普通生物学-生物物质基础

1、生命的化学物质根底茅卫锋学习目的： 了解和掌握组成生命的根本化学物质及其结构功能。生命的元素组成C H O N 96%必需元素磷 Phosphorus硫 Sulphur 钙 Calcium 钾 Potassium镁 Magnesium氯 Chlorine铁 Iron锰 Manganese硼 Boron 锌 Zinc 铜 Copper 钼 Molybdenum镍 Nickel 微量元素 生物体内的元素依含量不同可分为根本元素和微量元素两大类。 微量元素是指其在体内含量为体重1/10,000以下的元素，约20余种，占体重的0.05%。根据微量元素在体内生物学作用的不同可分为必需微量元素和非必需微量

2、元素两种，必需微量元素包括Fe, Zn, Cu, Mn, Cr, Mo, Co, Se, Ni, V, Sn, F, I,等。 微量元素的生理功能通过酶作用参与多种物质代谢调节，包括构成酶的组分或作为酶的冲动剂或抑制剂。如Fe、Zn、Se、Mn、Cu、Mo 为多种酶的组成成分，Mn、Co、I 是酶的冲动剂或抑制剂。作为合成激素的成分或影响物质代谢而发挥作用，如 I、Cr、F等。参与造血，如 Fe(血红蛋白成分)、Cu(通过影响铁代谢参与造血)、Mn(卟啉合成)。微量元素代谢紊乱与疾病1.体内微量元素过少Fe 缺乏：缺铁性贫血;B、T细胞 数减少，免疫功能降低；I 缺 乏：地方性甲状腺肿；F 缺

3、 乏：龋齿；Ca缺 乏：骨质疏松症； 对必需的微量元素的认识较晚1920-1930,大约在大局部维生素被认识前后,一批微量元素陆续被人们认识:P ： 1918 Cu ： 1925 Mg、Mn、 Mo： 1931 Zn： 1934 Co：1935直到1948年才知道Co是Vb12的成分,1957年Schwarz证实硒是必需的微量元素.Cr: 1959 Si 、F：1972锌 Zinc 锌 在人体中有重要作用 缺乏锌会导致生理、心理及性发育缓慢；不育；伤口愈合缓慢。 锌过量会有危险，可引起脱水、腹泻、恶心，及头晕目眩。 锌的日摄入量为12毫克，孕妇为16毫克，哺乳妇女为18毫克。硒 ( Selen

4、ium )硒 是一种特别的微量元素 硒在人体的主要作用是维持肝功能正常；与维生素E结合成抗氧化剂；去除有毒元素镉、铅、汞的毒性；维持红细胞和白细胞的功能。 缺乏硒可能引起心血管病，如在中国发现的克山病(1935于黑龙江克山县发现的心肌病)；可能会致癌，引起婴儿猝死及某种类型的贫血。 硒过量会有毒，可能引起神经疾患。 碘 ( Iodine ) 碘在人体的主要作用是有助于甲状腺产生甲状腺素，以控制新陈代谢，维持正常的生长发育。缺乏碘可引起甲状腺肿；新陈代谢率下降导致昏睡、懒散、疲乏、体重增加。 碘过量可能会引起甲状腺疾患。 氟(Fluorine)是人体的必需营养元素 氟在人体中有助于维持骨骼和牙齿

5、的健康。 缺乏氟可能导致龋齿和骨质疏松。 氟过量会引起慢性氟中毒，牙齿出现黄斑或变色；韧带钙化；脊柱、骨盆和四肢骨骼密度增加。 生命物质基础与营养 提 要 无机物: 水water)、无机盐(mineral)有机物: 核酸、蛋白质、糖类、脂类、 维生素；食物营养：淀粉、蔬菜、蛋白质、维生 素。 一、水一水的生理功能调节体温润滑与运输促进体内化学反响 作为化学反响的底物(如光合作用) 排出代谢尾产物(二)水代谢紊乱与疾病脱水原因： 水摄入缺乏如昏迷、拒食、沙漠迷路及海上失事无淡水供给、高热出汗过多。主要病症：口渴、皮肤粘膜枯燥、软弱无力、心率加快、尿少，严重者可出现虚脱、休克甚至昏迷。 不吃饭能活

6、20d； 不喝水能活 7d； 不睡觉能活 5d；a、结构极性分子大的外表张力 内聚力 高介电常数 良好的溶剂 1、水分子Water 自由水：溶媒，易蒸发，易结晶 束缚水：不作为溶媒，不易蒸发，不易结晶 -10 -20都不结晶 自由水/束缚水的比值 影响生物的代谢强度及抗性生物体中的水水的外表能力水的内聚力二、无机盐一无机盐的生理功能 体液中主要无机盐有：Na+、K+ 、Ca2+、Mg2+、Cl- 、HCO3- 、 HPO42-等，它们执行非常重要的生理功能。维持体液的渗透压、酸碱度和水平衡；维持正常神经、肌肉的应激性；参与物质代谢；参与机体组织和生物活性物质的组成；影响酶活性。二无机盐代谢紊乱

7、与疾病 正常人血浆pH值为7.35-7.45, pH值称酸中毒,pH值称碱中毒。酸中毒原因：糖尿病、饥饿所致酮体增多，高热、严重感染、外伤导致分解代谢亢进产生过多酸性物质，重度腹泻导致碱性物质丧失过多，呼吸道疾病导致呼吸不畅。病症：早期有疲倦、乏力头晕、呼吸增强加快，病情重者那么有恶心、呕吐、食欲不振、烦躁不安， 以至精神恍惚、嗜睡、昏迷。由糖尿病引起的呼气有烂苹果味。 低钾血症 正常血浆钾离子浓度为5.5mmol/L,血钾 5.5 mmol/L称高钾血症。原因：不能进食或进食太少致使钾摄入缺乏，长期或大量呕吐、腹泻导致消化液中的钾大量丧失。病症：由于细胞外液的钾离子浓度，对神经冲动的传导起决

8、定作用，低钾时表现为肌肉软弱无力，肢体瘫痪，呼吸困难，腹胀，排尿困难，心率失常，倦怠、精神不振、嗜睡、昏迷。三、生命过程的碳源和能源糖类单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、 核糖双糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖多糖：淀粉、糖原、纤维素 根据水解后形成的物质，可分为： 单 糖： monosaccharides 不能水解成更小分子。 寡 糖：能水解成少数2-6个单糖分子，以双 糖存在最为广泛。 多 糖：能水解成多个单糖分子。(一) 单糖 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 果糖酮醛葡萄糖果糖通式为 CH2O)n，n3糖类Carbohydrates根据碳原子的数目分为： 三碳糖丙糖、四碳糖丁糖、 五碳糖戊糖、六碳糖己糖等。 重

9、要的单糖有甘油醛、核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。葡萄糖己糖果糖半乳糖 戊糖、己糖等单糖分子在溶液中通常不呈链式而呈环式结构。(二) 双糖 麦芽糖(1，4苷) 纤维二糖(1，4苷) 乳糖(1，4苷)(三) 多糖Polysaccharides均一多糖 淀粉 糖原 纤维素非均一多糖 透明质酸 软骨素 几种多糖淀粉肌糖原纤维素糖原淀粉纤维素糖类是人体内主要的供能物质 它在人体内被消化后，主要以葡萄糖的形式被吸收。膳食中糖类的种类和比例可能与冠心病、糖尿病、高血脂、肿瘤及龋齿的发病率有密切的关系。 糖原累积症遗传性糖中间代谢障碍性疾病可引起低血糖五、生命体的重要组分 和储能物质脂类脂肪

10、三酰甘油 (fat) 甘油和脂肪酸结合而成 室温下液态的称为油，固态的称为脂类脂(lipoid) 磷脂 糖脂 固醇脂类Lipid 生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种分子。种类很多，分子结构相差较大。 A、油脂：甘油三脂 B、磷脂 C、固醇类甾醇类甘油三酯分子结构1. 油脂2. 磷脂与细胞膜磷脂分子嵌入蛋白磷脂分子结构磷脂分子可以看成是一个极性头，两条非极性尾巴。脂类的生理功能 生物膜的重要组分。 经济的贮能分子。 构成生物体外表的保护层，如蜡质层。 是很好的热绝缘体，以保持动物正常体温。 有些脂类具有重要的生物学活性。3. 类固醇Steroids胆固醇雌二醇皮质醇糖(肾上腺)皮质激素睾丸激素

11、一种雄性激素一种雌性激素1 固醇类的内核由 4 个环组成2 一些人体重要维生素和激素是固醇3 胆固醇是细胞的必要成份4 血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化 和心脑血管疾病4. 胆固醇Cholesterol坏胆固醇(低密度脂蛋白胆固醇LDL-C) 好胆固醇(高密度脂蛋白胆固醇HDL-C) 血脂中的甘油三酯可使坏胆固醇升高。查血脂的主要工程为： 1 总胆固醇 2 低密度脂蛋白胆固醇 3 高密度脂蛋白胆固醇 4 甘油三酯血液中的脂蛋白48因胆固醇过多而造成的血管壁过厚脂肪在人体中主要发挥四种作用：(A)储存能量(B)调节人体的功能(C)绝缘防寒(D)保护重要的人体器官四、遗传信息的表达产物蛋白质氨

12、基酸蛋白质的结构蛋白质结构与功能的关系一构成蛋白质的根本单位氨基酸氨基酸的通式氨基酸的分类氨基酸的性质1. 氨基酸(Amino acids) 天然存在于蛋白质中的氨基酸共有20种。 20种氨基酸的差异在于侧链R基团的不同。氨基酸的通式：与碳原子相连有：一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个以R表示的化学基团。2. 氨基酸的特点属-氨基酸属两性电解质 3. 必需氨基酸20种氨基酸中有8种不能由人体合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸8种必需氨基酸： 异亮氨酸、 缬氨酸、亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、 色氨酸、赖氨酸 甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸色氨酸脯氨酸20种氨基酸20种

13、氨基酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸天冬酰胺谷氨酰胺酪氨酸酸性谷氨酸天冬氨酸20种氨基酸碱性组氨酸精氨酸赖氨酸20种氨基酸 蛋白质的结构 1.一级结构 2.二级结构 3.三级结构 4.四级结构 5.蛋白质的空间作用力肽键与肽Peptide 肽键: 一个氨基酸分子中的氨基与另一个氨基酸 分子的羧基脱水缩合形成。丝氨酸甘氨酸酪氨酸丙氨酸亮氨酸五肽链 不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，形成肽或多肽。 多肽是蛋白质分子的亚单位。蛋白质的一级结构 Primary structure 蛋白质中多肽链的数目，多肽链之间的连接方式和连接部位，二硫键的数目与位置，多肽链中氨基酸的数目、种类和顺序等。蛋白质的二级结构 Sec

14、ondary structure 蛋白质分子中的肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体结构或构象。 常见有2种类型。 螺旋-helix 蛋白质分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状。 折叠片-pleated sheet 肽链并列平行伸展,相互间以氢键连接。蛋白质的二级结构Secondary structure蛋白质的三级结构Tertiary structure 多肽链在二级结构的根底上再盘绕或折叠形成的三维空间形态。 蛋白质的四级结构(quaternary structure 许多蛋白含有2个以上肽链，每个肽链是蛋白质的一个亚单位亚基，由亚基相互作用并结合形成的整个蛋白质特定的结构，即为四级结构。

15、胶原质血色素亚铁血红素蛋白质四级结构多亚基构成的寡聚蛋白结构；均一寡聚蛋白由相同亚基构成；非均一寡聚蛋白由不同亚基构成；一级结构二级结构三级结构四级结构折叠69盐键(离子键氢键二硫键疏水键氢键氢键疏水键 蛋白质的空间作用力蛋白质变性使高级结构破坏变性后的蛋白质分子还能复性蛋白质有机体新陈代谢的催化剂-酶有机体的结构成分参与基因表达的调节种类： 结构蛋白、伸缩蛋白、贮存蛋白、保护蛋白、运输蛋白、激素蛋白等。 由多个氨基酸单体组成的生物大分子多聚体。蛋白质在人体中发挥着重要的功能，这些功能可以分为六个方面：(A) 促进组织的生长并修补组织(B) 形成人体必需的化合物(C) 调节体液的平衡 (D)

16、维持人体的酸碱平衡(E) 促进抗体的形成(F) 输送营养素蛋白质异常与疾病镰刀型红细胞正常红细胞五、遗传信息的存储和传递者 核酸 核酸的分类核酸的化学结构DNA的结构和功能RNA的结构和功能1. 核酸的分类 核酸分为：脱氧核糖核酸：Deoxyribonucleic acid，DNA含G、A、C、T四种碱基和脱氧核糖核糖核酸：Ribonucleic acid RNA，RNA 含G、A、C、U四种碱基和核糖戊 糖(Pentose)核糖和脱氧核糖碱基+戊糖 核苷+磷酸 核苷酸 poly 聚合 核酸 (核苷酸之间通过3,5-磷酸二酯键连接)2. 核酸的化学结构碱基戊糖磷酸碱基 (Base) 种类胸腺嘧

17、啶胞嘧啶尿嘧啶鸟嘌呤腺嘌呤3. DNA一级结构碱基配对5-磷酸3-羟基脱氧核糖3-羟基5-磷酸DNA一级结构核苷酸分子通过3，5-磷酸二酯键连接起来5-磷酸 (Phosphate)3-羟基脱氧核糖核酸DNADNA的碱基组成A+G=C+T; GC、A=T同种生物的不同组织的碱基组成相同，不同生物的同种组织的碱基组成不同。年龄、营养、环境不影响碱基组成。碱基配对原那么TACG氢键DNA的二级结构(双螺旋)1953年，Watson 和 Crick 提出的DNA双螺旋结构。碱基堆积力H键 盐键离子键小沟大沟4. 核糖核酸RNA的分类信使RNA (mRNA)转运RNA (tRNA)核糖体RNA (rRN

18、A)RNA的结构单链 局部碱基能配 对形成双螺旋，不能配对的区域形成突起(环) mRNA结构特点 线形单链结构，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的模板；3端有polyA尾结构；半衰期短(几分钟到几小时)； mRNA上决定翻译过程中特定氨基酸的三个核苷酸称为密码子。单链，局部配对成臂，其余成环；氨基酸臂与反密码环是识别氨基酸与密码的重要结构。 tRNA的结构反密码环氨基酸臂tRNA 在蛋白质合成过程中具有转运氨基酸的作用 rRNA的结构真核生物的核糖体5S、S、18S、23S、28SrRNA原核生物的核糖体 5S 、16S、23SrRNA三种RNA的作用特殊功能的核苷酸ATP 三磷酸腺苷腺嘌呤

19、核糖ATP ADP(二磷酸腺苷)释放能cAMP, cGMP参与细胞信号传递ATP参与能量代谢六、维生素 概念 分类 生理功能、缺乏症及来源 生理需要量一概念 维系生物生长和代谢所必须的微量有机物叫维生素Vitamin)。维生素具备以下几个特点： 1. 天然食物的微量组成成分; 2. 维持机体健康与生长所必需，每日需要量很小，常以毫克或微克计算; 3. 当膳食中缺乏维生素或吸收不良时，可产生特异的营养缺乏症; 4. 机体不能合成或合成数量不能满足生理需要，必须由食物供给。二分类 目前的 维生素有20多种，根据其溶解性的不同可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素包括：VitA、VitD、 VitE、 VitK；水溶性维生素包括： VitB1、Vi