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7: 微生物生物化学

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    200251

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    据估计，地球已有46亿年的历史，但在最初的20亿年中，大气层缺乏氧气，没有氧气，地球就无法维持我们所知道的生命。 关于生命是如何在地球上出现的一个假设涉及 “原始汤” 的概念。 这个想法提出，生命始于水体中，当来自大气的金属和气体与闪电或紫外线等能量来源结合形成作为生命化学基石的碳化合物时。 1952 年，芝加哥大学研究生斯坦利 ·米勒（1930-2007 年）和他的教授哈罗德· 乌雷（1893-1981 年）着手在一项现在著名的实验中证实这一假设。 Miller 和 Urey 结合了他们认为是地球早期大气的主要组成部分——水（H 2 O）、甲烷（CH 4）、氢气（H 2）和氨（NH 3），并将它们密封在无菌瓶中。 接下来，他们加热烧瓶以产生水蒸气，然后通过混合物传递电火花以模仿大气中的闪电（图\(\PageIndex{1}\)）。 一周后，当他们分析烧瓶中的内容物时，他们发现了氨基酸，即蛋白质的结构单位，这些分子对所有生物的功能都至关重要。

    米勒-尤里实验示意图。 一瓶水（用于模拟海洋）被加热。 它通过闭环中的玻璃管连接到：真空泵、装有气体（水、甲烷、氢气、氨）的烧瓶和电火花（用于模拟闪电），最后连接到冷却水的冷凝器。 冷却水含有有机化合物。
    图\(\PageIndex{1}\)：科学家斯坦利·米勒和哈罗德·乌雷证明，有机化合物可能来自无机物质。 此处说明的 Miller-Urey 实验模拟了闪电对地球早期大气中发现的化合物的影响。 由此产生的反应产生了氨基酸，氨基酸是蛋白质的化学组成部分。 （来源：考特尼·哈灵顿对作品的修改）

    • 7.1: 有机分子
      生物化学是研究生命化学的学科，其目的是根据化学原理解释形式和功能。 有机化学是专门研究碳基化学的学科，它是研究生物分子和生物化学学科的基础。 生物化学和有机化学都基于普通化学的概念。
    • 7.2: 碳水合物
      地球上最丰富的生物分子是碳水化合物。 从化学角度来看，碳水化合物主要是碳和水的组合，其中许多具有经验公式 (CH2O)，其中 n 是重复单位的数量。 这种观点将这些分子简单地描述为 “水合” 碳原子链，其中水分子附着在每个碳原子上，由此产生了 “碳水化合物” 一词。
    • 7.3: 脂质
      尽管脂质分子主要由碳和氢组成，但也可能含有氧、氮、硫和磷。 脂质在生物体的结构和功能中具有多种多样的用途。 它们可以是营养来源，碳的储存形式，能量存储分子，也可以是膜和激素的结构成分。 脂质包括许多化学上不同的化合物，其中最常见的将在本节中讨论。
    • 7.4: 蛋白质
      氨基酸基本上能够以任意数量结合在一起，产生基本上任何大小的分子，这些分子具有广泛的物理和化学特性，并具有对所有生物至关重要的许多功能。 源自氨基酸的分子可以充当细胞和亚细胞实体的结构成分、营养来源、原子和能量储存库，以及激素、酶、受体和转运分子等功能物种。
    • 7.5：使用生物化学识别微生物
      在临床实验室中，准确识别细菌对于诊断和管理细菌暴发引起的流行病、流行病和食物中毒至关重要。 在本节中，我们将讨论几种使用生化特性识别微生物的方法。
    • 7.E：微生物生物化学（练习）

    缩略图：通常会结合底物的酶结合位点也可以结合竞争抑制剂，从而阻止底物进入。 二氢叶酸还原酶受到甲氨蝶呤的抑制，甲氨蝶呤会阻止其底物叶酸的结合。 结合位点为蓝色，抑制剂为绿色，底物为黑色（PDB：4QI9）。 （CC BY 4.0；Thomas Shafe e）。