第四章化學(xué)與生命科學(xué)

第四章化學(xué)與生命科學(xué)第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日生物具有多樣性，但生物體的化學(xué)組成基本相似 組成生物體的主要元素包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7種元素約占生物體的99.35%，其中C、H、O、N4種元素占96%。

生物體的主要元素第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日生物體都是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖、無機(jī)鹽和水組成。哪一種分子含量最高？不同的生物體，其分子組成也大體相同蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖是組成生物體最重要的生物大分子，水是生物體內(nèi)所占比例最大的化學(xué)成分生命的基本化學(xué)組成：

生命本質(zhì)的一致性第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日人類為了生存，除了需要陽光與空氣外，還必須攝取食物。食物的主要成分：水、無機(jī)鹽、糖類、油脂、蛋白質(zhì)、維生素六大類，通常稱為營養(yǎng)素。其中糖、蛋白質(zhì)和脂肪，是它們提供人體正常能量需求。一、生命體中的重要有機(jī)物成年人的一般活動(dòng)，每天約消耗1萬千焦能量。一個(gè)60公斤體重的男生，平均每天能量消耗大約為12600千焦；一個(gè)55公斤體重的女生，平均每日能量消耗大約為8820千焦。國際衛(wèi)生組織規(guī)定人均日攝取熱量達(dá)到10000千焦（合約2400千卡），就算達(dá)到了溫飽線。美、俄、法、加、澳為1.4－1.5萬千焦，日本為1.2千焦。我國于1982年第二次營養(yǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，全國男女老少平均日攝入熱量為1.04萬千焦，表明我國人民溫飽問題早已基本解決。第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日一、人體內(nèi)分布最廣的有機(jī)物——糖類糖類是綠色植物光合作用的產(chǎn)物，是動(dòng)、植物所需能量的重要來源。我國居民膳食中糖類占80％，每天所攝取的熱能中大約有75％來自糖類。糖是快速能源。糖類是由碳、氫、氧三種元素組成的有機(jī)化合物。糖類的通式為Cn(H2O)m，因此又把它們叫做碳水化合物。第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日目前已知的化學(xué)元素有115種，其中天然元素有92種。92種天然元素中已有81種在人體中被發(fā)現(xiàn)（除He，Ne，Ar，Kr，Xe，F(xiàn)r，At，Ac，Pa，Tc等)。有25種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(xiàn)，I，F(xiàn)e，Mn，Mo，Se，Si，Sn，V與Zn。生命需要約25種元素N元素的循環(huán)第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日細(xì)胞的元素組成第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日上述元素按其在人體所占質(zhì)量的比例是否大于0.01%可劃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(xiàn)，I，F(xiàn)e，Mn，Mo，Se，Si，Sn，V和Zn

微量元素也是生命所必需的！常量元素與微量元素第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日碘是人體所必需的微量元素，成年人每天需碘約0.15mg。微量元素：碘碘缺乏甲狀腺腫碘缺乏克汀病傻笑第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日鐵是維持生命必須的微量元素，女性每天應(yīng)攝入16mg的鐵，而男性每天應(yīng)攝入9mg。微量元素：鐵含亞鐵血紅素的血紅蛋白電鏡下的紅細(xì)胞ThepalmofaKenyanchildwithanaemia缺鐵性貧血的血涂片正常血涂片第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日原子是物質(zhì)的最小單位

原子核

簡(jiǎn)單地說：原子

電子每一種原子中質(zhì)子的數(shù)目為該原子所特有，稱為原子序數(shù)元素由原子組成HydrogenatomHeliumatomUranium-238atom質(zhì)子中子第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日同位素：質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)都相同，但中子數(shù)不同的原子放射性同位素用于元素示蹤：14C放射性同位素用于醫(yī)學(xué)診斷放射性輻射的危害同位素的應(yīng)用Calvincycle第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日電子決定原子的化學(xué)性質(zhì)；最外層中的電子數(shù)決定原子的化學(xué)特性?；瘜W(xué)鍵使原子形成化合物電子的得失——形成離子鍵電子對(duì)共用——形成共價(jià)鍵化合物由元素組成CovalentbondIonicbond第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日水是生命之源，是生命的介質(zhì)水占細(xì)胞總重量的70%左右水占3月齡胎兒體重比例的90%水占初生嬰兒體重比例的80%水占少年人體重比例的75%水占成年人體重比例的70%水占老年人體重比例的65%水是細(xì)胞中不可缺少的物質(zhì)第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日◆人體的血糖：血液中的葡萄糖?！魜碓矗菏澄镏械奶穷?、肝糖原的蓄積、以及某些氨基酸、脂肪酸和乳酸的轉(zhuǎn)化?！羧梭w正常血糖含量為：每100毫升血液中約80—100毫克葡萄糖。正常血糖值范圍第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日糖代謝異常和疾病

健康人的血糖濃度：血液中的葡萄糖即血糖，其濃度是相對(duì)穩(wěn)定的，大約在0.1％左右。當(dāng)血糖的濃度由于消耗而逐漸降低時(shí)，肝糖元又轉(zhuǎn)變成葡萄糖，陸續(xù)補(bǔ)充到血液中。人空腹時(shí)血糖濃度高于120毫克/100毫升血液（正常范圍為80—120毫克

/100毫升血液），就是高血糖；若超過腎糖閾值，即160—180毫克，則為糖尿病。

糖尿病的主要癥狀是高血糖、糖尿、多尿，表現(xiàn)為三多一少，即多飲、多食、多尿、體重減少。糖尿病的主因是體內(nèi)胰島素分泌失調(diào)，引起糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)代謝的紊亂，導(dǎo)致血糖慢性提高。第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日(1)糖代謝的調(diào)節(jié)

使人能夠在一個(gè)正常的環(huán)境下進(jìn)行各種生理活動(dòng)人體需要對(duì)血糖濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日糖代謝異常和疾病

當(dāng)血糖低于60—70毫克，就是低血糖，而低血糖的刺激又會(huì)引起交感神經(jīng)興奮和腎上腺素分泌增加，出現(xiàn)饑俄、四肢無力、面色蒼白、心慌、多汗等癥狀。若血糖繼續(xù)下降至45毫克以下，因腦組織缺乏能量而發(fā)生功能性障礙，嚴(yán)重影響腦部功能，出現(xiàn)暈原、昏選、休克，甚至導(dǎo)致死亡。

每天吃多少糖好？世界衛(wèi)生組織認(rèn)為，每人每日的耗糖量以每千克體重為0.5克左右最佳。過少：兒童影響發(fā)育，成人低血糖；過多：轉(zhuǎn)化為脂肪，肥胖。

吃那種糖好？一般選擇營養(yǎng)豐富的紅糖(含豐富的葡萄糖及鐵、錳、鋅等元素)為好。在人參、黨參、黃茂中富含多糖，其功能是扶本固正、增強(qiáng)免疫力，有助于延緩衰老。

第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日針對(duì)糖尿病病人食品低糖奶粉低糖麥片高纖維素食品無糖食品第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日生活中的糖及其代用品紅糖、白糖、冰糖——蔗糖冰糖最純凈，其次是白糖，紅糖是最粗制的糖。紅糖(含豐富的葡萄糖及鐵、錳、鋅等元素)糖精（鄰磺酰苯甲酰亞胺）：甲苯為原料化學(xué)方法合成，人食用后不會(huì)被消化吸收。糖吃多會(huì)怎么樣？？第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日糖吃多了比吸煙危害更大

每天最好不要超過40克吃糖過多會(huì)導(dǎo)致骨折嗜甜與吸毒有同樣的生理反應(yīng)吃紅糖、低聚糖、糖醇類甜味劑更健康

第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日（4）乳糖不耐受綜合癥我國，九成以上的成年人被乳糖不耐癥困擾，常常在喝了牛奶之后出現(xiàn)消化不良，不吸收現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)腹痛腹瀉等。第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日對(duì)于國人來說，選擇發(fā)酵型乳酸菌奶是有效避免乳糖不耐癥最佳辦法，乳酸菌奶也因易于被腸胃吸收，有助消化，增強(qiáng)人體免疫力等功效被稱為是最佳營養(yǎng)保健乳品。第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、人體內(nèi)的燃料——脂肪什么是脂肪？脂肪類物質(zhì)也是由碳、氫、氧三種元素組成的，此外還含有氮和磷等元素。脂肪類物質(zhì)主要包括脂肪、類脂，它們都能用非極性溶劑(如乙醚、氯仿、苯)從生物細(xì)胞中提取出來。脂肪和油是脂肪酸和甘油的酯。如動(dòng)物油(如豬油、牛油、羊油、奶油及魚肝油)與植物油(如麻袖、豆油、花生油、菜油等)都是甘油三酯的混合物。當(dāng)脂肪酸部分主要是飽和酸時(shí)，常溫呈固態(tài)，叫做脂肪；當(dāng)脂肪酸部分主要是不飽和酸時(shí)，這種酯是液體，叫做油。

第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日6.油脂的抗衰老作用：人的衰老過程，實(shí)質(zhì)是個(gè)氧化過程，人體各種器官、皮膚、肌肉皆因氧化變質(zhì)而逐漸喪失功能。油脂中不飽和脂肪酸含有一個(gè)乃至多個(gè)雙鍵，它們可以通過自我犧牲而減緩人的機(jī)體的氧化進(jìn)程，為人體的健康長(zhǎng)壽作出貢獻(xiàn)。從營養(yǎng)角度看，含不飽和高級(jí)脂肪酸多的油脂—植物油(椰子油除外)有利于人體健康?？献佑?、大豆油中含有大量亞油酸，是人體不可缺少也不能自己合成的必須脂肪酸。調(diào)合油—由于各種油中營養(yǎng)成份含量不一，把兩種或兩種以上植物油按一定比例混合而成的油。WHO推薦：飽和脂肪酸:單不飽和脂肪酸:多不飽和脂肪酸=1:1:1第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日脂肪：人體的能源庫，體內(nèi)熱量的主要來源之一，1g脂肪產(chǎn)生的熱量是等量糖和蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)生的熱量的兩倍功能：防止熱量的散失，維持正常體溫；保護(hù)組織、器官免受震動(dòng)；促進(jìn)脂溶性維生素A、D、E、K的吸收；耐饑餓，能延長(zhǎng)食物在體內(nèi)的消化過程。類脂：磷脂、膽固醇。磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分；膽固醇是各種細(xì)胞的組成成分，維生素D的合成就是以膽固醇為原料的，人體內(nèi)激素、膽汁的合成也以膽固醇為原料。第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日脂肪的消化和功能功能脂肪的消化：在消化過程中，胃液和胰液中的脂酶將脂肪和油水解成脂肪酸和甘油。飽和脂肪酸：攝入過多發(fā)生高血脂和多種心腦血管疾病不飽和脂肪酸：人體脂肪有三種不飽和脂肪酸，亞麻油酸、亞麻油烯酸和花生油烯酸，它們是人體不能合成的必需脂肪酸，有促進(jìn)發(fā)育、減少血小板粘性、保護(hù)皮膚和溶解脂溶性維生素等功用。動(dòng)物性食物中飽和脂肪酸含量高，植物性食物中不飽和脂肪酸含量高。第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日膽固醇血液中膽固醇濃度越高，越容易引發(fā)心血管疾病，如動(dòng)脈硬化，冠心病，腦血栓，腦血管破裂等。膽固醇也是人體各種生物膜的基本材料，對(duì)膜的健全性和保護(hù)細(xì)胞不受毒素的侵害起著重要的作用；合成膽汁的必需原料；可以轉(zhuǎn)化成維生素D；合成激素的基本原料。攝入適量的膽固醇對(duì)健康必需的。豬油，黃油，動(dòng)物肝臟，墨斗魚膽固醇含量較高第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日脂肪攝入過少，皮膚可因缺少脂肪的充盈和滋潤(rùn)，而顯得干澀無光澤。脂肪攝入過多，易使皮下脂肪堆積，引起肥胖。又可造成皮膚脫屑、脂溢性皮炎、痊瘡等皮膚病，影響皮膚健美及美容。第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日脂肪肝：正常情況下，多余脂肪在肝臟內(nèi)合成脂蛋白，將脂肪運(yùn)出肝細(xì)胞，如果肝臟功能下降，或是脂蛋白合成原料——磷脂供應(yīng)不足，造成脂肪在肝臟內(nèi)堆積，形成脂肪肝。脂肪在肝細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)積量超過肝重量5%以上，稱為脂肪肝，嚴(yán)重者脂肪量可達(dá)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（隨著血液運(yùn)輸?shù)浇M織器官）在肝臟中堆積脂肪肝惡化肝硬化第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日正常肝脂肪肝第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日

防止脂肪肝的八種食物：燕麥、玉米、海帶、大蒜、蘋果、牛奶、洋蔥、甘薯。討論：怎么樣防治脂肪肝？4、營養(yǎng)不良者應(yīng)補(bǔ)充蛋白質(zhì)、維生素，吃一些含卵磷脂較多的食物（卵和大豆）。防治脂肪肝最好的辦法就是調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，適當(dāng)休息和運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)健康的生活方式。1、營養(yǎng)過剩及肥胖者，要減少飲食的熱量攝入；2、病毒性肝炎患者應(yīng)調(diào)整免疫，使脂肪代謝恢復(fù)正常；3、酒精性脂肪肝要先戒酒，同時(shí)配合保肝治療；第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日芥子苷存在于菜油籽中，一般含量為3%～10%。菜籽制油后，它主要轉(zhuǎn)移到菜籽餅中。因此用未經(jīng)去毒處理的菜籽餅喂養(yǎng)家畜，常引起中毒，輕者食欲減退、腹瀉，重者停食，呼吸困難，出現(xiàn)血糞和血尿，甚至死亡。芥子甙存在還使菜籽油具有一種不愉快的辛辣味。第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日2、油脂貯藏的訣竅：酸敗用酸值來衡量，酸值大于6的油脂不宜食用。因此，貯存油時(shí)要避光(用深色玻璃瓶，放暗處）、密閉(不與空氣接觸)、干燥，不使用銅、鐵等容器?？稍谟椭屑由倭烤S生素E作抗氧劑，用量控制在0.03%即可。油脂氧氣、水分、微生物或銅、鐵等金屬氧化、水解、分解等甘油、醛、酮、羧酸等各種小分子化合物(味道變澀，有特殊臭味)長(zhǎng)期存放易發(fā)生酸敗第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日3、炒菜時(shí)油鍋中的分解反應(yīng)：菜油中含有黑芥子苷，其受熱分解后產(chǎn)生SO2等一些刺激性小分子，因此用菜油炒菜時(shí)，其“油煙”比其它油更刺鼻難聞。油脂空氣中的O2>250℃丙烯醛環(huán)氧丙醛醛酮(有刺激性臭味)芥子甙結(jié)構(gòu)（R為葡萄糖基）油脂在高溫下的分解反應(yīng)第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日核酸第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

核酸

核酸的化學(xué)——生命的奧秘核酸是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)核酸分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）核酸的基本單元是單核苷酸，由一分子堿基、一分子戊糖和一分子磷酸構(gòu)成。第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日核酸是一類重要的生物大分子，擔(dān)負(fù)著生命信息的儲(chǔ)存與傳遞，以核苷酸為基本單元。核酸分為兩大類：脫氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）主要存在于細(xì)胞核中，其相對(duì)分子質(zhì)量約為106—108核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）相對(duì)分子質(zhì)量約為2500到l06，大部分存在于細(xì)胞質(zhì)中元素組成：CHONP

六、生命的根源物質(zhì)——核酸第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日核酸最先從細(xì)胞核中分離得到，且是酸性，故而得名核酸分為兩類：

脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）DNA存在于細(xì)胞核、線粒體和葉綠體中，是遺傳信息的攜帶者DNA中的遺傳信息先在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄到RNA中RNA然后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，再被翻譯成蛋白質(zhì)∴DNA決定了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日DNA雙螺旋模型

1953年，J.Watson和F.Crick在研究了M.Wilkins和R.Franklin獲得的DNA的X射線衍射圖譜后推斷出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)

1962年，

J.Watson、F.Crick和M.Wilkins獲得諾貝爾獎(jiǎng)核酸第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日DNA分子一般很長(zhǎng)，有成千上萬甚至數(shù)百萬個(gè)堿基對(duì)一個(gè)DNA分子中有多個(gè)基因（gene）基因中核苷酸的專一序列就是一種信息，編碼專一蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)人類基因數(shù)量大約為3～4萬核酸第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日DNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長(zhǎng)鏈互以堿基配對(duì)相連而成的螺旋狀雙鏈分子第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日DNA雙鏈配對(duì)第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日RNA的結(jié)構(gòu)

單鏈，不存在堿基比例關(guān)系局部能形成堿基對(duì)，出現(xiàn)雙螺旋，不配對(duì)區(qū)域形成突起(環(huán))

第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日DNA,RNA和蛋白質(zhì)的進(jìn)化關(guān)系圖解第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日從RNA世界到DNA世界

RNA世界向DNA世界的過渡可以概括如下：地球上最早出現(xiàn)的生物大分子為RNA，RNA同時(shí)具有催化與編碼兩種功能。RNA可以催化肽鍵形成并合成蛋白質(zhì)，此后RNA與蛋白質(zhì)聯(lián)手以RNA為模板合成DNA。這是一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變時(shí)期，生命世界的三大主要多聚分子，RNA、蛋白質(zhì)和DNA的分工基本定形：RNA的編碼功能由DNA取代，催化功能轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)，RNA自身則成為傳達(dá)遺傳信息的中介分子。在現(xiàn)存的生化體系中我們?nèi)钥砂l(fā)現(xiàn)這些原始關(guān)系的珠絲馬跡，RNA分子仍在許多方面保留著其原初的風(fēng)貌。此后由DNA組成的基因組成為生命進(jìn)化的主角。第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日艾根：超循環(huán)理論蛋白質(zhì)和DNA這樣互為因果的復(fù)雜體系的演化不可能先出現(xiàn)其中的某種而引起其他物質(zhì)的產(chǎn)生，只能在不停的循環(huán)和進(jìn)化過程中通過彼此的偶合和協(xié)調(diào)，演化而同時(shí)出現(xiàn)。第四十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)第四十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、生命的存在形式——蛋白質(zhì)

1839年，德國MulderGT將細(xì)胞結(jié)構(gòu)里復(fù)雜多變的，存在于一切活細(xì)胞中的一類大分子定義為蛋白質(zhì)（Protein）。一切重要的生命現(xiàn)象和生理機(jī)制都與蛋白質(zhì)相關(guān)，所以沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。是生命體系中最重要的一類生物大分子，人體肌肉、肝臟、酶直到毛發(fā)，無一不是蛋白質(zhì)。在人體中約有1萬多種蛋白質(zhì)，占人體細(xì)胞干重的80％。是生命活動(dòng)的主要承載者。第四十九頁，共五十三頁