生命的化学基础(3)课件

生命的化学基础2.1原子与分子2.1.1生命需要约25种元素一般说，含量占生物体总重量万分之一以上的元素称为大量元素，C、H、0、N、P、S、K、Ca、Mg、Ｃl、Na。凡是重量低于人体体重万分之一的元素，就叫做微量元素，自然界有三十余种，人体所必需的有十四种，它包括铁、铜、锌、镍、铬、碘、氟、锡、钼、钒、硅、钴、硒、锰。这些元素加起来也只有体重的0．05％。

1973年WHO专家委员会认为必需微量元素共有铁、锌、硒、碘、铜、锰、铬、氟、钼、钴、镍、锡、硅、钒等14种。此外，亦有资料认为锶、砷、硼为人或动物所必需。1990年FAO/IAEA/WHO三个国际组织的专家委员会重新界定必需微量元素的定义，并按其生物学的作用将之分为三类：(1)人体必需微量元素，共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴及铁。(2)人体可能必需的元素，共5种，包括锰、硅、硼、钒及镍。(3)具有潜在的毒性，但在低剂量时，可能具有人体必需功能的元素，包括氟、铅、镉、汞、砷、铝及锡，共7种。2.1.2

化合物由元素组成水water:85%

无机盐salts:1.5%

蛋白质proteins:10%脂质lipids:2%

糖类carbohydrates:0.4%

DNA:0.4%RNA:0.7%2.1.3

水是细胞中不可缺少的物质水是极性分子水分子之间会形成氢键液态水中的水分子具有内聚力水的比热最大冰比水轻水是极好的溶剂水能够电离2.1.4

化学反应使原子重组2.2组成细胞的大分子2.2.1

碳是组成细胞中各种大分子的基础蛋白质、核酸和多糖又都是由特定单体构成的生物大分子,它们以碳链为骨架,成为细胞的结构基础,演绎着或简约、或繁复的生命之歌2.3糖类糖类物质是生物界分布极广的一类有机物，由C、H、O元素组成，比例一般为1:2:1（有例外如鼠李糖：C6H12O5)主要作为能源物质和碳源物质重要的中间代谢物生物大分子的组成成分，如核酸细胞中最重要的单糖是五碳糖和六碳糖。五碳糖中最重要的有核糖、脱氧核糖(是核酸的重要成分)、核酮糖；六碳糖中最重要的是葡萄糖，它是细胞内能量的主要来源。1、单糖分类：麦芽糖→葡萄糖+葡萄糖通常存在淀粉水解的组织中，如麦芽。蔗糖→α-葡萄糖+β-果糖食物中的糖主要是蔗糖，如甘蔗、甜菜、水果。纤维二糖→β-葡萄糖+葡萄糖是构成纤维素分子的成分。

乳糖→α-葡萄糖+β-半乳糖果存在于动物的乳汁中。2、寡糖2-6个单糖缩合而成的糖。最多的是二糖：细胞壁的组成成分。3、多糖淀粉：以高浓度存于植物中，尤以种子、块茎、块根为多，贮藏物质。糖原：动物细胞中贮存的多糖，主要在肝脏和肌肉中。纤维素：植物细胞壁及其他支持组织的主要成分，几乎占整个植物界碳素的一半，是地球上最为丰富的有机人化合物，水解时需纤维素酶，此酶人没有但食物中纤维素成分能刺激肠道蠕动，减少癌的发生。几丁质：甲壳类、昆虫的外骨骼。果胶：类别：2.4脂质C、H、OH:O﹥2功能是生物膜的重要成分是贮存能量的物质构成生物表面的保护层。如皮肤、羽毛及果实外表的蜡质。是很好的绝缘体。动物的皮下脂肪有保持正常体温的作用。是重要的生物学活性物质。如VA、VD、睾酮、肾上腺皮质激素、前列腺素等中性脂肪(fat)和油(oil)

两者都是甘油(醇)和脂肪酸(fattyacid)结合而成的酯，在植物中称为油。甘油分子有3个OH，每一个OH和一个脂肪酸的COOH结合，形成酯键，就成一个脂肪分子。脂肪分子没有极性集团，所以称为中性脂肪，中性脂肪是高度疏水的。脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。饱和脂肪酸的C、H上没有双键，分子可以伸直，紧密并列，需较多热能才能散开，熔点高，室温下为固态。不饱和脂肪酸的C、H上至少有一个双键，并部分扭曲成小弯，分子不能紧密排列，易散开，熔点低，室温下为液态。蜡：蜡是由脂肪酸和醇化合而成的酯。但蜡的脂肪酸都是长链的，醇也都是长链的，并且只有一个—OH基。皮肤表面、毛，羽植物叶及果实表面以及昆虫体表都有蜡覆盖，使细胞与外界严密隔离，防止细胞失水。磷脂类：磷脂(phospholipids)几乎全部存在于细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量最高。和脂肪不同之处在于；甘油的一个α—羟基不是和脂肪酸而是和磷酸结合成酯（磷脂酸）。磷脂分子由于有磷酸和与之相连接的含氨基的化合物，因而是有极性的分子，它的磷酸一端为极性的头，是亲水的，它的2个脂肪酸链是非极性的尾，是疏水的。细胞各种膜的形成、结构和特性，都与磷脂分子的极性特征有关。类固醇这是一类具有特殊芳香族结构的物质，它们不含脂肪酸，但它们的理化性质与脂肪相近。它们不溶于水，而易溶于非极性的有机溶剂，所以习惯上将它们和脂类放在一起。最熟知的类固醇是在环戊烷多氢菲上连有一条碳氢链的胆固醇(cholester01)。胆固醇是动物细胞膜和神经髓鞘的重要成分，与膜的透性有关。动物细胞线粒体和内质网膜中也有少量胆固醇。植物细胞不含胆固醇，但含有其他类固醇物质，称为植物固醇(phytoster01)。一些重要的生物活性物质，如性激素、维生素D和肾上腺皮质激素等都属于类固醇。萜类从结构上看，萜类(terpenes)和类固醇很相似。萜类不含脂肪酸，而是由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。植物细胞中的类胡萝卜素(carotenoids)属于萜类，由8个异戊二烯分子构成。β-胡萝卜素是一种重要的类胡萝卜素。β-胡萝卜素分子裂解为二，就成2个分子的维生素A。另一种萜类物质是视黄醛(retin01)，是维生素A的氧化物。视黄醛对动物的感光活动有非常重要的作用。此外，维生素E和维生素K也都是萜类。2.5蛋白质1、一般特性：蛋白质(protein)是细胞和生物体的重要组成成分。细胞干重的一半是蛋白质。肌肉、皮肤、血液、毛发的主要成分都是蛋白质。生物膜中蛋白质的含量约占60％～70％。植物体由于有丰富的纤维素，蛋白质含量相对略少。蛋白质在细胞和生物体的生命活动过程中，起着十分重要的作用：生物铁结构和性状都与蛋白质有关。蛋白质还参与基因表达的调节，以及细胞中氧化还原反应、电子传递、神经传递乃至学习和记忆等多种生命活动过程。在细胞和生物体内各种生物化学反应中起催化作用的酶主要也是蛋白质。许多重要的激素，如胰岛素和胸腺激素等也都是蛋白质。此外，多种蛋白质，如植物种子(豆、花生、小麦等)中的蛋白质和动物蛋白、奶酪等都是供生物营养生长之用的蛋白质。有些蛋白质如蛇毒、蜂毒等是动物攻防武器。2、蛋白质的结构

蛋白质由C、H、O、N四种基本元素组成，多半还含S，有的还含P、Fe、Zn、Cu等，氨基酸(aminoacids)是蛋白质的结构单体。天然存在于蛋白质中的氨基酸共有20种。结构上的一个共同特点是，在与羧基一COOH相连的碳原子(α—碳原子)上都有一个氨基，因而称为氨基酸，它们的不同之处在于它们的不同之处在于它们的侧链，即右式中的R，各有不同。一个氨基酸分子中的氨基，与另一氨基酸分子中的羧基脱水缩合，形成肽键(peptidebond)，生成的化合物称为二肽。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，这样形成的长短不一的链状分子，即是肽(peptide)或多肽(polypeptide)。多肽链的一端有一个一NH2，带这个基团的氨基酸称为肽链的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端有一个--COOH，带这个基团的氨基酸称为肽链的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。蛋白质分子的构象与结构层次

蛋白质分子是氨基酸连接成的多肽链。每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构称为蛋白质的（天然）构象。

蛋白质一级结构：是指蛋白质分子中多肽链的数目，多肽链之间的连接方式和连接部位，二硫键的数目和位置，多肽链中氨基酸的数目、种类和顺序等。蛋白质的二级结构

是指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。这种周期性的结构是以肽链内或各肽链间的氢键来维持的。例如，动物的各种纤维蛋白，它们的分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，称为α—螺旋。相邻的螺旋以氢键相连，从而保持了构象的稳定。

球蛋白是一类比纤维蛋白的构象更复杂的蛋白质。肽链也成α—螺旋。但在α—螺旋之间有不规则的不成α—螺旋的部分，正是由于这些不成α—螺旋的部分的折叠，使含有α—螺旋的蛋白质分子折叠成为球形，是为三级结构。这些不形成螺旋部分的折叠方向是决定球蛋白三级结构的关键。

蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构有些球蛋白分子有2个以上肽链，这些肽链都成折叠的α—螺旋，它们互相挤在一起，并以弱键互相连接，形成一定的构象，这就是四级结构(quarternarystructure)。

核酸是生物大分子中最重要的一类，最早是瑞士的P．Miescher于1870年从脓细胞的核中分离出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分离的，故称为核酸。核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类。DNA主要存在于细胞核内的染色质中，线粒体和叶绿体中也有，是遗传信息的携带者；RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质中，在蛋白质合成中起重要作用。2.6核酸DNA有特殊生物学功能的核苷酸作为细胞中的“能量货币”的三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate)就是其中之一。三磷酸腺苷又称腺苷三磷酸，简写为ATP。在一磷酸腺苷(AMP)的磷酸一侧，以高能磷酸键(用～表示)再顺序连接上2个磷酸，就成了ATP。

除ATP外，由其他有机碱构成的核苷酸也有重要的生