第二章 生命的化学基础-n.ppt

1、1,第 一 篇 细胞与生物大分子,普通生物学 第一篇 细胞,2,蒙民伟楼1301室； E-mail: ； Tel: 83593389黄 亚 红,普通生物学 第一篇 细胞,3,胡克（Robert Hook，英国）及其发明的显微镜,列文虎克（A. van Leeuwenhoek荷兰）的显微镜,4,19世纪30年代，德国 施莱登、施万提出： 一切植物、动物都由细胞组成， 细胞是一切动植物的基本单位。 施万提出 “细胞学说” 这个术语。,5,所有生物都由细胞和细胞产物所构成； 新细胞只能由原来的细胞经分裂而产生； 所有细胞都具有基本上相同的化学组成和 代谢活性； 生物体总的活

2、性可以看成是生物体的各相 关细胞的相互作用和集体活动的总和。,细胞学说的基本内容,6,电子显微镜：加速的电子束代替可见光，分辨力提高至0.2nm。 电镜样本需经过加工，不能观察活的样本。 种类：透射电镜（TEM）内部结构 扫描电镜（SEM）表面结构,7,分级分离技术可用于研究活的样本 细胞分级分离：细胞破碎后将各种细胞器分开，可分别研究它们的功能。,8,细胞是生命的基础 细胞是生命的基本单位,9,第二章 生命的化学基础 第三章 细胞结构与细胞通讯 第四章 细胞代谢 第五章 细胞的分裂和分化,10, 生物分子与生命现象 任何生物分子 即使核酸、蛋白质等关键性大分子， 离开生物体就没有生命现象；

3、各种生物分子 特有方式组合 （细胞）生命现象；,普通生物学 第1 篇 细胞 第2章 生命的化学基础,11, 了解生命分子 是了解生命本质的基础； 所以，在介绍细胞之前， 本章先介绍组成生物的分子。,12,2.1 原子和分子 2.2 组成细胞的大分子,第二章 生命的化学基础,13,2.1 原子和分子,目前已知的化学元素有119种，其中天然元素有92种。 92种天然元素中已有81种在人体中被发现 （除He，Ne，Ar，Kr，Xe，Fr，At，Ac，Pa，Tc)。 81种元素按其在人体所占质量的比例是否大于0.01%划分常量元素和微量元素。,14,2.1.1 人的生命需要约25种元素,15,表 2-

4、1 人体中存在的元素,16,人体必需的25种元素中， 常量元素有11种，其中C、 H 、O、 N、 P、S、Ca等，占99.35%；而C、H、O、N 4 种元素占96.3%。 微量元素有14种，人体必需，只是需要量极少。不同生物需要量不同，在生物体内作用很大。 举例：碘（I）,17,碘缺乏症,甲状腺肿,呆小症,18, 元素由原子组成，原子是物质的最小单位，半径 (2-3)10-8cm,原子序数：每一种原子中质子的数目称为该原子的原子序数，是该原子所特有。,同位素：质子数和电子数相同，中子数不同的原子称为同位素。,19,2.1.2 化合物由元素组成, 电子决定原子的化学性质；最外层的电子 数决定

5、原子的化学特性。 原子之间怎样发生反应形成化合物？ 电子的共用和得失形成化学键。 电子得失形成离子键。 电子对共用形成共价键 生物大分子化学键的主要形式。,水：两个氢原子分别与氧共用一对电子，通过两个 共价键连接形成。,20,地球上的生命起源于水,水是生命的介质，陆生生物体内细胞也生活在水环境中。,2.1.3 水是细胞中不可缺失的物质,21,太湖蓝藻暴发,22, 水的特性, 水是极性分子； 分子之间形成氢键； 水有较强的内聚力和 表面张力。,23, 水的特性, 水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化 细胞的温度和代谢速率保持稳定; 动、植物维持相对恒定的体温。, 冰比水密度低 有利于水生生物的生

6、存。,24, 水的特性, 水是极好的溶剂。 水是生命所需物质的良好溶剂，也是生命系统中各种化学反应的理想介质。,25,26,新陈代谢包括无数的化学反应，使生物体内的众多物质千变万化。 原子化合成分子和简单分子形成复杂分子时，出现新的性质。 生物体内通过化学键的破坏与形成发生各式各样的重要反应。,2.1.4 化学反应使原子重组,27,细胞都由水、蛋白质、糖类、脂质、核酸、盐类和各种微量的有机化合物组成。,2.2 组成细胞的生物大分子,糖类、蛋白质、核酸和脂质在生命现象中起重要作用，分子极其巨大，被称为 生物大分子。,28,2.2.1 碳是组成细胞中各种大分子的基础, 碳最外层有4个电子空位，极易

7、形成4个共价键; 碳架结构排列和长短决定有机化合物的基本性质。,29, 生物体中的有机化合物主要含有羟基（OH） 、羰基（CO） 、羧基（COOH）和氨基（NH2）等功能基团，这些基团几乎都是极性基团。 功能基团的极性使生物分子具有亲水性，有利于这些化合物稳定存在于含有大量水分子的细胞中。,30,2.2.2 细胞利用少数种类的小分子合成多种大分子, 多聚体：由相同或相似的小分子组成的长链。 单体：组成多聚体的小分子称为单体。,31, 脱水合成：细胞将单体组成多聚体的方式； HO-A-A-A-H+HO-A-H HO-A-A-A-A-H, 水解反应：将多聚体分解为单体的反应。,32,细胞中重要的有

8、机物，含C、H、O三种元素，基本化学式：CH2O。 提供生命活动所需的能源，且是重要的中间代谢物，用来合成重要的生物大分子。 包括小分子的单糖、双糖、三糖等，及由单糖构成的大分子的多糖。,2.3 糖类,33,（1）丙糖如甘油醛和二羟丙酮。 （2）戊糖核糖、脱氧核糖、核酮糖、木糖和阿拉 伯糖。 （3）己糖葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。,单糖：两种存在形式醛糖和酮糖。 重要的单糖有：,2.3.1 单糖和双糖,34,葡萄糖、果糖：分子式 C6H12O6 特点：含许多羟基，并有羰基。 异构体：羰基的位置不同。 结构不同，所以性质也不同与其它分子反 应的能力不同，甜度不同。,葡萄糖,果糖,35,（1）

9、双糖 如麦芽糖、蔗糖、乳糖等。 葡萄糖葡萄糖 麦芽糖 葡萄糖果 糖 蔗糖 （2）其他寡糖 三糖、四糖等。,由几个（26）单糖缩合而成的糖称为寡糖。,双糖：两个单糖缩合而成。,36,2.3.2 多糖,由数百至数千个单糖分子通过脱水合成而形成的多聚体称为多糖。自然界中最多的糖类，淀粉、糖原 、纤维素 三类。,37,淀粉：植物细胞中的储藏营养物，贮存在植物的根和 种子等中，由葡萄糖单体聚合而成。 需要利用糖作为能源或合成其它分子的原料时，将淀粉水解。 糖原：动物细胞中储藏的多糖。 人体内贮存在肝细胞和肌细胞中，需要时将糖原水 解成葡萄糖。 纤维素：植物细胞壁的主要成分，地球上最丰富的 有机化合物。

10、保护细胞、支持植物体的作用。,38,2.4 脂质, 类型： 多种分子 脂肪（油脂） 蜡； 磷脂类（磷酸甘油酯） 类固醇； 萜类。,39, 主要特点 C、H 两种元素为主； 非极性共价键 疏水性； 严格意义上，非大分子 分子质量小， 远小于糖类、蛋白质、核酸； 不是聚合物；,40, 独特的生物学功能 生物膜的重要成分； 储能分子； 生物表面的保护层； 良好绝缘体； 有些是重要生物学活性物质。,41,脂肪 蜡 磷脂类 (磷酸甘油酯) 类固醇 萜类,42,2.4.1 脂肪是脂质中主要的贮能分子,脂肪：由甘油和3个脂肪酸通过脱水合成而形成， 又称甘油三酯或三酰基甘油。 脂肪含多个碳氢链，能量较多，1g

11、脂肪中贮存的 能量是1g淀粉的两倍，因此是主要的贮能分子。,43,2.4.2 磷脂、蜡和类固醇都是脂质,磷脂：细胞膜的重要组分，结构与脂肪类似，只是分子中只有两个脂肪酸，另一个酸为磷酸。,44,蜡：由长链的醇与长链的脂肪酸形成的酯。 高度疏水，可保护生物体的表面。 类固醇：特点碳链为3个六元环和1个五元环。 胆固醇：最常见的类固醇，细胞膜的重要成分，动物体内合成其它类固醇的原料。,45,蛋白质是细胞内行使各种生物功能的生物大分子，占细胞干重的50，在细胞和生物体的生命过程中起着十分重要的作用。,2.5 蛋白质,46,2.5.1 蛋白质为生命活动所必需,蛋白质是生物体内重要的大分子，细胞、组织和

12、机体的结构都与蛋白质有关。 根据功能可分为7大类： （1）结构蛋白：组成细胞结构的基础。 （2）收缩蛋白：与结构蛋白共同起作用。 （3）贮藏蛋白：卵清蛋白为胚胎发育提供了氨基酸。 （4）防御蛋白：抗体与病原体作斗争。 （5）转运蛋白：负责物质转运的蛋白质。 （6）信号蛋白：细胞之间传递信号。 （7）酶：生物催化剂。,47,H R C COOH NH2,氨基酸是蛋白质的结构单体，共20种。,氨基酸通式：,R基团或侧链的结构、长短和电荷的不同，决定各种氨基酸在溶解度以及其它特性上的差异。,2.5.2 蛋白质由20种氨基酸组成,4个基团：氨基、羧基、 H、R,48,多肽-分子量在1,500以上，多个

13、氨基酸通过肽键相连形成的产物。 肽链有方向性，多肽链的一端有一个-NH2，称N-端；另一端有一个-COOH，称C-端。,一个氨基酸分子中的-氨基，与另一氨基酸 分子中的-羧基脱水缩合，形成一个新的共价 键C-N，称为肽键，并合成一个二肽化合物。,49,蛋白质分子有特定的空间结构构象。,2.5.3 蛋白质的结构决定其功能,胰岛素,50,一级结构 ： 在多肽链中，氨基酸残基的顺序称为蛋白质的一级结构。,51,一级结构中部分肽链向单一方向卷曲或折叠而形成的有周期性重复的主体结构或构象。,二级结构 ：,52,氢键,三级结构 ：,疏水性相互作用,二硫键,离子键,53,蛋白质分子的2条或2条以上三级结构的

14、多肽链，相互组合，并以弱键相互连接，形成一定的构象，称为蛋白质的四级结构。,四级结构 ：,54,55,由于小分子物质与蛋白质分子的一个亚单位结合，导致该蛋白质分子及其亚单位的构象发生变化，进而其活性也发生变化，称为变构作用。 蛋白质在重金属盐、酸、碱等的作用下，或是加热至70C100C，或在X射线、紫外线的照射下，蛋白质的多肽链松开，失去其专一的三维形状，从而失去其生物学活性，这种现象称为蛋白质的变性。,蛋白质的变构作用和变性,56,核酸最先从细胞核中分离得到，且呈酸性，故而得名。 核酸分为两类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。 DNA存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，遗传信息的携带

15、者，合成蛋白质的模板； RNA在细胞核中合成，然后进入细胞质，在蛋白质合成中起重要作用。,2.6 核酸,57,1. 核苷酸,核苷酸是组成核酸这种多聚体的单体。,核苷酸,戊糖,含氮碱基,磷酸,58,糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。,1,1,1,1,9,9,1,1,戊糖分子上的第1位C原子与嘌呤或嘧啶结合，形成核苷。,59,5,5,3,3,一个核苷或脱氧核苷与一个磷酸分子结合，形成一 个核苷酸或脱氧核苷酸。,60,2. 核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸(DNA),核苷酸单体通过脱水合成以磷酸二酯键顺序相连形成多核苷酸（核酸），核酸具有方向性 。,61,DNA分子是双链分子，两条单链分子间以A-T、G-C相配对的方式而成螺旋状。,62,DNA双螺旋模型的特点： 多核苷酸链的两个螺旋围绕一个共同的轴 旋转，为右手螺旋。 通过磷酸和戊糖的3，5碳相连而成。 嘌呤碱基和嘧啶碱基在双螺旋内，磷酸根 和戊糖在外。,63, 螺旋直径约为2nm，相邻碱基之间相距 0.34nm并