课件：a化第章生命现象与化学.ppt

第9章 生命现象与化学,21世纪是生命科学的世纪，生命科学以生物体的生命过程为研究对象。 本章主要介绍构成生命的糖类、蛋白质、核酸等基本物质以及生命现象有关的化学知识。,9.1 生命体中的重要有机化合物,糖类 脂类 蛋白质、氨基酸、肽键 酶 核酸,9.1.1 糖类,凡不能被水解的多羟基醛糖或多羟基酮糖称为单糖。例如葡萄糖和果糖。,1) 单糖,（C6H12O6）,单糖不仅有链状结构，还有环状结构：,链状结构 环状结构,单糖果糖,酮糖,单糖一般为无色晶体，具有甜味，能溶于水。,单糖葡萄糖,链状结构,环状结构,（醛糖）,由少数(26个)单糖分子构成的糖称为寡糖（又称低聚糖）。其中以二糖存在最为广泛。例如蔗糖、麦芽糖、乳糖。,乳糖来自乳汁，甜度适中，用于食品工业和医药工业。,蔗糖来自甘蔗和甜菜，就是由葡萄糖和果糖形成的双糖。,麦芽糖来自淀粉，甜度较差，可用做营养基和增养基。,2) 寡糖,麦芽糖 两分子葡萄糖通过 糖苷键连接形成 乳糖 半乳糖和葡萄糖通过 糖苷键连接形成 蔗糖 葡萄糖和果糖通过 糖苷键连接形成,二糖,糖的水解,与生物体相关的多糖 淀粉 糖原 纤维素,3) 多糖,凡能水解为很多个单糖分子的糖为多糖。例如淀粉、糖原和纤维素等。,(C6H10O5)n,无甜味，多糖水解 单糖,（1）淀粉,淀粉有直链淀粉和支链淀粉两类。,直链淀粉：用碘溶液检测呈蓝色。 支链淀粉：用碘溶液检测呈红棕色。,酸或酶 (C6H10O5)n淀粉 nC6H12O6 (葡萄糖) （中间产物；糊精、麦芽糖）,（2）糖原 又称动物淀粉，是动物的能量贮存库。结构与支链淀粉类似。糖原分支更多。,（3）纤维素 是自然界中最丰富的多糖。结构与直链淀粉类似；结构差别在于D葡萄糖单位之间的连接方式不同。,淀粉与纤维素性质不同 淀粉在水中会变成糊状，而纤维素不仅不溶于水，甚至不溶于强酸或强碱。,判断：淀粉是多糖，纤维素也是多糖，所以它们在性质上相似。 （ ）,植物纤维素没有营养，只是促进肠的蠕动，有助消化，使大便膨松，易于排出。 食物纤维的作用： a.促进结肠功能，预防结肠癌 食物纤维吸水性强，在肠道体积膨胀，增大粪便体积，使代谢产生的毒物得以稀释。加强肠道蠕动，缩短粪便在结肠中停留时间。 b.降低胆固醇和血脂 某些食物纤维能与胆固醇及甘油三酯结合从粪便排出，减少酯类吸收，脂类代谢加速，降低冠心病发病率,c.促进消化，防止便秘 膳食纤维在体内不会被消化吸收，但它对肠壁有刺激作用，能引起肠壁收缩蠕动，促进消化液分泌，促进消化排泄。 d.每天1030克粗纤维为佳 蔬菜中粗纤维较多的是：韭菜、芹菜、番茄、黄瓜、卷心菜、茭白、南瓜、苦瓜。 水果中膳食纤维较多的是：香蕉、苹果、桔子、葡萄。 杂粮也是很好的膳食纤维,光合作用,一般是指二氧化碳和水，在日光照射下，借植物叶绿素的帮助，吸收光能而合成碳水化合物的过程。,生物体的能量来源 与其他分子形成复合糖类 对各类生物体的结构支持和保护作用 影响生物体的生命过程，其中有些是 有益的，有些是有害的。,糖类的作用,9.1.2 脂 类,（1）脂肪 甘油三酯(甘油+脂肪酸),脂肪是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油脂，其中甘油的分子比较简单，而脂肪酸的种类和长短却不相同。,脂肪的性质和特点主要取决于脂肪酸。 不同食物中的脂肪所含有的脂肪酸的种类 和含量不一样 自然界中有40多种脂肪酸，可形成多种脂 肪酸甘油脂 脂肪酸一般由4个到24个碳原子组成 脂肪在多数有机溶剂中溶解，但不溶于水。,脂 肪 酸 的 结 构 通 式,脂 肪 酸 的 分 类,按有否不饱和键：,饱和脂肪酸碳链是单键 (动、植物脂肪中，牛 油、棕榈油等) 不饱和脂肪酸 单一不饱和脂肪酸碳链中只有一个双键 (菜油、橄榄油、花生油) 多元不饱和脂肪酸含二个或二个以上双键 (玉米油、葵花籽油),按营养学角度分,非必需脂肪酸,必需脂肪酸,必需脂肪酸必须从食物中获取的 人体自身虽能合成多种脂肪酸，但有几种人体无法合成，必须从食物中获取的脂肪酸叫必需脂肪酸。 亚油酸三者之中最重要，存在于植物油中 亚麻酸 花生四烯酸,必需脂肪酸,亚油酸含量： 棉籽油豆油玉米胚油芝麻油花生油 米糠油鸡肉鸭肉猪肉 亚油酸(6 )进入人体后在酶催化下转化 成r-亚麻酸和花生四烯酸 亚油酸 -亚油酸(3)进入人体后，在同一种酶 催化下转化成3,必需脂肪酸（ 3 族 ）的功能：,促进儿童智力发育、延缓老人大脑、降低血液胆固醇浓度,（1） 6 (多不饱和脂肪酸)玉米油、葵花籽油、谷类 6 摄入过多：致癌、糖尿病、抑郁症，免疫 系统疾病。 （2） 3(单一不饱和脂肪酸) 橄榄油、深海鱼、 绿叶菜(菠菜)、山核 桃、加拿大菜籽油。 3保护心血管、降糖尿病风险、防癌。 （3）联合国粮农组织、世界卫生组织推荐： 6 3 = 11 (目前我国大多数人在301),磷脂 卵磷脂抗氧化剂、防老年痴呆(蛋白质、 大豆、核桃) 类脂 脑磷脂加速血液凝固(脑、骨髓，血液中) 固醇类 胆固醇血管壁上沉积或动脉硬化 类固醇抑制胆固醇的吸收及积蓄,（2）类脂,脂类的作用,主要功能是储存能量与供给能量 促进脂溶性维生素的吸收 维持体温，保护内脏 提供人体所需的必需脂肪酸等。,(1) 供给和贮存热能 1克脂肪氧化产生热量38 KJ 人体能量来源 碳水化合物 70% 脂肪 20% (2) 构成身体组织 类脂中磷脂、糖脂和胆固醇是人体细胞 膜类脂层的基本原料； 糖脂在人脑和神经组织中含量最多，脂 肪不足导致抑郁等精神问题。,脂类功能,(3) 维持体温，保护脏器 皮下脂肪 防止体内热量过度散失 御寒 防止外界辐射热侵入 器官周围脂肪 对脏器起固定支持和保护作用, 防止外力撞击、震动、损伤 (4) 促进脂溶性维生素的吸收 维生素A、D、K、E及B-胡罗卜素，只能溶于脂肪而不溶于水 （如番茄红素靠脂肪才能较好吸收）,(5) 供给必需脂肪酸、调节生理功能 促进人体发育 维持皮肤和毛细血管健康 增加乳液分泌 减轻放射线照射引起皮肤损伤 降低胆固醇，减少血小板粘附、防血栓。 参与前列腺素和精子合成,(6) 提高食品饱腹感和美味、润肠。 亚油酸缺乏皮肤病、生长缓慢、毛发 干燥或断裂、不孕或畸胎。 成人需亚油酸6-8克，占总热能1%-2%为宜。 脂肪营养价值橄榄油植物油动物油,蛋白质是一切生物体的组成成分 所有的蛋白质都含有C，N，O，H元素，大多数蛋白质还含有S或P，也有些含其他元素如Fe，Cu，Zn等。 构成蛋白质的基本单位 氨基酸 氨基酸的结构通式如下：,9.1.2 蛋白质、氨基酸、肽键,人体内的主要蛋白质大约有20种氨基酸组成。,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、 酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、冬氨酸、 谷氨酸、丙氨酸、*缬氨酸、*亮氨酸、*异亮氨酸、脯氨酸、*苯丙氨酸、*色氨酸、*甲硫氨酸、*赖氨酸、*精氨酸、*组氨酸,*代表必需氨基酸；精氨酸、组氨酸对儿童为必需氨基酸，但对成人却不是必需氨基酸。,20种氨基酸,蛋白质中的氨基酸是L-构型。 人体需要L-氨基酸而不能利用D-氨基酸。,肽 键,一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基，通过脱水(缩合反应)，形成一个酰氨键称为肽键，新生成的化合物称为肽。,多 肽,含有n个氨基酸残基的肽称为n肽 命名：从肽键的NH2末端氨基酸残基开始，称为某氨基酰某氨基酰某氨基酸 n肽具有 n! 种不同的排列方式，但只有某些氨基酸并按某几种顺序组合而成的蛋白质存在并与生命或生理活性有关 多个氨基酸失水形成的肽叫多肽,H2N-,-COOH,C-末端,N-末端,氨基酸残基,蛋 白 质,蛋白质分子是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。 按分子形状分：球蛋白：溶于水、易破裂、活性 纤维蛋白：不溶于水、坚韧（指甲） 按化学组成分：简单蛋白：多肽链 复合蛋白：多肽链+铺基 (苷酸、糖脂、色素、金属配离子),蛋白质的结构,一级结构：共价主链的氨基酸顺序。 决定蛋白质的功能 二级结构：蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。 三级结构：二级结构折叠卷曲形成的结构。 四级结构：几个蛋白质分子（称为亚基）聚集成的 高级结构。,示意图,蛋白质的二级结构,示意图,蛋白质的三级结构,蛋白质的四级结构,蛋白质的三级结构和四级结构,蛋白质与生命有着密切的联系,2.调节功能 激素,3.保护和支持功能胶原蛋白,4.运输功能Hb （携氧）,5.储存和营养功能 Mb（储氧）、酪蛋白,6.收缩和运动功能 肌动球蛋白,7.防御和凝血功能 免疫球蛋白、凝血因子,8.识别功能 受体,9.信息传递和基因表达功能 G 蛋白、（非） 组蛋白,1.催化功能 酶,蛋白质的重要性,当蛋白质分子受某些物理因素（如高温、紫外线、超声波、高电压等）和化学因素（如酸、碱、有机溶剂、重金属盐等）的影响时，其结构会被破坏。导致其失去生物活性。 例如：高温蒸煮医疗器械，就是因为高温能使蛋白质变性，从而达到杀菌的目的。,蛋白质的变性,2019/8/5,46,可编辑,又如：甲醛（防腐剂福尔马林的主要成分）会与蛋白质的氨基反应，使蛋白质分子结构发生变化，从而导致失去生物活性并发生凝固。 在许多建筑材料、绝缘材料、家具、清洁剂、化妆品中都含有甲醛，均会成为居室的污染源，对人类的健康造成危害。,9.1.3 酶,定义：是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。 分类 单纯酶全为蛋白质 结合酶蛋白质辅助因子,酶催化作用主要特点： （1）由生物细胞在基因指导下合成，主 要成分为蛋白质。 （2）酶催化反应在比较温和的条件下进行。 （3）酶具有高度的专一性 （4）酶促反应所需活化能低，催化效率 非常高。,酶的专一性,蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应，淀粉酶只对淀粉水解起催化作用，如同一把钥匙开一把锁。,锁钥模型,酶反应的活化能,过氧化氢催化分解的势能图,酶催化的化学反应速率比普通催化剂高1071013倍,新陈代谢,包含物质代谢和能量代谢 物质代谢（中间代谢）指物质在细胞中的合成和分解过程 能量代谢,9.1.4 核酸,- 遗传信息的携带者与传递者,构成生物体的物质中最重要的是蛋白质和核酸,1核酸组成： 核酸以磷酯键相连的许多核苷酸组成 组成核酸的基本单位是核苷酸,2、核酸的分类： 根据核酸中所含戊糖的不同分为:,核糖核酸（RNA) 脱氧核糖核酸(DNA)。,P198表9-2,两类核酸的基本化学组成,AGCT,AGCU,嘌呤和嘧啶,D-核糖和D-2-脱氧核糖,核酸的一级结构,核酸的二级结构 DNA分子的双螺旋结构,逆向平行双螺旋 两链之间有特定的碱基互补规律 （碱基配对） A T（ 通过两个氢键相连 ） G C（ 通过三个氢键相连 ） S 核糖基 P 磷酸基 双螺旋结构的稳定依靠碱基对间的氢键,DNA分子的双螺旋结构,DNA复制要点包括以下几个方面： （1）DNA双螺旋分为两条单链； （2）每条单链作为一个模板进入一个子细胞，按照碱基互补原则，在酶催化作用下，合成出与DNA单链完全互补的新链，形成一个新的DNA分子。 （3）复制出的新DNA与原来的DNA分子完全相同。子代的DNA分子中的两条链，一条来自亲代DNA分子，一条是新合成的，故称半保留复制。,DNA复制示意图,生物体遗传 信息的携带者,生物体遗传 信息的传递者,生命活动的 主要执行者,遗传信息传递的中心法则,DNA的遗传密码,mRNA的遗传密码,蛋白质,核酸与蛋白质的生物合成关系,DNA重组技术（克隆技术）,DNA重组技术的基本过程 （生物固氮）,9.2 基因与遗传信息,基因是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质的遗传信息。 基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。 基因表达：遗传信息由DNARNA蛋白质的表达过程。,所谓人类基因组计划是测定人类基因组的全部DNA序列，从而破译所有遗传密码，揭示生命的奥秘，是系统、全面地解读和研究人类遗传物质DNA的全球合作计划。,人类基因组计划,1990年10月，国际人类基因组计划正式启动，将用15年时间，投资30亿美元，完成30亿对碱基的测序，并对所有基因（10万个）进行绘图和排序。 全球人类基因组计划由美国、英国、日本、法国、德国和中国负责。 人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称人类科学史上的三大工程。,利用分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他生物物种上，赋予了原物种新的特性，以这种转基因过程生产的产品为原料加工的食品称为转基因食品。,转基因食品,1983，世界上第一种基因移植作物是一种含抗生素药类抗体的烟草。 1993年，第一种市场化的转基因食物番茄，在美国出现，并与1996年允许在市场出售。,转基因农作物主要具有三种特性： （1）耐除草剂，即转移了基因后，在使用除草剂时，植物生长，杂草枯萎； （2）抗虫，如抗虫棉； （3）耐除草剂和抗虫两者兼有。,DNA碱基顺序改变引起的生物遗传性变化的现象称为基因突变。 一方面有DNA分子中碱基互变，如正常条件下碱基A应与T配对 ，但由于不同异构体存在导致A与C配对。 另一方面有物理、化学因素，如紫外线、高能射线、电离作用以及一些化学物质，如亚硝酸盐、二恶英、苯并芘等，干扰DNA的正常复制和转录，使DNA复制发生错误。,基因突变,基因工程新药重组人胰岛素,从猪胰脏中提取制备1g胰岛素，至少 需要454 kg猪胰脏，成本高，产量低。 北京大学蛋白质工程及植物基因工程重点实验室以大肠杆菌为表达系统，对重组人胰岛素基因进行发酵生产。（大肠杆菌生产人胰岛素）,DNA鉴定法，用来证明犯罪现场发现的组织或体液确实是属于被指控的罪犯的一种手段。这个化学试验需要现代的方法使DNA在特种酶催化剂的作用下复制成百或成千次，从而使一点从犯罪现场找到的样品能被放大和鉴定。然后采用其他的酶将DNA在特定的位置上切断得到一幅对一个人来说是具有特征性的图象。这个证据可以使一名清白无辜的人获得自由或指出另一人很可能是有罪的。,DNA鉴定与执法,9.3 生物膜,生物膜是一个具有特殊结构和功能的选择性通透膜。 细胞膜是生物膜的一种。 膜主要由脂类、蛋白质和糖类等组成。 生物膜具有的功能主要由膜内所含蛋白质决定。,细胞膜的流动镶嵌模型,细胞膜的功能,能量转换 控制能量物质的进出 物质运送 被动运送： 由高浓度到低浓度，浓度梯度 主动运送： 有选择的运送，能对抗浓度梯度 信息识别与传递,被动运送和主动运送,钠泵模型,9.4 氧自由基与人体健康,自由基：带有未成对电子的分子、原子或离子。 直接或间接由分子氧转化并具有比分子氧活泼的化学反应性的自由基称为氧自由基 氧自由基的反应特点：无专一性 产生：体育运动、吸烟、炎症、药物等,氧自由基的反应,羟自由基的产生（铁螯合物为催化剂） 与生物大分子的反应 SOD催化下的歧化反应,氧自由基对人体健康的影响,可使细胞质和细胞核中的核酸链断裂，导致病变 损伤