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1、奥赛讲座(生物化学)(Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望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
2、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） 三羧酸循环总结三羧酸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
3、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糖酵解糖酵解A. A. A. A
4、. 能量投资阶段能量投资阶段能量投资阶段能量投资阶段: : : :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-CC-C-C糖酵解糖酵解B. B. B. B. 能量收获阶段：能量收获阶段：能量收获阶段：能量收获阶段： 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4ATP4
5、ADP + 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反应反应2: 2: 磷酸葡糖异构酶磷酸葡糖异构酶葡糖-6-磷酸转变成果糖-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
6、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，受到高度的调控反应反应4: 4: 醛缩酶醛缩酶C6 被切成 2 C3 ,为什么叫醛缩酶？反应反应5: 磷酸丙糖异构酶（磷酸丙糖异构酶（TIM）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合物.1,3 BPG PEP 反
7、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 这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 产生1,3-BPG和NADH 。反应反应7: 7: 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶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反应反应8: 8: 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶磷酸基团从 C-3转移到C-2 反应反应9: 9: 烯醇化酶烯醇化酶甘油酸-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
8、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能，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。量回报。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
9、（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的代谢去向原核细胞和真核细胞大比较原核细胞和真核细胞大比较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原核细胞原核细胞原核细胞原核细胞 基
10、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（Cyanobacteria）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
11、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原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达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原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较原核细胞与真核细胞在DNA复制上的差别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端的长度长短引物切除DNA聚合酶的3-外切酶活性核糖核
12、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与真核细胞在DNA转录上的差别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与真核细胞在转录后加工上的差别原核细胞真核细胞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
13、需要添加CCArRNA的后加工不需要snoRNA需要snoRNA原核细胞与真核细胞在翻译上的差别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与真核细胞在基因表达调控机制上的差别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
