环境生物化学基础-绪论.ppt

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1、《环境生物化学基础》绪论一、生物化学是生命的化学生物化学（biochemistry）是关于生命现象化学本质的科学。具体言之，生物化学就是利用化学的原理、技术与方法，在分子水平研究生物体的物质组成、生命运动的规律，进而阐明生命现象因果律的一门科学。生物化学的研究内容主要包括：一是生物体的化学组成、生物分子的结构、性能和功能——此部分内容习惯归为静态生物化学。二是生物分子的分解与合成，反应过程中的能量变化，生物遗传信息的储存、传递和表达，以及新陈代谢的调节控制——此部分内容则归为动态生物化学。二、生物的

2、化学特征生物体是大量生命元素的集合体。生命元素借助化学键形成生物小分子，进而产生生物大分子，并且借助次级键形成特定的空间构象和超分子聚集体，最终构建生命的化学特征。1、生命元素生物体内的元素可以分为四类：第一类元素：包括C、H、O和N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。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。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。第四类元素：包括Al、As、B

3、、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等微量元素。2、生命前体分子（1）水。水是生物体内含量最丰富、存在最广泛的物质。由于水特有的性质使得它非常适合于生物系统，所以水被称为“生命之源”。水的第一个特性是其极性。水是很好的极性溶剂，可以溶解电解质与极性物质，有利于生物反应的进行。水的第二个特性是其氢键。正是由于这些氢键的存在，使得水比其他液体具有高蒸发热、高热容和很宽的液相温度，从而有利于生物体内的温度恒定。2、生命前体分子（2）前体分子。理论推测生物体基本的分子组成是水和30种前体分子。也称为

4、生物分子的“构件”。前体分子可以分为四类：20种L-α氨基酸。这是蛋白质的基本单位。5种含氮碱基，2种嘌呤碱基与3种嘧啶碱基。它们与磷酸核糖或脱氧磷酸核酸结合就形成核酸的基本单位——核苷酸。2种糖。D-葡萄糖和D-核糖，葡萄糖是光合作用的产物，是生物代谢的重要中间产物。而D-核糖则是核苷酸的基本组成成分。软脂酸、甘油和胆碱。它们可以组成了磷脂分子，是生物膜的重要组成成分。3、生物大分子及其组成规律生物分子中最重要的是糖、脂、蛋白质和核酸，它们是构成生物体和维持生命现象最基本的物质。许多生物其干重的9

5、0%以上是由生物大分子构成。由于它们的相对分子量一般都很大，所以被称为生物大分子。生物大分子具有以下特征：（1）由结构比较简单的小分子——结构单元分子所组成.最重要的结构单元分子主要有以下几类:①构成蛋白质的结构单元分子——20种基本氨基酸；②构成核酸的结构单元分子——核苷酸；③构成脂的结构单元分子——甘油、脂肪酸和胆碱；④构成糖的结构单元分子——单糖。（2）生物大分子都具有非常复杂的结构，包括复杂的化学结构和复杂的空间结构。（3）生物大分子中存在许多手性中心。（4）生物大分子之间存在相互作用和识别

6、作用。4、生物体的结构层次性如前所述，生物元素组成生物分子，生物前体分子组成生物大分子。生物大分子则进一步形成复合体，生物大分子和复合体再组成亚细胞结构和细胞器，进而形成细胞。细胞则可继续形成组织、器官、系统，最后形成多细胞的生物体。在高层次的结构中，生物大分子间的结合是非共价的。所以，这些结构可以实行自我装配。组成生物体物质的层次性。5、生物分子内（间）非共价相互作用生物分子内（间）非共价相互作用主要有：①氢键②正负离子之间的静电引力③离域键间的π电子重叠作用力④疏水键（疏水相互作用⑤范德华力

7、三、新陈代谢是生命的基本特征生命物质的新陈代谢包括合成和分解两大方面：合成——生物小分子到生物大分子；分解——生物大分子到生物小分子。按代谢主体的不同，新陈代谢可分为物质代谢、能量代谢和信息代谢三种类型：物质代谢——分解代谢与合成代谢；能量代谢——释能代谢与储能代谢；信息代谢——物质代谢信息代谢与遗传息代谢。就生物体而言，新陈代谢由成千上万个酶促反应构成，错综复杂。同时，生物体用最基本的化学反应、最简单的组合方式构成了这一最复杂的反应系统。表现出共同的规律性：（1）有限的化学反应类型。新陈代谢中众多

8、的化学反应本质上仅为几个反应类型：氧化还原反应、C-C键的断裂和形成反应、基团转移反应、构建分子间脱水缩合反应以及分子重排反应。（2）共同的分解末端代谢途径和转换枢纽。三羧酸循环不仅是糖类、脂质、蛋白质和核酸分解代谢的必经途径。同时也是生物体内各种生物分子相互转换的枢纽。（3）共同的合成代谢规律。一是ATP为所有生物体内能量的共同载体；二是生物大分子合成时均有一定的方向性；三是前体分子构建生物大分子前均需活化。四、生物化学的历史发展1775年，Lavoisier证实了