1、欢迎各位同学和老师参加2009年生物学奥赛讲座!生物化学引言生物化学引言什么是生物化学?生物（Bio）+化学（Chemistry）=生物化学（Biochemistry）学习生物化学的目的：在分子水平上研究细胞的结构、组织和功能(1)结构生物化学(2)代谢生物化学(3)分子遗传学生物化学的应用无处不在的生物化学 如何学好生物化学？不要畏惧！要有信心！选择好教材和参考书懂得助记法 理论联系实际多理解、少死记！善于联想和比较必需氨基酸PK非必需氨基酸必需氨基酸是指人体必不可少，而机体内又不能合成、必须从食物中补充的氨基酸。如果饮食中经常缺少它们，就会影响健康。余下的氨基酸则属于非必需氨基酸，动物体自
2、身可以进行有效的合成笨笨（苯丙氨酸）（苯丙氨酸）蛋蛋（蛋氨酸）（蛋氨酸）精精（精氨酸）（精氨酸）来来（赖氨酸）（赖氨酸）宿宿（苏氨酸）（苏氨酸）舍舍（色氨酸）（色氨酸）住住（组氨（组氨酸）酸）亮亮（亮氨酸）（亮氨酸）凉凉（异亮氨酸）（异亮氨酸）鞋鞋（缬氨酸）（缬氨酸）三羧酸三羧酸循环总结循环总结草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸草草酰琥珀酸酰琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A 琥琥珀酸珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸吵，吵，您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！糖酵解途径糖酵解途径糖酵解概述糖酵解概述发生在所有的活细胞发生在所有
3、的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所有的细在所有的细胞都相同，但速率不同。胞都相同，但速率不同。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获利阶段：产生获利阶段：产生2丙酮酸丙酮酸+2ATP丙酮酸的三种命运丙酮酸的三种命运糖酵解的两阶段反应糖酵解的两阶段反应葡萄糖葡萄糖 (6C)甘油醛甘油醛-3-3磷酸磷酸(2-3C)(G3P 或或GAP)2 ATP -消化消化0 ATP -产生产生0 NADH-产生产生2ATP2ADP+PC-C-C-C-C-CC-C-C
4、C-C-C 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸(2-3C)(G3P 或或 GAP)丙酮酸丙酮酸(2-3C)(PYR)0 ATP -消耗消耗4 ATP -产生产生2 NADH-产生产生4ATP4ADP+PC-C-C C-C-CC-C-C C-C-CGAPGAP(PYR)(PYR)糖酵解的全部反应糖酵解的全部反应糖酵解第一阶段的反应糖酵解第一阶段的反应第一步反应第一步反应葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化己糖激酶或葡萄糖激酶引发反应ATP被消耗，以便后面得到更多的ATPATP的消耗是葡萄糖的磷酸化能够自发地进行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葡糖-6-磷酸转变成果
5、糖-6-磷酸 这是一步异构化反应，反应的机制牵涉到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应，酮基从1号位变到2号，这既为下一步磷酸化反应创造了条件，也有利于后面由醛缩酶催化的C-3和C-4之间的断裂反应。反应反应3:磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是糖酵解的限速步骤是糖酵解的限速步骤!L糖酵解第二次引发反应糖酵解第二次引发反应L有大的自由能降低，受到高度的调控有大的自由能降低，受到高度的调控C6 被切成 2 C3,为什么叫醛缩酶？磷酸二羟丙酮转变成甘油醛-3-磷酸为什么需要这一步反应？因为酮难以氧化。糖酵解糖酵解-第二个阶段的反应第二个阶段的反应产生产生4 ATP 导致糖酵解净产生2ATP 涉及两个高能磷酸化
6、合物.1,3 BPG PEP 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 这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 产生1,3-BPG和NADH。从高能磷酸化合物合成ATP这是一步底物水平的磷酸化反应磷酸基团从 C-3转移到C-2 甘油酸-2-磷酸转变成 PEP 烯醇化酶的作用在于促进甘油酸-2-磷酸上某些原子的重排从而形成具有较高的磷酸转移势能的高能分子。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，可被视为糖酵解途径最后的，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。能量回报。
7、NADH和丙酮酸的去向和丙酮酸的去向有氧还是无氧？有氧还是无氧？在有氧状态下在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运和丙酮酸的命运（1）NADH的命运的命运 NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并产生更多的ATP。（2）丙酮酸的命运）丙酮酸的命运 丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质内的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和丙酮酸的命运和丙酮酸的命运（1）乳酸发酵）乳酸发酵（2）酒精发酵）酒精发酵线粒体内膜上的甘油线粒体内膜上的甘油-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 丙酮酸的代谢去向丙酮酸
8、的代谢去向细胞的基本共性细胞的基本共性所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 作为遗传信息复制与转录的载体。作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地 存在于一切细胞内。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。原核生物与真核生物原核生物与真核生物真细菌古菌真核生物 基本特点基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能 的细胞器和细胞核膜。主要代表主要代表：支原体目前发现的最小最简单的细胞；Mycoplasm laboratorium 细菌 蓝藻又称蓝细菌（Cy
9、anobacteria）真核细胞真核细胞真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较真核细胞的真核细胞的基本结构体系基本结构体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。原核细胞与真核细胞的原核细胞与真核细胞的比较比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较特 征原核细胞真核细胞细胞膜核膜染色体核仁线粒体内质网高尔基体溶酶体核糖体光合作用结构核外 DNA细胞壁细胞骨架细胞增
10、殖（分裂）方式有（多功能性）无由一个环状 DNA 分子构成的单个染色体，DNA 不与或很少与蛋白质结合无无无无无70S（包括 50S 与 30S 的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素 a 的膜层结构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒 DNA主要成分是氨基糖与壁酸无无丝分裂（直接分裂）有有2 个染色体以上，染色体由线状 DNA 与蛋白质组成有有有有有80S（包括 60S 与 40S 的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素a 与 b线粒体 DNA，叶绿体DNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶有以有丝分裂（间接分裂）为主特征原核细胞真核细胞DNA 量（信息量）DNA 分子数DNA 分子结构基
11、因组数基因数大量“多余”的“重复”的DNA 序列基因中插入内含子DNA 与组蛋白结合DNA 与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体DNA 复制的明显周期性基因表达的调控转录与翻译的时空关系转录后与翻译后大分子的加工与修饰细胞复制与分裂（DNA 传递与分配）少1环状1n几千不与或与少量类组蛋白结合主要以操纵子方式转录与翻译同时同地进行无丝分裂多2 个以上线状2n，多 n大于几万，十万十十与 5 种组蛋白结合十十复杂性，多层次性核内转录，细胞质内翻译严格的阶段性与区域性十有丝分裂，减数分裂原核细胞真核细胞核小体和染色质结构对复制的影响无有复制起始区的数目1个多个复制叉前进的速度快慢冈崎片
12、端的长度长短引物切除DNA聚合酶的3-外切酶活性核糖核酸酶H或其他核糖核酸酶复制时间可一直在复制限制在S期第一轮复制结束之前能否进行下一轮复制可以否端聚酶无有原核细胞真核细胞核小体和染色质结构对转录的影响无有启动子结构简单复杂RNA聚合酶一种细胞核有三种转录因子缺乏多种识别启动子的蛋白质RNA聚合酶本身特殊的转录因子启动子以外的与转录有关的DNA序列少繁多操纵子结构普遍少见转录与翻译之间的偶联关系存在不存在转录产物性质多为多顺反子多为单顺反子原核细胞真核细胞mRNA前体的后加工几乎没有非常复杂，包括加帽、加尾、剪接、内部甲基化和编辑tRNA的后加工一般不需要添加CCA一般需要添加CCArRNA
13、的后加工不需要snoRNA需要snoRNA原核细胞真核细胞核糖体70S（50S+30S）80S（60S+40S）与转录的偶联关系存在无起始tRNA是否甲酰化是否起始密码子的识别SD序列与反SD序列的相互作用扫描或内部进入起始阶段对ATP的需要不需要需要起始因子的种类延伸因子3种3种10多种2种核糖体释放因子有无对抑制剂的敏感性对许多抗生素敏感对抗生素不敏感原核细胞真核细胞调控的目的对环境的变化做出反应细胞分化调控的方式主要是负调控主要是正调控调控的主要水平转录转录+其他水平染色质水平调节基因表达无存在，非常重要DNA甲基化对基因表达的影响无阻止基因的表达操纵子普遍少见弱化子存在无转录后加工水平的调控缺乏选择性剪接、选择性加尾、编辑RNAi在翻译水平的调控 无有
