普通生物學(xué)：第二講 生命的化學(xué)基礎(chǔ)

第二講

生命的化學(xué)基礎(chǔ)

知識(shí)框架一、原子與分子二、組成細(xì)胞的大分子三、糖類(lèi)四、脂類(lèi)五、蛋白質(zhì)六、核酸一、原子與分子1、生物體的主要元素生命需要約25種元素生物體的主要元素：C、H、O、N、P、S、Ca等，占99.35%，其中C、H、O、N4種元素占96%。微量元素：含量少于0.01%同位素：質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子。14C2、化合物由元素組成CHON----軌道電子化學(xué)鍵：原子間的電子得失或共用離子鍵(ionicacid):不同電荷離子彼此吸引共價(jià)鍵(covalentbond)：生物大分子化學(xué)鍵的主要形式3、生物體的主要生物分子生物體都是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類(lèi)、糖、無(wú)機(jī)鹽和水組成。不同的生物體，其分子組成也大體相同,水70%蛋白質(zhì)15%核酸7%糖3%水是細(xì)胞中不可缺少的物質(zhì)性質(zhì)：水是極性分子（電負(fù)性）、水分子間形成氫鍵、液體水的水分子具內(nèi)聚力、水分子之間的氫鍵使誰(shuí)能緩和溫度的變化、冰比水輕、水是極好的溶劑、水能電離。

水占約生物體的70％的重量地球上生命起源于水中，陸生生物體內(nèi)細(xì)胞也生活在水環(huán)境中

水的性質(zhì)影響生命活動(dòng)，如：溶劑，酸堿度，pH生死之謎:人體水分流失終結(jié)生命?宮內(nèi)：280晝夜-----宮外：280歲？新生男嬰體內(nèi)的水分占其體重的86.8%，長(zhǎng)大后占71%；年輕成熟男人體內(nèi)的水分占其體重的61%，而一個(gè)81歲的老人則僅占49.8%。所以，隨著機(jī)體水分的消失，人們也漸漸丟掉了自己的性命。無(wú)機(jī)鹽一般以離子狀態(tài)存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HPO42-作用：（1）對(duì)細(xì)胞的滲透壓和pH起著重要作用（2）酶的活化因子和調(diào)節(jié)因子，Mg2+,Ca2+（3）合成有機(jī)物的原料,PO43-合成磷脂、核苷酸（4）動(dòng)作電位、肌肉收縮等，Na+、K+、Ca2+內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：pH值生物生存3~8.5，各種生物、各種組織均有適宜的pH范圍，細(xì)胞中的離子有一定的緩沖能力。二、組成細(xì)胞的大分子碳是組成細(xì)胞各種大分子的基礎(chǔ)。碳最外層有4個(gè)電子空位，極易形成4個(gè)共價(jià)鍵碳架結(jié)構(gòu)排列和長(zhǎng)短決定了有機(jī)化合物的基本性質(zhì)有機(jī)化合物的性質(zhì)取決于功能基團(tuán)。生物體中羥基、羰基、羧基和氨基等幾乎都是極性基團(tuán)，具有親水性，有利于穩(wěn)定于有大量水分子存在的細(xì)胞中。細(xì)胞利用少數(shù)種類(lèi)小分子合成

多種大分子

小分子大分子復(fù)合大分子

單糖多糖糖蛋白氨基酸20

蛋白質(zhì)

糖脂核苷酸4

核酸

脂蛋白

脂類(lèi)

（由小分子到大分子）糖苷鍵肽鍵磷酸二酯鍵合成大分子（脫水聚合）大分子分解（水解）水解反應(yīng)--脫水聚合反應(yīng)三、糖類(lèi)生命活動(dòng)所需能量來(lái)源重要的中間代謝產(chǎn)物（核酮糖）構(gòu)成生物大分子分子識(shí)別作用組成：C:H:O=1:2:1功能：糖的分類(lèi)單糖-構(gòu)成各種糖分子的基本單位寡糖-若少數(shù)幾個(gè)（2-6）單糖分子連接多糖–大量單糖分子的連接結(jié)合糖單糖分類(lèi)己糖丙糖戊糖丁糖重要的單糖同分異構(gòu)體甘油醛果糖半乳糖寡糖麥芽糖(maltose)兩分子葡萄糖由糖苷鍵連接，具還原性蔗糖(sucrose)由一分子葡萄糖和一分子果糖通過(guò)糖苷鍵連接而成，無(wú)還原性,食用的糖主要是蔗糖乳糖(lactose)

半乳糖和葡萄糖結(jié)合而成,存在于哺乳動(dòng)物的乳汁中多糖☆由很多單糖分子縮合脫水而成的分支或不分支的長(zhǎng)鏈分子糖原：動(dòng)物肝臟和肌肉“動(dòng)物淀粉”淀粉：植物的種子，塊根等纖維素：細(xì)胞壁及其支持組織最豐富其他類(lèi)型的多糖粘多糖幾丁質(zhì)果膠Recentresearch透明質(zhì)酸：糖醛酸+乙酰葡萄糖酸

美容保濕、載藥殼聚糖：聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖

殺菌、載藥環(huán)糊精：環(huán)狀低聚糖

載藥、防氧化、掩味

由C、H、O組成，H:O遠(yuǎn)大于2，不溶于水，能溶于非極性溶劑，類(lèi)別較多，結(jié)構(gòu)差異很大功能:生物膜的組成，磷脂儲(chǔ)存能量，脂肪生物表面的保護(hù)層，蠟很好的絕緣體，保溫生物學(xué)活性，維生素Va、Vd，激素：前列腺素四、脂類(lèi)脂肪、磷脂、蠟、類(lèi)脂種類(lèi)：（1）中性脂肪(Fat)和油(Oil)甘油和脂肪酸結(jié)合而成，甘油的每一個(gè)-OH和脂肪酸的-COOH結(jié)合，形成酯鍵。+飽和、不飽和脂肪酸主要的有卵磷脂、腦磷脂、絲氨酸磷脂等。（2）磷脂（phospholipids）磷酸甘油脂，甘油的一個(gè)α-羥基和磷酸結(jié)合成酯。幾乎存在于細(xì)胞的膜系統(tǒng)中，在腦、肺、腎、心、骨髓、卵及大豆細(xì)胞中含量豐富。（3）蠟（wax）由長(zhǎng)鏈脂肪酸和長(zhǎng)鏈一元醇脫水而成，皮膚表面，毛、羽、植物葉及果實(shí)表面以及昆蟲(chóng)體表（4）類(lèi)固醇（steroid）固醇類(lèi)的內(nèi)核由4個(gè)環(huán)組成，一些人體重要維生素和激素是固醇。膽固醇是細(xì)胞的必要成份，血清中的膽固醇太多--動(dòng)脈硬化和心腦血管疾病Recentresearch脂質(zhì)體liposome：藥物載體五、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的功能酶的催化作用運(yùn)載和貯存血紅蛋白卵清蛋白機(jī)械支持毛發(fā)、肌腱免疫保護(hù)抗體產(chǎn)生和傳遞神經(jīng)沖動(dòng)生長(zhǎng)和分化的控制

是細(xì)胞原生質(zhì)的重要組成部分，在生命活動(dòng)中起關(guān)鍵作用，“沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命”。氨基酸氨基酸各異氨基酸的通式R不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)★1、一級(jí)結(jié)構(gòu)2、二級(jí)結(jié)構(gòu)3、三級(jí)結(jié)構(gòu)4、四級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸種類(lèi)，順序肽鍵(peptidebond)每種蛋白質(zhì)，氨基酸有特定的排列方式二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊肽鏈間互相以氫鍵連接起來(lái)的成片層狀結(jié)構(gòu)（不具彈性）多肽主鏈骨架?chē)@長(zhǎng)軸方向卷曲形成（具彈性）氫鍵α-角蛋白：毛發(fā)，指甲，蹄膠原蛋白：真皮，韌帶等球狀蛋白：

α螺旋+不規(guī)則的不成α螺旋的部分，并折疊成球形結(jié)構(gòu)。表面富含親水基團(tuán)，疏水基團(tuán)則聚集在內(nèi)部如:肌紅蛋白，蛋白質(zhì)激素、抗體纖維狀蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)分子圍繞一個(gè)縱向軸纏繞成螺旋狀如：角蛋白等三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)多態(tài)鏈中相對(duì)較遠(yuǎn)的氨基酸,通過(guò)次級(jí)鍵相互作用而在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上折疊,盤(pán)曲組成蛋白質(zhì)的多條肽鏈在天然構(gòu)象空間上的排列方式，多以弱鍵(疏水力、氫鍵、鹽鍵、范得華力等)互相連接。每條肽鏈本身具有一定的三級(jí)結(jié)構(gòu)，就是蛋白質(zhì)分子的亞基。如：血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的各級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白蛋白質(zhì)性質(zhì)★兩性本質(zhì)及等電點(diǎn)：

電泳分離蛋白質(zhì)親水膠體性質(zhì)

變性作用：空間排列高溫紫外滅菌5、核酸1870年miescher首次從核提取到酸性物質(zhì)DNA和RNA分布功能堿基+戊糖

核苷+磷酸核苷酸

poly

聚合

核酸

多個(gè)核苷酸之間通過(guò)3.’5’磷酸二脂鍵連接形成的長(zhǎng)鏈的多核苷酸分子，構(gòu)成核酸的基本結(jié)構(gòu)。核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)堿基戊糖磷酸腺嘌呤A尿嘧啶U胞嘧啶C鳥(niǎo)嘌呤G胸腺嘧啶T戊糖堿基dATPdCTPDNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(雙螺旋)小溝大溝模型于1953年Watson&Crick提出DNA是由兩條反向平行的多核苷酸鏈互以堿基配對(duì)相連（A=T,C三G）,構(gòu)成的雙螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA分子量比較大，每條染色體就是一個(gè)DNA雙鏈分子。染色體

的形成764057*6*40*5=8400有特殊功能的核苷酸ATP能量傳遞分子GTP，CTP和UTP分別參與蛋白質(zhì)，脂類(lèi)和糖原的合成細(xì)胞中重要的二核苷酸：NAD+（輔酶Ⅰ