生命科学导论组成生物体的大小分子春

生命科学导论组成生物体的大小分子春第1页/共81页研究生物体的化学组成和研究生命过程中的化学变化，所得到的丰硕成果，构成分子生物学和生物技术发展的重要基础。生命机体的组成，包括有机物和无机物两大类，其中有机物主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类、维生素和激素，无机物包括水和无机盐。第2页/共81页一、生物体的元素组成二、生物小分子三、生物大分子内容第3页/共81页1．哪些元素参与生物体的组成？参与生物体组成的元素总共约二、三十种。碳、氢、氧、氮四种元素占了人体重量的99%，或人体干重的85%以上。一、生物体的元素组成第4页/共81页常量元素————在人体中含量较大。微量元素————在人体中含量很少。以人体为例，各种元素在人体中含量见下表第5页/共81页第6页/共81页常量元素的主要功能氧：存在于几乎所有有机物，又是细胞呼吸所必需；碳：形成各种生物大分子的基本骨架；氢：与氧一样，几乎存在于所有有机物中；构成水；氮：蛋白质、核酸、植物细胞中叶绿素的重要组成元素；钙：骨骼、牙齿的成份，在肌肉收缩、细胞信号转导中起作用；参与血液凝聚和植物细胞壁的组成；磷：核酸、生物膜中磷脂的成份，参与细胞中的能量转移反应；骨骼的结构成份；钾钠：细胞质与组织液中的主要阳离子，维持体液或细胞内外离子平衡；神经冲动的传导；硫：大多数蛋白质的成份；镁：参与多种酶的活化；帮助骨头生长与肌肉紧缩；植物叶绿素的成份；第7页/共81页微量元素的主要功能铁：血红蛋白的成份；参与某些酶的活化。碘：甲状腺激素的重要成分，帮忙维持水量在身体里的平衡。锌：参加许多金属酶的组成；促进机体的生长发育和组织再生；促

进食欲；促进性器官和性机能的正常；参加免疫功能过程。硒：与维他命E一起防止细胞受伤。铜：在红血球的发展过程里面起到重要作用。氟化物：在牙齿与骨头的发展与维持过程里面起到重要作用。锰：在软骨与骨头的纤维里面起到重要作用。第8页/共81页2．元素营养方面的几个例子例一、钙钙的生理功能肌肉：肌肉收缩免疫：白细胞吞噬功能循环：血液凝固内分泌：激素分泌毛细血管通透性骨骼：骨骼形成微循环改善神经：神经肌肉应激性泌尿：？生殖：？第9页/共81页2．元素营养方面的几个例子例一、钙缺钙引起的疾病婴、幼、少儿------佝偻病老年人------骨质疏松症第10页/共81页第11页/共81页肾结石——肾结石中重要成分是钙；但是，限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可使草酸在肠道

中结成草酸钙，从粪便中排出。缺钙：反常钙内流，损伤肾细胞肾脏对钙回收功能受损高钙尿液与尿中草酸结合形成结石尿钙排出增多。第12页/共81页第13页/共81页2．元素营养方面的几个例子例二、锌锌的生理功能

金属酶、生长发育、组织再生、食欲、生殖、免疫力和智力。第14页/共81页儿童味觉障碍：厌食、偏食或异食；皮肤疾患：易患口腔溃疡，青春期痤疮等；生长发育不良：身材矮小、瘦弱；免疫力下降，经常感冒、发烧；智力发育落后；肝脾肿大成年男性男性不育：少精、弱精或精液不液化、前列腺炎肝脾肿大缺锌引起的疾病第15页/共81页微量元素是双刃剑!硒(Se)：缺硒会使免疫力下降，也可能诱发克山病、大骨节病等疾病。但羊中硒过多会导致脱蹄病。碘(I)：缺碘会引起甲状腺肿大（大脖子病）；过多则导致甲状腺功能低下。例如：第16页/共81页一、生物体的元素组成二、生物小分子三、生物大分子内容第17页/共81页二、生物小分子小分子大分子复合大分子单糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白质糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂类第18页/共81页1．水水占生物体的60％以上的重量地球上生命起源于水中，陆生生物体内细胞也生活在水环境中水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度(pH)第19页/共81页一个水分子的正极与另一水分子的负极相吸引，之间出现的较弱的作用力称为氢键。氢键对维持生物大分子的稳定极重要。第20页/共81页为何水具有表面张力？水分子之间的氢键具有静电引力，正是由于氢键使水具有黏性、吸附性和一定的表面张力。水的这些性质还可形成毛细管作用，使得植物根系吸收水分后可克服重力向上运输到茎和叶片。第21页/共81页水影响生命活动的例子：肺泡中的气体交换肺泡在水环境中保证O2

和CO2

的交换水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡瘪塌肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面张力，使肺泡胀开第22页/共81页2．氨基酸氨基酸是同时具有α－氨基和α－羧基的小分子参与蛋白合成的共有22种天然氨基酸，各种氨基酸的区别在侧链基团—R第23页/共81页第24页/共81页D型和L型氨基酸20种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子-α碳原子，都有光学异构体（镜映体）。第25页/共81页第26页/共81页除甘氨酸外，组成蛋白质的氨基酸均为L-型氨基酸第27页/共81页八种人体必需氨基酸：亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）赖氨酸（Lys）蛋氨酸（Met）苯丙氨酸（Phe）缬氨酸（Val）苏氨酸（Thr）色氨酸（Trp）人体不能自己合成的氨基酸称为必需氨基酸，需要由食物提供。此外，人体合成精氨酸组氨酸不足于满足自、身的需要，需要从食物中摄取一部分，我们称之为半必需氨基酸。其余的十种氨基酸人体能够自给自足，我们称之为非必需氨基酸必需氨基酸第28页/共81页1）作为组建蛋白质的元件2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）氨基酸的功能第29页/共81页从营养学的角度必需氨基酸：赖氨酸：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；色氨酸：促进胃液及胰液的产生；苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。第30页/共81页1953年，美国化学家米勒（StanleyMiller）模拟原始地球上的大气成分，用氢、甲烷、氨和水蒸气，通过加热和火花放电，合成了有机分子氨基酸。第31页/共81页3．单糖单糖一般是含有3-6个碳原子的多羟基醛或多羟基酮。按碳原子数目，单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等，自然界的单糖主要是戊糖和己糖。第32页/共81页以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖链式结构环式结构粗黑线表示这部分向着页面的外部方向，细线表示这部分位于页面最内侧第33页/共81页自然界存在的葡萄糖都是D型，我们身体能代谢的也是D型，不过舌头则可以尝出L型葡萄糖的甜味几种不同的六碳糖：葡萄糖，甘露糖，半乳糖，山梨糖，果糖。第34页/共81页1）作为多糖的组成元件2）作为燃料3）组成寡糖参与细胞信号传递单糖的功能第35页/共81页4．核苷酸核苷酸分子由三个部分组成：1）五碳糖：核糖或脱氧核糖2）碱基：嘧啶、嘌呤3）磷酸第36页/共81页第37页/共81页组成核酸的五种碱基腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T第38页/共81页1）核苷酸是合成生物大分子核糖核酸(RNA）及脱

氧核糖核酸(DNA）的前体；2）在细胞能量代谢上起着极其重要的作用；3）腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；4）对于许多基本的生物学过程有一定的调节作用。核苷酸的功能第39页/共81页5．脂类脂类是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。脂类种类很多，分子结构相差较大：1）油脂：甘油三脂2）磷脂和鞘脂3）固醇第40页/共81页1）甘油三酯甘油三酯分子结构甘油三酯是人体内含量最多的脂类，大部分组织均可以利用甘油三酯分解产物供给能量，同时肝脏、脂肪等组织还可以进行甘油三酯的合成，在脂肪组织中贮存。第41页/共81页2）磷脂和鞘脂（1）磷脂和鞘脂分子可以看成是一个极性头，两条非极性尾巴。（2）主要功能是参与生物膜的形成。第42页/共81页3）固醇固醇类的内核由4个环组成一些人体重要维生素和激素是固醇胆固醇是细胞的必要成份血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病第43页/共81页第44页/共81页一、生物体的元素组成二、生物小分子三、生物大分子内容第45页/共81页三、生物大分子生物大分子主要有三大类：•蛋白质•核酸•多糖它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。第46页/共81页1．蛋白质蛋白质是由氨基酸形成的：寡肽：含有2-20个氨基酸残基（如五肽）多肽：含20－50个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基第47页/共81页第48页/共81页注意：肽链有方向性：氨基端（N端），羧基端（C端）一条肽链的两端有不同结构和性质：一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端；另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端。第49页/共81页蛋白质的三级结构：整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。蛋白质的一级结构：肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质的二级结构：邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状。如：α-螺旋和β-折叠蛋白质的四级结构：各条肽链之间形成的特定结构。所以，四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。第50页/共81页第51页/共81页第52页/共81页第53页/共81页第54页/共81页第55页/共81页镰刀型细胞贫血症第56页/共81页第57页/共81页2．多糖单糖通过糖苷键联成多糖链；生物体内多糖一般都是由葡萄糖构成的；不同的多糖其区别在于葡萄糖分子的数目、多糖链的结构和糖苷键的不同；

三种糖苷键：α-1，4－糖苷键、α-1，6－糖

苷键、β－糖苷键第58页/共81页第59页/共81页第60页/共81页第61页/共81页不同高级结构带来不同的生物学性能淀粉形成螺旋状能源贮存纤维素呈长纤维状结构支架多糖链的高级结构第62页/共81页第63页/共81页多糖参与免疫第64页/共81页牛奶含丰富的蛋白质、矿物质和维生素，还有乳糖在消化系统中，小肠细胞产生乳糖酶，它使乳糖分解乳糖不耐受性：细胞产生的乳糖酶不足→乳糖分解与吸收不正常→扰乱小肠中的水分平衡→不适症状对策：改变膳食、药丸补充乳糖酶、……？牛奶－乳糖－乳糖不耐受性第65页/共81页3．核酸核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸；核酸主要分两种：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）；DNA由4种核苷酸A、T、G、C组成：RNA由4种核苷酸A、U、G和C组成：第66页/共81页DNA和RNA在组成成份上有差别:

DNARNA

脱氧核糖核糖有胸腺嘧啶有尿嘧啶，无尿嘧啶无胸腺嘧啶第67页/共81页一端的核苷酸，其5’-C的磷酸基团没有形成磷酸二酯键，称5’末端；另一端的核苷酸，其3’-C的羟基没有进入磷酸二酯键而游离，称3’末端。核酸链也有方向性！第68页/共81页核酸的高级结构1）DNAA、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成右手双螺旋，糖－P

－糖构成螺旋主链；B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直，双螺旋

上有两条凹沟：大沟（宽1.2nm）与小沟（宽0.75nm）；C、两条链对应碱基呈配对关系，依靠彼此碱基间的氢键结合在

一起。A＝T，G≡C；D、双螺旋直径20A（2nm），螺距34A，每一螺距中含10bp，

两个核苷酸间夹角为36°。第69页/共81页第70页/共81页0.006mm2mDNA第71页/共81页第72页/共81页Watson和Crick的资料来自于相对湿度92%时所得到的DNA钠盐纤维——B型DNA（B-DNA）;在相对湿度低于75%时获得的DNA钠盐纤维，结