使偏光反时针旋转的，称为左旋体，用l-或()-表示（来自拉丁语laevus）。二.旋光度和比旋光度1.旋光度旋光仪-----测定物质旋光度大小和方向的仪器。旋光度------旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度，通常用α表示。ABCDAA'B'D'A'乳酸旋光性物质α目镜（亮）起偏镜检偏镜盛液管旋光仪结构示意图旋转方向右旋体：顺时针，以“＋”表示；左旋体：逆时针，以“－”表示。一对对映体的旋光度数相同，旋光方向相反。（+）-2丁醇，（-）-2丁醇在一定温度下，测定管长度为1dm，样品浓度为1g·mL-1，以钠光灯作光源时测得的旋光度称为比旋光度，用[α]表示。tD影响旋光度的因素:(a)被测物质;(b)溶液的浓度;(c)盛液管长度;(d)测定温度;(e)所用光的波长2.比旋光度式中：α--测得试样的旋光度；c--试样的质量浓度，单位g/ml；l--盛液管的长度，单位dm；t--测样时的温度；D--钠光灯波长(589nm)。[]lt×=caaD乳酸的对映异构现象三、产生对映异构的原因1.对映异构和手性分子COOHCH3OHHCOOHCH3OHH--互为实物与镜像关系，但又不能完全重合的异构体，简称对映体；产生对映体的现象称为对映异构现象。实物与其镜象不能完全重合的性质称为手性；对映异构体手性互为实物与镜象关系又不能完全重合的分子。手性分子手性的概念手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。例如两种不同的乳酸分子都具有手性：左旋乳酸，由蔗糖发酵得到右旋乳酸，由肌肉运动产生实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HO其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在空间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物与镜像的关系，是两种不同的化合物---对映异构体。手性碳原子——与四个不同的原子或原子团相连的碳原子，用“*”号标出。例如：CH3-CH-COOHOHCH3-CH-CH-CH3OHCH3CH3-CH-CH2-CH3Br***手性分子——没有对称因素的分子（既没有对称面，又没有对称中心的分子）例如：乳酸是手性分子乙醇是非手性分子*手性碳原子和手性分子手性碳原子——其所连的四个原子或基团都不相同,以C表示。有机化合物中，大多数手性分子具有手性碳原子。*整个分子具有手性是对映异构体的必要和充分条件具有一个手性中心的对映异构对映体凡是手性分子，必定有一个与之不能完全叠合的镜象。互为实物与镜象的两个构型异构体称为对映体。例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体存在：实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HOCCH3BrCH3CH2HCCH3BrCH2CH3H实物镜子镜象2-溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在：一般情况下，除旋光方向外，一对对映体的理化性质基本相同。在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。四、对映体的表示方法透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复