《北京大学生物化学》课件

《北京大学生物化学》课程简介北京大学生物化学课程为生物科学专业学生必修课程，涵盖了生物化学的基础知识和前沿研究本课程旨在培养学生对生物化学的理解，并为他们进一步学习生物学领域其他课程打下坚实基础课程内容概述化学基础细胞生物学生物大分子酶学生物化学以化学为基础，涵重点介绍细胞结构、细胞器重点阐述蛋白质、核酸、多酶是生物体内最重要的催化盖有机化学、无机化学和物功能、细胞代谢以及细胞信糖、脂类等生物大分子结构剂，本课程深入探究酶的催理化学等内容，为理解生物号转导等方面，为深入理解、性质、合成和降解，揭示化机理、酶动力学、酶的调体组成和功能奠定基础生物化学奠定基础生物体生命活动的物质基础控机制等生物化学的研究对象生物大分子代谢途径蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类是生物体内含量丰富的有机生物化学研究物质在生物体内的代谢过程，包括物质的合成、大分子，它们共同构成生物体结构和功能的基础分解、转化和能量的释放与利用细胞过程生物信息生物化学深入研究细胞内的各种生命活动，例如细胞生长、分生物化学研究生物信息存储、传递和表达，包括基因组学、蛋化、凋亡、信号转导和遗传信息的传递白质组学和代谢组学生物大分子的基本结构生物大分子由许多小分子单体通过共价键连接形成的复杂高分子四种主要类型蛋白质、核酸、多糖和脂类这些分子构成细胞的基本结构，并参与各种生理过程例如，蛋白质构建细胞结构并催化化学反应，核酸储存和传递遗传信息，多糖提供能量和结构支持，脂类形成细胞膜并作为能量储存形式氨基酸的性质和分类结构特点分类

1.

2.12氨基酸是构成蛋白质的基本根据侧链基团的性质，氨基单位，包含一个氨基和一个酸可分为非极性氨基酸、极羧基性非离子氨基酸、极性离子氨基酸等重要性生物合成

3.

4.34不同的氨基酸序列决定蛋白生物体内可合成部分氨基酸质的结构和功能，而其他则需从食物中获取肽键的形成及特点脱水缩合1羧基和氨基反应键C-N2比普通C-N键短部分双键3旋转受限，平面结构氢键4稳定蛋白质结构肽键是连接氨基酸的化学键，它是由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基通过脱水缩合反应形成的肽键具有部分双键性质，导致它具有平面结构，旋转受限肽键中的氢键有助于稳定蛋白质的二级结构和三级结构蛋白质的一级结构氨基酸序列蛋白质的一级结构是指组成蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序，决定了蛋白质的折叠方式和功能肽键肽键是氨基酸之间通过脱水缩合形成的化学键，连接着蛋白质中的所有氨基酸残基结构多样性不同的氨基酸序列会形成不同的蛋白质，具有不同的结构和功能蛋白质的二级结构螺旋折叠α-β-蛋白质链以螺旋状方式盘绕氢键稳定螺旋结构多肽链以折叠方式排列，形成平面结构氢键连接肽链蛋白质的三级结构球状蛋白纤维状蛋白球状蛋白通常具有紧凑的结构，表面积较小它们在生物体中纤维状蛋白通常具有较长的、延展的结构，例如胶原蛋白和角扮演重要角色，例如催化反应、运输物质和免疫防御蛋白，它们在生物体中提供结构支持和保护酶的基本概念和特性生物催化剂高效性

1.

2.12酶是生物体内催化化学反应酶具有极高的催化效率，可的蛋白质，加速反应速率而以将反应速率提高百万甚至不改变反应平衡上亿倍专一性可调节性

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4.34每种酶通常只催化一种或一酶的活性可以通过各种因素类特定的化学反应，具有高调节，例如温度、值、pH度的专一性底物浓度和抑制剂等酶促反应的机理酶底物复合物形成-1酶与底物通过非共价键结合形成复合物过渡态稳定化2酶降低过渡态的能量，加速反应速率产物释放3酶与产物解离，恢复活性，催化新反应酶通过降低反应的活化能来加速反应速率醣类的分类和性质单糖二糖单糖是最简单的醣类，无法水解成更小的醣类常见的单糖有二糖是由两个单糖分子脱水缩合而成，常见的二糖有蔗糖、麦葡萄糖、果糖和半乳糖芽糖和乳糖多糖醣类的性质多糖是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成，常见的淀粉、纤醣类是重要的生物能量来源，也参与细胞结构的构成和生物信维素和糖原都是多糖息传递糖代谢的主要途径糖酵解葡萄糖分解成丙酮酸，产生少量ATP三羧酸循环丙酮酸被氧化成CO2，产生大量ATP和还原辅酶电子传递链还原辅酶经电子传递链，产生大量ATP糖异生非糖物质转化成葡萄糖，维持血糖稳定磷酸戊糖途径产生NADPH和戊糖，参与脂类和核酸合成糖酵解过程及调控糖酵解概述1糖酵解是葡萄糖在细胞质中被分解成丙酮酸的过程，是生物体内能量代谢的关键步骤它为细胞提供ATP和NADH等重要产物，并为其他代谢途径提供中间产物主要步骤2•葡萄糖被磷酸化，形成葡萄糖-6-磷酸•葡萄糖-6-磷酸被异构化为果糖-6-磷酸•果糖-6-磷酸被磷酸化，形成果糖-1,6-二磷酸•果糖-1,6-二磷酸被裂解为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸•甘油醛-3-磷酸被氧化和磷酸化，生成1,3-二磷酸甘油酸•1,3-二磷酸甘油酸被脱磷酸化，生成3-磷酸甘油酸•3-磷酸甘油酸被异构化为2-磷酸甘油酸•2-磷酸甘油酸被脱水，生成磷酸烯醇式丙酮酸•磷酸烯醇式丙酮酸被脱磷酸化，生成丙酮酸调节机制3糖酵解过程受到多种因素的调节，包括酶的活性、底物浓度、产物浓度和激素等例如，胰岛素可以促进糖酵解，而胰高血糖素则抑制糖酵解糖异生过程及调控概述1糖异生是指机体在饥饿或其他特殊情况下，由非糖物质合成葡萄糖的过程这是维持血糖水平、满足机体能量需求的关键途径主要步骤2丙酮酸羧化酶催化丙酮酸转化为草酰乙酸•磷酸烯醇丙酮酸羧激酶催化草酰乙酸转化为磷酸烯醇丙酮酸•葡萄糖磷酸酶催化葡萄糖磷酸转化为葡萄糖•-6--6-调控机制3糖异生过程受激素、酶活性、代谢中间产物等多种因素的调节，确保机体血糖水平稳定，满足能量需求脂类的分类和性质分类性质功能脂类主要分为脂肪、磷脂、固醇和蜡脂类不溶于水，但溶于有机溶剂储存能量•构成生物膜•参与激素和维生素合成•脂肪酸的生物合成乙酰辅酶羧化酶A催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酰辅酶A,这是脂肪酸合成的第一步，也是一个限速步骤脂肪酸合成酶复合体负责催化一系列反应，将丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A逐步延长，最终形成脂肪酸链脱羧反应每个循环中，会释放一个二氧化碳分子，并生成一个新的碳碳键，延长脂肪酸链还原反应生成的酮基被还原成羟基，然后脱水，最后再被还原，最终生成新的饱和碳链脂肪酸链的延伸这个过程不断循环，直到达到所需的脂肪酸链长度，最终生成脂肪酸三酰甘油的代谢甘油三酯的分解1脂肪酶将甘油三酯分解成甘油和脂肪酸甘油代谢2甘油可进入糖代谢途径，最终生成葡萄糖脂肪酸代谢3脂肪酸经β氧化分解生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环能量生成4脂肪酸氧化产生的能量远高于糖类，是机体重要的能量来源三酰甘油是人体储存能量的主要形式，在需要时分解成甘油和脂肪酸，提供能量甘油进入糖代谢途径，脂肪酸则经β氧化分解，最终生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，产生能量磷脂的结构和功能磷脂的结构磷脂的功能磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸组成甘油分子上的两个羟基与磷脂是构成生物膜的主要成分，在细胞膜中形成双分子层结构脂肪酸结合形成酯键，第三个羟基与磷酸结合磷酸与醇类化合物或氨基化合物结合形成极性头部，例如乙醇磷脂的极性头部朝向水相，非极性尾部朝向脂质相，形成疏水胺、胆碱或肌醇屏障，控制物质进出细胞核酸的化学结构核酸是生物体内重要的生物大分子，包括脱氧核糖核酸（）和核糖核DNA酸（）RNA是遗传信息的载体，其结构为双螺旋结构，由两条反向平行的脱氧核DNA苷酸链构成，通过氢键连接在一起是遗传信息的传递者，其结构通常为单链，由核糖核苷酸组成，有各RNA种类型，如信使（）、转运（）和核糖体（RNA mRNARNA tRNARNA）rRNA复制的机制DNA解旋1DNA双螺旋结构解开引物合成2引物酶合成短引物RNA延伸3聚合酶以引物为模板，合成新的链DNA DNA连接4连接酶将新合成的片段连接起来DNA复制过程需要多种酶参与聚合酶是核心酶，具有合成新链的能力DNA DNADNA合成的过程RNA转录起始1聚合酶识别并结合到模板上的启动子区域在启RNA DNA动子区域，双链解开，为聚合酶提供模板DNA RNA转录延伸2聚合酶沿着模板移动，并根据碱基配对原则，以RNA DNA的一条链为模板，合成一条新的链DNA RNA转录终止3当聚合酶遇到终止信号时，转录过程停止新合成的RNA链从模板上脱落RNA DNA蛋白质合成的机制起始阶段核糖体与结合，识别起始密码子，并招募起始，携带甲硫氨mRNA AUGtRNA酸延伸阶段核糖体沿着移动，依次读取密码子，相应的携带氨基酸与mRNA tRNAmRNA结合，形成肽链终止阶段核糖体遇到终止密码子、或，停止翻译，肽链从核糖体上释放UAA UAGUGA，形成完整的蛋白质生物信息的调控机制转录调控翻译调控蛋白质修饰转录因子结合到的特定区域，控制调节的稳定性、翻译效率和蛋白蛋白质磷酸化、乙酰化等修饰影响其活DNA mRNA基因的表达质降解，影响蛋白质的合成性，参与信号通路和代谢调节生物膜的结构和功能生物膜是细胞的基本结构，由脂类和蛋白质构成，具有选择性通透性，控制物质进出细胞生物膜上还存在多种酶和受体，参与细胞信号传导和能量代谢生物膜的功能包括维持细胞结构、物质运输、能量转换、信号传递等生物膜的结构和功能是生命活动的基础细胞信号转导通路细胞信号转导通路是细胞之间交流的重要方式，可以将外界信号转化为细胞内部的生理反应细胞信号转导通路涉及许多分子，包括受体、信号蛋白、转录因子等信号接收1细胞膜上的受体蛋白识别信号分子信号转导2信号蛋白将信号传递到细胞内信号转录3转录因子激活靶基因的表达生理反应4细胞产生相应的生理反应不同的信号转导通路参与不同的生理过程，例如生长发育、免疫应答、代谢调节等生物能量代谢概论能量供应生物体生命活动需要能量，如生长、运动、合成、物质运输等能量转化生物体通过代谢途径将食物中的化学能转化为细胞可利用的能量形式能量平衡生物体需要维持能量的平衡，能量摄入与消耗保持一致光合作用的过程光合作用是植物、藻类和一些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气的过程它是地球上最重要的能量转换过程，为生物圈提供能量来源和氧气光反应1光能被叶绿素吸收，将水裂解为氧气和电子，并将光能转化为化学能储存在ATP和NADPH中暗反应2利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳固定并还原为糖类碳固定3二氧化碳与RuBP结合，形成一个不稳定的六碳化合物，然后分解成两个三碳化合物还原4利用ATP和NADPH的能量，将三碳化合物还原为糖类再生5将糖类转化为RuBP，使循环持续进行呼吸作用的机制糖酵解1葡萄糖转化为丙酮酸柠檬酸循环2丙酮酸被氧化为二氧化碳氧化磷酸化3电子传递链产生ATP呼吸作用是生物体将有机物氧化分解，释放能量，并将能量储存在中的过程呼吸作用分为三个主要阶段糖酵解、柠檬酸ATP循环和氧化磷酸化糖酵解发生在细胞质中，将葡萄糖转化为丙酮酸柠檬酸循环发生在线粒体基质中，将丙酮酸氧化为二氧化碳氧化磷酸化发生在线粒体内膜上，通过电子传递链将能量转化为ATP生物化学实验操作技能实验安全仪器操作实验设计熟练掌握实验室安全操作规熟悉常用生物化学实验仪器能够独立设计和实施生物化程，遵守实验室安全规则，操作，如分光光度计、电泳学实验，包括制定实验方案如佩戴安全眼镜、手套等仪、离心机等、选择试剂、控制变量等掌握仪器的使用步骤、注意使用化学试剂时注意安全操事项和故障排除方法具备实验数据分析能力，并作，避免接触皮肤或吸入能撰写实验报告课程总结与展望本课程全面系统地介绍了生物化学的基础知识，涵盖了生物大分子的结构、功能、代谢和调控等重要内容通过学习，学生将掌握生物化学的基本原理，并能够运用这些知识来理解生命现象，解决相关的科学问题，为未来进一步学习和研究打下坚实的基础。