第四章化学与生命科学

第四章化学与生命科学第1页，共53页，2023年，2月20日，星期二生物具有多样性，但生物体的化学组成基本相似 组成生物体的主要元素包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7种元素约占生物体的99.35%，其中C、H、O、N4种元素占96%。

生物体的主要元素第2页，共53页，2023年，2月20日，星期二生物体都是由蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐和水组成。哪一种分子含量最高？不同的生物体，其分子组成也大体相同蛋白质、核酸、脂类和多糖是组成生物体最重要的生物大分子，水是生物体内所占比例最大的化学成分生命的基本化学组成：

生命本质的一致性第3页，共53页，2023年，2月20日，星期二人类为了生存，除了需要阳光与空气外，还必须摄取食物。食物的主要成分：水、无机盐、糖类、油脂、蛋白质、维生素六大类，通常称为营养素。其中糖、蛋白质和脂肪，是它们提供人体正常能量需求。一、生命体中的重要有机物成年人的一般活动，每天约消耗1万千焦能量。一个60公斤体重的男生，平均每天能量消耗大约为12600千焦；一个55公斤体重的女生，平均每日能量消耗大约为8820千焦。国际卫生组织规定人均日摄取热量达到10000千焦（合约2400千卡），就算达到了温饱线。美、俄、法、加、澳为1.4－1.5万千焦，日本为1.2千焦。我国于1982年第二次营养调查结果显示，全国男女老少平均日摄入热量为1.04万千焦，表明我国人民温饱问题早已基本解决。第4页，共53页，2023年，2月20日，星期二一、人体内分布最广的有机物——糖类糖类是绿色植物光合作用的产物，是动、植物所需能量的重要来源。我国居民膳食中糖类占80％，每天所摄取的热能中大约有75％来自糖类。糖是快速能源。糖类是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物。糖类的通式为Cn(H2O)m，因此又把它们叫做碳水化合物。第5页，共53页，2023年，2月20日，星期二目前已知的化学元素有115种，其中天然元素有92种。92种天然元素中已有81种在人体中被发现（除He，Ne，Ar，Kr，Xe，Fr，At，Ac，Pa，Tc等)。有25种元素是生命所必需的，包括O，C，H，N，Ca，P，K，S，Na，Cl，Mg；以及B，Cr，Co，Cu，F，I，Fe，Mn，Mo，Se，Si，Sn，V与Zn。生命需要约25种元素N元素的循环第6页，共53页，2023年，2月20日，星期二细胞的元素组成第7页，共53页，2023年，2月20日，星期二上述元素按其在人体所占质量的比例是否大于0.01%可划分常量元素和微量元素。常量元素：

O，C，H，N，Ca，P，K，S，Na，Cl和Mg微量元素：

B，Cr，Co，Cu，F，I，Fe，Mn，Mo，Se，Si，Sn，V和Zn

微量元素也是生命所必需的！常量元素与微量元素第8页，共53页，2023年，2月20日，星期二碘是人体所必需的微量元素，成年人每天需碘约0.15mg。微量元素：碘碘缺乏甲状腺肿碘缺乏克汀病傻笑第9页，共53页，2023年，2月20日，星期二铁是维持生命必须的微量元素，女性每天应摄入16mg的铁，而男性每天应摄入9mg。微量元素：铁含亚铁血红素的血红蛋白电镜下的红细胞ThepalmofaKenyanchildwithanaemia缺铁性贫血的血涂片正常血涂片第10页，共53页，2023年，2月20日，星期二原子是物质的最小单位

原子核

简单地说：原子

电子每一种原子中质子的数目为该原子所特有，称为原子序数元素由原子组成HydrogenatomHeliumatomUranium-238atom质子中子第11页，共53页，2023年，2月20日，星期二同位素：质子数和电子数都相同，但中子数不同的原子放射性同位素用于元素示踪：14C放射性同位素用于医学诊断放射性辐射的危害同位素的应用Calvincycle第12页，共53页，2023年，2月20日，星期二电子决定原子的化学性质；最外层中的电子数决定原子的化学特性。化学键使原子形成化合物电子的得失——形成离子键电子对共用——形成共价键化合物由元素组成CovalentbondIonicbond第13页，共53页，2023年，2月20日，星期二水是生命之源，是生命的介质水占细胞总重量的70%左右水占3月龄胎儿体重比例的90%水占初生婴儿体重比例的80%水占少年人体重比例的75%水占成年人体重比例的70%水占老年人体重比例的65%水是细胞中不可缺少的物质第14页，共53页，2023年，2月20日，星期二◆人体的血糖：血液中的葡萄糖。◆来源：食物中的糖类、肝糖原的蓄积、以及某些氨基酸、脂肪酸和乳酸的转化。◆人体正常血糖含量为：每100毫升血液中约80—100毫克葡萄糖。正常血糖值范围第15页，共53页，2023年，2月20日，星期二糖代谢异常和疾病

健康人的血糖浓度：血液中的葡萄糖即血糖，其浓度是相对稳定的，大约在0.1％左右。当血糖的浓度由于消耗而逐渐降低时，肝糖元又转变成葡萄糖，陆续补充到血液中。人空腹时血糖浓度高于120毫克/100毫升血液（正常范围为80—120毫克

/100毫升血液），就是高血糖；若超过肾糖阈值，即160—180毫克，则为糖尿病。

糖尿病的主要症状是高血糖、糖尿、多尿，表现为三多一少，即多饮、多食、多尿、体重减少。糖尿病的主因是体内胰岛素分泌失调，引起糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的紊乱，导致血糖慢性提高。第16页，共53页，2023年，2月20日，星期二(1)糖代谢的调节

使人能够在一个正常的环境下进行各种生理活动人体需要对血糖浓度进行调节。第17页，共53页，2023年，2月20日，星期二糖代谢异常和疾病

当血糖低于60—70毫克，就是低血糖，而低血糖的刺激又会引起交感神经兴奋和肾上腺素分泌增加，出现饥俄、四肢无力、面色苍白、心慌、多汗等症状。若血糖继续下降至45毫克以下，因脑组织缺乏能量而发生功能性障碍，严重影响脑部功能，出现晕原、昏选、休克，甚至导致死亡。

每天吃多少糖好？世界卫生组织认为，每人每日的耗糖量以每千克体重为0.5克左右最佳。过少：儿童影响发育，成人低血糖；过多：转化为脂肪，肥胖。

吃那种糖好？一般选择营养丰富的红糖(含丰富的葡萄糖及铁、锰、锌等元素)为好。在人参、党参、黄茂中富含多糖，其功能是扶本固正、增强免疫力，有助于延缓衰老。

第18页，共53页，2023年，2月20日，星期二针对糖尿病病人食品低糖奶粉低糖麦片高纤维素食品无糖食品第19页，共53页，2023年，2月20日，星期二生活中的糖及其代用品红糖、白糖、冰糖——蔗糖冰糖最纯净，其次是白糖，红糖是最粗制的糖。红糖(含丰富的葡萄糖及铁、锰、锌等元素)糖精（邻磺酰苯甲酰亚胺）：甲苯为原料化学方法合成，人食用后不会被消化吸收。糖吃多会怎么样？？第20页，共53页，2023年，2月20日，星期二糖吃多了比吸烟危害更大

每天最好不要超过40克吃糖过多会导致骨折嗜甜与吸毒有同样的生理反应吃红糖、低聚糖、糖醇类甜味剂更健康

第21页，共53页，2023年，2月20日，星期二（4）乳糖不耐受综合症我国，九成以上的成年人被乳糖不耐症困扰，常常在喝了牛奶之后出现消化不良，不吸收现象，严重的还会出现腹痛腹泻等。第22页，共53页，2023年，2月20日，星期二对于国人来说，选择发酵型乳酸菌奶是有效避免乳糖不耐症最佳办法，乳酸菌奶也因易于被肠胃吸收，有助消化，增强人体免疫力等功效被称为是最佳营养保健乳品。第23页，共53页，2023年，2月20日，星期二二、人体内的燃料——脂肪什么是脂肪？脂肪类物质也是由碳、氢、氧三种元素组成的，此外还含有氮和磷等元素。脂肪类物质主要包括脂肪、类脂，它们都能用非极性溶剂(如乙醚、氯仿、苯)从生物细胞中提取出来。脂肪和油是脂肪酸和甘油的酯。如动物油(如猪油、牛油、羊油、奶油及鱼肝油)与植物油(如麻袖、豆油、花生油、菜油等)都是甘油三酯的混合物。当脂肪酸部分主要是饱和酸时，常温呈固态，叫做脂肪；当脂肪酸部分主要是不饱和酸时，这种酯是液体，叫做油。

第24页，共53页，2023年，2月20日，星期二6.油脂的抗衰老作用：人的衰老过程，实质是个氧化过程，人体各种器官、皮肤、肌肉皆因氧化变质而逐渐丧失功能。油脂中不饱和脂肪酸含有一个乃至多个双键，它们可以通过自我牺牲而减缓人的机体的氧化进程，为人体的健康长寿作出贡献。从营养角度看，含不饱和高级脂肪酸多的油脂—植物油(椰子油除外)有利于人体健康。葵瓜子油、大豆油中含有大量亚油酸，是人体不可缺少也不能自己合成的必须脂肪酸。调合油—由于各种油中营养成份含量不一，把两种或两种以上植物油按一定比例混合而成的油。WHO推荐：饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸=1:1:1第25页，共53页，2023年，2月20日，星期二脂肪：人体的能源库，体内热量的主要来源之一，1g脂肪产生的热量是等量糖和蛋白质氧化产生的热量的两倍功能：防止热量的散失，维持正常体温；保护组织、器官免受震动；促进脂溶性维生素A、D、E、K的吸收；耐饥饿，能延长食物在体内的消化过程。类脂：磷脂、胆固醇。磷脂是构成细胞膜的重要成分；胆固醇是各种细胞的组成成分，维生素D的合成就是以胆固醇为原料的，人体内激素、胆汁的合成也以胆固醇为原料。第26页，共53页，2023年，2月20日，星期二脂肪的消化和功能功能脂肪的消化：在消化过程中，胃液和胰液中的脂酶将脂肪和油水解成脂肪酸和甘油。饱和脂肪酸：摄入过多发生高血脂和多种心脑血管疾病不饱和脂肪酸：人体脂肪有三种不饱和脂肪酸，亚麻油酸、亚麻油烯酸和花生油烯酸，它们是人体不能合成的必需脂肪酸，有促进发育、减少血小板粘性、保护皮肤和溶解脂溶性维生素等功用。动物性食物中饱和脂肪酸含量高，植物性食物中不饱和脂肪酸含量高。第27页，共53页，2023年，2月20日，星期二胆固醇血液中胆固醇浓度越高，越容易引发心血管疾病，如动脉硬化，冠心病，脑血栓，脑血管破裂等。胆固醇也是人体各种生物膜的基本材料，对膜的健全性和保护细胞不受毒素的侵害起着重要的作用；合成胆汁的必需原料；可以转化成维生素D；合成激素的基本原料。摄入适量的胆固醇对健康必需的。猪油，黄油，动物肝脏，墨斗鱼胆固醇含量较高第28页，共53页，2023年，2月20日，星期二脂肪摄入过少，皮肤可因缺少脂肪的充盈和滋润，而显得干涩无光泽。脂肪摄入过多，易使皮下脂肪堆积，引起肥胖。又可造成皮肤脱屑、脂溢性皮炎、痊疮等皮肤病，影响皮肤健美及美容。第29页，共53页，2023年，2月20日，星期二脂肪肝：正常情况下，多余脂肪在肝脏内合成脂蛋白，将脂肪运出肝细胞，如果肝脏功能下降，或是脂蛋白合成原料——磷脂供应不足，造成脂肪在肝脏内堆积，形成脂肪肝。脂肪在肝细胞内储积量超过肝重量5%以上，称为脂肪肝，严重者脂肪量可达40——50%。食物中的脂肪（甘油三酯）消化甘油和脂肪酸吸收合成脂肪（随着血液运输到组织器官）在肝脏中堆积脂肪肝恶化肝硬化第30页，共53页，2023年，2月20日，星期二正常肝脂肪肝第31页，共53页，2023年，2月20日，星期二

防止脂肪肝的八种食物：燕麦、玉米、海带、大蒜、苹果、牛奶、洋葱、甘薯。讨论：怎么样防治脂肪肝？4、营养不良者应补充蛋白质、维生素，吃一些含卵磷脂较多的食物（卵和大豆）。防治脂肪肝最好的办法就是调整饮食结构，适当休息和运动，培养健康的生活方式。1、营养过剩及肥胖者，要减少饮食的热量摄入；2、病毒性肝炎患者应调整免疫，使脂肪代谢恢复正常；3、酒精性脂肪肝要先戒酒，同时配合保肝治疗；第32页，共53页，2023年，2月20日，星期二芥子苷存在于菜油籽中，一般含量为3%～10%。菜籽制油后，它主要转移到菜籽饼中。因此用未经去毒处理的菜籽饼喂养家畜，常引起中毒，轻者食欲减退、腹泻，重者停食，呼吸困难，出现血粪和血尿，甚至死亡。芥子甙存在还使菜籽油具有一种不愉快的辛辣味。第33页，共53页，2023年，2月20日，星期二2、油脂贮藏的诀窍：酸败用酸值来衡量，酸值大于6的油脂不宜食用。因此，贮存油时要避光(用深色玻璃瓶，放暗处）、密闭(不与空气接触)、干燥，不使用铜、铁等容器。可在油中加少量维生素E作抗氧剂，用量控制在0.03%即可。油脂氧气、水分、微生物或铜、铁等金属氧化、水解、分解等甘油、醛、酮、羧酸等各种小分子化合物(味道变涩，有特殊臭味)长期存放易发生酸败第34页，共53页，2023年，2月20日，星期二3、炒菜时油锅中的分解反应：菜油中含有黑芥子苷，其受热分解后产生SO2等一些刺激性小分子，因此用菜油炒菜时，其“油烟”比其它油更刺鼻难闻。油脂空气中的O2>250℃丙烯醛环氧丙醛醛酮(有刺激性臭味)芥子甙结构（R为葡萄糖基）油脂在高温下的分解反应第35页，共53页，2023年，2月20日，星期二核酸第36页，共53页，2023年，2月20日，星期二

核酸

核酸的化学——生命的奥秘核酸是生物遗传的物质基础核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）核酸的基本单元是单核苷酸，由一分子碱基、一分子戊糖和一分子磷酸构成。第37页，共53页，2023年，2月20日，星期二核酸是一类重要的生物大分子，担负着生命信息的储存与传递，以核苷酸为基本单元。核酸分为两大类：脱氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）主要存在于细胞核中，其相对分子质量约为106—108核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）相对分子质量约为2500到l06，大部分存在于细胞质中元素组成：CHONP

六、生命的根源物质——核酸第38页，共53页，2023年，2月20日，星期二核酸最先从细胞核中分离得到，且是酸性，故而得名核酸分为两类：

脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）DNA存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，是遗传信息的携带者DNA中的遗传信息先在细胞核中转录到RNA中RNA然后进入细胞质，再被翻译成蛋白质∴DNA决定了蛋白质的一级结构核酸第39页，共53页，2023年，2月20日，星期二DNA双螺旋模型

1953年，J.Watson和F.Crick在研究了M.Wilkins和R.Franklin获得的DNA的X射线衍射图谱后推断出DNA分子的双螺旋结构

1962年，

J.Watson、F.Crick和M.Wilkins获得诺贝尔奖核酸第40页，共53页，2023年，2月20日，星期二DNA分子一般很长，有成千上万甚至数百万个碱基对一个DNA分子中有多个基因（gene）基因中核苷酸的专一序列就是一种信息，编码专一蛋白质的一级结构人类基因数量大约为3～4万核酸第41页，共53页，2023年，2月20日，星期二DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成的螺旋状双链分子第42页，共53页，2023年，2月20日，星期二DNA双链配对第43页，共53页，2023年，2月20日，星期二RNA的结构

单链，不存在碱基比例关系局部能形成碱基对，出现双螺旋，不配对区域形成突起(环)

第44页，共53页，2023年，2月20日，星期二DNA,RNA和蛋白质的进化关系图解第45页，共53页，2023年，2月20日，星期二从RNA世界到DNA世界

RNA世界向DNA世界的过渡可以概括如下：地球上最早出现的生物大分子为RNA，RNA同时具有催化与编码两种功能。RNA可以催化肽键形成并合成蛋白质，此后RNA与蛋白质联手以RNA为模板合成DNA。这是一个关键的转变时期，生命世界的三大主要多聚分子，RNA、蛋白质和DNA的分工基本定形：RNA的编码功能由DNA取代，催化功能转移到蛋白质，RNA自身则成为传达遗传信息的中介分子。在现存的生化体系中我们仍可发现这些原始关系的珠丝马迹，RNA分子仍在许多方面保留着其原初的风貌。此后由DNA组成的基因组成为生命进化的主角。第46页，共53页，2023年，2月20日，星期二艾根：超循环理论蛋白质和DNA这样互为因果的复杂体系的演化不可能先出现其中的某种而引起其他物质的产生，只能在不停的循环和进化过程中通过彼此的偶合和协调，演化而同时出现。第47页，共53页，2023年，2月20日，星期二蛋白质第48页，共53页，2023年，2月20日，星期二三、生命的存在形式——蛋白质

1839年，德国MulderGT将细胞结构里复杂多变的，存在于一切活细胞中的一类大分子定义为蛋白质（Protein）。一切重要的生命现象和生理机制都与蛋白质相关，所以没有蛋白质就没有生命。是生命体系中最重要的一类生物大分子，人体肌肉、肝脏、酶直到毛发，无一不是蛋白质。在人体中约有1万多种蛋白质，占人体细胞干重的80％。是生命活动的主要承载者。第49页，共53页