生物化學(xué)生命化學(xué)特征

1、關(guān)于生物化學(xué)生命的化學(xué)特征第一張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月1本章主要內(nèi)容 組成生命有機(jī)體的元素 生物分子 生命有機(jī)體中的四種化學(xué)鍵* 生物化學(xué)反應(yīng)的能量來源 水在生命化學(xué)過程中的作用 第二張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月21.生命中的元素 生命與非生命物質(zhì)在化學(xué)組成上有很大的差異，然而組成生命物質(zhì)的元素都是存在于非生命界的元素。 元素周期表中各種元素在生命機(jī)體中的豐度 氫、氧、碳和氮硫和磷 鉀、鈉、氯、鈣與鎂其他微量元素 第三張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 組成生命的元素有30多種，其中約16種是所有生物體中都具有的。（目前已知的化學(xué)元素種類有多少？ ） 動物體

2、內(nèi)C、 H、O、N、Na、K、Ca、Mg、P、S、Cl等元素含量最豐富。其中 C、 H、O、N 等4種元素含量最多，它們約占大多數(shù)細(xì)胞重量的99%。 另外，Mn、Fe、Co、Cu、Zn、I、Mo、Se等在動物體內(nèi)亦少量存在，稱為微量元素。但具有重要的生理功能。第四張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月4硫和磷 可以形成相對比較弱的化學(xué)鍵，在化學(xué)基團(tuán)和能量轉(zhuǎn)移中有重要作用，如巰基-SH用于攜帶和轉(zhuǎn)移脂酰基，磷?；糜谫A存和轉(zhuǎn)移化學(xué)能鉀、鈉、氯、鈣、鎂 維持細(xì)胞滲透壓、細(xì)胞容積、離子平衡、細(xì)胞膜電位 鈉、鉀離子 神經(jīng)肌肉正常興奮性，糖原合成和蛋白質(zhì)代謝 鎂離子是300多種酶的輔因子 鈣離子是骨骼

3、的主要成分，參與廣泛的細(xì)胞生理活動，如物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與分泌，血液凝固，是細(xì)胞信號傳導(dǎo)的第二信使等其他的微量元素 主要有鐵與銅 化學(xué)價(jià)可變（Cu2+/ Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化過程中作為電子遞體，是許多酶的輔因子。還有Zn 2+，Mn 2+ ，Mo 2+ 和I 等也有重要生理功能。第五張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月5生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)整有序性：元 素 有機(jī)小分子單體：氨基酸,核苷酸,單糖,脂肪酸 生物大分子：蛋白質(zhì),核酸,糖類,脂類 亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)：各種細(xì)胞器,核,膜 細(xì)胞：原核、真核 器官：心,肝,腎 整體：動物（人）,植物, 微生物第六張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022

4、年6月62.生物分子2.1 生物大分子 參與生命有機(jī)體活動的許多分子是非常巨大的，我們把生物機(jī)體中這些巨大的分子稱為生物大分子（biological macromolecules）。生物大分子通過組成它們的單體之間的非共價(jià)相互作用，形成特定的空間結(jié)構(gòu)，從而具有了不同的生物學(xué)功能。 生物大分子是表現(xiàn)生命特征的基本物質(zhì)。 血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)第七張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月7表 21 生物分子中的共價(jià)鍵與鍵能類型鍵能（kJ/mol） 類型 鍵能*（kJ/mol）單鍵 雙鍵 O-H 458 C=O 708 H-H 433 C=N 612 P-O 416 C=C 608 C-H 413 P=

5、O 500 C-O 350 三鍵* C-C 346 CC 813 S-H 338 C-N 297 C-S 258 N-O 220 S-S 212*指鍵斷裂所需要的能量 *生物分子中很少見第八張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月8核酸,蛋白質(zhì)和多糖是主要的生物大分子第九張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月92.2 類脂 類脂（如磷脂）是富含碳?xì)湓氐囊蛔迳镄》肿樱湓谒芤褐腥芙庑暂^差、兼具親水和親脂特性。細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)就是大量磷脂分子的聚合體。 2.3 有機(jī)小分子 細(xì)胞中還存在許多具有獨(dú)特功能的有機(jī)小分子物質(zhì),也是合成較大分子的前體。如： 核苷酸、氨基酸、葡萄糖 脂肪酸、膽堿、甘油等第

6、十張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月10共價(jià)鍵: 共價(jià)鍵是化學(xué)鍵的一種，兩個(gè)或多個(gè)原子共同使用它們的外層電子，在理想情況下達(dá)到電子飽和狀態(tài)，由此組成比較穩(wěn)定和堅(jiān)固的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這種化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵。 非共價(jià)鍵： 氫鍵，離子鍵，范德華力，疏水作用力等。3.生命有機(jī)體中的化學(xué)鍵 第十一張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月11生命有機(jī)體中的非共價(jià)價(jià)作用力 在生物大分子之間主要存在的非共價(jià)的相互作用力包括氫鍵、離子鍵、范德瓦爾力、疏水力。 氫鍵（hydrogen bonds） 由兩個(gè)原子來分享一個(gè)氫原子，具有高度定向性，一個(gè)是氫供體(NO)， 另一個(gè)是氫受體 范德瓦爾力（Van der Waa

7、ls bonds） 一定距離內(nèi)的原子之間通過偶極發(fā)生的相互作用，本質(zhì)上也是靜電引力 疏水力（hydrophobic interaction） 非極性分子或基團(tuán)在水相環(huán)境中相互吸引、聚集的作用力 離子鍵（ionic bonds） 正、負(fù)電荷之間的靜電引力 第十二張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月124 種非共價(jià)作用力的示意圖 范德瓦爾接觸距離（0.3-0.4nm） 第十三張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月134.生物能量學(xué) 生物能量學(xué)（bioenergetics）：研究生命有機(jī)體傳遞和消耗能量的過程，闡明能量的轉(zhuǎn)換和交流的基本規(guī)律。 體內(nèi)能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和利用第十四張，PPT共二十頁

8、，創(chuàng)作于2022年6月14自由能（free energy） 能量總是從能態(tài)較高的物體流向能態(tài)較低的物體。這些過程都是自發(fā)的。凡是自發(fā)的過程，都有能量的釋放，而且其中一部分可以用來帶動非自發(fā)的過程。 自發(fā)過程中能用于做功的能量稱為自由能. 體系可做功的能量（自由能）= 體系總能量 不被利用做功的能量表示為: G = H ST H表示體系的總能量（焓值）；ST表示不能被利用做功的能量，S為熵值，T為絕對溫度，那么體系可做功的能量等于H ST，稱為自由能，用G表示. 自由能G是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)。在等溫等壓條件下，體系從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，自由能的改變?yōu)椋?G = H S T 在自發(fā)過程中，自由能

9、的改變?yōu)樨?fù)值, 表示釋放的自由能可以用來做功。而在非自發(fā)過程中，其變化是正值，表示這種改變要從外界輸入能量才能實(shí)現(xiàn)。 第十五張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月15能量偶聯(lián)反應(yīng) 在生命有機(jī)體中一個(gè)放能的反應(yīng)可以與一個(gè)耗能的反應(yīng)偶聯(lián)以推動原本不能進(jìn)行的反應(yīng)。這是生命系統(tǒng)中能量交換的核心 。 葡萄糖 + 磷酸 葡萄糖-6-磷酸 （耗能，G0，為 14 kJ/mol）ATP ADP + Pi （放能，G0，為 -31 kJ/mol）葡萄糖 + ATP 葡萄糖-6-磷酸 + ADP （放能，G0，為 -17 kJ/mol）由葡萄糖激酶催化的反應(yīng)在自發(fā)過程中，G為負(fù)值, 表示釋放的自由能可以用來做功

10、。在非自發(fā)過程中，G是正值，表示這種改變要從外界輸入能量才能實(shí)現(xiàn)。第十六張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月16 ATP ATP是自由能的直接供體，它的作用猶如貨幣一樣在體內(nèi)使用和流通，因此人們將它形象地稱為“通用能量貨幣（general currency of energy）”。 細(xì)胞是一個(gè)高效率的能量轉(zhuǎn)換器,生命有機(jī)體中的能量轉(zhuǎn)換是通過電子流動來實(shí)現(xiàn)的。第十七張，PPT共二十頁，創(chuàng)作于2022年6月175.水水是生命有機(jī)體中含量最多的物質(zhì)，一般占體重的60%-70%水有自由水和結(jié)合水，前者流動性大，含量可變，后者主要存在在膠體中，相對穩(wěn)定水分子是極性分子，既是氫鍵的受體，又是氫鍵的供體。水分子的極性和形成氫鍵的能力使其具有高度反應(yīng)性水