绪论和生物大分子2学时

蒋金火,E-mail：jinhuoTel物实验中心213,浙江大学生命科学学院,普通生物学,GeneralBiology,教学安排,绪论,一、生命的基本特征二、生物学的分支科学三、生物学的研究方法,一、生命的基本特征,什么是生命?,生命具有下列特征,1、化学成分的同一性,构建生命必需的元素中,C、H、O、N约96%。,所有生命都是由水,蛋白质,糖类,脂类,核酸,盐类和少量有机化合物构成。水分70%,干物质中大分子约占90%。,2、严整有序的结构,生命的基本结构和功能单位是细胞。-病毒除外有序的结构层次:元素-有机化合物-生物大分子-细胞器-细胞-组织-器官-系统-生物有机体,红辣椒果皮细胞,3、新陈代谢(Metabolism),生物是有选择性的开放系统,生物与环境不断进行物质与能量的交换。包括同化作用与异化作用新陈代谢维持生物体的有序性。,4、生长和发育GrowthandDevelopment,生物都能通过代谢而生长发育,包括:细胞的生长和数量的增加;成熟过程(发育)生长发育是由遗传决定的稳定的过程。,5、繁殖和遗传ReproductionandHeredity,生物通过繁殖使生命和种群得到延续和发展。亲代把自己的特性传给后代-遗传。后代个体有变异(Vatiation)。,6、内稳态(Homeostasis),生物能控制自身的体内环境使其保持相对稳定。,或多或少能够减少生物对外界条件的依赖性。,7、应激性与运动IrritabilityandMovement,生物能接受外界刺激而发生特定反应。是生物的普遍特性。动物的感觉器官和神经系统是应激性高度发展的产物。,8、适应,当环境改变时，机体的细胞，组织或器官通过自身的代谢，功能和结构的相应改变，以避免环境的改变所引起的损伤，这个过程称为适应。,适应有两方面的含义：（1）生物的结构都适应于一定的功能；（2）生物的结构和功能适应于该生物在一定环境条件下的生存和延续。适应是生物界普遍存在的现象。,二、生物学的分支学科,生物学是一级学科,下分十几个二级学科。普通生物学是生物学的一个缩影和通论。,生物学二级学科植物学动物学微生物学遗传学生态学生物化学生理学细胞生物学分子生物学生物数学生物物理学等,实验与理论结合,紫金港校区生物实验楼213,第一篇生命的物质基础,目录一、元素和小分子二、生物大分子1.多糖2.蛋白质3.核酸,一、元素与小分子,必需元素26种,1、生命的必需元素,有益元素钠Na硅Si铝Al钴Co钛Ti钒V锂Li铬Cr硒Se碘I等。,植物必需元素,极性分子高比热高表面张力内聚作用强良好的溶剂,水分子,a.结构和特性,b、生理功能,是原生质中的最大的组分；-自由水和束缚水两种形态；生物代谢反应的底物；是最佳的物质溶剂；保持生物体温的相对恒定。,2、有机小分子,单糖脂类氨基酸核苷酸,单糖（monosaccharides）,由碳、氢、氧三种元素组成的含多羟基的醛类或酮类化合物。,酮基,果糖,葡萄糖,醛基,分子式为（CH2O）nn3根据碳原子的数目分为：三碳糖（丙糖）、四碳糖（丁糖）、五碳糖（戊糖）、六碳糖（己糖）等重要的单糖有甘油醛、核糖和脱氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。,三碳糖,五碳糖,D-2-脱氧核糖,D-核糖,甘油醛,Fischer投影式,葡萄糖,己糖,果糖,半乳糖,以分子中倒数第二个碳原子上羟基在空间的左右来判别构型。,L-葡萄糖D-葡萄糖,123456,L-甘油醛D-甘油醛,单糖的环式结构,戊糖、己糖等单糖分子在溶液中通常不呈链式而呈环式结构。葡萄糖Haworth图,环型结构的形成-半缩醛反应,葡萄糖,核糖,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,1,醛基和倒2位C上的羟基缩合。,环状分子的构型,半缩醛羟基与决定单糖构型的碳原子上的羟基是否同一侧？,双糖（Disaccharide）,由两个单糖分子之间缩合一分子水而形成的聚合物,经酸或酶的水解后可产生2分子单糖。,葡萄糖,果糖,蔗糖,蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖由12-糖苷键连接而成,6,1,麦芽糖（maltose）,麦芽糖,葡萄糖,葡萄糖,两个葡萄糖分子以1，4-糖苷键相连为麦芽糖。,脂类(Lipids),各种脂类分子结构差异较大。不溶于水，易溶于非极性溶剂，如乙醚、氯仿和苯等。包括单脂（中性脂肪）、复脂（磷脂等）、类脂（类固醇和萜类）等。,中性脂肪,又称甘油三酯，是动、植物细胞贮脂的主要组分。一般室温下液态为油(oils)，固态为脂（fats）统称中性脂或油脂。,是甘油和3个脂肪酸分子结合而成的酯。,脂肪酸的通式：CH3-(CH2)n-COOH,n=222。分饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（含1-6个双键）不饱和脂肪酸的熔点较饱和脂肪酸低，故常温下呈液态。必需脂肪酸：亚油酸、亚麻酸等。,磷脂（Phospholipids）,磷脂酸,X,被含氨基的醇所取代,胆碱：卵磷脂胆胺：脑磷脂丝氨酸：丝氨酸磷脂,磷脂（Phospholipids）,卵磷脂分子的结构和性状,类固醇（Steroids）,是一类具有特殊芳香族结构的物质。基本结构为一个由4个碳环构成的环戊烷多氢菲。,胆固醇,雌二醇,皮质醇,睾丸激素,一种男性激素,一种雌性激素,萜类（Terpenes）,异戊二烯衍生物。,异戊二烯,视黄醛,胡萝卜素,氨基酸(aminoacids),天然存在于蛋白质中的氨基酸共有20种。20种氨基酸的差别在于侧链R基团的不同。,与碳原子相连有：一个氨基、一个羧基、一个氢原子、一个以R表示的化学基团。,20种氨基酸,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,甲硫氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,脯氨酸,侧链为非极性的氨基酸,丝氨酸,苏氨酸,半胱氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺,酪氨酸,侧链为不带电荷的极性氨基酸,谷氨酸,天冬氨酸,侧链带负电荷,组氨酸,精氨酸,赖氨酸,侧链带正电荷,核苷酸,磷酸,碱基,戊糖,核苷酸分子=磷酸基+戊糖+碱基,腺嘌呤脱氧核苷酸,碱基种类,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,鸟嘌呤,腺嘌呤,戊糖,核糖和脱氧核糖,2、生物大分子,多糖蛋白质核酸,多糖（Polysaccharides）,由多个单糖（通常为葡萄糖）以糖苷键连接成分支或不分支的长链分子；,常见的多糖:淀粉、纤维素、糖原和几丁质；,淀粉（starch）,植物中最普遍的储藏物质。,-D-葡萄糖以1C和4C连接形成的长链分子。分直链淀粉和支链淀粉。,1，6糖苷键,1，4糖苷键,直链淀粉和支链淀粉以脐点为中心，轮流交替累积成淀粉粒。,淀粉贮藏形式-淀粉粒,糖原（Glycogen）,主链每隔8-12个葡萄糖一个分支，每个分支有12-18个葡萄糖分子。遇碘呈红褐色。,动物细胞中储存的多糖，是动物体主要能源。又称动物淀粉。,纤维素（cellulose）,纤维素为不分支长链。上万个-D-葡萄糖由1、4糖苷键连接而成。,细胞壁组分。,约占植物界碳素总量的50%以上。,几丁质（Chitin）,与纤维素结构相似，2C位的羟基由乙酰氨基替代。,几丁质链,是昆虫和甲壳类动物外骨骼的主要成分。,蛋白质（Protein）,蛋白质的结构酶,肽键与肽,肽键:一个氨基酸分子中的氨基与另一个氨基酸分子的羧基脱水缩合形成。,丝氨酸,甘氨酸,酪氨酸,丙氨酸,亮氨酸,五肽链,不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，形成多肽链。多肽是蛋白质分子的亚单位。,蛋白质的一级结构,蛋白质中多肽链中氨基酸的数目、种类和顺序，二硫键的数目与位置等。,蛋白质的二级结构,指蛋白质分子中的肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体结构或构象。常见有2种类型。螺旋（-helix）蛋白质分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状。折叠片（-pleatedsheet）肽链并列平行伸展,相互间以氢键连接。,蛋白质的三级结构,多肽链在二级结构的基础上再盘绕或折叠形成的三维空间形态。,蛋白质的三级结构,维持三级结构的作用力：氢键范德华力盐键二硫键等,氢键,范德华力,二硫键,盐键,蛋白质的四级结构(quaternarystructure）,蛋白质分子中两条或多条肽链（亚基）以非共价键形成的整个蛋白质特定的结构。,蛋白质的变性,变性（denaturation）：在化学、物理因素等作用下，蛋白质天然空间结构发生改变和破坏，从而失去生物学活性的现象。变性不涉及共价键的破裂，一级结构保持完好。,生命过程的催化剂-酶,酶的概念酶的催化作用机理酶的作用特点影响酶活性的因素,酶是生物活体细胞产生，以蛋白质为主要成分，具催化功能的一类生物催化剂。,酶的催化作用机理,-降低反应活化能,用于克服能障(energybarrier)、启动反应进行所需要的能量。,-活化能(ActivationEnergy),酶的催化特点,反应条件温和-常温、常压、中性PH,受多因素影响,多样,专一一个酶特异性地识别其特定底物,高效过氧化氢酶500万个/分钟,竞争性抑制剂（competitiveinhibitor）非竞争性抑制剂(noncompetitiveinhibitor),影响酶活性的因素,温度的影响,PH的影响,辅助因子的作用,酶的抑制剂,动物体内的酶最适PH多在6-8之间。,杀虫剂DDT-一种神经系统关键酶的抑制剂。青霉素-与细菌合成细胞壁的关键酶的活性中心结合。,核酸（Nucleicacid）,核酸的结构单体为核苷酸分子核酸分脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸(RNA),DNA,RNA,核糖核酸,碱基种类,腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T,脱氧核糖核酸,AGCU尿嘧啶,DNA一级结构,5-磷酸,3-羟基,核苷酸分子通过3，5-磷酸二酯键连接起来,DNA的二级结构-双螺旋模型,1953年，Watson&Crick,两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕；双螺旋平均直径2nm，碱基对之间距离0.34nm,每旋转一周有10个核苷酸。两条核苷酸链依靠碱基间氢键结合在一起。A-TG-C配对,碱基互补原则是DNA复制、转录的分子基础。,碱基,脱氧核糖,5-磷酸,3-羟基,碱基配对原则,T,A,C,G,氢键,核酸的变性、复性和杂交,变性-指核酸的双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键的断裂。因素：热、酸、碱等。复性-指两条彼此分开的链重新结合成为双螺旋结构。杂交,RNA的结构,单链局部碱基能配对形成双螺旋，不能配对的区域形成突起(环),RNA种类：信使RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)核糖体RNA(rRNA),大肠杆菌中RNA组成,RNA类型相对含量分子长