生命的化學(xué)基礎(chǔ)課件

生命的化學(xué)基礎(chǔ)2.1原子與分子2.1.1生命需要約25種元素一般說，含量占生物體總重量萬分之一以上的元素稱為大量元素，C、H、0、N、P、S、K、Ca、Mg、Ｃl、Na。凡是重量低于人體體重萬分之一的元素，就叫做微量元素，自然界有三十余種，人體所必需的有十四種，它包括鐵、銅、鋅、鎳、鉻、碘、氟、錫、鉬、釩、硅、鈷、硒、錳。這些元素加起來也只有體重的0．05％。

1973年WHO專家委員會認為必需微量元素共有鐵、鋅、硒、碘、銅、錳、鉻、氟、鉬、鈷、鎳、錫、硅、釩等14種。此外，亦有資料認為鍶、砷、硼為人或動物所必需。1990年FAO/IAEA/WHO三個國際組織的專家委員會重新界定必需微量元素的定義，并按其生物學(xué)的作用將之分為三類：(1)人體必需微量元素，共8種，包括碘、鋅、硒、銅、鉬、鉻、鈷及鐵。(2)人體可能必需的元素，共5種，包括錳、硅、硼、釩及鎳。(3)具有潛在的毒性，但在低劑量時，可能具有人體必需功能的元素，包括氟、鉛、鎘、汞、砷、鋁及錫，共7種。2.1.2

化合物由元素組成水water:85%

無機鹽salts:1.5%

蛋白質(zhì)proteins:10%脂質(zhì)lipids:2%

糖類carbohydrates:0.4%

DNA:0.4%RNA:0.7%2.1.3

水是細胞中不可缺少的物質(zhì)水是極性分子水分子之間會形成氫鍵液態(tài)水中的水分子具有內(nèi)聚力水的比熱最大冰比水輕水是極好的溶劑水能夠電離麥芽糖→葡萄糖+葡萄糖通常存在淀粉水解的組織中，如麥芽。蔗糖→α-葡萄糖+β-果糖食物中的糖主要是蔗糖，如甘蔗、甜菜、水果。纖維二糖→β-葡萄糖+葡萄糖是構(gòu)成纖維素分子的成分。

乳糖→α-葡萄糖+β-半乳糖果存在于動物的乳汁中。2、寡糖2-6個單糖縮合而成的糖。最多的是二糖：細胞壁的組成成分。3、多糖淀粉：以高濃度存于植物中，尤以種子、塊莖、塊根為多，貯藏物質(zhì)。糖原：動物細胞中貯存的多糖，主要在肝臟和肌肉中。纖維素：植物細胞壁及其他支持組織的主要成分，幾乎占整個植物界碳素的一半，是地球上最為豐富的有機人化合物，水解時需纖維素酶，此酶人沒有但食物中纖維素成分能刺激腸道蠕動，減少癌的發(fā)生。幾丁質(zhì)：甲殼類、昆蟲的外骨骼。果膠：類別：2.4脂質(zhì)C、H、OH:O﹥2功能是生物膜的重要成分是貯存能量的物質(zhì)構(gòu)成生物表面的保護層。如皮膚、羽毛及果實外表的蠟質(zhì)。是很好的絕緣體。動物的皮下脂肪有保持正常體溫的作用。是重要的生物學(xué)活性物質(zhì)。如VA、VD、睪酮、腎上腺皮質(zhì)激素、前列腺素等中性脂肪(fat)和油(oil)

兩者都是甘油(醇)和脂肪酸(fattyacid)結(jié)合而成的酯，在植物中稱為油。甘油分子有3個OH，每一個OH和一個脂肪酸的COOH結(jié)合，形成酯鍵，就成一個脂肪分子。脂肪分子沒有極性集團，所以稱為中性脂肪，中性脂肪是高度疏水的。脂肪酸分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸兩類。飽和脂肪酸的C、H上沒有雙鍵，分子可以伸直，緊密并列，需較多熱能才能散開，熔點高，室溫下為固態(tài)。不飽和脂肪酸的C、H上至少有一個雙鍵，并部分扭曲成小彎，分子不能緊密排列，易散開，熔點低，室溫下為液態(tài)。蠟：蠟是由脂肪酸和醇化合而成的酯。但蠟的脂肪酸都是長鏈的，醇也都是長鏈的，并且只有一個—OH基。皮膚表面、毛，羽植物葉及果實表面以及昆蟲體表都有蠟覆蓋，使細胞與外界嚴密隔離，防止細胞失水。磷脂類：磷脂(phospholipids)幾乎全部存在于細胞的膜系統(tǒng)中，在腦、肺、腎、心、骨髓、卵及大豆細胞中含量最高。和脂肪不同之處在于；甘油的一個α—羥基不是和脂肪酸而是和磷酸結(jié)合成酯（磷脂酸）。磷脂分子由于有磷酸和與之相連接的含氨基的化合物，因而是有極性的分子，它的磷酸一端為極性的頭，是親水的，它的2個脂肪酸鏈是非極性的尾，是疏水的。細胞各種膜的形成、結(jié)構(gòu)和特性，都與磷脂分子的極性特征有關(guān)。類固醇這是一類具有特殊芳香族結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們不含脂肪酸，但它們的理化性質(zhì)與脂肪相近。它們不溶于水，而易溶于非極性的有機溶劑，所以習(xí)慣上將它們和脂類放在一起。最熟知的類固醇是在環(huán)戊烷多氫菲上連有一條碳氫鏈的膽固醇(cholester01)。膽固醇是動物細胞膜和神經(jīng)髓鞘的重要成分，與膜的透性有關(guān)。動物細胞線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中也有少量膽固醇。植物細胞不含膽固醇，但含有其他類固醇物質(zhì)，稱為植物固醇(phytoster01)。一些重要的生物活性物質(zhì)，如性激素、維生素D和腎上腺皮質(zhì)激素等都屬于類固醇。萜類從結(jié)構(gòu)上看，萜類(terpenes)和類固醇很相似。萜類不含脂肪酸，而是由不同數(shù)目的異戊二烯連接而成的分子。植物細胞中的類胡蘿卜素(carotenoids)屬于萜類，由8個異戊二烯分子構(gòu)成。β-胡蘿卜素是一種重要的類胡蘿卜素。β-胡蘿卜素分子裂解為二，就成2個分子的維生素A。另一種萜類物質(zhì)是視黃醛(retin01)，是維生素A的氧化物。視黃醛對動物的感光活動有非常重要的作用。此外，維生素E和維生素K也都是萜類。2.5蛋白質(zhì)1、一般特性：蛋白質(zhì)(protein)是細胞和生物體的重要組成成分。細胞干重的一半是蛋白質(zhì)。肌肉、皮膚、血液、毛發(fā)的主要成分都是蛋白質(zhì)。生物膜中蛋白質(zhì)的含量約占60％～70％。植物體由于有豐富的纖維素，蛋白質(zhì)含量相對略少。蛋白質(zhì)在細胞和生物體的生命活動過程中，起著十分重要的作用：生物鐵結(jié)構(gòu)和性狀都與蛋白質(zhì)有關(guān)。蛋白質(zhì)還參與基因表達的調(diào)節(jié)，以及細胞中氧化還原反應(yīng)、電子傳遞、神經(jīng)傳遞乃至學(xué)習(xí)和記憶等多種生命活動過程。在細胞和生物體內(nèi)各種生物化學(xué)反應(yīng)中起催化作用的酶主要也是蛋白質(zhì)。許多重要的激素，如胰島素和胸腺激素等也都是蛋白質(zhì)。此外，多種蛋白質(zhì)，如植物種子(豆、花生、小麥等)中的蛋白質(zhì)和動物蛋白、奶酪等都是供生物營養(yǎng)生長之用的蛋白質(zhì)。有些蛋白質(zhì)如蛇毒、蜂毒等是動物攻防武器。2、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)由C、H、O、N四種基本元素組成，多半還含S，有的還含P、Fe、Zn、Cu等，氨基酸(aminoacids)是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單體。天然存在于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20種。結(jié)構(gòu)上的一個共同特點是，在與羧基一COOH相連的碳原子(α—碳原子)上都有一個氨基，因而稱為氨基酸，它們的不同之處在于它們的不同之處在于它們的側(cè)鏈，即右式中的R，各有不同。一個氨基酸分子中的氨基，與另一氨基酸分子中的羧基脫水縮合，形成肽鍵(peptidebond)，生成的化合物稱為二肽。不同數(shù)目的氨基酸以肽鍵順序相連，這樣形成的長短不一的鏈狀分子，即是肽(peptide)或多肽(polypeptide)。多肽鏈的一端有一個一NH2，帶這個基團的氨基酸稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端有一個--COOH，帶這個基團的氨基酸稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次

蛋白質(zhì)分子是氨基酸連接成的多肽鏈。每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象。

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)：是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目，多肽鏈之間的連接方式和連接部位，二硫鍵的數(shù)目和位置，多肽鏈中氨基酸的數(shù)目、種類和順序等。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

是指蛋白質(zhì)分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。這種周期性的結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或各肽鏈間的氫鍵來維持的。例如，動物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個縱軸纏繞成螺旋狀，稱為α—螺旋。相鄰的螺旋以氫鍵相連，從而保持了構(gòu)象的穩(wěn)定。

球蛋白是一類比纖維蛋白的構(gòu)象更復(fù)雜的蛋白質(zhì)。肽鏈也成α—螺旋。但在α—螺旋之間有不規(guī)則的不成α—螺旋的部分，正是由于這些不成α—螺旋的部分的折疊，使含有α—螺旋的蛋白質(zhì)分子折疊成為球形，是為三級結(jié)構(gòu)。這些不形成螺旋部分的折疊方向是決定球蛋白三級結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)有些球蛋白分子有2個以上肽鏈，這些肽鏈都成折疊的α—螺旋，它們互相擠在一起，并以弱鍵互相連接，形成一定的構(gòu)象，這就是四級結(jié)構(gòu)(quarternarystructure)。

核酸是生物大分子中最重要的一類，最早是瑞士的P．Miescher于1870年從膿細胞的核中分離出來的，由于它們是酸性的，并且最先是從核中分離的，故稱為核酸。核酸分為脫氧核糖核酸和核糖核酸兩大類。DNA主要存在于細胞核內(nèi)的染色質(zhì)中，線粒體和葉綠體中也有，是遺傳信息的攜帶者；RNA在細胞核內(nèi)產(chǎn)生，然后進入細胞質(zhì)中，在蛋白質(zhì)合成中起重要作用。2.6核酸DNA有特殊生物學(xué)功能的核苷酸作為細胞中的“能量貨幣”的三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate)就是其中之一。三磷酸腺苷又稱腺苷三磷酸，簡寫為ATP。在一磷酸腺苷(AMP)的磷酸一側(cè)，以高能磷酸鍵(用～表示)再順序連接上2個磷酸，就成了ATP。

除ATP外，由其他有機堿構(gòu)成的核苷酸也有重要的生物學(xué)功能，如三磷酸鳥苷(GTP