术概论化学与其他学科的关系PPT学习教案

1、会计学1术概论化学与其他学科的关系术概论化学与其他学科的关系对材料的基本认识对材料的基本认识第1页/共116页对材料的基本认识对材料的基本认识第2页/共116页材料的更新换代材料的更新换代人类对材料的认识和利用，经历了一个漫长的探索、发展的历史进程。人类对材料的认识和利用，经历了一个漫长的探索、发展的历史进程。第3页/共116页材料的更新换代材料的更新换代第4页/共116页材料的更新换代材料的更新换代第5页/共116页材料化学材料化学化学是材料科学的重要基础学科之一；材料是化学的重要研究内容化学是材料科学的重要基础学科之一；材料是化学的重要研究内容。第6页/共116页材料化学材料化学第7页/共

2、116页金属材料金属材料 纯金属一般具有良好的塑性，但其机械性能往往很难满足工程技术等多方面的需要，因此金属材料常以合金的形式使用。第8页/共116页金属材料金属材料第9页/共116页金属材料金属材料第10页/共116页无机非金属材料无机非金属材料第11页/共116页无机非金属材料无机非金属材料第12页/共116页无机非金属材料无机非金属材料第13页/共116页无机非金属材料无机非金属材料第14页/共116页无机非金属材料无机非金属材料第15页/共116页无机非金属材料无机非金属材料我国是稀土大国，具有丰富的稀土资源，但目前只能以低端我国是稀土大国，具有丰富的稀土资源，但目前只能以低端原材料出

3、口。国家已有相关政策已保护我们的稀土资源原材料出口。国家已有相关政策已保护我们的稀土资源第16页/共116页有机高分子材料有机高分子材料 第17页/共116页有机高分子材料有机高分子材料 第18页/共116页有机高分子材料有机高分子材料 第19页/共116页有机高分子材料有机高分子材料 第20页/共116页复合材料复合材料 第21页/共116页纳米材料纳米材料 第22页/共116页纳米材料纳米材料 纳米材料的基本物理和化学性质纳米材料的基本物理和化学性质 第23页/共116页纳米材料纳米材料 纳米材料的基本物理和化学性质纳米材料的基本物理和化学性质 第24页/共116页纳米材料纳米材料 纳米效

4、应纳米效应 第25页/共116页纳米材料纳米材料 纳米效应纳米效应 第26页/共116页纳米材料纳米材料 应用领域应用领域 第27页/共116页纳米材料纳米材料 应用领域应用领域 第28页/共116页纳米材料纳米材料 应用领域应用领域 第29页/共116页纳米材料纳米材料 几点认识几点认识 第30页/共116页材料技术的发展趋材料技术的发展趋势势 第31页/共116页了解生了解生命科学命科学第32页/共116页了解生了解生命科学命科学生命科学的主要研究课题生命科学的主要研究课题生物物质的化学本质是什么？化学物质在体内是如何互转化并表现出生命特征的？生物大分子的组成和结构是怎样的？细胞是怎样工作

5、的？形形色色的细胞怎样完成多种多样的功能？基因作为遗传物质是怎样起作用的？什么机制促使细胞复制？一个受精卵细胞怎样在发育、分化和使用其遗传信息？多种类型细胞是怎样结合起来形成器官和组织？物种是怎样形成的？什么因素引起进化？第33页/共116页了解生了解生命科学命科学第34页/共116页生命的化生命的化学基础学基础第35页/共116页蛋白质蛋白质 Protein 第36页/共116页蛋白质蛋白质的种类的种类 第37页/共116页蛋白质蛋白质的种类的种类 第38页/共116页核酸核酸Nucleic acid 第39页/共116页核酸核酸Nucleic acid 核糖核酸、脱氧核糖核酸的组成、结构核

6、糖核酸、脱氧核糖核酸的组成、结构 核糖核酸核糖核酸 RNA脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 DNA 组组成成戊戊糖糖 核核糖糖脱氧核糖脱氧核糖碱碱基基腺嘌呤腺嘌呤 A 鸟嘌呤鸟嘌呤 G胞嘧啶胞嘧啶 C 尿嘧啶尿嘧啶 U腺嘌呤腺嘌呤 A 鸟嘌呤鸟嘌呤 G胞嘧啶胞嘧啶 C 胸腺嘧啶胸腺嘧啶T磷磷酸酸Pi（磷酸二脂键）（磷酸二脂键）结结构构单链、部分碱基互补、三叶草形单链、部分碱基互补、三叶草形 双链、碱基互补、双螺旋形双链、碱基互补、双螺旋形 功能功能遗传信息表达遗传信息表达遗传信息贮存、发布遗传信息贮存、发布第40页/共116页核酸的核酸的结构结构核酸的一级结构核酸的一级结构 核酸是由核苷酸聚合而成的生

7、物大分子。组成DNA的脱氧核糖核苷酸主要是dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，组成RNA的核糖核苷酸主要是AMP、GMP、CMP和UMP。核酸中的核苷酸以3，5磷酸二酯键构成无分支结构的线性分子。核酸链具有方向性，有两个末端分别是5末端与3末端。5末端含磷酸基团，3末端含羟基。核酸链内的前一个核苷酸的3羟基和下一个核苷酸的5磷酸形成3,5磷酸二酯键，故核酸中的核苷酸被称为核苷酸残基。通常将小于50个核苷酸残基组成的核酸称为寡核苷酸（oligonucleotide），大于50个核苷酸残基称为多核苷酸（polynucleotide）。 第41页/共116页核酸的核酸的结构结构DNA的空间结构的

8、空间结构 DNA的二级结构的二级结构 双螺旋结构（double helix structure）。结构特点为：两条DNA互补链反向平行。由脱氧核糖和磷酸间隔相连而成的亲水骨架在螺旋分子的外侧，而疏水的碱基对则在螺旋分子内部，碱基平面与螺旋轴垂直，螺旋旋转一周正好为10个碱基对，螺距为，这样相邻碱基平面间隔为并有一个36 的夹角。DNA双螺旋的表面存在一个大沟（major groove）和一个小沟（minor groove），蛋白质分子通过这两个沟与碱基相识别。两条DNA链依靠彼此碱基之间形成的氢键而结合在一起。根据碱基结构特征，只能形成嘌呤与嘧啶配对，即A与T相配对，形成2个氢键；G与C相配对

9、，形成3个氢键。因此G与C之间的连接较为稳定。DNA双螺旋结构比较稳定。维持这种稳定性主要靠碱基对之间的氢键以及碱基的堆集力（stacking force）。 第42页/共116页核酸的核酸的结构结构DNA的空间结构的空间结构 生理条件下，DNA双螺旋大多以B型形式存在。右手双螺旋DNA除B型外还有A型、C型、D型、E型。此外还发现左手双螺旋Z型DNA。 DNA二级结构还存在三股螺旋DNA，第三股可以来自分子间，也可以来自分子内。 第43页/共116页核酸的核酸的结构结构DNA的空间结构的空间结构 DNA三级结构三级结构超螺旋结构超螺旋结构 DNA链进一步扭曲盘旋形成超螺旋结构。生物体内有些D

10、NA是以双链环状DNA形式存在，如有些病毒DNA，某些噬菌体DNA，细菌染色体与细菌中质粒DNA，真核细胞中的线粒体DNA、叶绿体DNA都是环状的。环状DNA分子可以是共价闭合环，即环上没有缺口，也可以是缺口环，环上有一个或多个缺口。在DNA双螺旋结构基础上，共价闭合环DNA（covalently close circular DNA）可以进一步扭曲形成超螺旋形（super helical form）。根据螺旋的方向可分为正超螺旋和负超螺旋。正超螺旋使双螺旋结构更紧密，双螺旋圈数增加，而负超螺旋可以减少双螺旋的圈数。几乎所有天然DNA中都存在负超螺旋结构。 第44页/共116页核酸的核酸的结构

11、结构DNA的空间结构的空间结构 DNA的四级结构的四级结构DNA与蛋白质形成复合物。在真核生物中其基因组DNA要比原核生物大得多，如原核生物大肠杆菌的DNA约为4.7103kb，而人的基因组DNA约为3106 kb，因此真核生物基因组DNA通常与蛋白质结合，经过多层次反复折叠，压缩近10000倍后，以染色体形式存在于平均直径为5m的细胞核中。线性双螺旋DNA折叠的第一层次是形成核小体（nucleosome）。犹如一串念珠, 核小体由直径为的组蛋白核心和盘绕在核心上的DNA构成。核心由组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子组成，为八聚体，146 bp长的 DNA以左手螺旋盘绕在组蛋白的核心圈，

12、形成核小体的核心颗粒，各核心颗粒间有一个连接区，约有60 bp双螺旋DNA和1个分子组蛋白H1构成。平均每个核小体重复单位约占DNA 200 bp。DNA组装成核小体其长度约缩短7倍。在此基础上核小体又进一步盘绕折叠，最后形成染色体。 第45页/共116页核酸的核酸的结构结构各类各类RNA的结构的结构 RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用，其中转移核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞合成蛋白质的主要场所。 一级结构一级结构单链分子，含7393核苷酸，分子质量为24 00031 000 二级

13、结构二级结构三叶草型，配对碱基形成局部双螺旋而构成臂，不配对的单链部分则形成环。三级结构三级结构倒L形tRNA的结构：的结构：tRNA的二级结构的二级结构tRNA的三级结构的三级结构第46页/共116页核酸的核酸的结构结构原核生物原核生物mRNAmRNA结构特点：结构特点：结构简单，往往含有几个功能上相关的蛋白质的编码序列，可翻译出几种蛋白质，为多顺反子。编码序列之间有间隔序列，可能与核糖体的识别和结合有关。在5端与3端有与翻译起始和终止有关的非编码序列，没有修饰碱基， 5端没有帽子结构，3端没有多聚腺苷酸的尾巴原核生物中mRNA转录后一般不需加工，直接进行蛋白质翻译。mRNA转录和翻译不仅发

14、生在同一细胞空间，而且这两个过程几乎是同时进行的。真核细胞成熟mRNA是由其前体核内不均一RNA（hnRNA）剪接并经修饰后才能进入细胞质中参与蛋白质合成。所以真核细胞mRNA的合成和表达发生在不同的空间和时间。mRNA的结构在原核生物中和真核生物中差别很大。 真核生物真核生物mRNAmRNA结构特点：结构特点：为单顺反子结构，即一个mRNA分子只包含一条多肽链的信息。在真核生物成熟的mRNA中5端有m7GpppN的帽子结构，帽子结构可保护mRNA不被核酸外切酶水解，并且能与帽结合蛋白结合识别核糖体并与之结合，与翻译起始有关。3端有polyA尾巴，其长度为20250个腺苷酸，其功能可能与mRN

15、A的稳定性有关， mRNA的结构的结构第47页/共116页核酸的核酸的结构结构rRNA占细胞总RNA的80%左右，rRNA分子为单链，局部有双螺旋区域具有复杂的空间结构，原核生物主要的rRNA有三种，即5S、16S和23S rRNA，如大肠杆菌的这三种rRNA分别由120、1542和2904个核苷酸组成。真核生物则有4种，即5S、18S和28S rRNA, 如小鼠，它们相应含121、158、1874和4718个核苷酸。rRNA分子作为骨架与多种核糖体蛋白装配成核糖体。rRNA的结构的结构 第48页/共116页生命化生命化学的进学的进展展 基因（Gene）工程进展：基因是染色体上DNA双螺旋链的

16、具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是生物性状遗传的基本功能单位。调控着细胞的生长、分化、老化、死亡等各种功能。科学家认为，找到人类基因组 30 亿个碱基对的排列序列，必将大大促进生物信息学、生物功能基因组和蛋白质等生命科学前沿领域的发展，也将为基因资源开发利用，医药、卫生、农业等生物高技术产业的发展开辟更加广阔的前景。 基因工程包括：人类基因组计划（Human Genome Project HGP） 、基因治疗 、转基因生物 等。第49页/共116页生命化生命化学的进学的进展展人类基因组计划人类基因组计划当前国际生命科学研究的热点之一，这是由美国科学家于 1985 年率先提出的。美国、英国、

17、法国、德国、日本和我国的科学家共同参与了人类基因组计划的工作。国际人类基因组计划所要做的事，就是要发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，弄清人的细胞中610万个基因在 30 亿个核苷酸中的具体排列，即测定人类基因组的全部 DNA 序列，从而解读所有遗传密码，揭示生命的所有奥秘，破译人类全部遗传信息。它对于人类认识自身，推动生命科学、医学以及制药产业等的发展，具有极其重大的意义。 人类基因组计划人类基因组计划谱写生命之书谱写生命之书 第50页/共116页生命化生命化学的进学的进展展人类基因组计划时间表人类基因组计划时间表 1999 年 12 月 1 日，一个由英、美、日等国科学家组成的研究小

18、组，破译了人类第 22 号染色体中所有与蛋白质合成有关的基因序列，发现了至少 545 个基因。这是人类首次了解了一条完整的人类染色体的结构。2000 年 4 月 13 日，美国科学家又宣布他们已完成第 5、第 16 和第 19 号染色体的遗传密码草图，在这些染色体上大约包含10,000到 15,000 个基因，约占人体遗传物质总量的 11%。 2001 年已绘就人类基因组序列的“工作框架图”。 2003 年美国国家人类基因组研究所宣布：人类基因组的 30 亿个碱基对已经测序完毕。 虽然人类基因组计划已经正式结束，但测序并没有百分百地完成。科学家说，由于一些高深莫测的原因，人类基因组中有1被证实

19、是无法测序的，只有在相关新技术出现之后，这一难题才有望得到攻克。也许，这1中，还蕴藏着生命的其它奥秘。 第51页/共116页生命化生命化学的进学的进展展基因治疗基因治疗 应用基因工程的技术方法，将正常的基因转入病患者的细胞中，以取代病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径，达到治疗某些遗传病的目的。目前已发现，人类与疾病相关的基因约有 5000 多个，迄今已有 13 被分离和确认。遗传病是基因治疗的主要对象。DNA 治疗治疗包括基因补偿、DNA 疫苗、肽核酸（PNA）等技术。最常用的是基因补偿。基因补偿首先要选择合适的靶基因，选择的原则是哪些基因有缺陷就补偿其相应

20、的正常基因。RNA 修复修复着眼于阻断和破坏“复制”、“转录”和“翻译”，使表现疾病的基因不能表达。是基因治疗的新途径。 基因治疗基因治疗 告别残缺的人生告别残缺的人生第52页/共116页生命化生命化学的进学的进展展转基因生物转基因生物应用转基因技术，植入了新基因的生物。将某一特定基因从 DNA 分子上切割下来，装在运载工具（DNA 载体）上，导入另一生物体内，并使该基因在受体细胞内稳定遗传，以表达出特定的蛋白质，赋予受体细胞以新的特征的一门技术就叫做转基因技术。转基因技术使人类可以按照自己的愿望来改造自然物种。转基因动物转基因动物作为生产医药产品的“化工厂”，可以为人类器官移植提供原料。转基

21、因植物转基因植物利用转基因技术可培育出富含各种营养素，又具抗旱、抗虫和抗土壤能力的农作物。转基因生物转基因生物上帝不再是唯一的造物主上帝不再是唯一的造物主中国是全球第 1 个将种植转基因农作物用作商业用途的国家。至今，全国共批准种植 100 多种转基因植物，其中包括迟熟的番茄、能抗病毒的青椒、彩色棉花等等。 2001 年全球转基因植物种植面积已达 7300 万公顷。第53页/共116页生命化生命化学的进学的进展展 生物芯片进展生物芯片进展：生物芯片的概念来自计算机芯片，是在 20 世纪90 年代中期发展起来的高科技产物。由于生物芯片最初的目的是用于 DNA 序列的测定，基因表达谱鉴定，所以生物

22、芯片又被称为 DNA 芯片或基因芯片。目前，该技术应用领域主要有基因表达谱分析、新基因发现、基因突变及多态性分析、基因组文库作图、疾病诊断和预测、药物筛选、基因测序等。 九十年代初以美国为主开始进行的各种生物芯片的研制，不到十年的功夫，芯片技术得以迅速发展，并呈现发展高峰。国外的多家大公司及政府机构均对此表现出极大兴趣，并投以可观的财力。 生物芯片生物芯片生命信息的集成生命信息的集成 第54页/共116页生命化生命化学的进学的进展展基因破译基因破译 将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对

23、大量核酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码。将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码。疾病检测诊断疾病检测诊断 生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势。它可以仅用极小量的样品，在极短时间

24、内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势。它可以仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。药物筛选药物筛选 大规模的药物筛选可以省略大量的动物试验，使从基因到药物的过程尽可能的快速和高效。缩短药物筛选所用时间，从而带动创新药物的研究和开发。大规模的药物筛选可以省略大量的动物试验，使从基因到药物的过程尽可能的快速和高效。缩短药物筛选所用时间，从而带动创新药物的研究和开发。 第55页/共116页了解能源科学了解能源科学第56页/共116页了解

25、能源科学了解能源科学第57页/共116页了解能源科学了解能源科学第58页/共116页了解能源科学了解能源科学第59页/共116页了解能源科学了解能源科学第60页/共116页了解能源科学了解能源科学第61页/共116页了解能源科学了解能源科学第62页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第63页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第64页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第65页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第66页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第67页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策

26、第68页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第69页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第70页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第71页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第72页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第73页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第74页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第75页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第76页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第77页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策

27、第78页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第79页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第80页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第81页/共116页中国的能源中国的能源状况与政策状况与政策第82页/共116页能源化学能源化学化学与化学家在能源科学领域中的重要作化学与化学家在能源科学领域中的重要作用用第83页/共116页能源化学能源化学化学与化学家在能源科学领域中的重要作化学与化学家在能源科学领域中的重要作用用第84页/共116页认识环境科学认识环境科学第85页/共116页认识环境科学认识环境科学第86页/共116页认识环境科学认识环境科学环境

28、科学的主要任务环境科学的主要任务第87页/共116页认识环境科学认识环境科学第88页/共116页认识环境科学认识环境科学环境科学的研究特点：环境科学的研究特点：第89页/共116页认识环境科学认识环境科学环境科学的分支学科：环境科学的分支学科：第90页/共116页全球环境问题全球环境问题第91页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第92页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第93页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第94页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第95页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第96页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题

29、第97页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第98页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第99页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第100页/共116页全球十大环境问题全球十大环境问题第101页/共116页中国十大环境问题中国十大环境问题第102页/共116页中国十大环境问题中国十大环境问题第103页/共116页中国十大环境问题中国十大环境问题第104页/共116页环境化学环境化学任任务务内内容容解决化学物质引起的环境问题解决化学物质引起的环境问题有害化学物质的存在状态与化学特性有害化学物质的存在状态与化学特性对对象象化学物质引起的环境问题化学物质引起的环境问题 控制原理与方法控制原理与方法化学行为与效应化学行为与效应第105页/共116页环境化学环境化学环境化学的分支学科环境化学的分支学科环境分析化学环境分析化学环境有机分析化学环境有机分析化学环境无机分析化学环境无机分析化学环境中化学物质的