医学生物学第二章生命物质基础

1、医学生物学第二章生命物质基础 第二章第二章 生命的物质基础生命的物质基础 学习目标 n熟悉蛋白质的分子结构和功能 n熟悉酶的概念和催化特性 1.了解原生质的概念及原生质中水、无机盐、 糖类、脂类等化合物的构成和功能 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 第二章第二章 生命的物质基础生命的物质基础 n原生质：原生质：决定生命的物质，即组成细胞的全部 生命物质。 n细胞的主要元素： 原生质中化学元素有50多种，主要包括C、H、 O、N、P、S、Ca等，以上7种元素约占生物 体的99.35%，其中C、H、O、N 四种元素约 占90%。 医学生物学第二章生命物质基础 细胞的化学组

2、成 医医 学学 生生 物物 学学 微量元素：微量元素： Si 、Fe、Cu、 Mo钼、Zn、Mn、Ni镍、I、 Ba钡、Co钴等，含量虽少， 但是缺一不可。 Fe ：所有的生物所需； 缺乏可导致贫血。成年男性 需摄入15mg/天，成年女性 20mg/天，孕妇25mg/天 I：主要是脊椎动物所需。 需摄入0.15mg/天。缺乏会 引起地方性甲状腺肿。 Cu：缺乏可引起各种疾病。 需摄入0.03mg/天 医学生物学第二章生命物质基础 细胞的化学组成 n组成生物体的化学元素在非生物界都能 找到，没有一种元素为生物特有。 生命的物质基础来源于非生命物质 n组成生命的化学元素常以化合物形式存 在，并按特

3、定方式结合，组成复杂的生 命体系。生物与非生物又存在本质 区别 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 细胞的化学组成 医医 学学 生生 物物 学学 无机化合物无机化合物 有机化合物有机化合物糖类、脂类、糖类、脂类、 维生素、蛋白质、核酸。维生素、蛋白质、核酸。 生物大分子：蛋白质、核生物大分子：蛋白质、核 酸由于分子量巨大，结构酸由于分子量巨大，结构 复杂，具有生物活性，故复杂，具有生物活性，故 有此称。有此称。 医学生物学第二章生命物质基础 第一节 无机化合物 1. 在原生质中含量最高（60%95%）； 2. 不同器官含水量不同，骨骼22%，肌肉76%， 脑86%，眼玻

4、璃体99%； 3. 水的含量随的不同而不同。水的含 量随人年龄的增长而递减。男性总体水含量多 于女性。（女性总体脂含量多于男性）； 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 4. 原生质中两种存在形式：（自由流动； 绝大部分）、（细胞结构成分）； 5. 生理功能：1）良好的溶剂（极性） 2）参与细胞内各种代谢活动 3）调节体温（水比热大；排汗） 4）润滑剂 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 1. 在原生质中含量约1%，多以离子形式存在。 2. 含量较高的阳离子：K+,Na+,Ca2+,Mg2+等；阴 离子主要有：Cl-,SO42-,HCO3-,PO4

5、3-等； 3. 无机盐的主要功能： 1）参与构成某些蛋白质或酶（Fe2+参与血红 蛋白的组成）。 2）调节细胞内外的pH值（血浆中 H2CO3/HCO3缓冲液） 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 3）维持细胞的膜电位，如K+、Na+等离子。 （如静息电位，极化状态） 4）维持细胞内外的，如0.9%NaCl。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 4. 无机离子在细胞内外液中分布和含量有很大差 别，且保持稳定比例，若比例失调会导致疾病。 例：血液中Ca2+含量偏低会导致抽搐，Fe2+缺乏 导致缺铁性贫血。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第

6、二章生命物质基础 第二节 有机化合物 1. 又称碳水化合物，分子式缩写(CH2O)n 2. 根据糖的水解情况可分为单糖、双糖和多糖。 3. ：不能被水解成更简单类型的糖（多羟基 醛/酮）；常见的单糖有（）、 （构成RNA）、（构成DNA）等； 4. ：由两分子单糖脱去一分子水缩合而成的 糖；常见的双糖有，多为 储存的营养物质或代谢中间产物。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 医学生物学第二章生命物质基础 医学生物学第二章生命物质基础 5. ：由10个以上单糖脱水缩合而成的糖，分 子量可达几万至几百万；主要包括（主 食）、（蔬菜，木材50%，棉花90%） 和（肝糖原-血

7、糖、肌糖原-肌肉运动；储 能）。 6. 糖的主要功能： 1）人体所需能量来自糖类； 2）参与细胞壁、细胞膜、核 酸、免疫球蛋白构成。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 二、脂类二、脂类 1.脂类是的总称； 2.脂类难溶于水，易溶于有机溶剂； 3.元素构成主要为C,H,O三种，有些脂类还含有 N,P等元素。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 二、脂类二、脂类 1）：由一分子和三分子结合而 成，是动植物细胞储存脂类的主要形式。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 二、脂类二、脂类 1）：储能、供能的重要物质，提供 人体需能

8、；还有保护、固定内脏器 官和维持体温等作用。 2）：四部分 组成；人体重要的类脂是磷脂类磷脂类，主要有磷脂 酰胆碱（卵磷脂）和磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）。 3）：主要包括 等；在维持细胞结构和正常 代谢等方面起调节作用。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 二、脂类二、脂类 ： 一端由甘油、磷酸和含 氮碱组成，易于与水 相溶，称为； 另一端则由两条脂肪 酸链构成，不溶于水， 称为。 磷脂是构成细胞膜及细 胞内各种膜结构的主 要组成成分。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 三、维生素三、维生素 1.维生素（vitamin，vit）是机体维持正常功能所

9、 必需，但在人体内不能合成，必须由 的一类小分子有机化合物。 2.根据溶解性不同，可把维生素分为 和 3.维生素每日需要量很少，非结构非供能物质， 但在调节物质代谢和维持生理功能等方面发挥 重要作用。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 三、维生素三、维生素 4.维生素缺乏症： 缺乏vitA引起夜盲症、干皮病等； 缺乏vitD，儿童导致佝偻病，成人引起软骨病； 缺乏vitB1可引起脚气病； 缺乏vitB2可引起口角炎、唇炎、眼睑炎、畏光等 症。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 四、蛋白质四、蛋白质 （protein）是生物体基本组成成分，含量

10、 最丰富的生物大分子，占，分子 量几千到几百万。 组成元素主要为，有些含有P及 金属元素Fe、Cu、Zn等。 分布广泛，是生命活动主要物质基础和体现者。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （一）蛋白质的化学组成（一）蛋白质的化学组成 医医 学学 生生 物物 学学 氨基酸为基本构成氨基酸为基本构成 单位单位 氨基酸结构通式：氨基酸结构通式： 2020种种R R基基？ 医学生物学第二章生命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构 1.氨基酸在蛋白质分子中的连接方式氨基酸在蛋白质分子中的连接方式 (1

11、)(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧 基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的 化学键。 (2)肽肽(peptide) 1）是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 2）两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸 缩合则形成三肽 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 甘甘 氨氨 酸酸 + H NH2CH C O OH H NHCH C O OH H 甘甘 氨氨 酸酸 -HOH 甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 H NH2CH C O H NHCH C O OH 医医 学学 生生 物物 学学 肽键肽键 医学生物学第二章生命物质基础 （二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结

12、构 3）由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽， 由更多的氨基酸相连形成的肽称。 4）肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不 全，被称为(residue)。 5）(polypeptide chain)是指许多氨基酸之 间以肽键连接而成的一种结构。分别有： ：多肽链中有自由氨基的一端， ：多肽链中有自由羧基的一端。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构 （3）多肽链本身并不具有生物学功能，只有当多 肽链自身经过螺旋、折叠、盘曲等复杂变化，形 成的蛋白质，才具有生物学功能。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础

13、 蛋白质的一级结构 医学生物学第二章生命物质基础 蛋白质的二级结构 螺旋 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 蛋白质的三级结构 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 蛋白质的四级结构 n指亚基集结的结构 n并不是所有蛋白质都有四级结构 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 蛋白质的结构层次 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构 （4）：蛋白质的空间结构具有相对 的不稳定性，当受到外界环境影响时，蛋白质 的空间结构将发生改变或被破坏，蛋白质的理 化性质也将发生相

14、应改变，甚至丧失生物活性。 1）物理因素：物理因素：如加热、紫外线、高压等 2）化学因素：化学因素：如酸、碱、有机溶剂、重金属 离子等 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构 （5）不同蛋白质多肽链数目不同（1条，2条， 多条）；组成的肽链可相同也可不同；再加上 每种蛋白质种类数目，故构成种 类繁多的蛋白质。 （6），是 生物种类多样性和生命现象复杂性的物质基础。 例如人、牛胰岛素差别仅在B链第30位氨基酸 的不同。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （三）蛋白质的功能（三）蛋白质的功能 1：胶原蛋白、

15、角蛋白、胞质中 结构蛋白。 2.：酶是具有生物催化活性的蛋白质。 3.：体内有些激素属于蛋白质，如胰岛 素、生长素。 4.：血液中运送O2与CO2的和运 送脂质的；控制离子进出的等； 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （三）蛋白质的功能（三）蛋白质的功能 5.：免疫球蛋白、抗体、金属硫蛋白等 6.：肌肉收缩、细胞分裂、细胞运动都 与蛋白质有关。如肌纤维中的肌球蛋白等； 7.7.贮存蛋白：贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、 卵清蛋白、载铁蛋白等； 8.8.信号蛋白信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等； 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础

16、五、酶五、酶 （一）酶的概念（一）酶的概念 （enzyme）是由活细胞合成的、具有高度催 化效能的一类特殊蛋白质；是催化体内代谢反 应的最主要催化剂。 （ribozyme）和（deoxyribozyme） 是具有高效、特异催化作用的 ，近年发现，数量少，主要作用于核 酸。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 五、酶五、酶 根据酶组成成分可分为单纯酶（全蛋白质，如淀 粉酶、脂肪酶）和结合酶（蛋白质+辅助因子， 如脱氢酶类）。 辅助因子在催化反应中起转移电子、原子或功能 基团作用，有的是金属，许多来自维生素。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （二

17、）酶的催化活性（二）酶的催化活性 除一般催化剂特性外，还具有以下特性： 1.：指一种酶只能催化一种或一类 底物的反应。如淀粉酶、麦芽糖酶。故体内酶 种类繁多。 2.：比普通催化剂高1071013倍。 3.：引起蛋白质变性的因素均影 响酶的催化活性。在适宜条件下，酶催化活性 较高，反之较低甚至完全失活。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 六、核酸 核酸是重要的生物大分子之一，分子量几十万到 几千万。 遗传信息的贮存者和携带者，控制蛋白质的合成， 从而控制着生物体的生长、发育、繁殖、遗传 与变异。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （一）核酸的化

18、学组成（一）核酸的化学组成 是核酸的基本组成单位。核酸由数十个 至数千万个核苷酸聚合而成。 医学生物学第二章生命物质基础 （二）核酸的分类 医医 学学 生生 物物 学学 根据的不同而分类： 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, ） 核糖核酸（ribonucleic acid, ）。 医学生物学第二章生命物质基础 核苷酸的分类 医学生物学第二章生命物质基础 核苷酸的分类 构成RNA的有四种： 腺嘌呤核苷酸 鸟嘌呤核苷酸 胞嘧啶核苷酸 尿嘧啶核苷酸 构成DNA的有四种: 腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 医医 学学 生生 物物 学学 医

19、学生物学第二章生命物质基础 DNA和RNA的主要区别 n戊糖不同 n碱基组成不同 n核苷酸种类 nDNA为双链， RNA为单链 n分布不同 n功能不同 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 三磷酸腺苷ATP 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 （三）核酸的结构与功能（三）核酸的结构与功能 医医 学学 生生 物物 学学 核苷酸之间以3， 5-磷酸二酯键连 接形成多核苷酸链， 即。 5 端端 NH2 N NO P OH HOO O H3C O O PHOO O H3C O OH NH2 N N N N 3 端端 磷酸二酯键磷酸二酯键 医学生物学第二章生

20、命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 由两条方向相反，相互平由两条方向相反，相互平 行的多脱氧核苷酸链组成行的多脱氧核苷酸链组成， 以右手螺旋方式盘绕中心轴。以右手螺旋方式盘绕中心轴。 螺旋直径为螺旋直径为2nm，形成大沟，形成大沟 及小沟相间。及小沟相间。 这些沟结构与蛋白质、这些沟结构与蛋白质、 DNA之间的相互识别有关。之间的相互识别有关。 碱基对间距碱基对间距0.34nm，螺旋，螺旋 一圈一圈碱基，螺距碱基，螺距 。 医学生物学第二章生命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 基

21、本骨架：磷酸和脱氧核糖交替基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替 排列排列 碱基互补配对原则碱基互补配对原则()。 医学生物学第二章生命物质基础 DNA的三种构象 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 (2) DNA的功能 1) 以以的形式的形式储存遗传信息储存遗传信息。它是生命遗传的物 质基础，也是个体生命活动的信息基础。 2) 作为基因复制的模板作为基因复制的模板 3) 作为基因转录的模板作为基因转录的模板 ：DNA分子中的特定功能区段。其中的核苷酸 排列顺序决定了基因的功能。每个基因平均大小 约1000个碱基对。 ：蕴藏在DNA分子碱基排列顺序中的信息。 进化程度越高的生物其

22、DNA分子越大，人类基因组 有3109个碱基对。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 2) DNA的自我复制 医医 学学 生生 物物 学学 复制是指以亲代复制是指以亲代DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。的过程。 A G G T A C T G C C A C T G G T C C A T G A C G G T G A C C C C A C T G G G G T G A C C A G G T A C T G T C C A T G A C T C C A T G A C A G G T A C T G A G G T A C T G C C A C

23、 T G G T C C A T G A C G G T G A C C A G G T A C T G C C A C T G G T C C A T G A C G G T G A C C + 亲代亲代DNA 复制叉复制叉子代子代DNA 医学生物学第二章生命物质基础 2) DNA的自我复制 n DNADNA合成时，以亲代合成时，以亲代DNADNA解开的两股单链为模解开的两股单链为模 板，按碱基配对规律，合成子代板，按碱基配对规律，合成子代DNADNA的过程。的过程。 子代子代DNADNA，一股单链来源于亲代，另一股单链，一股单链来源于亲代，另一股单链 为新合成。子代和亲代的为新合成。子代和

24、亲代的DNADNA碱基序列一致。碱基序列一致。 这种复制方式称为半保留复制。这种复制方式称为半保留复制。 n按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的碱基的碱基 序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息， 体现了遗传的保守性。是物种稳定性的分子基体现了遗传的保守性。是物种稳定性的分子基 础，但不是绝对的。础，但不是绝对的。 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 3 5 3 5 解链方向解链方向 3 5 3 3 5 前导链前导链 (leading strand) 滞后链滞后链 (lagging

25、 strand) 顺解链方向生成的子顺解链方向生成的子 链，复制为连续进行，链，复制为连续进行， 称为前导链。称为前导链。 另一股链复制方向另一股链复制方向 与解链方向相反，不能与解链方向相反，不能 顺着解链方向连续延长，顺着解链方向连续延长， 称为滞后链。称为滞后链。 复制中不连续片段称为冈复制中不连续片段称为冈 崎片段崎片段(okazaki fragment)。 前导链连续复制而滞后链前导链连续复制而滞后链 不连续复制，就是复制的半不连续复制，就是复制的半 不连续性。不连续性。 医学生物学第二章生命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 医医 学学 生生 物物 学学 医学生物学第二章生命物质基础 3) DNA的转录（RNA的生物合成） 医医 学学 生生 物物 学学 转录转录：以以DNA一条链一条链为模板，在为模板，在RNARNA聚合酶聚合酶 的作用下，互补合成的作用下，互补合成RNA的过程的过程 。 参与物质参与物质 原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) DNA模板模板 RNA聚合酶聚合酶(R