人体中的化学课件

1、人体中的化学,1,人,体,中,化,本章主要内容：生命元素的功能，人体中重要的生命有机化合物 ，人体中的化学反应。,学,的,人体中的化学,2,一：人体内的化学元素概述,二:人体中重要的生命化合物,第1章 人体中的化学,三：人体中的化学反应,按顺序播放,使用说明,人体中的化学,3,第一节人体内的化学元素概述,一、人体中化学元素的分类 二、人体内化学元素的功能,人体中的化学,4,一、人体中化学元素的分类,必需元素 生命过程的某一环节（一个或一组反应）需要该元素的参与，即该元素存在于所有健康的组织中；生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素；存在于体内的生物活性化合物的有关元素；缺乏该元素时会引

2、起生化生理变化，当补充后即能恢复。 常量元素人体内大约含30多种元素，其中有11种为常量元素，它们是：C,H,O,N,S,P,Cl,Ca,Mg,Na,K。这11种元素在人体内的含量为 99.95 %，其余的0.05%为微量元素或超微量元素。微量元素,人体中的化学,5,有益元素即没有这些元素有妨人体健康。 污染元素有20-30种普遍存在于组织中的元素，它们的浓度是变化的，而它们的生物效应和作用还未被人们认识，它们也可能来自环境的沾污，因此称沾污元素。当沾污元素的浓度达到了可以产生能觉察到生理或形态症状时，就可以将沾污元素称为污染元素。,人体中的化学,6,高等动物必需微量元素的确证历史,人体中的化

3、学,7,二、人体内化学元素的功能 元素在人体内所起到的生理和生化作用，主要有以下几个方面： （1）结构材料。无机元素中钙、磷构成硬组织，碳、氢、氧、氮、硫构成有机大分子结构材料，如多糖、蛋白质等。 （2）载体作用。如含有Fe2+的血红蛋白对O2和CO2的运载作用等。 （3）激活作用。人体内约有1/4的酶的活性与金属离子有关。有的金属离子参与酶的固定组成，称为金属酶。金属离子充当了酶的激活剂。 （4）调节作用。体液主要是由水和溶解于其中的电解质所组成。存在于体液中的Na+、K+、Cl-等离子在调节体液的物理、化学特性方面发挥了重要作用。 （5）“信使”作用。化学信号的接受器是蛋白质。Ca2+作为

4、细胞中功能最多的信使，它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质，称钙媒介蛋白质（分子量为16700）。,人体中的化学,8,表4-1 化学元素的生物功能,人体中的化学,9,人体中的化学,10,第二节 人体中重要的生命有机化合物,人体内碳、氢、氧、氮、磷、硫等6个元素，它们是组成人体中氨基酸、蛋白质、脂肪、糖类、酶和核酸等物质的基础，这一节着重介绍这些重要的生命有机化合物。,人体中的化学,11,一、蛋白质,组成基本单位,氨基酸,主要组成元素为碳、氢、氧、氮 有的还含有硫、磷、碘或金属元素（如铁、铜、锌等）,人体中的化学,12,氨基酸的结构,蛋白质是由廿种基本氨基酸组成的。,氨基酸结构通式:

5、,人体中的化学,13,氨基酸的结构,人体中的化学,14,氨基酸的结构,人体中的化学,15,氨基酸的结构,人体中的化学,16,氨基酸的结构,人体中的化学,17,氨基酸的结构,人体中的化学,18,一分子氨基酸的-羧基与另一分子氨基酸-氨基脱水缩合的化合物叫做肽，氨基酸之间通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键）连接而成。,氨基酸之间的连接,人体中的化学,19,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,人体中的化学,20,* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。,*

6、 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,人体中的化学,21,蛋白质的分类,* 根据蛋白质组成成分,* 根据蛋白质形状,人体中的化学,22,蛋白质的分子结构包括 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure),人体中的化学,23,定义 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,蛋白质的一级结构,主要的化学键 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构是

7、蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,人体中的化学,25,蛋白质的高级结构,蛋白质的多肽链并不是线形伸展的，而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。蛋白质的三维构象，也称空间结构或高级结构，是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。高级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所必须的，包括二级、三级和四级结构。,人体中的化学,26,蛋白质的二级结构,主要的化学键： 氢键,人体中的化学,27,蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ),（一） -螺旋,人

8、体中的化学,29,（二）-折叠,人体中的化学,30,（三）-转角和无规卷曲,-转角,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,人体中的化学,31,（四）模体,在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体(motif)。,人体中的化学,32,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,锌指结构,人体中的化学,33,（五）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响,蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或-折叠，它就会出现相应的二级结构。,人体中的化学,34,三、蛋白质的三级结构,整条肽链中全部氨基酸残基的

9、相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,（一） 定义,人体中的化学,36,肌红蛋白 (Mb),人体中的化学,37,亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。,四、蛋白质的四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。,人体中的化学,38,血红蛋白的四级结构,人体中的化学,39,蛋白质的功能多样性,1.催化功能 2.结构功能 3.运输功能 4.贮存功能 5.运动功能 6.防御功能 7.调节功能 8.信息传递功能 9.遗传

10、调控功能 10.其他功能,人体中的化学,40,二、核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,人体中的化学,41,核酸的发现和研究工作进展,1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1968年 Nirenberg发现遗传密码 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年 中国人类基

11、因组计划启动 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架,人体中的化学,42,核酸的分类及分布,人体中的化学,43,核酸的化学组成,1. 元素组成 C、H、O、N、P（910%）,人体中的化学,44,嘌呤(purine),腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),碱 基,人体中的化学,45,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),人体中的化学,46,戊 糖,人体中的化学,47,两类核酸的基本化学组成比较,DNA RNA 嘌呤碱 腺嘌呤 (A ) 腺嘌呤 (A) （Purine b

12、ases ） 鸟嘌呤 (G) 鸟嘌呤 (G) 碱基 (Base) 嘧啶碱 胞嘧啶 (C) 胞嘧啶(C) （Pyrimidine bases） 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶 (U) 戊糖 D-2-脱氧核糖 D-核糖 (Pentose) 酸 磷酸 磷酸 (Acid),人体中的化学,48,核糖核酸（RNA）,脱氧核糖核酸（DNA）,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,戊糖,碱基,核 酸 的 组 成,人体中的化学,49,O,人体中的化学,50,DNA的结构与功能,DNA的结构,DNA的生物学功能,1. DNA的一级结构,2. DNA的二级结构,3. DNA的三级结构,携带遗传信息，并传递遗传信息,人体中的化学,51,

13、四种脱氧核糖核苷酸通过3、5 -磷酸二酯键彼此连接而形成的直线形或环线形分子.,DNA分子中核苷酸的排列顺序.,DNA 的 一 级 结 构,人体中的化学,52,双螺旋结构,即DNA分子的空间结构,DNA 的 二 级 结 构,1. 由两条反向平行的脱氧多核苷酸，围绕一中心轴（假想轴）构成右手双螺旋结构。,人体中的化学,53,2.碱基在双螺旋内侧，磷酸基 与脱氧核糖在外侧，彼此间 以磷酸二酯键相连，构成 的骨架。,双链中相对的碱基按和通过氢键配对连接，形成互补.,人体中的化学,54,DNA 的 三 级 结 构,原核生物,真核生物,没有典型的细胞核结构，,真核生物的三级结构是由分子与组蛋白(hist

14、ine)和非组蛋白(nonhistine protein,NHP)结合组成。,被认为是原核生物的三级结构,被认为是真核生物的三级结构,超螺旋结构,核小体结构,人体中的化学,55,一个个核小体连接成串珠状结构,染色单体,折叠,折叠,人体中的化学,56,DNA的功能,DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。,基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。,人体中的化学,57,三、 糖类,糖类又名碳水化合物，它是生物体中重要的生命有机物之一，如纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖和肝糖等，

15、对于维持动植物的生命起着重要的作用。,人体中的化学,58,糖 的 基 本 知 识,多羟基的醛或多羟基的酮即为糖。,有许多,分类：,单糖、双糖、寡糖、多糖,概念：,结构：,有3种形式，即: 直立式、环式、椅式,异构体：,人体中的化学,59,醛糖与酮糖,醛 糖 Aldose,酮 糖 Ketose,6-磷酸葡萄糖 (glucose 6-phosphate),6-磷酸果糖 (fructose 6-phostpate),人体中的化学,60,常见糖的结构,单糖:,不能被水解成更简单形式的糖称为单糖。,单糖的种类： 根据所含碳原子的多少，分为： 三碳糖（甘油醛、二羟丙酮等） 四碳糖（赤藓糖等） 五碳糖（核糖

16、、核酮糖、木酮糖等） 六碳糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等） 七碳糖（景天糖等）,人体中的化学,61,常见的单糖-葡萄糖(D-glucose),环状 (Haworth projection),椅式 (chair form),开链(straight chain),人体中的化学,62,葡萄糖在体内的作用,葡萄糖是体内糖代谢的中心,（1）葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化产物； （2）葡萄糖在生物体内可转变成其它的糖， 如核糖、果糖、半乳糖、糖原等； （3）葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质； （4）葡萄糖可转变为氨基酸和脂肪酸的碳骨架。,人体中的化学,63,常见的单糖-果糖(D-frucose),D-果

17、糖(D-fructose),人体中的化学,64,常见糖的结构,双糖：由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等.,麦芽糖(maltose),-D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖,人体中的化学,65,常 见 的 双 糖,蔗糖(sucrose),-D-葡萄糖苷-（12）-D-果糖,乳糖(lactose),-D-半乳糖苷-（14）-D-葡萄糖,人体中的化学,66,常见的糖-多糖(polysaccharides),淀粉、纤维素等,定义：,水解产物含6个以上单糖,常见的多糖：,人体中的化学,67,常见的多糖-淀粉(starch),直链淀粉(amylose) 支链淀粉(amylopectin

18、),蓝色: -1,4-糖苷键 红色: -1,6-糖苷键,人体中的化学,68,常见的多糖-糖原(glycogen),人体中的化学,69,糖原在体内的作用,糖原是体内糖的贮存形式,糖原贮存的主要器官是肝脏和肌肉组织 肝糖原： 含量可达肝重的5%(总量为90-100g) 肌糖原： 含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g),人体内糖原的贮存量有限， 一般不超过500g.,人体中的化学,70,糖的主要生理功能, 氧化功能 1g葡萄糖在体内完全氧化可释放16.7kJ的能量。 糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源（正常情况下约占机体所需总能量的5070%）。,人体中的化学,71,糖的主要生

19、理功能,构成组织细胞的基本成分 1、核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分； 2、糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖（统称糖复合物）。 糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。 3、体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。,氧化功能,人体中的化学,72,糖的主要生理功能,转变为体内的其它成分 1、糖是合成脂类(脂肪酸、脂肪)的重要前体； 2、糖在体内可转变成非必须氨基酸的碳骨架。,氧化功能 构成组织细胞的基本成分,人体中的化学,73,四、脂类,脂类是脂肪和类脂的总称，不溶于水 而溶于有机溶剂。,脂类,脂肪又称三酯酰甘油或甘油三脂 (triglycer

20、ide,TG),类脂,胆固醇(cholesterol,Ch) 胆固醇脂(cholesteryl ester,CE),磷脂(phospholipid,PL),糖脂(glycolipid,GL),人体中的化学,74,脂酰甘油类,是甘油与脂肪酸所形成的产物，甘油三酯是脂类中最丰富的一类。,人体中的化学,75,脂肪酸,脂肪酸是具有长碳氢链和一个羧基末端的有机物的总称，分饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。,人体中的化学,76,甘油三酯的结构示意图,人体中的化学,77,脂肪酸的基本结构,低级脂肪酸：碳原子数小于10的脂肪酸； 熔点偏低，常温下呈液态 高级脂肪酸：碳原子数大于10的脂肪酸，常温下为固体,人体中的化学

21、,78,峰蜡的组成,人体中的化学,79,脂肪酸的共性,1、一般为偶数碳原子 2、绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为顺式 3、不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性 4、动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达6个；细菌中还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中有含炔基、环氧基、酮基等 5、脂肪酸分子的碳链越长，熔点越高；不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低,人体中的化学,80,脂质的生物功能,生物膜的组分 是碳及能量的主要储存形式 作为缓冲屏障以防止热、电及机械冲击 保护机体表面以防止感染及水分的过度丢失 溶解一些维生素及激素 是其他重要生理活性物质的前体 参与细胞识别，是与免疫有关的细胞表面物质,人体中的化学,81,