生命的分析基础

大学生物化学第一章生命的分子基础，包括生命属性与生物化学、生物化学与分子生物学、生命物质的化学组成、生物分子的三维结构、生物系统中的非共价相互作用、生命物质的基本特征和生命的基本单位，后续有整本书整理。

生命的分子基础

• 生命属性与生物化学
  • 生物化学
    • 含义
      • 用化学的理论与方法来研究生命现象，研究生物的化学组成及其化学变化的规律，阐明生命现象的化学本质的学科
    • 研究对象
      • 一切生物有机体，包括动物、植物、微生物和人体。
  • 生命的本质
    • 遗传、代谢
  • 生命属性
    • 化学成分复杂而同一、结构错综而有序（生物大分子结构的有序性）
    • 利用环境的能量和物质进行自我更新（新陈代谢）
    • 自我复制和自我装配是生命状态的精华（遗传)）
    • 有生即有死（生命的有限性）
• 现代生物化学的发展和分子生物学的兴起
  • 第一阶段（1770-1900）
    • 主要研究
      • 以研究各种生物体的化学成分（分离、纯化和性质)为主
    • 主要成就
      • 从动、植物产物中分离出多种氨基酸、甘油、柠檬酸、乳酸、尿酸、糖原、核酸、胰酶等，并对他们的化学结构进行了分析和测定
    • 静态生物化学
  • 第二阶段（1900-1950）
    • 主要研究
      • 活生物和活细胞内发生的各种化学变化、酶促反应，即新陈代谢。
    • 主要成就
      • 分离纯化出多种结晶酶
      • 确定了酶的蛋白质的化学本质
      • 发展了酶促化学动力学
      • 搞清楚了糖酵解途径
      • 提出了柠檬酸循环
      • 阐明了氧化磷酸化、光合磷酸化、电子传递链、脂肪酸β-氧化和尿素循环等途径
    • 动态生物化学
  • 第三阶段（1950年以后）
    • 主要研究
      • 生物大分子及其超分子复合体的结构和功能，包括大分子的相互作用和超分子的自我装配以及一些重要的生物学过程
    • 主要成就
      • 测定了一大批蛋白质和酶分子的一级结构
      • 建立了DNA分子的双螺旋结构模型
      • 完成了许多个物种的基因组测序
      • 阐明了遗传信息的传递和表达（复制、转录和翻译）的全过程
      • 肽、蛋白质和核酸的人工合成、生物膜、光合作用、代谢和基因的调控等领域有重大成就
• 生命物质的化学组成
  • 生命元素
    • 大量元素
      • C、H、O、N、P、S
    • 常量元素
      • Cl、Ca、K、Na、Mg
    • （必需)微量元素
      • Fe、Mn、Zn、Mo、Cu、I、Cr、F、Se、Co
    • （其他）微量元素
      • Al、As、B、Br、Si
  • 生物分子是碳的化合物
    • 适应需要
      • 碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键和共价三键
      • 碳还可与氮、氧和氢原子形成共价键和官能团
      • 碳与被键合原子形成4个共价键的性质，使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多种多样的化合物
• 生物分子的三维结构：构型与构象
  • 立体异构与构型
    • 异构与构型
      • 构型
        • 具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况（主要针对小分子而言）
      • 构象
        • 在一定的条件下，由于单键的旋转而产生的分子中各原子在空间的不同排布形象（主要针对大分子而言）
      • 异构
        • 结构异构
        • 立体异构
          • 几何异构
            • 几何异构体（顺反异构体）
          • 旋光异构（光学异构）
            • 旋光异构体（光学异构体）
    • 旋光性
      • 方向
        • “+”或“-”
      • 数值
    • 手性中心（手性碳原子、不对称碳原子、立体原中心）
      • 具有4个不同取代基团的四面体碳原子
      • 一般含n个手性碳原子的分子可以有2ⁿ个旋光异构体
    • 对映体和非对映体
      • 对映体
        • 互为不能叠合的镜像的立体异构体
      • 非对映体
        • 彼此不成镜像的旋光异构体
    • 相对构型和绝对构型
      • 相对构型
        • D-/L-命名系统
      • 绝对构型
        • 1951年后941X光衍射测定的
  • 构型的命名系统
    • DL命名系统
      • 跟L-甘油醛相联系的立体异构体
      • 跟D-甘油醛相联系的立体异构体
    • RS命名系统
      • 第一步
        • 标定跟手性碳原子直接相连的4个取代基的优先性顺序
      • 第二步
        • 旋转手性四面体碳，使那个优先性最小的取代基离开观察者最远，另3个取代基面向观察者
      • 第三步
        • 看一看，面向观察者的3个取代基按优先性大小的顺序，是顺时针方向还是逆时针方向
          • 顺时针方向R构型
          • 逆时针方向S构型
  • 生物系统中的非共价相互作用
    • 离子相互作用
    • 氢键
    • 范德华力
    • 疏水相互作用
    • 非共价相互作用
    • 维持蛋白质构象稳定的键力
• 生命物质的基本特征（总结）
  • 自然界所有的生命物体都是由三类物质组成（水、无机离子和蛋白质）
  • 水是生命之源
  • 生物体中的元素具有高度的富集性和选择性（26/30种必需元素）
  • 由于碳原子具有特殊的成键性，构成生命物质均为含碳有机物
  • 生命的特征主要由生物大分子来体现（生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质（生物大分子），另外还有维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等)
  • 复杂、多变的生物大分子在组成、结构上具有一些共通的规律（基本单元的简单性、主干链的重复性、侧链基团的修饰性）
  • 生物分子主要是通过非共价相互作用彼此影响，行使功能的
  • 具有自身可控的生物分子和能量的相互转换（新陈代谢）以及遗传是生命的最核心特征
• 生命的基本单位——细胞
  • 生命机体的结构层次
    • 单体、亚单体：氨基酸、脂肪酸、单糖等
    • 生物大分子：蛋白质、核酸、糖、脂肪
    • 超分子复合物：染色体、质膜
    • 细胞
    • 组织和器官
    • 生命个体
    • 生命群体