生命的化学课程

生命的化学课程第1页/共67页2所有的生命体有一个共同的语言，这个语言就是化学。——ArthurKornberg1959年获诺贝尔生理学或医学奖亚瑟·科恩伯格（1918-2007）第2页/共67页3大肠杆菌细胞的分子组成水蛋白质核酸糖类脂类生物小分子无机盐离子DNARNA占细胞总重%7015163221种类1300011000504050012第3页/共67页4本章内容2.蛋白质是生命体的主要功能分子

3.DNA是遗传信息的主要贮存者4.遗传信息的传递和表达遵循中心法则1.糖类是生物体的主要能源物质第4页/共67页51.

糖类是生物体的主要能源物质淀粉糖原丙酮酸CO2+H2O葡萄糖2ATP2ATP糖酵解三羧酸循环呼吸链26ATP酶促水解第5页/共67页6ATP是生物体能量流通的货币能量直接来源第6页/共67页7生物体把能量用在生命活动的各个方面生命活动能量消耗/kJ·h-1坐着写字117.23随意站立125.60散步661.51-967.15游泳2239.94实验室工作305.64进食117.23骑自行车711.76-2152.02舞蹈845.73-2507.89慢跑3621.58从CO2合成葡萄糖需要能量从葡萄糖合成淀粉需要能量从氨基酸合成蛋白质需要能量胞外物质进入细胞需要能量第7页/共67页8三大能量物质之间可以进行转化脂肪蛋白质糖类第8页/共67页9葡萄糖是最常见的单糖第9页/共67页10一些多糖的高级结构第10页/共67页112.蛋白质是生命体的主要功能分子蛋白质（Protein）第11页/共67页12蛋白质由氨基酸组成2012年湖北某高三班集体打吊瓶补充氨基酸

第12页/共67页13氨基酸的结构【氨基酸】是含有氨基和羧基的一类有机化合物的统称，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。

氨基酸的结构通式侧链可变基团第13页/共67页14常见氨基酸有20种第14页/共67页1520种氨基酸的名称及简写中文名称英文名称

符号与缩写

中文名称英文名称

符号与缩写

丙氨酸

Alanine

A或Ala亮氨酸

Leucine

L或Leu精氨酸

Arginine

R或Arg赖氨酸

Lysine

K或Lys天冬酰胺

Asparagine

N或Asn蛋氨酸

Methionine

M或Met

天冬氨酸

Asparticacid

D或Asp

苯丙氨酸

Phenylalanine

F或Phe半胱氨酸

Cysteine

C或Cys脯氨酸

Proline

P或Pro谷氨酰胺

Glutamine

Q或Gln丝氨酸

Serine

S或Ser谷氨酸

Glutamicacid

E或Glu苏氨酸

Threonine

T或Thr甘氨酸

Glycine

G或Gly色氨酸

Tryptophan

W或Trp组氨酸

Histidine

H或His酪氨酸Tyrosine

Y或Tyr异亮氨酸

Isoleucine

I或Ile缬氨酸

Valine

V或Val第15页/共67页16营养提示：必需氨基酸有8种【必需氨基酸】：人体自身不能合成，必须从食物中摄取的氨基酸。对成人来讲，必需氨基酸共有8种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。第16页/共67页17营养提示：根据氨基酸的种类和数量将食物中的蛋白质分为3类：1、完全蛋白质：奶、蛋、鱼、肉2、半完全蛋白质：谷类、豆类3、不完全蛋白质：肉皮另外，谷类+豆类→完全蛋白质第17页/共67页18蛋白质分子中氨基酸以肽键相连【肽键】：是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。肽键是一种共价键。第18页/共67页19蛋白质/肽链的表示方法丝氨酸-缬氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-谷氨酰胺Ser-Val-Tyr-Asp-GlnS-V-Y-D-Q第19页/共67页20蛋白质的一级结构是区分蛋白质的基础【蛋白质的一级结构】：蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，也叫初级结构或基本结构。

蛋白质的一级结构靠共价键（肽键）维系。牛胰岛素的一级结构第20页/共67页21蛋白质的结构分为4层蛋白质的结构分为一级、二级、三级和四级结构。二级、三级和四级结构均为蛋白质的高级结构。第21页/共67页22蛋白质的高级结构是实现生物功能的基础【蛋白质的高级结构】：也称空间结构或三维构象，是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。蛋白质的高级结构是分层次的。蛋白质的高级结构包括二级、三级和四级结构。第22页/共67页23蛋白质的高级结构α螺旋β折叠第23页/共67页24蛋白质的高级结构靠非共价键维持共价键氢键静电作用范德华力疏水键90kcal/mol3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol非共价键非共价键数量巨大，才得以维持生物大分子的高级结构。第24页/共67页25蛋白质高级结构重要性的反例（1）如高级结构遭到破坏，蛋白质的生物功能减弱或丧失。——蛋白质变性条件：高温、极端pH、紫外光照、重金属、有机溶剂等生鸡蛋熟鸡蛋加热第25页/共67页26蛋白质高级结构重要性的反例（2）如高级结构改变，蛋白质功能可能发生变化，甚至导致严重的疾病。疯牛病的致病原因——Prion朊蛋白疯牛病朊蛋白第26页/共67页27现发现Prion蛋白有两种高级结构：正常的Prion蛋白PrPc

异常的Prion蛋白PrPscb-折叠占3%→

b-折叠占54%PrPcPrPsc第27页/共67页28Prion致病机理——蛋白质错误折叠

PrPsc

可与细胞中原有正常的PrPc

相互作用，使PrPc

重新折叠，变成异常的PrPsc

。增多的PrPsc

聚集形成淀粉样斑，破坏脑细胞。空泡褐色斑块第28页/共67页29蛋白质举例(1)——血红蛋白运输氧气、二氧化碳第29页/共67页30血红蛋白通过协同作用实现携氧功能第30页/共67页31蛋白质举例(2)——白蛋白/清蛋白血清白蛋白卵清蛋白乳清蛋白豆白蛋白第31页/共67页32人血清白蛋白的重要作用维持血浆胶体渗透压的恒定运输脂肪酸、Ca2+、Na+、K+等临床应用第32页/共67页33基因工程生产人血清白蛋白全球对人血清白蛋白的需求500吨/年。水稻生产人血清白蛋白（由武汉大学杨代常教授团队完成）。每公斤水稻种子中获得2.74克纯人血清白蛋白，这比同样重量的烟草叶中纯化的人血清白蛋白高出了25倍。普通水稻转基因水稻第33页/共67页34蛋白质举例(3)——胶原蛋白胶原蛋白是构成皮肤、软骨、肌腱、牙齿的主要纤维成分。——生命支架具有重复的-Gly-X-Y-序列，其中X常常是脯氨酸，而Y是4-羟脯氨酸。第34页/共67页35VC有助于维持胶原蛋白的正常结构羟脯氨酸的羟化是在脯氨酰羟化酶的催化下进行的，这个酶需要维生素C使其活性中心的铁原子保持亚铁状态。缺少维生素C会使羟化不完全，不能正常形成纤维，造成皮肤损伤和血管脆裂，引起出血、溃烂，即坏血病。所以维生素C又叫抗坏血酸。第35页/共67页36蛋白质举例(4)——蛋白酶己糖激酶：催化葡萄糖的磷酸化第36页/共67页37酶的作用体外合成的条件：185~200℃14~20MPa体内合成的条件：37℃0.1MPa降低反应活化能，使生物体内的反应在体温和一个大气压下进行。如：尿素的合成第37页/共67页383.DNA是遗传信息的主要贮存者第38页/共67页39DNA是一种核酸核酸中最重要的部分是碱基。DNA中的碱基有四种：A、T、G、C。中文名腺嘌呤胸腺嘧啶鸟嘌呤胞嘧啶英文名Adenine

Thymine

Guanine

Cytosine

符号ATGC第39页/共67页40DNA的信息文本由ATGC写成四种碱基ATGC在DNA上的排列顺序即【DNA的一级结构】。第40页/共67页41任意两个人之间的DNA相似度99.9%。乙的一段DNA序列甲的一段DNA序列第41页/共67页42人类与其他物种的基因组比较物种碱基对数量基因数量一种支原体580,000500肺炎双球菌2,200,0002,300大肠杆菌4,600,0004,400酿酒酵母12,000,0005,538秀丽隐杆线虫97,000,00018,250拟南芥125,000,00025,500黑腹果蝇180,000,00013,350亚洲稻466,000,00050,000

家鼠2,500,000,00029,000人类2,900,000,000>27,000第42页/共67页43单链DNA和双链DNA单链DNA是碱基单元的长链聚合物。两条互补的单链DNA通过双螺旋结构——DNA的二级结构——紧紧联系在一起，形成双链DNA，构成生命体的信息遗传物质。细胞中的DNA大部分以双链形式存在。双链DNA的碱基呈互补配对，A总是与T配对，G总是与C配对，即A=T、G≡C配对。第43页/共67页44DNA的二级结构——双螺旋第44页/共67页45DNA双螺旋的发现DNA钠盐纤维的X射线衍射图RosalindFranklinMauriceWilkins第45页/共67页46串珠状核小体DNA双螺旋片段染色质纤维伸展形染色质片段密集形染色质片段染色体DNA双螺旋→染色质→染色体染色质动态结构组蛋白第46页/共67页474.

遗传信息的传递和表达遵循中心法则FrancisCrick第47页/共67页48AGCTAGCU第48页/共67页49DNA半保留复制DNA的双螺旋结构对遗传信息的复制和传递至关重要。第49页/共67页50DNA转录为RNA第50页/共67页51RNA翻译成蛋白质遗传信息的表达是由DNA经过RNA翻译成蛋白质。第51页/共67页52

翻译的中介是密码子每三个碱基组成一个密码子，决定一个氨基酸。第52页/共67页53遗传密码字典64组密码子编码20种氨基酸第53页/共67页54下面就是从基因到蛋白质的故事，或者说从基因型到表型的故事：第54页/共67页55①基因(gene)即DNA上的编码序列第55页/共67页56②基因信息解码翻译成蛋白质第56页/共67页57③每种蛋白质行使独特的功能乳糖酶分解牛奶中的乳糖肌球蛋白帮助肌肉收缩胶原蛋白皮肤和软骨中的结构蛋白血红蛋白帮助血红细胞运输氧气第57页/共67页58基因的突变可能产生功能异常的蛋白质第58页/共67页59血红蛋白基因的突变产生严重后果正常血红蛋白的β链结构红细胞突变血红蛋白的β链结构红细胞第59页/共67页60日