1、欢迎各位同学参加清北学堂生物学奥林匹克培训!第1页 关于我一点自我介绍关于我一点自我介绍n姓名:杨荣武 n性别:男n职称:教授n工作单位:南京大学生命科学学院n电子信箱:n主讲课程:生物化学n主要成绩:发了几篇论文,出了几本书第2页第3页第4页第5页第6页奥赛动向分析与预测与高中生物学内容结合越来越亲密与生活实际结合越来越亲密关心和追踪最新进展生化、分子与细胞这三门见真功夫!第7页身边生物化学身边生物化学4肉碱能否减肥?4“皮革奶”4“瘦肉精”2-肾上腺素激动剂,能加强脂肪分解,促进蛋白质合成,化学性质十分稳定,主要经尿和胆汁以原型排出,会在脏器中残留,有毒副作用。第8页瘦肉精化学结构第9页去
2、年两大生化发觉与诺贝尔医学及生理学奖JSynthia(辛西娅)JGFAJ-1J试管婴儿第10页第11页谁是谁是Craig Venter?第12页第13页NASA发觉生命新可能-砷元素或能形成生命体J以剧毒砷生长菌株GFAJ-1,将改写生物教科书,使地球外寻找生命范围得以拓展 J美国宇航局天体生物学家费丽莎乌尔夫-西蒙(Felisa Wolfe-Simon),将从加利福尼亚州莫纳湖湖底搜集而来微生物,置于试验室含有砷混合试剂内培殖了数月,结果发觉微生物体内磷原子被砷原子置换出来了。J乌尔夫-西蒙表示,天天去试验室时候都会摒住呼吸,生怕这些微生物会死去,但它们没有。假如这一结果被确认,那么“生命及
3、生命存在于何处”定义将被扩大。J碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球全部已知生命形式六大基本构建元素。磷是携带生命基因DNA和RNA化学成份之一,被认为是全部活细胞必需元素。J砷在化学元素周期表位置恰好位于磷下方,正是因为二者化学习性相近,所以砷很轻易被细胞吸收造成中毒。第14页第15页记忆必需氨基酸J 人体八种必需氨基酸,外加二种半必需氨基酸,此为谐音记忆,非常有效:笨(苯丙氨酸)蛋(蛋氨酸)精(精氨酸)来(赖氨酸)宿(苏氨酸)舍(色氨酸)住(组氨酸)亮(亮氨酸)凉(异亮氨酸)鞋(缬氨酸)。第16页无处不在生物化学无处不在生物化学J为何多吃西瓜,尤其是西瓜皮有利于心血管健康?J近朱者赤,近墨者黑!J
4、反式脂肪与-3脂肪酸J为何狗急了跳墙,人急中生智?J为何喝咖啡或绿茶能减肥?J农夫与蛇故事J肉碱能减肥吗?J骗人珍奥核酸J甲醇中毒了怎么办?J为何过夜韭菜不能吃?J太阳好处与坏处J为何路边野蘑菇不要采?J我们人有多少个基因?J先有DNA,还是先有蛋白质?J世界上有不怕艾滋病毒人吗?第17页J西瓜里面有瓜氨酸J瓜氨酸在体内能够转变为精氨酸J精氨酸是合成NO原料JNO能够扩张血管第18页小心近墨者黑!第19页PrPc与与PrPsc在构象上主要差异:(在构象上主要差异:(1)PrPc;(;(2)PrPsc第20页第21页氨基酸考点分析4蛋白质氨基酸 vs 非蛋白质氨基酸4D型氨基酸 vs L型氨基酸
5、4必需氨基酸 vs 非必需氨基酸:联想到必需脂肪酸和非必需脂肪酸以及维生素4疏水氨基酸和亲水氨基酸4氨基酸性质:两性解离与等电点(怎样计算);茚三酮反应;脯氨酸特殊性第22页蛋白质考点分析4蛋白质一级结构定义及表示方法:联想到核酸一级结构及其表示方法4蛋白质二级结构与主链上氢键4模体与结构域4三级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键、二硫键4四级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键、4纤维状蛋白、球状蛋白与膜蛋白4蛋白质性质:紫外吸收、两性解离、变性与复性、颜色反应;联想到核酸对应性质第23页第24页核酸考点分析4DNA与RNA三大差异及其原因和生物学意义4几个比较主要RNA4核酸二级结构:三
6、种双螺旋ABZ异同4核酸三级结构4核酸性质第25页核酸分类核酸分类?DNA 一个类型,一个功效?RNA 各种类型,各种功效 编码RNA和非编码(NcRNA)性质RNADNA戊糖D-核糖2-D-脱氧核糖碱基A、G、C、UA、G、C、Tn多聚核苷酸链数目多为单链多为双链双螺旋A型B型和Z型种类n各种n只有一个n功效n功效多样n一个功效:充当遗传物质n碱溶液下稳定性n不稳定,很轻易水解稳定 DNA和和RNA结构异同结构异同第26页英文缩写全称功效存在mRNA信使RNA翻译模板全部细胞tRNA转移RNA携带氨基酸,参加翻译同上rRNA核糖体RNA核糖体组分,参加翻译同上SnRNA核小RNA参加真核mR
7、NA前体剪接真核细胞SnoRNA核仁小RNA参加真核rRNA前体后加工真核细胞7SLRNA7S长RNA参加蛋白质定向和分泌真核细胞tmRNA转移信使RNA兼有mRNA和tRNA功效原核细胞gRNA指导RNA参加真核mRNA编辑一些真核细胞RNAi(microRNA和siRNA)干扰RNA调整基因表示真核细胞Ribozyme核酶催化特定生化反应原核细胞、真核细胞和一些RNA病毒Xist RNA调整雌性哺乳动物一条X染色体转变成巴氏小体哺乳动物第27页DNA&RNA 差异差异?为何DNA含有T?nC自发脱氨基变成Un修复酶能够识别这些突变,以用C取代这些U。n怎样区分正常U和突变而来U?n使用T就
8、很轻易处理以上问题。第28页第29页DNA&RNA 差异差异?为何DNA 2-脱氧,RNA不是?nRNA临近-OH使其更轻易nDNA缺乏2-OH愈加稳定 n遗传物质必须愈加稳定nRNA需要时候合成,不需要时候需要快速降解。第30页为何DNA通常是双链,RNA通常是单链?n互补双链结构使DNA很轻易进行复制、修复和重组n单链结构使得RNA能够形成丰富多彩三维结构第31页AT和GC碱基对配对性质第32页B-型型DNA双螺旋结构主要特征双螺旋结构主要特征第33页双螺旋稳定原因(1)氢键氢键当然主要,但它们主要决定碱基配正确特异性,而对双螺旋稳定贡献不是最主要。对双螺旋稳定起决定性作用是碱基堆集力。(
9、2)碱基堆集力这是碱基对之间在垂直方向上相互作用所产生力。它包含疏水作用和范德华力。碱基间相互作用强度与相邻碱基之间环重合面积成正比。总趋势是嘌呤与嘌呤之间嘌呤与嘧啶之间嘧啶与嘧啶之间。另外碱基甲基化能提升碱基堆积力。(3)阳离子或带正电荷化合物对磷酸基团中和。第34页第35页核酸理化性质n紫外吸收n酸碱解离n变性n复性和杂交DNA变性和复性变性和复性第36页酶学考点4酶化学本质:主要是蛋白质,少数是RNA;区分核酸酶和核酶;为何DNA不能充当酶?4细胞里有哪些反应由核酶催化?4酶性质:与非酶催化剂共同性质;酶特有性质4米氏酶与别构酶4米氏常数(Km)、最大反应速度(Vm)与kcat及kcat
10、/Km4酶活性调整第37页代谢考点4真核细胞代谢分室化4NADH、FADH2、NADPH、ATP4几个主要代谢路径:糖酵解、三羧酸循环、糖异生、磷酸戊糖路径、卡尔文循环、尿素循环、核苷酸代谢4怎样计算ATP得与失?第38页代谢路径分室化代谢路径分室化代谢路径发生区域三羧酸循环、氧化磷酸化,脂肪酸氧化,氨基酸分解线粒体糖酵解、脂肪酸合成、磷酸戊糖路径、细胞液DNA复制、转录、转录后加工细胞核、线粒体、叶绿体膜蛋白和分泌蛋白合成粗面内质网脂和胆固醇合成光面内质网翻译后加工(糖基化)高尔基体尿素循环肝细胞线粒体和细胞液第39页分解代谢和合成代谢分解代谢和合成代谢第40页细胞需要连续不停能量供给细胞需
11、要连续不停能量供给NADH,NADPH和和 ATPATP 通用能量货币通用能量货币NADPH 生物还原剂生物还原剂 代谢中能量考虑代谢中能量考虑第41页糖酵解糖酵解发生在全部活细胞发生在全部活细胞位于细胞液位于细胞液 共有十步反应组成共有十步反应组成在全部细胞在全部细胞都相同,但速率不一样。都相同,但速率不一样。两个阶段:两个阶段:i)第一个阶段第一个阶段投资阶段或引发阶投资阶段或引发阶段段:葡萄糖葡萄糖 F-1,6-2P 2G-3-Pii)第二个阶段第二个阶段赢利阶段:产生赢利阶段:产生2丙酮酸丙酮酸+2ATP丙酮酸三种命运丙酮酸三种命运第42页糖酵解两阶段反应糖酵解两阶段反应第43页糖酵解
12、第一阶段反应糖酵解第一阶段反应第一步反应第一步反应葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化己糖激酶或葡萄糖激酶引发反应ATP被消耗,方便后面得到更多ATP葡萄糖磷酸化最少有两个意义:首先葡萄糖所以带上负电荷,极性猛增,极难再从细胞中“逃逸”出去;其次葡萄糖由此变得不稳定,有利于它在细胞内深入代谢。第44页第45页葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞第46页反应反应3:磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是糖酵解限速步骤是糖酵解限速步骤!糖酵解第二次引发反应糖酵解第二次引发反应有大自由能降低,受到高度调控有大自由能降低,受到高度调控第47页第48页糖酵解糖酵解-第二个阶段反应第二个阶
13、段反应产生产生4 ATP 造成糖酵解净产生2ATP 包括两个高能磷酸化合物.1,3 BPG PEP 第49页反应反应6:6:甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶甘油醛甘油醛-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 这是整个糖酵解路径唯一一步氧化还原反应 产生1,3-BPG和NADH 为巯基酶,使用共价催化,碘代乙酸和有机汞能够抑制此酶活性。砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相同,所以能够代替无机磷酸参加反应,形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸,但这么产物很不稳定,很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热,无法进入下一步底物水平磷酸化反应。因为甘油酸-1
14、-砷酸-3-磷酸自发水解,将造成ATP合成受阻,影响细胞正常代谢,这就是砷酸有毒性原因。第50页第51页反应反应10:10:丙酮酸激酶丙酮酸激酶PEP转化成丙酮酸,同时产生转化成丙酮酸,同时产生 ATP 产生两个产生两个ATP,可被视为糖酵解路径最终能量,可被视为糖酵解路径最终能量回报。回报。G为为大大负值负值受到调控受到调控!第52页第53页NADH和丙酮酸去向和丙酮酸去向有氧还是无氧?有氧还是无氧?在有氧状态下在有氧状态下NADH和丙酮酸命运和丙酮酸命运(1)NADH命运命运 NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并产生更多ATP。(2)丙酮酸命运)丙酮酸命运 丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输
15、体与质子一起进入线粒体基质,被基质内丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA 在缺氧状态或无氧状态下在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸命运和丙酮酸命运(1)乳酸发酵)乳酸发酵(2)酒精发酵)酒精发酵第54页线粒体内膜上甘油线粒体内膜上甘油-3-3-磷酸和苹果酸磷酸和苹果酸-天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统 第55页糖酵解生理意义糖酵解生理意义产生ATP提供生物合成原料糖酵解与肿瘤 缺氧与缺氧诱导转录因子第56页糖异生糖异生泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡萄糖过程。它主要发生在动物肝脏(80)和肾脏(20),是动物细胞本身合成葡萄糖唯一伎俩。植物和一些微生物也能够进行糖异生。第57页糖异生与糖
16、酵解路径比较糖异生与糖酵解路径比较 第58页糖异生底物糖异生底物(动物动物)丙酮酸,乳酸,甘油,生糖氨基酸,全部TCA循环中间物偶数脂肪酸不行!因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰CoA,而乙酰CoA不能提供葡萄糖净合成第59页丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶糖异生第一步反应存在于线粒体基质,需要生物素辅基由ATP驱动羧化反应第60页果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶将将 F-1,6-P水解成水解成F-6-P 第61页葡糖葡糖-6-6-磷酸酶磷酸酶催化葡糖催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖磷酸水解成葡萄糖 存在于肝、肾细胞内质网膜上。肌肉和脑细胞没有这种酶,故不能进行糖异生G-6-P需要进入内质网腔才能水解第6
17、2页第63页TCA 循环循环是糖、氨基酸和脂肪酸最终共同代谢路径是糖、氨基酸和脂肪酸最终共同代谢路径也称为柠檬酸循环和也称为柠檬酸循环和Krebs循环循环 糖酵解产生丙酮酸(实际上是乙酸)被降解成CO2 产生一些ATP产生更多NADH NADH进入呼吸链,经过氧化磷酸化产生更多ATP。第64页完整三羧酸循环完整三羧酸循环第65页乙酰乙酰CoA形成形成脂肪酸氧化氨基酸氧化分解丙酮酸氧化脱羧由丙酮酸脱氢酶系催化 第66页砒霜毒性机理砒霜毒性机理第67页TCA 循环总结循环总结总反应:乙酰乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H+CoA1个
18、乙酰个乙酰-CoA经过三羧酸循环产生经过三羧酸循环产生2CO2,1 ATP,3NADH,1FADH22H2O被使用作为底物被使用作为底物绝对需要绝对需要O2吵,吵,您顺意吵,(吵得)铜壶呼盐瓶!您顺意吵,(吵得)铜壶呼盐瓶!第68页TCA循环功效循环功效$产生更多ATP$提供生物合成原料$是糖、氨基酸和脂肪酸最终共同分解路径$一些代谢中间我作为其它代谢路径别构效应物$产生CO2第69页一分子葡萄糖彻底氧化过程中一分子葡萄糖彻底氧化过程中ATP ATP 收支情况收支情况与ATP合成相关反应合成ATP方式合成ATP量糖酵解(包含氧化磷酸化)己糖激酶PFK-1磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶甘油醛-3-磷酸
19、脱氢酶(NADH)消耗ATP消耗ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化5或6或711223或4或5(取决于NADH经过何种路径进入呼吸链)丙酮酸脱氢酶系氧化磷氧化磷酸化酸化22.55三羧酸循环异柠檬酸脱氢酶(NADH)-酮戊二酸脱氢酶系(NADH)琥珀酰-CoA合成酶琥珀酸脱氢酶(FADH2)苹果酸脱氢酶(NADH)氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化192.5252.5251221.5232.525总ATP量30或31或32第70页磷酸戊糖路径磷酸戊糖路径又名磷酸己糖支路或6-磷酸葡糖酸路径发生在细胞液由氧化相和非氧化相组成在生物合成旺盛细胞中愈加活跃第71页葡萄糖葡
20、萄糖葡糖葡糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-6-磷酸磷酸糖酵解糖酵解糖原糖原PPP70%30%第72页氧化相氧化相 葡糖-6-磷酸脱氢酶 不可逆反应受到调控(受到NADPH抑制)葡糖酸内酯酶 没有酶催化,也能发生葡糖酸-6-磷酸脱氢酶氧化脱羧反应第73页磷酸戊糖路径功效磷酸戊糖路径功效 C与NADPH相关功效(1)提供生物合成还原剂NADPH(2)解毒细胞色素P450单加氧酶解毒系统需要NADPH参加对毒物羟基化反应。(3)免疫(4)维持红细胞膜完整(5)间接进入呼吸链 C与核糖-5-磷酸相关功效 提供核苷酸及其衍生物合成前体核糖-5-磷酸C与赤藓糖-4-磷酸相关功效 芳香族氨基酸和维生素B6合成需要赤藓糖。第74页生物合成与磷酸戊糖路径活性关系生物合成与磷酸戊糖路径活性关系组织功效磷酸戊糖路径活性肾上腺固醇类激素合成高肝脂肪酸和胆固醇合成高睾丸固醇类激素合成高脂肪组织脂肪酸合成高卵巢固醇类激素合成高乳腺脂肪酸合成高第75页