生物化学专题教育课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生 物 化 学生命科学学院生命科学学院 Biochemistry第1页 生物化学概念及研究内容 生物化学发展历史 生物化学与相关学科关系 生物分子概述第一章 绪 论第2页一、生物化学概念及研究内容一、生物化学概念及研究内容 我我们们所所处处于于地地球球生生长长着着无无数数生生物物，包包含含病病毒毒、类类病病毒毒、菌菌、藻藻等等微微生生物物及及各各种种动动物、植物。物、植物。生命有机体特征？第3页化学成份复杂但条理性很强:生物用少数几个生物元素(C、H、O、N、S、P)组成很各种生物小分子，如氨基酸、核苷酸、单糖等;再由生物小分子组成复杂生物大分子（合称生物分子）atoms molecules biopolymers organelles cells tissues organs organ systems individuals populations the biosphere能从环境中吸收、转化和利用能量（新陈代谢）能自我繁殖生命有机体特征第4页生物化学是说明生物分子是怎样相互作用而形成复杂而高效生命现象科学。生物化学是一门利用化学原理和方法硕士命现象本质，揭示生命奥秘科学。简单地说生物化学就是生命化学。生物化学生物化学概念概念第5页 研究组成生物体分子基础生物分子化学组成、结构、性质和功能。硕士物分子在生命活动中改变规律（物质代谢、能量代谢）生物化学研生物化学研究内容究内容第6页二、生物化学发展历史最早自然科学就是数、理、化、天、地、生。生就是生最早自然科学就是数、理、化、天、地、生。生就是生物学，研究是一些力所能及形态观察、分类等。物学，研究是一些力所能及形态观察、分类等。伴随各学科发展，学科间在理论知识和技术上相互渗透，伴随各学科发展，学科间在理论知识和技术上相互渗透，尤其是化学、物理学渗透，到尤其是化学、物理学渗透，到1818世纪一些从事化学研究世纪一些从事化学研究科学家如拉瓦锡、舍勒等人和一些药剂师转向生物领域，科学家如拉瓦锡、舍勒等人和一些药剂师转向生物领域，生物学逐步分离成生理化学（生物化学萌芽）、遗传学、生物学逐步分离成生理化学（生物化学萌芽）、遗传学、细胞学。细胞学。18771877年，德国医生霍佩年，德国医生霍佩-赛勒赛勒Ernst Felix Hoppe-Seyler首次提出首次提出“BiochemistryBiochemistry”一词，并使之成为一一词，并使之成为一门独立学科。门独立学科。生物化学发展概括起来经历了生物化学发展概括起来经历了3 3个阶段：个阶段：第7页YearProteins were thought to carry genetic informationMiescher discovered DNAMiescher discovered DNAInterweaving of the historical traditions of biochemistry,cell biology,and genetics.静静态态动动态态机机能能第8页 静态生物化学阶段：萌芽时期(18世纪下半叶-20世纪初）这一时期生物化学主要依附于有机化学，研究不深入，只是对生物体物质组成、性质、含量有所了解（比如从生物体中分离到甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等）。动态生物化学阶段：奠基时期(20世纪初-1950年)因为分析判定技术进步，尤其是放射性同位素示踪技术应用，生物化学进入深入发展时期。科学家对生物物质代谢进行了广泛深入研究，基本说明:（1）酶化学本质 （2）与能量代谢相关物质代谢路径第9页 机能生物化学阶段：大发展时期（1950-）科学家对生物研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验伎俩、技术（电镜、超离心、色谱、电泳等）不停改进，使得对生物大分子结构及功能研究也更加深入。50年代以后生物化学迅猛发展，每年诺贝尔生理学/医学奖和化学奖大部分奖项都是与生物化学领域相关。美国、法国、德国、英国在近代生物化学发展史贡献突出。在二十一世纪，生物化学将在分子、细胞等水平上利用多学科伎俩交叉渗透，对核酸、蛋白质和基因组、核糖体、生物膜等大分子体系，以及免疫、遗传、发 育、衰老、死亡等重大生命现象进行综合深入研究，为社会发展带来深刻影响。第10页三、生物化学与相关学科关系;生物化学与许多学科有着亲密联络和交叉1、利用化学、物理学原理和技术硕士物分子结构、性质。2、许多生物化学理论（代谢路径和调控机制）是用微生物作为材料证实。3、生理学,是在生物体组织和整体水平硕士命进程，包括生物体内有机物代谢，这也是生物化学关键之一。4、细胞生物学,硕士物细胞结构、功效，包含细胞内生物分子作用。5、遗传学，研究核酸、蛋白质生物合成及调控，这也是生物化学必须讨论主要课题。有机化学生物物理学微生物学生理学细胞生物学遗传学生物化学第11页生物化学应用 生物化学原理和技术在生产实践中也得到广泛应用。如与农学、一些轻工业(如制药、酿造、皮革、食品等)、医学都有亲密关系，很多问题都需要从生化角度、利用生化方法才能了解。第12页v应用生物农药对病虫害和杂草进行防治。降低化学污染，保持生态平衡。如利用微生物做杀虫剂，应用最广是用苏云金杆菌杀毛虫。当这种细菌在叶表面形成芽孢后，产生一个蛋白结晶，食用叶片后，幼虫肠中蛋白酶把这些结晶转变成有毒肽类，使毛虫死亡。此法可将各种有害昆虫毁灭在幼虫阶段，效果好，且只专一作用于昆虫幼虫，毒性小。但成本比化学杀虫剂高。生 物 防 治第13页四、生物分子概述碳架是生物分子结构基础生物分子有复杂异构现象生物分子中作用力第14页自然界全部生物体都由三类物质组成：水、无机离子、生物分子生物分子泛指生物体特有各类分子，它们都是有机物。生物分子是生物体和生命现象物质基础。第15页经典细胞含有一万到十万种生物分子。经典细胞含有一万到十万种生物分子。其中近半数是小分子，分子量普通在其中近半数是小分子，分子量普通在500500以下以下,如如维生维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等素、辅酶、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，普通其余都是一些生物小分子聚合物，分子量很大，普通在一万以上，有高达在一万以上，有高达10101212，因而称为，因而称为生物大分子生物大分子，如，如 多糖、脂、核酸和蛋白质多糖、脂、核酸和蛋白质。第16页1、碳架是生物分子结构基础 碳元素普通占细胞干重50以上。碳原子既难得到电子，又难失去电子，最适于形成共价键。碳原子成键能力很强，且是四面体构型，所以它自相结合能够形成结构各异生物分子骨架（碳架）。碳原子又可经过共价键与其它元素结合，形成化学性质活泼官能团。第17页生物分子碳架大小组成不一，几何形状结构多样（线形、分支形、环形、饱和、不饱和）。改变多端碳架与种类有限官能团，共同组成形形色色生物分子低层次结构-生物小分子。第18页2、生物分子有复杂异构现象 异构体(isomer)：是原子组成相同而结构或构型不一样分子。异构现象可分为:结构异构、立体异构第19页结 构 异 构结构异构：因为原子之间连接方式不一样所引发异构现象。结构异构包含:由碳架不一样产生碳架异构，如丙基和异丙基;丙基异丙基第20页由官能团位置不一样产生位置异构，如-丙氨酸和-丙氨酸;由官能团不一样而产生官能团异构。如丙醛糖和丙酮糖。第21页立 体 异 构立体异构：同一结构异构体，因为原子或基团在三维空间排布方式不一样所引发异构现象。立体异构可分为构型异构和构象异构。通常将分子中原子或基团在空间位置上一定排布方式称为构型。构型异构是结构相同而构型不一样异构现象。构型异构又包含顺反异构和光学异构。构型相同分子，可因为单键旋转产生很多不一样立体异构体，这种现象称为构象异构。第22页顺 反 异 构Much input of energy Much input of energy Is needed for their Is needed for their interconversion(viainterconversion(viabreakage/formationbreakage/formationof covalent bonds.of covalent bonds.(顺丁烯二酸，马来酸）顺丁烯二酸，马来酸）（反丁烯二酸，富马酸）（反丁烯二酸，富马酸）各自含有不一样化学性各自含有不一样化学性质和生物学作用质和生物学作用由由C=CC=C引发引发第23页手性碳原子引发。手性碳原子引发。1 1个手性碳原子上相个手性碳原子上相连各原子或基团空间连各原子或基团空间排布有两种排布有两种，互为镜，互为镜像，称为像，称为对映体对映体。光 学 异 构第24页对映异构体化学性质几乎完全相同，但使偏振光平面旋转相反地方向，但角度相同。第25页含有含有n个手性碳原子分子，有个手性碳原子分子，有2n个立体异构体个立体异构体 第26页构 象 异 构因为CC单键旋转，使分子中其余原子或基团空间取向发生改变，从而产生种种可能有差异立体形象，这种现象称为构象异构。构象异构赋予生物大分子构象柔顺性。与构型相比，构象是对分子中各原子空间排布情况更深入探讨，以说明同一构型分子在非键合原子间相互作用影响下，所发生立体结构改变。第27页生物大分子在众多可能构象中通常表现有限数量稳定构象.一个生物分子功效通常依赖于它特异三维结构，即构象和构型。第28页e.g.,e.g.,不一样立体异构体能够引发人不一样味觉和嗅觉反应不一样立体异构体能够引发人不一样味觉和嗅觉反应The human taste receptors distinguish these The human taste receptors distinguish these two stereoisomers as sweet and bitter!two stereoisomers as sweet and bitter!生物分子之间互作通常是立体异构天门冬氨酰苯丙氨酸甲酯第29页3、生物分子中作用力 生物体系存在两类不一样水平作用力：一类是生物元素借以结合成为生物分子强作用力-共价键。另一类是决定生物分子高层次结构和生物分子之间借以相互识别、结合及作用弱作用力-非共价相互作用（次级键）。第30页非共价作用力包含氢键、静电作用力、范德华力和疏水作用力。这些力属于弱作用力，其强度比共价键低一两个数量级。这些力单独作用时很弱，极不稳定，但在生物高层次结构中，许多弱作用力协同作用，往往起到决定生物大分子构象作用。第31页 生物化学概念及研究内容 生物化学发展历史 生物化学与相关学科关系 生物分子概述绪论完第37页教学安排（72课时）第38页1.理论部分(48课时)第一章第一章 绪绪 论（论（1 1课时）课时）第二章第二章 蛋白质（蛋白质（6 6课时）课时）第三章第三章 核酸（核酸（4 4课时）课时）第四章第四章 酶（酶（6 6课时）课时）第五章第五章 大分子复合物大分子复合物-生物膜（生物膜（2 2课时）课时）第六章第六章 糖类与糖类代谢（糖类与糖类代谢（6 6课时）课时）第七章第七章 生物氧化与氧化磷酸化（生物氧化与氧化磷酸化（4 4课时）课时）第八章第八章 脂类与脂类代谢（脂类与脂类代谢（4 4课时课时）第九章第九章 含氮化合物代谢（含氮化合物代谢（4 4课时）课时）第十章第十章 核酸生物合成与降解（核酸生物合成与降解（4 4课时）课时）第十一章第十一章 蛋白质生物合成与降解（蛋白质生物合成与降解（4 4课时）课时）第十二章第十二章 代谢调整（代谢调整（3 3课时）课时）静态生化静态生化生物分子生物分子结构、性质、功效结构、性质、功效，极少包括它们改变，极少包括它们改变，包含糖、脂、蛋白质、包含糖、脂、蛋白质、核酸、酶、维生素等。核酸、酶、维生素等。动态生化：动态生化：这些生物这些生物分子来龙去脉，即分子来龙去脉，即合合成与分解成与分解。内容分布2.试验部分(24课时）试验试验(共共6个试验个试验)第39页 课程特点：概念性、描述性内容居多，推导性或计算性内容较少，所以，它不一样于理科而更近似于文科，记忆东西多，巧妙记忆成为学好生化一个主要方法。要求：认真听讲，做好笔记。课后复习，及时消化。最好能预习一下第40页参考书目 1.生物化学王镜岩，全方面，繁多，不易懂。2.Lehninger：Principles of Biochemistry 3.Stryer：Biochemistry 国际通用最正确生化教材，全方面，图多。4.Nature 英国，国际最高学术刊物，每期都有生化内容。5.Science 美国，国际最高学术刊物，每期都有生化内容。6.Cell 美国，国际著名学术刊物，每期都有生化内容。7.Biochemistry 美国，月刊，国际著名学术刊物。第41页