大学生命科学第二章生物的化学组成.ppt

第二章 生物的化学组成 主讲：邱丽娜 一、原子和分子生命的化学基 础 1 1 生物体的生物体的 主要元素？主要元素？ 元 素 组 成 含量最高的必需元素其它必需元素偶然存在的元素 C18.0P1.1000Mn痕量V痕量 H10.0S0.2500Co痕量Mo痕量 N3.0Ca2.0000Cu痕量Li痕量 O65.0K0.3500Zn痕量F痕量 Na0.1500Se痕量Br痕量 Cl0.1500Ni痕量Si痕量 Mg0.0500As痕量 Fe0.0040Ba痕量 I0.0004 生物体都是由蛋白质 、核酸、脂类、糖 、无机盐和水组成 。 哪一种分子含量最高 ？ 2 2 生物体的主要生物分子生物体的主要生物分子 不同的生物体，其分子组成也大体相同 蛋白质、核酸、脂类和 多糖是组成生物体最重 要的生物大分子，水是 生物体内所占比例最大 的化学成分 在生命元素中，碳原 子具有特别重要的 作用，碳原子相互 连接成链或成环， 形成各种生物大分 子的基本结构。 3 3 有机化合物的碳骨架和功能基团有机化合物的碳骨架和功能基团 碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质 生物体中的有机化合物 主要含有羟基、羰基 、羧基和氨基等功能 基团， 这些功能基 团几乎都是极性基团 。功能基团的极性使 得生物分子具有亲水 性，有利于这些化合 物稳定于有大量水分 子存在的细胞中。 生物大分子的基本性质还 取决于与碳骨架相连接的 功能基团 由生物单体分子合成生 物大分子多聚体往往涉 及与功能基团相关的脱 水反应，又称为脱水缩 合反应。 使生物大分子多聚体分 解为单体的分解反应往 往需要有水分子参与， 因此又称为水解反应。 水解反应是脱水缩合反 应的逆反应 脱水缩合反应与水解反应 二、糖类 主要的能源和碳源物质，重要的中间代谢物， 部分参与细胞结构组成； 光合作用的产物； 包括单糖(如核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖)、 寡糖(常见的主要是二糖，如麦芽糖、蔗糖、乳 糖)及多糖(如淀粉、糖原、纤维素、几丁质、果 胶、菊糖、葡聚糖、肝素)； 可与其它物质结合成糖蛋白、糖脂、核酸等， 形成重要的活性分子。 为什么牛羊可以以秸秆为食物而人不可以？ 三、脂类 不溶于水，易溶于有机溶剂。 构成生物膜的重要物质，与细胞的表面 物质、细胞识别及种的特异性、组织免 疫密切相关； 可作为能量贮存在生物体内，构成生物 体的保护层，防止机械损伤和热量、水 分的散失； 有的具有强烈的生物活性。 可分为中性脂肪和类脂（蜡和磷脂）等 n n 中性脂肪(动物-fat)和油(植物-oil) 由甘油醇和脂肪 酸结合成的酯。 又称磷酸甘油脂，与 脂肪不同之处在于甘 油的一个羟基不是与 脂肪酸结合成酯，而 是与磷酸及其衍生物 (如磷酸胆碱)结合， 形成卵磷脂 n n 磷脂 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一 端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其 中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折 结构蛋白 伸缩蛋白 贮存蛋白 保护蛋白 运输蛋白 激素蛋白 信号蛋白 酶和辅酶 四、 蛋白质 n 蛋白质的主要种类和功能 l 氨基酸结构的共同特点 在于，在与羧基相连的 碳原子（-碳原子）上 都有一个氨基，另一个 R基。 n 蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子 l 不同氨基酸 其R基各不相 同，R基的结 构决定了20种 氨基酸的特殊 性质 NH l 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱水 缩合，形成肽键并生成二肽二肽化合物。不同数目的 氨基酸以肽键顺序相连形成多肽多肽，多肽形成蛋白 质分子的亚单位。 蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构 和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的 功能便立即丧失。 n 蛋白质结构与功能的关系 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 n 蛋白质的空间结构 一级结构一级结构：是共价连接 的氨基酸残基的序列，它描 述的是蛋白质的线性的（或 一维）结构。 胰岛素由51个氨基酸组成 二级结构：二级结构：是通过肽键中的酰胺氮和羰基氧之间形成的氢 键维持的，一级结构盘绕 折叠 形成的有规律的结构单元, 包括-螺旋、-折叠和转角等。 （4条-螺旋） 原纤维 微原纤维 （11条原纤维） 巨原纤维 纺锤体型 皮质细胞 角质膜 皮质 髓质 头发 思考题: 毛 发在湿热条 件下可以拉 长到原有长 度的2倍, 为 什么? 烫发实际上是一个生物化学过程 还原做卷 氧化 头发中的原纤维和巨原纤维的结构都是通过二硫键交联的，大大 增加了整体结构的稳定性。 -折叠 丝制品很柔软, 不能拉伸. 肌红蛋白 三级结构三级结构：是指一条多肽链形成紧密的一个或多个球状单 位或结构域，三级结构的稳定依赖于非相邻的氨基酸残基 侧链的相互作用。 四级结构：四级结构：并不是每个蛋白质都具有的，只有那些是由两条 或两条以上多肽链组成的蛋白质才具有四级结构，每一条肽 链也称之亚基，肽链可以是相同的，也可以是不同的。 蛋白质结构的研究方法 核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成 核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA), 都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。 五、 核酸 贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码蛋白质 的氨基酸序列，从而决定蛋白质的功能。通过蛋白质的 作用，DNA实际上控制着细胞和生物体的生命过程 DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的，即遗传信 息由DNA转录到RNA，后者决定蛋白质的氨基酸序列 DNA分子为双链，由两条脱氧核糖核苷酸长链碱基 互相配对，形成双螺旋结构；RNA分子一般为单链( 如t-RNA)； 脱氧核 苷酸的 结构 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 ？ 核苷酸的结构 磷酸 核糖 含氮碱基 ？ DNA的碱基是A、T、G、C. RNA的碱基是A、U、G、C 。 DNA的平面结构 两条脱氧核苷酸链 反向平行 双链的中间是碱基 对 双链的两侧是磷酸 和脱氧核糖的交互 排列 碱基互补配对原则 是： A与T配对； G与C配对 C AT G C G T A C G GC C G RNA的组成 RNA大多是单链分子； 含核糖； 碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞 嘧啶和尿嘧啶； 3种RNA：信使RNA （mRNA），核糖体RNA （rRNA）和转运RNA（tRNA ） RNA与DNA的主要差别 ？ RNA与DNA的主要差别 （1）RNA大多是单链分子； （2）含核糖而不是脱氧核糖； （3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T） ，而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（ T）。 n DNA双螺旋结构的发现 n1951年 Watson 23岁 n丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 n英国剑桥大学Cavendish实验室 nCrick， 31岁 n伦敦大学Kings实验室 n女科学家Franklin nWilkins教授 Randall教授 nDNA应该是双螺旋 nA与T、 C与G巧妙连接 n符合X衍射数据 DNA的复制 n1953年2月28日，Waterson 和Crick用金属线又制出了新的 DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。 六 、大分子结合物 n糖蛋白 n核蛋白 n糖脂 n脂蛋白 糖蛋白 糖同蛋白质的共价结合物 生物学功能： （1）具有酶或激素活性如：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶 、促性腺激素、卵泡刺激激素等 （2）具有转运金属和激素的作用，如：转铁蛋白、甲状腺素 结合球蛋白等 （3）参加血液凝结作用：纤维蛋白原 （4）作为保护剂和润滑剂：粘蛋白 （5）作为各种生物膜的组成成分和支持结构，细胞膜的选择 性通透作用也收到糖蛋白的控制 （6）其他生物功能，如糖蛋白与生物体免疫和血型区分有关 核蛋白 核酸与蛋白质结合 比较重要的核蛋白存在形式： （1）病毒：非细胞生物，主要有蛋白质和 核酸组成 （2）染色质：核酸和蛋白质组成 （3）核蛋白体：核糖体与蛋白质组成，是 蛋白质生物合成的场所 糖脂 糖脂是一类具有一般脂类溶解性质的含糖 脂质,包括脑糖脂、神经节糖脂、甘油醇糖 脂等 脂蛋白 脂同蛋白质的结合物 脂蛋白中脂质与蛋白质之间没有共价键结 合，多数是通过脂质的非极性部分与蛋白 质组分之间以疏水性相互作用而结合在一 起。 猪肉为长寿食品？ 生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的 基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、 核酸、脂类和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的 单体脱水缩合而成。 糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要 中间代谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白 等重要生物大分子，糖类又是生命活动的主要能源。 脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非 极性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪 酸结合成的脂类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。 蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动 过