考研科目,动物生物化学 第2章 生命的化学特征

第2章生命的化学特征ChemicalPropertiesofLife1本章主要内容1.组成生命有机体的元素2.生物大分子3.生命有机体中的化学键4.生物能量学5.水在生命化学中的作用

2

重点与难点：生物大分子与化学键生物能量学

31.生命中的元素生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异，然而组成生命物质的元素都是存在于非生命界的元素。

天然存在的90多种大约30多种是生命所必须的。

4是组成生命体最基本的元素，生命体总质量的99％，是构成糖类、脂类、蛋白质和核酸的主要元素。外层轨道上有一个或1个以上未成对电子，可以形成单键、双键和三键。

（1）C、H、O和N56生物分子中的共价键与键能类型键能（kJ/mol）类型键能*（kJ/mol）单键双键

O-H

458

C=O

708

H-H

433

C=N

612

P-O

416

C=C

608

C-H

413

P=O

500

C-O

350三键**

C-C

346

C≡C

813

S-H

338

C-N

297

C-S

258

N-O

220

S-S

2127（2）S和P可以形成相对比较弱的化学键，在化学基团和能量转移中有重要作用。

巯基（-SH）:用于携带和转移脂酰基。

三磷酸酰苷（ATP）：用于贮存和转移化学能。8维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞电位。

Na＋、K＋离子：渗透压的平衡，神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢。

Mg＋：300多种酶的辅因子。

Ca2＋：骨骼的主要成分，参与广泛的细胞生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝固，是细胞信号传导的第二信使等。（3）K、Na、Cl、Ca、Mg9

主要有铁与铜：化学价可（Cu2+/Cu+

，Fe3+/Fe2+），在生物氧化过程中作为电子递体，是许多酶的辅因子。

（4）其它的微量元素102生物分子（biologicalmacromolecules）（1）生物大分子

参与生命有机体活动的许多分子是非常巨大的，我们把生物机体中这些巨大的分子称为生物大分子。血红蛋白的空间结构11

生物大分子通过组成它们的单体之间的非共价相互作用，形成特定的空间结构，从而具有了不同的生物学功能。

生物大分子是表现生命特征的基本物质。

12（2）有机小分子

细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质,也是合成较大分子的前体。核苷酸、氨基酸、葡萄糖脂肪酸、胆碱、甘油等13（3）核酸、蛋白质和多糖等主要生物大分子14蛋白质的功能催化功能结构组成储存运输功能运动功能防御功能营养功能调节功能遗传信息15（4）类脂

类脂（如磷脂）是富含碳氢元素的一族生物小分子，其在水溶液中溶解性较差、兼具亲水和亲脂特性。细胞的膜结构就是大量磷脂分子的聚合体。

16173.生命有机体中的化学键

在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键、离子键、范德瓦尔力、疏水力。

（1）氢键（hydrogenbonds）：

存在于带电荷的和不带电荷的分子之间。由两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性，一个是氢供体（O、N），另一个是氢受体（带部分负电荷）。18（2）离子键（ionicbonds）正、负电荷之间的静电引力（3）范德瓦尔力（VanderWaalsbonds）一定距离内（0.3-0.4nm）的原子之间通过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力。19（4）疏水力（hydrophobicinteraction）非极性分子或基团在水相环境中相互吸引、聚集的作用力。蛋白质折叠、生物膜形成、酶对底物的催化。（5）二硫键（disulfidebond）

指2个硫原子之间的共价键，对稳定蛋白质的构象起重要作用。204种非共价作用力的示意图

21224.生物能量学（bioenergetics）

生物能量学：研究生命有机体传递和消耗能量的过程，阐明能量的转换和交流的基本规律。氧化方式吸收能量太阳光吸收能量

23(1)自由能自由能（G）:指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。

自由能是一种状态函数，但变化（ΔG）:AB

ΔG=GB–

GA

ΔG<0，放能，可以做功，自发进行。

ΔG>0，吸能，非自发进行，必须供能才能进行。

ΔG=0，平衡状态。24体内能量的产生、转移和利用25

分解代谢释放的能量并不能直接被细胞利用，必须经一类高能物质，其中最主要的是ATP暂时储存（能量载体和递体）起来，用于细胞的生命活动。细胞直能接利用的是腺苷三磷酸(ATP)中所储存的能量。（2）ATP（腺苷三磷酸）26

ATP在3个磷酸基团中含有两个磷酸酐键，成为高能分子AMP2HHOCCN-OHOHHHOHHOCH2OO-OOOP--POOOPOCNCHHCCNNNαβγATPADP（A-P~P~P），~~-27

ATP的水解

①

ATP的三个磷酸基团，使它pH7.0时带有4个负电荷（ATP4－），由负电荷相距较近，形成斥力，使磷酰基团易于水解。

ATP水解ADP和Pi，AMP和PPi28

②

当ATP水解为ADP3-和HPO42-时，斥力得到缓和，电子可降到最低能水平而促使ATP释放较多的自由能（共振稳定性）。ATP＋H2OADP

+PiATP具有较高的磷酸基团转移潜势29

ATP+UDPADP+UTP（三磷酸尿苷）ATP+CDPADP+CTP（三磷酸胞苷）ATP+GDPADP+GTP（三磷酸鸟苷）有一些反应需要UTP、CTP和GTP3031

ATP循环

ATP是生物界普遍使用的供能物质，有“通用货币”（generalcurrencyofenergy）之称。

ATP水解为ADP并供出能量之后，又可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环。

32ATP循环ATP

ADP

肌酸

磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化

~P

~P

机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)33

在生命有机体中一个放能的反应可以与一个耗能的反应偶联以推动原本不能进行的反应。

葡萄糖+磷酸葡萄糖-6-磷酸（耗能,ΔG>0,为

14kJ/mol）ATPADP+Pi（放能,ΔG<0,为-31kJ/mol）葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP（放能,ΔG<0,为-17kJ/mol）（3）能量偶联反应34（4）细胞是一个高效率的能量转换器

细胞是一个高效率的能量转换器，生命有机体中的能量转换是通过电子流动来实现的。光合细胞非光合细胞35

水是生命有机体中含量最多的物质，一般占体重的60%-70%。

水有自由水和结合水，前者流动性大，含量可变，后者主要存在在胶体中，相对稳定。

（5）水是生命的介质

36水分子是极性分子，既是氢键的受体，又是氢键的供体。水分子的极性和形成氢键的能力使其具有高度反应性。

37水有高的介电常数（80），因此是