【正文】 的縮寫(xiě)，全稱可以是腺嘌呤核苷三磷酸。 每一個(gè)反應(yīng)都有兩個(gè)側(cè)面： 物質(zhì)代謝――由底物分子變成產(chǎn)物分子 能量代謝――消耗能量或釋放能量 n 氨基酸 + 能量 蛋白質(zhì) 2 丙酮酸 + 能量 葡萄糖 從小分子合成大分子需要消耗能量。這種情況稱為酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 例如，酶與磷酸根的結(jié)合。 ? 共價(jià)調(diào)節(jié) 有時(shí)候，酶蛋白分子可以和一個(gè)基團(tuán)形成共價(jià)結(jié)合，結(jié)合的結(jié)果，使酶蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使酶活性發(fā)生改變。這種情況稱為 “ 反饋抑制 ” 。在一條代謝途徑中，常常是前一個(gè)酶促反應(yīng)的底物，便是下一個(gè)酶促反應(yīng)的底物。 酶與底物的專一結(jié)合，又是酶促反應(yīng)專一性的體現(xiàn)。 酶是如何降低活化能的呢 ? 首先，需要酶與底物分子結(jié)合，酶蛋白結(jié)構(gòu)中有底物結(jié)合中心 /活性中心。 ? 即使對(duì)可以進(jìn)行的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)物分子應(yīng)越過(guò)一個(gè)活化能才能發(fā)生反應(yīng)。這些金屬離子或小分子是酶活性所必須的，稱為輔酶 /輔基或輔助因子。 一、酶是生物催化劑 酶的催化特點(diǎn) 催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速度，酶是生物催化劑，它的突出優(yōu)點(diǎn)是： 催化效率高 專一性質(zhì) 可以調(diào)節(jié) 用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明酶的催化效率： 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) ， 有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶。 這一講先介紹酶的性質(zhì)，然后著重介紹生命活動(dòng)所需的能量，從何而來(lái)。通過(guò)新陳代謝不斷把太陽(yáng)能或食物中貯存的能量， 轉(zhuǎn)化為可供生命活動(dòng)利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動(dòng)所需要。 堿基之間的氫鍵 ： GC 間有三個(gè)氫鍵 ， AT 間有兩個(gè)氫鍵 （ 2） RNA 為單鏈盤(pán)繞，局部形成堿基配對(duì)。 維持生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素－－非共價(jià)鍵 C＝ O H－ O C－ N H C－ O H3 N－ 非共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)度很小，所以 注意：雙硫鍵也在維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中起重要作用。 ? 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條肽鏈之間的 位置和結(jié)構(gòu)。 核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸 四、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。 三、生物大分子的形成 生物大分子主要有三大類： 蛋白質(zhì) 核酸 多糖 它們都是由生物小分子單體通過(guò)特有的共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)而成。 ?神經(jīng)節(jié)苷脂 GM2的功能是覆蓋于神經(jīng)細(xì)胞，使神經(jīng)細(xì)胞與相鄰的細(xì)胞分隔開(kāi)，從而加速神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞。 ?導(dǎo)致 TaySachs 癥的突變位于 HEXA 基因，它的編碼產(chǎn)物是己糖胺酶 A。 關(guān)于此病的唯一好消息就是它在大多數(shù)人群中就十分罕見(jiàn)的；然而在中歐地區(qū)的德裔猶太人及其后裔中，此病的發(fā)病率達(dá)到了兒童的 1/3600，并且大約 1/30 的成人帶缺陷基因。在兩歲時(shí)通常已經(jīng)完全癱瘓，并出現(xiàn)呼吸性感染。這些早期癥狀往往被父母和醫(yī)生所忽略。 葡萄糖－－－水溶性的 油 脂－－－脂溶性的 脂類種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大 A、油脂：甘油三脂 B、磷脂和鞘脂 C、固醇 TaySachs 癥，兒童的悲劇 所有的人類遺傳病中， TaySachs 遺傳病是最為悲慘的疾病之一。 （ 2）天然單糖在 C5 位上羥基有固定結(jié)構(gòu)方向，天然單糖大多數(shù)是 D型糖。 氨基酸的功能： （ 1）作為組建蛋白質(zhì)的元件 （ 2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調(diào)節(jié)、信號(hào)傳遞等） 單糖 —— （ 1） C2C5 均為不對(duì)稱碳原子。所以，一些微量元素在 1950s 或 1970s 以后才確證為人體必需微量元素。 常量元素的重要性比較容易認(rèn)識(shí)。 進(jìn)一步闡明該種元素在身體中起作用的代謝機(jī)理。要證明某一種微量元素在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上是必不可少的，至少需要做下面三個(gè)方面的實(shí)驗(yàn) ： 讓實(shí)驗(yàn)動(dòng)物攝入缺少某一種元素的膳食 ,觀察是否出現(xiàn)特有的病癥。 這里先介紹生命的元素組成，主要為后面第二講（ 構(gòu)造生物的基本元件）和第三講（ 生物體的新陳代謝）做準(zhǔn)備。（ BioX 計(jì)劃） 三 生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來(lái) 1． 生存與健康 2． 交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn) 3. 生命科學(xué)渴求各個(gè)領(lǐng)域優(yōu)秀人才的參與 生存與健康 ? 另一方面人類面臨一批新型疾病的威脅 ： 心血管病 糖尿病 艾滋病 癌癥 新傳染病 交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn) 生命科學(xué)渴求各個(gè)領(lǐng)域優(yōu)秀人才的參與 四、生命的元素組成 在生物學(xué)和其他學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科中 ,生物化學(xué)在過(guò)去的幾十年中發(fā)展特別快。 從傳統(tǒng)生物學(xué)到現(xiàn)代生命科學(xué) ——生命科學(xué)能夠迎接 21 世紀(jì)的挑戰(zhàn) 生物學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： ? 描述生物學(xué)階段 （ 19 世紀(jì)中葉以前） （ 1） 描述生物學(xué)階段（ 19 世紀(jì)中葉以前） 主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找 他們之間的異同和進(jìn)化脈絡(luò) 達(dá)爾文 《物種起源》（ 1859） （ 2）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（ 19 世紀(jì)中到 20 世紀(jì)中） 利用各種儀器工具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律 （ 3）創(chuàng)造生物學(xué)階段（ 20 世紀(jì)中葉以后） 生命科學(xué)如何發(fā)揮它的重要作用？ ?生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合 （ 1）從我國(guó)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃看生命科學(xué)的重要性 （ 2）生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合 21 世紀(jì)是生物的世紀(jì)，但生物學(xué)要有大突破必須尋求物理學(xué)科等其他學(xué)科的支持。 他所寫(xiě)的小冊(cè)子《生命是什么》是一個(gè)偉大嘗試。 二、 21 世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì) 1． 帶頭學(xué)科 近 300 年來(lái)（ 1720 世紀(jì)）：物理學(xué)一直作為帶頭學(xué)科 17 世紀(jì)中葉 牛頓經(jīng)典力學(xué) 18 世紀(jì)中葉 （蒸汽機(jī)）工業(yè)革命 19 世紀(jì)中后 電氣革命 20 世紀(jì)初 量子論、相對(duì)論和核物理標(biāo)志著物理學(xué)革命性飛躍。 1995年以后，國(guó) 內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)陸續(xù)把生物類課程列為全校非生物類專業(yè)大學(xué)生的限選或必修 課程。第一講 序論 一、為什么要上《生命科學(xué)導(dǎo)論》課 二、 21 世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì) 三、生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來(lái) 四、生命的元素組成 吳慶余主編 .《基礎(chǔ)生命科學(xué)》，高等教育出版社， 2022 張惟杰主編 .《生命科學(xué)導(dǎo)論》 , 高等教育出版社， 1999 一 為什么要開(kāi)設(shè)《現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論 》 課？ 1．高等教育的目標(biāo) 哈佛大學(xué)教學(xué)計(jì)劃說(shuō)明 ―every Harvard graduate should be broadly educated as well as trained in a particular academic specialty or concentration.‖ 每一個(gè)哈佛畢業(yè)生應(yīng)該受到 廣博教育 并且還應(yīng)在專門(mén)的學(xué)科方面得到一定的 培訓(xùn) 哈佛大學(xué)核心課程主要包括六大門(mén)類 1. 各國(guó)文化 2. 歷史研究 3. 文學(xué)美術(shù) 4. 道德倫理 5. 科學(xué) :數(shù)學(xué) ， 生命科學(xué) 6. 社會(huì)分析 人格的養(yǎng)成 — 從歷史及文化角度理解人類社會(huì)發(fā)展 ， 認(rèn)識(shí)個(gè)人與社 會(huì)聯(lián)系 ， 養(yǎng)成歷史感和責(zé)任感。 ? 思辨能力和思維習(xí)慣的養(yǎng)成 準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和把握事物， 慎密的分析和綜合， 冷靜的歸結(jié)和對(duì)策 ―公共基礎(chǔ) ‖由哪些板塊組成？ 1980s 以來(lái)，世界著名大學(xué)如 MIT 等，紛紛把生物類課程列為全校必修課 。 這是因?yàn)槿藗円庾R(shí)到， 21 世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，面向 21 世紀(jì)的大學(xué)生應(yīng)有生命科學(xué)基 礎(chǔ)，而不應(yīng)該成為 ―生物盲 ‖。 20 世紀(jì)上半葉被稱為 “ 現(xiàn)代物理學(xué)黃金半世紀(jì) ” 物理學(xué)主導(dǎo)著工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 帶領(lǐng)著天文、地質(zhì)、氣象、化學(xué)等學(xué)科發(fā)展 ? 薛定諤（ Erwin Schrodinger,18871961） 是一位近代物理學(xué)家，他試著跨越物理 世界 /生命世界之間難以逾越的鴻溝。 ? 面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的許多問(wèn)題，科學(xué)界把目光轉(zhuǎn)向生命科學(xué)，尋求 新的概念， 新的觀點(diǎn)， 新的思路。 ?普林 斯頓大學(xué) 以發(fā)育生物學(xué)家謝利 ?蒂夫曼為首，集中 12 名資深教授 (生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程 )成立嶄新的研究中心 ? 斯坦福大學(xué) 朱棣文 (物理學(xué) )和詹姆斯 ?斯布迪許 (生物學(xué) )等建立一個(gè)研究中心 ， 50 名成員。研究生物體的化學(xué)組成和研究 生命過(guò)程中的化學(xué)變化，所得到的豐碩成果，構(gòu)成分子生物學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。 1． 哪些元素參與生物體的組成？ 參與生物體組成的元素總共約二、三十種，他們?cè)谠刂芷诒碇械姆植既鐖D所示 用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究各種元素成份在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的必要性。 向膳食中添加該元素后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的上述特有病癥是否消失 。 只有 上述三條都弄清楚，才能確定某種元素是否為營(yíng)養(yǎng)上必需的元素。微量元素的營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究困難大得多。 3. 元素營(yíng)養(yǎng)方面的幾個(gè)例子 例一、鈣 1． 人每天需要攝入多少鈣？ 鈣參加幾乎每一種生理代謝過(guò)程 嬰、幼、少兒 佝僂病 老年人 骨質(zhì)疏松癥 上海地區(qū)骨質(zhì)疏松癥患者 男 % 女 % 其中 60 歲以上 男 % 女 % 上海地區(qū)老年人骨折發(fā)生率 城區(qū) % 農(nóng)村 % 影響鈣吸收的因素 維生素 D 甲狀旁腺素（ PTH） ?促小腸吸收鈣 ?促骨骼釋放鈣 ?促腎細(xì)胞回收鈣 ?抑骨骼釋放鈣 ?抑腎細(xì)胞回收鈣 例三 鉻 例四 硒 第二講 構(gòu)造生物體的基本元件 一、生物小分子與生物大分子的關(guān)系 二、生物小分子簡(jiǎn)介 三、生物大分子的形成 四、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu) 一、生物小分子和生物大分子的關(guān)系 小分子 大分子 復(fù) 合大分子 單糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白質(zhì) 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂類 二、生物小分子簡(jiǎn)介 水 水影響生命活動(dòng)的例子： 氨基酸 （ 1）α－ 碳原子 （ 2）具有α－ 氨基和α－羧基是各種氨基酸的共性 （ 3）各種氨基酸的區(qū)別在側(cè)鏈基團(tuán) —R 20 種天然氨基酸除甘氨酸外，都帶一個(gè)不對(duì)稱碳原子 —α碳原子，都有光學(xué)異構(gòu)體（鏡映體） 。六碳糖有 16 種同分異構(gòu)體。 （ 3）在水溶液中葡萄糖在 C1C5 之間脫水通過(guò)氧橋相聯(lián)成環(huán)狀－吡喃型 （ 4）各個(gè) C 上羥基位于環(huán)上或環(huán)下 （ 5） C1 上羥基位置不同出現(xiàn)α ，β 兩種構(gòu)型 核苷酸 DNA 分子的基本單位 ： 核苷酸 參加大分 子核酸組成的共有 8 種核苷酸 DNA 水解液中 RNA 水解液中 腺脫氧核苷酸（ dAMP） 腺苷酸（ AMP） 鳥(niǎo)脫氧核苷酸（ dGMP） 鳥(niǎo)苷酸（ GMP） 胞脫氧核苷酸（ dCMP） 胞苷酸（ CMP） 胸腺脫氧核苷酸（ dTMP） 尿苷酸（ UMP） 另外還有一些重要的具有生物活性的核苷酸 cAMP， cGMP 參與細(xì)胞信號(hào)