生命的化学组成基础培训课件

生命的化学组成基础第一节参与细胞组成的生物元素、

生物小分子和生物大分子一、自然界中的元素

原子原子核质子中子电子2生命的化学组成基础同位素——

原子核内质子数相同，但中子数不同，这些原子虽然有不同的质量，但是化学性质相同，仍然属于同一种元素，在元素周期表中占有同样的位置。放射性同位素在生命科学中有广泛的用途，如用来研究体内代谢途径、疾病诊断、疾病治疗、诱变育种等。基因突变的内因之一。3生命的化学组成基础1.参与生物体组成的元素

构成生物体的元素约30种。二、生物体的元素组成2.生物体中的大量元素也称常量元素。其中C、H、O、N4种元素含量最高，至少占体重5%以上。N、P和S是构成生命至关重要的蛋白质和核酸必不可少的元素。3.不可忽视的微量元素

Fe、Zn、Mn、I、Mo等这些微量元素在生物体内含量甚少，一般在百万分之一甚至十亿分之一。它们是人体健康必不可少的元素。

4生命的化学组成基础1.Na+和K+

共同调节机体和细胞的渗透压。高血压与钠的摄入量过高有关。钾维持神经肌肉应激性及心脏的正常功能。NaCl—食盐。元素与健康2.钙成人体内钙总量正常为1200g，99%存在于骨骼和牙齿，其余以离子状态存在于软组织、血液、细胞外液。钙的吸收。3.铁血红蛋白和肌红蛋白的组成成分。血红素铁形式易吸收。4.锌成人含锌量约为2.5g。多种酶的组成成分。5.硒参加谷胱甘肽过氧化物酶的组成，在人和动物体内起到抗氧化作用，是延长寿命、防止细胞中毒的重要营养物质。解毒重金属。增强机体对疾病的抵抗力。预防和抑制肿瘤。5生命的化学组成基础6.碘甲状腺素的主要成分。促进机体生长和智力发育。7.氟预防龋齿和老年骨质疏松症，促进伤口愈合、铁的吸收。8.铜细胞色素C氧化酶、血浆铜兰蛋白等组成成分，促进铁的吸收，保护神经系统的正常运转。9.铬人体和动物必不可少的一种微量元素。是葡萄糖耐量因子的组成成分，具有激活胰岛素和降低血糖的作用。其它锗、锰、镁、磷、铝、汞6生命的化学组成基础

正常人血液pH值在7.35~7.45之间，但这部分碱性体质者只占总人群的10％左右；大多数人为酸性体质，pH值在7.35以下，身体处于健康和疾病之间的亚健康状态，医学上称为酸性体质者。酸性体质者常会感到身体疲乏、记忆力衰退、注意力不集中、腰酸腿痛。如不注意改善，就会继续发展成疾病。当人的体液pH值＜7时，会产生重大疾病，6.9时变成植物人，6.8~6.7时就会死亡。如果人体倾向酸性，细胞的作用就会变差，废物不易排出，肾脏、肝脏的负担加大，新陈代谢缓慢，各种器官的功能减弱，易得病，老化加快。癌症患者几乎都是酸性体质。pH值对健康的影响7生命的化学组成基础1、强酸与钙、镁等碱性矿物质结合为盐类，即固体酸性物，从而导致骨质疏松症等疾病。2、强酸或酸性盐堆积在关节或器官内引起相应炎症，导致动脉硬化、肾结石、关节炎、痛风等疾病。3、酸性废弃物堆积，使附近的毛细血管被堵，血液循环不畅，导致糖血尿、肾炎及各种癌症。4、胃肠道酸性过多引起便秘、慢性腹泻、尿酸、四肢酸痛，胃酸过多导致烧心、反酸、胃溃疡等。另外，酸性体质会影响孩子的智力。酸性过多引起的成年人疾病8生命的化学组成基础

酸性体质是人体大量摄入高脂肪、高蛋白、高热量食物的结果。当酸性物质超过了人体自身的调节能力，或人体对酸碱平衡的调节能力受到影响时，人体环境的平衡被打破，就产生了酸性体质。食品按其元素成分，可分为碱性食品、中性食品和酸性食品三大类。

含磷、氯、硫、碘等元素多的食品一般为酸性食品，如面粉、肉类、谷物、油脂、酒类、白糖等。

含钾、钠、钙、镁等元素多的食品一般为碱性食品，如水果、蔬菜、豆制品、乳制品、海带、碱性饮料等。酸味食品不都是酸性食品。以橘子为例，它含有较为丰富的钾，所以不是酸性食品，而是碱性食品。酸性体质之起因——9生命的化学组成基础

水

生命活动之本

水与健康10生命的化学组成基础三、生物有机分子（一）氨基酸与蛋白质11生命的化学组成基础1、氨基酸天然存在的氨基酸180多种，蛋白质中的氨基酸共有20种。其通式上的R基团的不同结构决定不同的氨基酸，也决定各种氨基酸在溶解度以及在其它特性上的差异。

1.氨基酸的通式12生命的化学组成基础（1）除甘氨酸外，其它19个氨基酸的碳原子都为不对称碳原子，有同分异构体（D型和L型），其水溶液具有旋光性，19种主要的天然氨基酸都是L-氨基酸；（2）因R基团或侧链的特性，氨基酸在水溶液中解离性质不同，可分为疏水性氨基酸和亲水性氨基酸；（3）-丙氨酸、甲状腺素等特殊结构的氨基酸，具有特殊的生物学活性；γ-氨基酸（4）赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸，这8种氨基酸体内不能合成，为必需氨基酸。婴儿还要加上组氨酸。天然氨基酸的结构与性质13生命的化学组成基础#蛋白质合成的原料

#氨基酸及衍生物具有生物学活性

#谷氨酸钠作为调味品氨基酸的功能和实际应用14生命的化学组成基础蛋白质是生物体的重要组成成分

蛋白质一词最初来源于希腊文II，是“最原初的”，“第一重要的”意思。蛋白质在生物体中占有特殊的地位。它占细胞干重的一半以上，是生命的物质基础。许多蛋白质（酶）具有催化活性，参与几乎所有的生命活动过程，物质运输、营养储存、肌肉收缩、肌体防御功能、信息传递受体、调节蛋白等。蛋白质还决定物种的种属特异性。2、蛋白质15生命的化学组成基础蛋白质的相对分子量决定于所含氨基酸的多少。一般按每个氨基酸残基平均分子量110来计算。如有100个氨基酸残基，分子量110×100=11000Da（道尔顿）。同理，知道蛋白质的相对分子量可估计出其氨基酸残基的数目。蛋白质的分子量大小一般在6000（下限）到几百万Da。小于6000的叫做肽。如催产素、加压素、脑啡肽等。某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基结合而成，称为寡聚蛋白。生物工程实验中，通常根据聚丙烯酰胺凝胶电泳确定未知蛋白质的分子量大小。

蛋白质的相对分子量16生命的化学组成基础一个氨基酸分子中的氨基与另一个氨基酸分子中的羧基脱水缩合形成肽键，此时的氨基酸称为氨基酸残基。肽链基本上呈线形结构，一端有游离的氨基，称为N端，另一端有游离的羧基称为C端，因此肽链有方向性。肽的构成17生命的化学组成基础蛋白质的高级结构天然蛋白质特有的空间结构，称为蛋白质构象。一级结构：多肽链的氨基酸顺序。决定蛋白质的性质和功能。二级结构：多肽链借助氢键按一维方向具有周期性结构的构象。有两种二级结构模式：-螺旋，-折叠。三级结构：多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。四级结构：寡聚蛋白质各亚基间空间上的相互关系或结合方式。蛋白质分子的二、三、四级结构称为蛋白质的高级结构。它直接关系着蛋白质的生物活性。18生命的化学组成基础19生命的化学组成基础盐键(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及其

高级结构的稳定性和可变性20生命的化学组成基础蛋白质营养与功能蛋白质的种类

1.完全蛋白质：含必需氨基酸种类齐全，数量充足，各种氨基酸比例与人体所含的氨基酸比例相似。如蛋类、肉类、鱼类、豆类等食物中的蛋白质。膳食中若含有这类蛋白质，就能满足机体生长发育的需要，维持健康。

2.不完全蛋白质:往往缺少一种或数种必需氨基酸，如玉米蛋白缺少赖氨酸、色氨酸等。单靠这类蛋白质，人体就不能维持正常功能。3.半完全蛋白质:界于两者之间还有一种半完全蛋白质，它所含的必需氨基酸齐全，但比例不合适，如米、面所含的蛋白质，仅能维持生命，但不能促进生长.有些蛋白质中虽然含有8种必需氨基酸，但各种氨基酸的含量多少不匀，互相之间的比倒不合适，但在食用时有多种食物互相补充，就能满足身体对蛋白质的需要。

蛋白质的功能构成机体，修补组织；构成酶和激素的成分，调节生理机能；肌肉收缩；氧的运输；免疫作用；维护皮肤弹性和韧性等.21生命的化学组成基础如何评价一种食物蛋白质的营养价值食物中蛋白质的含量多少必需氨基酸的含量和比例还应考虑机体对该食物蛋白质的消化、利用程度。食物经过烹调，一般可以提高蛋白质的消化率。22生命的化学组成基础酶23生命的化学组成基础酶是生物催化剂酶是细胞的产物，酶的本质是蛋白质。有些酶仅由蛋白质构成，属于简单蛋白质。胃蛋白酶。有些酶除蛋白质外，还需结合非蛋白质部分，才表现出酶的活性。如需一些有机小分子或金属离子的配合，有些蛋白质也有此作用，这些成分常常被称为辅酶。

由酶蛋白与辅酶结合后形成的复合物称为全酶。许多维生素就是辅酶。辅酶本身无催化作用，但是在酶促反应中携带和传递底物的电子、原子或作用基团。国际系统分类法将酶分为六个大类：

1.氧化还原酶类2.转移酶类3.水解酶类4.裂合酶类5.异构酶类6.合成酶类。

24生命的化学组成基础（黄色圆球是Zn2+）羧基肽酶25生命的化学组成基础铁卟啉辅基26生命的化学组成基础血红蛋白27生命的化学组成基础28生命的化学组成基础29生命的化学组成基础（一）酶的催化机制1.降低反应活化能——加快反应速度

活化能：在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物分子的平均能量水平较低，为“初态”。在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有比初态更高一些的能量，高出的这部分能量称为活化能。具有活化能的分子处于“过渡态”，即活化态。这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质。反应物中这种活化分子越多，反应速度就越快。所有的催化剂，包括酶在内，能降低反应的活化能，即只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”。例如：H2O2的分解，当没有催化剂时需活化能75.24千焦耳/摩尔，用胶态钯作催化剂时，只需活化能48.9千焦耳/摩尔，而当有过氧化氢酶催化时，活化能下降到8.36千焦耳/摩尔以下。

30生命的化学组成基础31生命的化学组成基础2.酶的活性中心

对于不需要辅酶的酶来说，活性中心就是酶分子在三维立体结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或残基上的某些基团；对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子，或辅酶分子上的某一部分结构往往就是活性中心的组成部分。活性中心有两个功能部位，第一个是结合部位，一定的底物靠此部位结合到酶分子上，第二个是催化部位，底物的键在此处被打断或形成新键，从而发生一定的化学变化。32生命的化学组成基础使底物靠拢使底物分子产生应力使底物分子电荷变化33生命的化学组成基础（二）酶活性的调节

竞争性抑制抑制剂与底物竞争，阻止底物与酶结合。变构调节（别构效应）

调节物与调节中心结合导致酶蛋白构象发生变化，产生有利或不利于对底物反应的催化。共价调节

有的调节物本身就是一种酶，它使酶分子发生共价键的变化，从而改变酶活。（三）酶促反应形成的代谢途径代谢的多酶促反应34生命的化学组成基础竞争性抑制剂在结构上与底物相似35生命的化学组成基础对氨基苯甲酸（细菌生长因子）对氨基苯磺酸（磺胺药）磺胺类药物竞争性抑制细菌体内的酶36生命的化学组成基础（二）单糖与多糖37生命的化学组成基础1、单糖

第一碳为醛基第二至第五碳都连接羟基葡萄糖(CH2O)6

或C6H12O6

38生命的化学组成基础六碳醛糖有16种同分异构体

第二到五碳都是不对称碳原子，每一个碳原子都可能有两种不同的结构式，有十六种同分异构体。以第五碳为准，-OH写在右侧的被称为D型糖，共8个。-OH写在左侧的被称为L型糖，亦有8个。天然单糖大多数是D型糖。葡萄糖甘露糖半乳糖39生命的化学组成基础40生命的化学组成基础葡萄糖的环状结构41生命的化学组成基础核糖及脱氧核糖42生命的化学组成基础能源食品工业（葡萄糖、果糖、甘露醇及山梨醇）医药单糖的实际应用43生命的化学组成基础2、多糖双糖44生命的化学组成基础蔗糖乳糖麦芽糖45生命的化学组成基础多糖是由多个单糖分子缩合失水而成的。分子结构较为复杂，多糖链上有很多分支。多糖链也有方向性，有非还原端和还原端。常见的多糖有淀粉、几丁质、纤维素、琼脂、糖原、透明质酸等。46生命的化学组成基础47生命的化学组成基础

能量储备，节约蛋白质维持神经系统的功能与解毒参与生命活动（糖蛋白）

开发应用：免疫增强农药医药多糖的生物学功能48生命的化学组成基础膳食纤维概念：是木质素与不能被人体消化道分泌的消化酶所消化的多糖的总称。包括纤维素、半纤维素、果胶等。功能：（1）吸水通便；（2）改善菌群，防止肠道病变；（3）降低血清胆固醇；（4）利于减肥；（5）利于胰岛素分泌；来源：植物性食物，如谷类、豆类、蔬菜、水果、米糠、麸皮、苹果、梨、菠萝、花生壳等。49生命的化学组成基础

ATP：生物体中的生理生化反应都需要从ATP获得能量，如肌肉收缩、细胞分裂、神经冲动的传导、电鳗放电、萤火虫发光、物质跨膜运输、肌体产热等，总之一切生命活动都离不开ATP。

UDP、UTP：参与淀粉的合成

GTP、GDP：是蛋白质合成过程所需要的，也参与细胞信息传递。

cAMP：也称环腺苷酸，对于介导激素及调节细胞生命活动的许多方面起着非常重要的作用。2、有特殊生物学功能的核苷酸51生命的化学组成基础1868年，发现核素；1944年，证明DNA是遗传物质；1950年，发现A的数目等于T的数目，G等于C；1953年，提出DNA双螺旋结构；1973年，完成体外重组DNA，开始基因工程时代。

3、核酸52生命的化学组成基础

脱氧核糖核酸（DNA），含有A、T、C、G四种碱基；

核糖核酸（RNA），

含有A、U、C、G四种碱基。核苷酸之间通过磷酸二酯键连成多核苷酸链3’，5’-磷酸二酯键。磷酸连接在上一个核糖的C-3位和下一个核糖的C-5位，以此连接成多核苷酸链。多核苷酸链是有方向性的。有5’末端和3’末端。4、核酸类别53生命的化学组成基础54生命的化学组成基础55生命的化学组成基础

5、DNA的分子结构和功能（1）DNA双螺旋模型（2）DNA分子长度（3）DNA的功能DNA是遗传物质，是遗传信息的载体。

6、RNA的分子结构和功能（1）RNA结构（2）RNA类型

tRNA：转运RNA

mRNA：信使RNA

rRNA：核糖体RNA

SnRNA：核内小RNA。56生命的化学组成基础57生命的化学组成基础rRNAmRNAtRNA核糖体(rRNA+蛋白质）反密码子mRNAtRNA氨基酸新生肽链58生命的化学组成基础7、核酸大分子高级结构的稳定性和可变性

DNA双螺旋主要靠碱基的堆积力，其次有范得华力、氢键等，较稳定。物化因素可以使核酸变性，DNA螺旋被解开，双链被打开，甚至丧失生物学活性。这就是变性。在有些条件下，DNA可以发生缓慢复性。利用核酸分子的变性和复性进行广泛的基因操作。如基因扩增，核酸提取，分子杂交等。核酸链上的碱基严格遵循碱基配对原则，但环境条件的改变有可能造成碱基错配，如造成C与T配对。59生命的化学组成基础蛋白质、核酸和多糖是三类主要的生物大分子。共同之处：

1.肽链、核酸链和糖链都有各自的方向性；2.蛋白质、核酸和多糖都有各自的高级结构；3.三者密切配合，共同行使生物功能。几种生物大分子的特点60生命的化学组成基础脂类在细胞中具有独特的生物学功能：a）生物膜的重要成分；b）储存能量的分子；c）构成生物表面的保护层；d）有些脂类是重要的生物学活性物质，如维生素A等；

e）提供必需脂肪酸，促进脂溶性维生素的吸收。

（五）脂类61生命的化学组成基础1.脂肪甘油和脂肪酸结合而成的酯，中性，高度疏水。

CH2OHR1COOHCH2OCR1HOCH+R2COOHR2COCHCH2OHR3COOHCH2OCR3

OO62生命的化学组成基础

脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。

饱和脂肪酸的碳氢链上没有双键，分子链可以伸直，紧密并列如晶体状，需较多热能才能使之散开，故熔点高，在室温下为固态。动物脂肪大多富含饱和脂肪酸。

不饱和脂肪酸的碳氢链上至少有一个双键。双键部分扭曲成小弯，分子排列不紧密，易散开，熔点低，室温下为液态。哺乳动物体内不能合成含两个以上双键的不饱和脂肪酸。所以亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸被称为人体必需脂肪酸。

DHA——二十二碳六烯酸63生命的化学组成基础

磷脂：是分子中含磷酸的复合脂。它有一个极性的“头”和两条非极性的“尾”。是生物膜的主要组分。磷脂酰胆碱，乙酰胆碱。鞘磷脂，高等动物组织中含量最丰富的鞘质类。