科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究

走近细胞和组成细胞的分子,第1章,第2讲组成细胞的元素及其化合物,走近细胞和组成细胞的分子,细胞中元素的含量,含量最多的元素是O(干重中是C)数量最多的是H最基本元素是C主要元素是CHON大多以化合物的形式存在,考点一细胞中的元素和化合物,占生物体总重量万分之一以上,大量元素,生命的物质性,构成细胞的化学元素在自然界中都能找到，没有一种是生物体所特有的，说明生物界与非生物界具有统一性，生命是物质的。同一元素在生物界和非生物界的含量不同，说明生物界与非生物界具有差异性。,组成生物体的化学元素,微量元素,C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等,Fe、Mn、Mo、B、Zn、Cu等,必需元素,细胞中的元素和化合物,组成细胞的化合物,无机化合物,有机化合物,水:85%95%(鲜重中含量最高),无机盐:1%1.5%,糖类：,脂类：1%1.5%,蛋白质：7%10%,核酸：,C、H、O,C、H、O（N、P）,C、H、O、N、P、S、Fe,C、H、O、N、P,11.5,细胞中的元素和化合物,元素缺乏与疾病的相关性：,缺Fe：,人体患贫血；果树患黄叶病,缺Ca：,成年人缺钙患骨质疏松症；人血液中缺钙会出现抽搐现象,缺I：,人幼年患呆小症；成年患甲状腺肿大（大脖子病）,缺B：,华而不实（只开花不结果）,缺Zn：,影响人体生长发育、大脑发育和性成熟,缺Si：,患克山病（原发性心脏病）,缺Mg：,影响植物叶绿素的合成，影响光合作用的进行,1据特征元素推测化合物的种类2从化合物的元素组成分析代谢产物：糖类、脂质和蛋白质都含有C、H、O，故其代谢终产物都有CO2和H2O；蛋白质中还有N，其代谢产物中还含有尿素。,考法,一、水的存在形式：1、结合水：与细胞内的其他物质相结合，约4.5功能：细胞的结构成分2、自由水：以游离的方式存在的，可以自由流动的水，约95.5功能：a.细胞内的良好溶剂b.各种化学反应的介质，直接参与细胞内的各种化学反应；c.运输营养物质和代谢废物,考点二细胞中的水,2.影响细胞含水量的因素(1)生物种类：水生生物陆生生物。(2)生长发育阶段：幼儿成年；幼嫩部分成熟部分。(3)组织器官种类与代谢程度：如牙齿骨骼血液。(4)细胞衰老与水含量：衰老的细胞内水分含量减少，细胞萎缩，体积减小，细胞代谢速率减慢。(5)水的存在形式与器官形态的关系：心肌和血液总的含水量差不多，但心肌呈固态，血液呈液态，原因是二者自由水和结合水的比例不同。,二、细胞中水的含量：1、一般地说，水在细胞的各种化学成分中含量最多生物种类的不同，生物体的含水量不同生物体在不同的生长发育期，含水量不同,三、结合水与自由水,细胞中的水,结合水,自由水,生命活动旺盛新陈代谢加快,生命活动缓慢新陈代谢降低,1、结合水和自由水在一定条件下可以相互转化,2、与抗逆性的关系当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。旱生植物比水生植物具有较强抗旱能力，其生理原因之一就是结合水含量较高。,存在状态：主要是离子阳离子：K+、Ca+、Na+、Mg+、Fe2+、Fe3+阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-功能：调节机体渗透压维持酸碱平衡参与生物体的构成和生命活动,考点二细胞中的无机盐,技能训练设计实验科学地设计实验方案应注意：1.实验方案要完整：实验题目假设预期实验观察和收集数据分析推论交流2.实验设计的原则：科学性原则、可行性原则、简便性原则、可重复性原则3.变量的控制：遵循单一变量原则。即一个实验变量对应观测一个反应变量。,实验:检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验原理：某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。如：还原糖+斐林试剂砖红色沉淀脂肪+苏丹橘黄色蛋白质+双缩脲紫色淀粉+碘蓝色,细胞中的元素和化合物,目的要求：尝试用化学试剂检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质。材料用具：1.实验材料：苹果汁、花生种子、花生汁、马铃薯片、豆浆、鲜肝液2.仪器：3.试剂：斐林试剂、苏丹、碘液、双缩脲方法步骤：1实验材料、仪器和试剂的选择2设计记录表格，记录预测结果3检测的方法步骤(1)还原糖的检测和观察;(2)脂肪的检测和观察;(3)蛋白质的检测和观察;,组成元素,C、H、O、N（P、S）,导致,氨基酸,种类：20种,必需氨基酸：8种非必需氨基酸：12种,通式：,C,H,C,H2N,OH,O,R,特点：至少有一个NH2和一个COOH连在同一个C原子上,脱水缩合,多肽,组成蛋白质的氨基酸不同氨基酸的数目不同氨基酸排列顺序不同多肽的空间结构不同,折叠盘旋,蛋白质,结构多样性,功能多样性,构成生物体，如结构蛋白运输作用，如血红蛋白催化作用，如酶调节作用，如胰岛素免疫作用，如抗体,导致,导致,生命活动的主要承担者蛋白质,非必需氨基酸：共12种，人体可自身合成的氨基酸,必需氨基酸：共8种，人体不能自身合成的氨基酸。赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸,20种氨基酸,生命活动的主要承担者蛋白质,氨基酸分子结构通式,C,H,C,H2N,OH,O,R,氨基,羧基,侧链基团,特点：a.每个氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并连在同一个碳原子上。b.R基不同、氨基酸不同。,生命活动的主要承担者蛋白质,C,H,C,H2N,OH,O,R1,C,H,C,N,OH,O,R2,H2,H,H,脱水缩合,OH,H,H,OH,C,H,C,H2N,O,R1,C,H,C,N,OH,O,R2,H,H2O,肽键,二肽,脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基（COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（NH2）相连接，同时脱去一分子的水的结合方式。肽键：连接两个氨基酸分子的化学键（NHCO）,肽：脱水缩合所形成的化合物。几肽以组成的氨基酸数来命名，如二肽，三肽，多肽,肽链:多肽所呈的链状结构叫做肽链,蛋白质结构的多样性,1、氨基酸的种类不同，构成的肽链不同2、氨基酸的数目不同，构成的肽链不同3、氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同4、肽链的数目和盘曲折叠形成的空间结构不同，构成的蛋白质不同以上四点并非同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备其中一点，就可说明两种蛋白质结构不同。,思考,2个氨基酸形成一条肽链，要脱去1分子水，并形成1个肽键。3个氨基酸形成一条肽链，要脱去2分子水，形成2个肽键。那么，n个氨基酸形成一条肽链，要脱去_个水分子，形成_条肽键。n个氨基酸形成m条肽链，要脱去_个水分子，形成_条肽键。如果每个氨基酸的平均相对分子质量为a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为_,n-1,n-m,n-m,n-1,nxa-(n-m)x18,脱去的水分子数,肽键数,nm,氨基酸数肽链数,某蛋白质由n个氨基酸，m条肽链组成，至少含游离氨基（NH2）与游离羧基（COOH）_个。,m,蛋白质分子式通式：C-H-ON,N+1+2K,N+K,氨基数肽链数R基上的氨基数各氨基酸中氨基总数肽键数羧基数肽链数R基上的羧基数各氨基酸中羧基总数肽键数,氨基酸排列顺序与多肽种类的计算,基因表达中氨基酸与相应DNA、mRNA中碱基之间的数量关系如图所示：由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。,基因表达中氨基酸数目与相应DNA、RNA片段中碱基数目的计算,核酸在细胞中的分布,甲基绿和吡罗红两种染料对DNA和RNA的亲和力不同，前者能将DNA染成绿色，后者能将RNA染成红色。将生物的细胞制成装片，用甲基绿和吡罗红的混合染料染色后放在显微镜下观察，就可以掌握DNA和RNA在细胞内的分布情况。,遗传信息的携带者核酸,观察人口腔上皮细胞和植物表皮细胞的染色装片，都是细胞核染成了绿色细胞质染成了红色。说明细胞内的DNA主要存在于细胞核内，RNA主要存在于细胞质内。,洋葱鳞片叶表皮细胞,人口腔上皮细胞,广东省四会市四会中学方仲扬,遗传信息的携带者核酸,DNA和RNA都是由基本单位核苷酸连接而成的长链，都是高分子化合物。,组成核酸的基本单位是核苷酸,每分子脱氧核苷酸和核糖核苷酸分子均是由一个磷酸、一个五碳糖和一个碱基构成的。,广东省四会市四会中学方仲扬,遗传信息的携带者核酸,DNA的化学结构,腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸,基本组成单位：脱氧核苷酸,遗传信息的携带者核酸,脱氧核苷酸链,遗传信息的携带者核酸,多样性：四种脱氧核苷酸的数目、比率和排列顺序不同。,特异性：不同生物个体具有不同的DNA。,DNA分子的多样性和特异性,一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。,不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。,遗传信息的携带者核酸,RNA的化学结构,腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,尿嘧啶脱氧核苷酸,基本组成单位：核糖核苷酸,核糖核苷酸链,遗传信息的携带者核酸,DNA、RNA的主要区别,脱氧核苷酸,核糖核苷酸,脱氧核糖,核糖,A、C、G、T,双螺旋结构,单链结构,细胞核（线粒体、叶绿体）,细胞质,A、C、G、U,遇甲基绿呈绿色,遇吡罗红呈红色,脱氧核糖核酸,核糖核酸,遗传信息的携带者核酸,相同点：两者都是遗传信息的携带者。,核酸,脱氧核糖核酸（DNA）,核糖核酸（RNA）,主要在细胞核的染色体上，少数在线粒体和叶绿体,主要在细胞质中,脱氧核糖核苷酸,核糖核苷酸,五碳糖：脱氧核糖,碱基：,磷酸,A、G、C、T,脱氧核糖,碱基,磷酸,A,腺嘌呤,G,鸟嘌呤,脱氧核糖核苷酸,C,胞嘧啶,T,胸腺嘧啶,五碳糖：核糖,碱基：,磷酸,A、G、C、U,核糖,碱基,磷酸,A,腺嘌呤,G,鸟嘌呤,核糖核苷酸,C,胞嘧啶,T,尿嘧啶,小结,遗传信息的携带者核酸,原核细胞,DNA一般是由几万到几千万个脱氧核苷酸连接而成的双链状高分子化合物。相对分子质量达几百万到几百亿！,核酸是由许多核苷酸连接形成的长链,遗传信息的携带者核酸,RNA一般是由几百到几万个核糖核苷酸连接而成的单链状高分子化合物。相对分子质量达几万到几百万！,广东省四会市四会中学方仲扬,遗传信息的携带者核酸,五碳糖,六碳糖C6H12O6,核糖C5H10O5,脱氧核糖C5H10O4,葡萄糖,果糖,半乳糖,细胞质,细胞核,动植物细胞,植物细胞,动物细胞,组成RNA,组成DNA,构成生物体的重要成分生命活动的重要能源物质,麦芽糖,蔗糖,乳糖,植物细胞,水解为单糖，作为能源物质,动物细胞,纤