第二章生物的化学组成

第二章生物的化学组成主讲：邱丽娜一、原子和分子——生命的化学基础1生物体的主要元素？元素组成含量最高的必需元素其它必需元素偶然存在的元素C18.0P1.1000Mn痕量V痕量H10.0S0.2500Co痕量Mo痕量N3.0Ca2.0000Cu痕量Li痕量O65.0K0.3500Zn痕量F痕量Na0.1500Se痕量Br痕量Cl0.1500Ni痕量Si痕量Mg0.0500As痕量Fe0.0040Ba痕量I0.0004铁(Fe)功能是构成血红蛋白、肌红蛋白的必要成分；是许多酶的活性部分；酶：一种有机的胶状物质，由蛋白质组成，对于生物化学变化、促进可逆反应(如水解和氧化)方面起着重要的催化作用。缺铁缺少血红蛋白→难以输氧→难以进行新陈代谢→贫血多铁不易排出→沉积于肝、胰、淋巴结等处→肝硬化，糖尿病含铁食物动物肝、肾、蛋黄、绿色蔬菜、豆类、谷物、海带、木耳……铜（Cu）功能是血、肝、脑铜蓝蛋白的组成部分；是几种重要酶的活性成分；参与造血，影响铁的代谢杀菌……缺铜引起贫血；毛发色素丧失；生长速度减缓、智力发育不全；精神状态紊乱；能影响到头发、骨骼、大脑、心脏、肝脏、中枢神经和免疫系统的功能；会导致血浆胆固醇升高，增加动脉粥样硬化的危险；营养性贫血、白癜风、骨质松脆症、胃癌及食道癌等疾病的产生也都与人体的缺铜有关。……多铜引起肝炎，小脑运动失常……含铜食物动物肝、干果、豆类、牡蛎、水果、蔬菜……摄铜途径

由于不同地域的自然环境有差异，铜在人类膳食和在土壤中的分布也有差别，故只靠膳食补铜是不够的。英国应用微生物研究中心的研究表明，铜管是有益于公共健康的供水管材。铜水管对大多数细菌的成长都有抑制作用。生物学研究表明，99%以上的水中细菌进入铜管道5个小时后会自行消失。正因为如此，在发达国家，许多医疗器械都是铜制的，而在公共场所，像医院、商店、车站、电影院等，黄铜则成为门把手的首选材料。锌（Zn）功能参与蛋白质及核酸的代谢；激活酶；锌是生物体重要的必需微量元素，它与视力密切有关，为提高夜视能力，应注意锌的摄入，实验表明，即使人体内维生素A并不缺乏，但缺锌时，由于维生素A得不到充分利用，对微光的感觉能力仍然不正常。而且，肝硬变患者常有夜盲症状，其他缺锌患者也常有夜盲症。缺锌味觉、嗅觉失灵；食欲不振、生长迟缓；脉管炎；恶性贫血；白血病；畸胎；引发食管癌……多锌呕吐、恶心、腹泻、伤口难愈合……含锌食物食物中的锌：粗粮>细粮；动物性食物>植物性食物，尤以海产品和瘦肉、肝、肾……含锌丰富，摄入时必须注意适量，以防过量而中毒。氟（F）功能对骨骼和牙齿的生长具有重要作用缺氟造成龋齿；引起老年性骨质疏松症……南方高温多雨地区，氟易流失，土壤、水体中含氟量较低。多氟会破坏人体中氟、钙、磷的正常比例；破坏牙齿珐琅质、光泽消失、氟斑牙（斑釉齿病）；晚期出现四肢麻木无力、腰酸背痛、骨骼变形（氟骨病）含氟食物茶、含氟水、含氟牙膏……汞（Hg）内服1.5kg金属汞或静脉注射对人体无害。汞的化合物对人有害。它分为水溶性和脂溶性二种。水溶性的如氯化汞是剧毒物，吸入1g—2g即可致死；脂溶性的如甲基汞能更快地被生物体吸收，其肠道吸收率达95%左右，。由于其脂溶性，可长期储存在生物体内，并通过鱼、虾等水生物传给人类。（1953年日本一南部小镇水俣市，工厂排放的废水中含甲基汞）水俣病危害：引起皮炎；侵害神经系统；蓄积于肾脏、肝、脾；蓄积于脑，造成脑损伤，引起头痛、易怒、颤栗、手足麻木，视力模糊乃至死亡。 镉（Cd）“骨痛病”——1968年发现于日本富士山县神通川流域的一种奇病。当地居民长期食用镉污染的稻米和水。症状：全身疼痛——肾脏受损——骨质软化——骨骼变形——刺痛加剧——骨脆易折——痛死。镉与锌常相伴而生，在生物系统中有替代锌的功能，并能不可逆转地置换锌，破坏需锌的酶的生理作用，引起尿蛋白、糖尿病和癌症。一个健康成人镉含量约为30mg，平均每日摄取量为40μg，若长期每日摄取量达600μg，则可能患骨痛病。尽量食用锌镉比大的食物：牡蛎、豆类、面筋、坚果……铅（Pb）低水平铅中毒：恶心、暴躁；大剂量铅中毒：脑损伤；贫血——便血——肾损伤——尿蛋白；孕妇：畸胎、死胎、流产。铅中毒的元凶：汽车中的防震剂：四乙基铅，它随汽油的燃烧而分解为无机铅盐和氧化物排入大气，含铅汽油燃烧后，有85%的铅排入大气，每辆汽车每年往大气中排铅达2公斤。据统计，城市大气的铅污染90%以上是汽油燃烧造成的。其它铅污染源有工业废气、油漆涂料……硒（Se）功能研究表明：硒肯定具有防癌、抑癌的作用；是能阻止致癌物质（谷光甘肽过氧化物酶）形成的组成成分，服用硒可使癌症的发生率降低37%；每天仅服用200mg硒添加剂，可使前列腺癌的发生率降低一半；肺癌和结肠癌的发生率降低38%；硒能降低或消耗体内的重金属离子：Pb、Cd、Hg、As……它既能抵销镉对心脏的损害，又能取代砷、汞等有毒物质，起特殊的解毒作用；调节维生素A、C、E、K在体内的消耗与吸收；增强机体免疫力和杀菌力；有助预防感染炭疽菌；减少放射性辐射的危害；防止衰老；肝病……多硒脱发、脱甲等地方性硒中毒症状含硒食物鱼、肉、肾、海产品、谷物、芥菜、，黄芪和大蒜；富硒地区的茶……碘（I）功能是构成甲状腺的核心物质，甲状腺素能促进蛋白质合成和活化几百余种酶，刺激体内各物质的代谢；对中枢神经、循环造血等系统和肌肉运动都有显著作用。缺碘导致体内生化紊乱及生理功能异常；中度缺碘会引起地方甲状腺肿；严重缺碘会导致发育停滞、智力低下，聋、呆滞；身体矮小的克汀病……多碘高碘甲状腺肿……含碘食物海藻类食品、海带、虾……我国1995年普推加碘盐（安全值内：1/万—1/5万）

医学1)硒与白内障:营养需要范围为1×10-7

～2×10-6；达到3×10-6

～1×10-5将引起慢性中毒；超过1×10-5会引起急性中毒，以致突然死亡。人视网膜含硒量7g正常。2)碘盐:黑龙江省集贤村，1000多人约200个傻子，饮用水、土壤严重缺碘所致。3)拿破仑死因：头发分析(中子活化、荧光)，As、Pb含量特高，中毒而死（侍者所为）。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？2生物体的主要生物分子

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在生命元素中，碳原子具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或成环，形成各种生物大分子的基本结构。3有机化合物的碳骨架和功能基团

碳骨架结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质生物体中的有机化合物主要含有羟基、羰基、羧基和氨基等功能基团，这些功能基团几乎都是极性基团。功能基团的极性使得生物分子具有亲水性，有利于这些化合物稳定于有大量水分子存在的细胞中。生物大分子的基本性质还取决于与碳骨架相连接的功能基团由生物单体分子合成生物大分子多聚体往往涉及与功能基团相关的脱水反应，又称为脱水缩合反应。使生物大分子多聚体分解为单体的分解反应往往需要有水分子参与，因此又称为水解反应。水解反应是脱水缩合反应的逆反应脱水缩合反应与水解反应二、糖类主要的能源和碳源物质，重要的中间代谢物，部分参与细胞结构组成；光合作用的产物；包括单糖(如核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖)、寡糖(常见的主要是二糖，如麦芽糖、蔗糖、乳糖)及多糖(如淀粉、糖原、纤维素、几丁质、果胶、菊糖、葡聚糖、肝素)；可与其它物质结合成糖蛋白、糖脂、核酸等，形成重要的活性分子。

为什么牛羊可以以秸秆为食物而人不可以？三、脂类不溶于水，易溶于有机溶剂。构成生物膜的重要物质，与细胞的表面物质、细胞识别及种的特异性、组织免疫密切相关；可作为能量贮存在生物体内，构成生物体的保护层，防止机械损伤和热量、水分的散失；有的具有强烈的生物活性。可分为中性脂肪和类脂（蜡和磷脂）等

中性脂肪(动物-fat)和油(植物-oil)由甘油醇和脂肪酸结合成的酯。又称磷酸甘油脂，与脂肪不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其衍生物(如磷酸胆碱)结合，形成卵磷脂

磷脂卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折

结构蛋白伸缩蛋白

贮存蛋白保护蛋白

运输蛋白激素蛋白信号蛋白

酶和辅酶四、蛋白质

蛋白质的主要种类和功能氨基酸结构的共同特点在于，在与羧基相连的碳原子（-碳原子）上都有一个氨基，另一个R基。

蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子

不同氨基酸其R基各不相同，R基的结构决定了20种氨基酸的特殊性质NH一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱水缩合，形成肽键并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的功能便立即丧失。

蛋白质结构与功能的关系

一级结构 二级结构三级结构四级结构

蛋白质的空间结构蛋白质结构的研究方法核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。五、核酸贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码蛋白质的氨基酸序列，从而决定蛋白质的功能。通过蛋白质的作用，DNA实际上控制着细胞和生物体的生命过程DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的，即遗传信息由DNA转录到RNA，后者决定蛋白质的氨基酸序列DNA分子为双链，由两条脱氧核糖核苷酸长链碱基互相配对，形成双螺旋结构；RNA分子一般为单链(如t-RNA)；脱氧核苷酸的结构磷酸脱氧核糖含氮碱基？？核苷酸的结构磷酸核糖含氮碱基？？DNA的平面结构两条脱氧核苷酸链反向平行双链的中间是碱基对双链的两侧是磷酸和脱氧核糖的交互排列碱基互补配对原则是：A与T配对；G与C配对CATGCGTACGGCCGRNA的组成RNA大多是单链分子；含核糖；碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶；3种RNA：信使RNA（mRNA），核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA）RNA与DNA的主要差别？？RNA与DNA的主要差别（1）RNA大多是单链分子；（2）含核糖而不是脱氧核糖；（3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。DNA双螺旋结构的发现1951年Watson23岁丹麦的哥本哈根Wilkins教授英国剑桥大学Cavendish实验室Crick，31岁伦敦大学King’s实验室女科学家FranklinWilkins教授Randall教授DNA应该是双螺旋A与T、C与G巧妙连接符合X衍射数据DNA的复制1953年2月28日，Waterson和Crick用金属线又制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。六、大分子结合物糖蛋白核蛋白糖脂脂蛋白糖蛋白糖同蛋白质的共价结合物生物学功能：（1）具有酶或激素活性如：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、促性腺激素、卵泡刺激激素等（2）具有转运金属和激素的作用，如：转铁蛋白、甲状腺素结合球蛋白等（3）参加血液凝结作用：纤维蛋白原（4）作为保护剂和润滑剂：粘蛋白（5）作为各种生物膜的组成成分和支持结构，细胞膜的选择性通透作用也收到糖蛋白的控制（6）其他生物功能，如糖蛋白与生物体免疫和血型区分有关核蛋白核酸与蛋白质结合比较重要的核蛋白存在形式：（1）病毒：非细胞生物，主要有蛋白质和核酸组成（2）染色质：核酸和蛋白质组成（3）核蛋白体：核糖体与蛋白质组成，是蛋白质生物合成的场所糖脂糖脂是一类具有一般脂类溶解性质的含糖脂质,包括脑糖脂、神经节糖脂、甘油醇糖脂等脂蛋白脂同蛋白质的结合物脂蛋白中脂质与蛋白质之间没有共价键结合，多数是通过脂质的非极性部分与蛋白质组分之间以疏水性相互作用而结合在一起。

猪肉为长寿食品？？？生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的