讲生命的化学基础和基本单位.ppt

第五讲 生命的化学基础 第一节 生命的元素组成 第二节 构成生命的基本元件 1 第一节 生命的元素组成 生命的形式多种多样，生命的形态多变， 但是化学成分是同一的。 元素：无机界的 C、H 、O、N 、P 、S 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素 认识生命 认识组成生命的物质 OCHNPS其他 人65%18%10 %8 %1.0 % 0.2 %2.8 % 杆菌 69 % 15 % 11 %8 %1.2 % 1.0 %5.0 % 2 1.1 哪些元素参与生物体的组成？ 参与生物体组成的元素总 共约二、三十种 3 常量元素微量元素 4 “反自然” 现象 （1）自然界：C、H、O 总和 96% （2）地球表面元素的丰度最高的是O、 Si、Al、Fe、Ca 在生物体内，C最高，O第3位， Ca第5，而Fe、Al和Si极微量 生命体与普通物质不同！ 5 为什么是C、H、N、O? H、O、N、C分别共用1，2，3，4个电子 对，是可获得稳定构型的最小原子。 O、N、C能形成多种化学价，如：H2O2 （-1），O2（0），H2O（-2） O是次于F、Cl的第三个跟原子最有亲和 力的原子。 6 1.2 如何判定一种元素的营养学 意义？ 判定方法: （1）让实验动物摄入缺少某一种元素的膳 食，观察是否出现特有的病症 （2）向膳食中添加该元素后，实验动物的 上述特有病症是否消失 （3）进一步阐明该元素在身体中起作用的 代谢机理 7 1925年，Cu：发生冠心病的主要原因， 与酶的活性有关。 1931年，Mg、Mn、Mo：与酶的活性有关 。 1934年，Zn：在青少年的发育生长，癌 症等的发病和防治起有作用。 1935年，Co：与酶的活性有关。 1957年，Se：缺硒产生克山病，与肝功 能，冠心病发病和防治有关。 对人体必需微量元素的认识较晚 8 其它微量元素 Fe：与氧的运送和酶的活性有关，缺少时 引起缺铁性贫血。 I ：缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生 呆小症。 F ：与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿，过 多则斑齿和氟中毒。 Ni：过低会引起急性白血病。 Sn：影响骨钙化速度。 9 1.3 例子 例一、钙 人每天需要摄入多少钙？ 从粪、尿、汗中排出 320-450mg 吸收率约40% 320 100/40 = 800 mg 10 人体每天需要补充多少钙？ 人群钙钙的数量（mg） 成人800 婴婴儿（10个月）400 幼儿（3岁岁）600 少年（10岁岁）800 青年（12-18岁岁）1000 老年1200 孕妇妇/哺乳1500 11 钙几乎参加每一种生理代谢过程 Ca在人体中的含量为 1.2 kg / 70 kg （ 2%），骨骼及牙齿 99%，血浆中 10克。 需要 Ca 参与的生理过程： 肌肉： 肌肉收缩；免疫：白细胞吞噬功 能 循环： 微循环改善；内分泌：激素分泌 骨骼： 骨骼形成；神经：应激性 12 缺钙引起的疾病 婴、幼、少儿-佝偻病 老年人-骨质疏松症 例如： 上海地区骨质疏松症患者 男 20.1%；女 48.1%， 其中60岁以上，男 24.9%；女 75.5% 13 高血压 （还带来别的效应） 缺钙反常钙内流血管 内壁细胞 平滑肌细胞 中钙反常积储 血管内皮细胞钙化，损伤胆 固醇，脂类沉积。细胞因子 分泌血小板，血细胞粘附平 滑肌细胞，或纤维细胞增生 导致动脉硬化 血管外周阻力增大 高血压 血管收缩 14 肾结石肾结石中主要成分是草酸钙， 但是限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。 q 草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可使 草酸在肠道中结成草酸钙，从粪便中排出 q 缺钙 反常钙内流，损伤肾细胞 肾脏对钙回收功能受损 高钙尿液与尿中草酸 结合形成结石 尿钙排出增多 15 影响钙吸收的因 素 维生素D 促小肠吸收钙 促骨骼释放钙 促肾细胞回收钙 降血钙素 抑骨骼释放钙 抑肾细胞回收钙 甲状旁腺素 促小肠吸收钙 促骨骼释放钙 促肾细胞回收 钙 16 例二 锌 17 羧基肽酶 醇脱氢酶 18 例三 铬 19 20 例四 硒 21 第二节第二节 构构成生命的基本元件成生命的基本元件 从生物小分子到生物大分子从生物小分子到生物大分子 2.1 生物小分子与生物大分子的关系 2.2 生物小分子简介 2.3 生物大分子的形成 2.4 生物大分子的高级结构 22 不同类型的细胞，分子组成大致相同， 但是这些物质的相对含量相差很大。 23 2.1 生物小分子和生物大分子的关系 （由小分子到大分子） 小 分子 单 糖 氨 基酸 核苷 酸 脂 类 大 分子 多 糖 蛋 白质 核 酸 复合大 分子 糖蛋白 糖 脂 脂蛋白 24 合成大分子 （聚合） 大分子分解 （水解） 25 2.2 生物小分子简介 （1）水 q 水占生物体的 60 以上的重量 q 地球上生命起源于水中，陆生生物体内 细胞也生活在水环境中。 q 水的性质影响生命活动，如：溶解性质 ，酸碱度，pH 水对生物体非常重要 26 水影响生命活动的例子： 肺泡在水环境中保证 O2 和 CO2 的交 换 水分子间氢键造成水的表面张力，可使 肺泡瘪塌。 肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的 表面张力，使肺泡胀开。 27 （2）氨基酸 氨基酸具有碳 碳上同时连有 一个氨基和羧基 大多数构成蛋白 质的氨基酸具有光 学异构体，均为L型 28 各种氨基酸的区别在侧链基团R 29 氨基酸名称英文缩缩写简简 写氨基酸名称英文缩缩 写 简简 写 甘氨酸GlyG丝氨酸SerS 丙氨酸AlaA苏氨酸ThrT 缬氨酸ValV天冬酰胺AsnN 异亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ 亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY 苯丙氨酸PheF组氨酸HisH 脯氨酸ProP天冬氨酸AspD 甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE 色氨酸TrpW赖氨酸LysK 半胱氨酸CysC精氨酸ArgR 参与蛋白合成的只有20种天然 氨基酸 30 氨基酸的功能 （1）作为组建蛋白质的元件 （2）有的氨基酸或其衍生物具有 生物活性（代谢调节、信号传递等） 31 （3）单糖 多羟基醛 或多羟基酮称 为糖。 32 葡萄糖结构式 天然单糖 大多数是 D-型糖 吡喃型 C1上羟基位置不 同出现-，- 两种构型 33 吡喃型葡萄糖的立体构象 34 单糖的结构特点和生物功能 结构特点 A、有同分异构 体 B、天然单糖大 多数是 D-型糖 C、在水溶液中 五碳糖和六碳糖多 成环状的吡喃型 生物功能 A、作为多糖的 组成元件 B、作为能量分 子 C、组成寡糖参 与细胞信号传递 35 （4）核苷酸 核苷酸分子由三个部分组成：碱基、五碳 糖和磷酸 碱基糖之间是糖苷键；糖磷酸之 间是磷酸酯键 36 碱 基 腺嘌呤A 尿嘧啶U 胞嘧啶C 鸟嘌呤G 胸腺嘧啶T 37 DNA水解液中 RNA水解液中 腺脱氧核苷酸（dAMP） 腺苷酸（AMP ） 鸟脱氧核苷酸（dGMP） 鸟苷酸（GMP ） 胞脱氧核苷酸（dCMP） 胞苷酸（CMP ） 胸腺脱氧核苷酸（dTMP） 尿苷酸（UMP ） 另外还有一些重要的具有生物活性的核 苷酸 参加大分子核酸组成的只有8种 核苷酸 38 ATP参与能量代谢 cAMP和cGMP参与 细胞信号传递 39 （5） 脂类 脂类：生物体内不溶于水而溶于有机溶 剂的各种小分子。 脂类种类很多，分子结构相差较大 A、中性脂肪或油：甘油三脂 B、类脂：磷脂、鞘脂和固醇 40 甘油三酯分子结构 41 磷脂分子结构 42 （1） 磷脂分 子可以看成是一 个极性头，两条 非极性尾巴。 （2） 鞘脂分 子和磷脂不同。 但总体看来，也 可看成一个极性 头，两条非极性 尾巴。 43 磷脂和细胞膜 44 （1）固醇类的内核由 4 个环组成 （2）一些人体重要维生素和激素是固醇 （3）胆固醇是细胞的必要成份 （4）血清中的胆固醇太多会促使形成动脉 硬化和心脑血管疾病 45 （6） 维 生 素 维生素A （视黄醇） 维生素C （抗坏血酸） 维生素E 维生素K （血凝维生素） 46 2.3 2.3 生物大分子的形成生物大分子的形成 生物大分子主要有三大类： 蛋白质 核 酸 多 糖 它们都是由生物小分子单体通 过特有的共价键联结而成。 47 （1）氨基酸通过肽键联成肽链 根据肽链的长短可分为寡肽、多肽和蛋 白质 48 肽链的两端具有不同结构和性 质氨基端和羧基端 49 （2）单糖通过糖苷键联成多糖链 50 糖苷键不同导致多糖的立体结构差异 51 多糖链的两端具有不同结构和 性质还原端和非还原端 52 （3）核苷酸通过磷酸二酯键联 成核酸 53 DNA 和 RNA 在组成成份上有差 别 DNA RNA 脱氧核糖 核糖 有胸腺嘧啶 有尿嘧啶 无尿嘧啶 无胸腺嘧啶 54 5-末端 3-末端 DNA 具 有 方 向 性 磷酸基 糖基 氢键 碱基 55 2.4 2.4 生物大分子的生物大分子的高级结构高级结构 由生物小分子到生物大分子，分子增大 ，出现新的性质。 其中最主要的特点是：生物大分子有独 特的立体结构、空间构型和分子整体形状 。 56 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 螺旋 折叠 蛋白 质的 高级 结构 57 （1）蛋白质的高级结构 蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸 的排列顺序 58 邻近几个氨基酸残基形成的一定的结构形 状 包括： 螺旋 折叠 转角 无规卷曲 无序结构 蛋白质的二级结构 59 平 行 - 折 叠 反 平 行 - 折 叠 - 螺 旋 60 蛋白质的三级结构 整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构 形状。如:纤维蛋白和球状蛋白。 61 蛋白质的四级结构 四级结构是各条肽链之间的位置和结构 ，只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。 62 1953年，Watson & Crick提出的模型 （2）核酸的高级结构 63 DNA双螺旋结构 （1）两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形 成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链。 （2）两条链的碱基都位于中间，碱基平面 与螺旋轴垂直。 （3）两条链对应碱基呈配对关系：AT； GC （4）螺旋直径 2nm，螺距 3.4nm，每一螺 距中含10bp。 DNA双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构， DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助。 64 DNA分子结构的特征 原核生物DNA分子 中有基因重叠现象 真核生物DNA分子 中普遍存在插入顺序( 内含子) 编码的核苷酸顺序 就携带着遗传信息。 ATGCCGAGTCAGACTACGA GENE GENE2 插入顺序编码区 DNA:ACGTGGCCAGCC Thr TrpPro AlaAA: 65 RNA为单链结构 RNA局部形成 碱基配对，形成 高级结构。 66 （3）多糖链的高级结构 不同高级结构 带来不同的生物 学性能 淀粉形成螺旋 状，能源贮存 纤维素呈长纤 维状，结构支架 糖原 淀粉 纤维素 67 （4）维持生物大分子高级结构 的重要因素非共价键 氢键 盐键(离子键) 疏水键 范德华力 二硫键 脂键 68 盐键 (离子键） 氢键 二硫键 疏水键 疏水键 69 非共价键的键强度很小，所以 A、需要多个非共价键才足以维持高级 结构的稳定。 B、高级结构不很稳定。生物大分子变 性就是因为高级结构破坏，大分子性质改 变，生物活性丧失。但是，一级结构尚未 破坏。 70 RNase的变 性和复性 注意：二硫键也在维持蛋白质高级 结构中起重要作用。 71 蛋白质变性使高级结构破坏 变性后的蛋白质分子还能复性 72 本讲摘要 生命的形式多种多样，生命的形态多变，但是化 学成分是同一的。生物体中 C、H、O 、