05讲-生命的化学基础ppt课件

1、1第五讲第五讲 生命的化学基础生命的化学基础 第一节第一节 生命的元素组成生命的元素组成 第二节第二节 构成生命的基本元件构成生命的基本元件2第一节第一节 生命的元素组成生命的元素组成生命的形式多种多样，生命的形态多变，生命的形式多种多样，生命的形态多变，但是化学成分是同一的。但是化学成分是同一的。元素：无机界的元素：无机界的 C、H 、O、N 、P 、S分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素认识生命认识生命 认识组成生命的物质认识组成生命的物质OCHNPS其他其他人人65%18%10 %8 %1.0 % 0.2 %2.8 %杆菌杆菌 69 % 15 % 11 %

2、8 %1.2 % 1.0 %5.0 %31.1 哪些元素参与生物体的组成？哪些元素参与生物体的组成？参与生物体组成的元素参与生物体组成的元素总共约二、三十种总共约二、三十种4常 量 元 素 微 量 元 素 元 素 体 重 % 干 重 % 元 素 含 量 (m g ) 日 推 荐 量 (m g ) C 9 .4 6 1 .7 F e 4 5 0 0 1 0 -1 8 H 6 5 5 .7 F 2 6 0 0 0 .1 4 O 2 5 .5 9 .3 Z n 2 0 0 0 3 1 5 N 1 .4 11 S i 2 4 1 g S e 1 3 1 0 2 0 0 u g P 0 .2 2 3 .

3、3 M n 1 2 0 .5 5 S 0 .0 5 1 .0 I 11 4 0 1 5 0 u g M o 9 0 .1 5 0 .5 N a+ 0 .0 3 0 .7 C r 6 1 0 2 0 u g K+ 0 .0 6 1 .3 C o 1 .1 1 4 0 5 8 0 u g M g+ 2 0 .0 1 0 .3 N i C a+ 2 0 .3 1 5 .0 S n C l 0 .0 8 0 .7 V S r B A l 常量元素常量元素微量元素微量元素5“反自然景象反自然景象 C、H、O 自然界：总和自然界：总和 96%元素丰度元素丰度地球表面：前五位是地球表面：前五位是O、Si、A

4、l、Fe、Ca生物体内：生物体内：C最高，最高，O第第3位，位，Ca第第5，而，而Fe、Al和和Si极微量极微量生命体与普通物质不同！生命体与普通物质不同！6为什么是为什么是C C、H H、N N、O?O?H、O、N、C分别共用分别共用1，2，3，4个电子个电子对，是可获得稳定构型的最小原子。对，是可获得稳定构型的最小原子。O、N、C能形成多种化学价，如：能形成多种化学价，如：H2O2（-1），），O20），），H2O（-2）O是次于是次于F、Cl的第三个跟原子最有亲和力的第三个跟原子最有亲和力的原子。的原子。71.2 如何判定一种元素的营养学如何判定一种元素的营养学意义？意义？让实验动物摄入

5、缺少某一种元素的膳食，观让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食，观察是否出现特有的病症察是否出现特有的病症向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失有病症是否消失进一步阐明该元素在身体中起作用的代谢机进一步阐明该元素在身体中起作用的代谢机理理81925年，年，Cu：发生冠心病的主要原因，与：发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。酶的活性有关。1931年，年，Mg、Mn、Mo：与酶的活性有关。：与酶的活性有关。1934年，年，Zn：在青少年的发育生长，癌症：在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。等的发病和防治起有作用。1935年，年，Co：与

6、酶的活性有关。：与酶的活性有关。1957年，年，Se：缺硒产生克山病，与肝功能，：缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防治有关。冠心病发病和防治有关。对人体必需微量元素的认识较晚对人体必需微量元素的认识较晚9其它微量元素其它微量元素Fe：与氧的运送和酶的活性有关，缺少时引：与氧的运送和酶的活性有关，缺少时引起缺铁性贫血。起缺铁性贫血。I ：缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆：缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症。小症。F ：与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿，过多：与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿，过多则斑齿和氟中毒。则斑齿和氟中毒。Ni：过低会引起急性白血病。：过低会引起急性白血病。Sn：影响骨钙

7、化速度。：影响骨钙化速度。101.3 几个例子几个例子 例一、钙例一、钙人每天需要摄入多少钙？人每天需要摄入多少钙？ 从粪、尿、汗中排出从粪、尿、汗中排出 320-450mg 320-450mg 吸收率约吸收率约40% 40% 320 320 100/40 = 800 mg 100/40 = 800 mg11人体每天需要补充多少钙？人体每天需要补充多少钙？人群人群钙的数量（钙的数量（mg）成人成人800婴儿（婴儿（10个月）个月）400幼儿（幼儿（3岁）岁）600少年（少年（10岁）岁）800青年（青年（12-18岁）岁）1000老年老年1200孕妇孕妇/哺乳哺乳150012钙几乎参加每一种生

8、理代谢过程钙几乎参加每一种生理代谢过程Ca在人体中的含量为在人体中的含量为 1.2 kg / 70 kg （2%），），骨骼及牙齿骨骼及牙齿 99%，血浆中，血浆中 10克。克。需求需求 Ca 参与的生理过程：参与的生理过程：肌肉：肌肉： 肌肉收缩；免疫：白细胞吞噬功肌肉收缩；免疫：白细胞吞噬功能能循环：循环： 微循环改善；内分泌：激素分泌微循环改善；内分泌：激素分泌骨骼：骨骼： 骨骼形成；神经：应激性骨骼形成；神经：应激性13缺钙引起的疾病缺钙引起的疾病婴、幼、少儿婴、幼、少儿-佝偻病佝偻病老年人老年人-骨质疏松症骨质疏松症例如：例如：上海地区骨质疏松症患者上海地区骨质疏松症患者男男 20.

9、1%；女；女 48.1%，其中其中60岁以上，男岁以上，男 24.9%；女；女 75.5%14高血压高血压（还带来别的效应）（还带来别的效应）缺钙缺钙反常钙内流反常钙内流血管血管 内壁细胞内壁细胞平滑肌细胞平滑肌细胞 中钙反常积储中钙反常积储血管内皮细胞钙化，损伤胆血管内皮细胞钙化，损伤胆固醇，脂类沉积。细胞因子固醇，脂类沉积。细胞因子分泌血小板，血细胞粘附平分泌血小板，血细胞粘附平滑肌细胞，或纤维细胞增生滑肌细胞，或纤维细胞增生导致动脉硬化导致动脉硬化血管外周阻力增大血管外周阻力增大高血压高血压 血管收缩血管收缩15肾结石肾结石肾结石中主要成分是肾结石中主要成分是草酸钙，但是限制钙摄入恰恰草

10、酸钙，但是限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。会使肾结石加重。q 草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可使草酸在肠道中结成草酸钙，从粪便使草酸在肠道中结成草酸钙，从粪便中排出中排出q 缺钙缺钙反常钙内流，损伤肾细胞反常钙内流，损伤肾细胞 肾脏对钙回收功能受损肾脏对钙回收功能受损高钙尿液与尿中草酸高钙尿液与尿中草酸结合形成结石结合形成结石尿钙排出增多尿钙排出增多16结直肠癌：结直肠癌：Ca2+高脂膳食刺激高脂膳食刺激钙与脂酸结合钙与脂酸结合排出体外排出体外高胆汁酸高胆汁酸刺激直肠细胞癌变刺激直肠细胞癌变钙与胆汁酸结合钙与胆汁酸结合排出体外排出体外17影响钙吸收的因素影响钙吸收

11、的因素 维生素维生素D D促小肠吸收钙促小肠吸收钙促骨骼释放钙促骨骼释放钙促肾细胞回收钙促肾细胞回收钙降血钙素降血钙素抑骨骼释放钙抑骨骼释放钙抑肾细胞回收钙抑肾细胞回收钙甲状旁腺素甲状旁腺素促小肠吸收钙促小肠吸收钙促骨骼释放钙促骨骼释放钙促肾细胞回收钙促肾细胞回收钙18例二例二 锌锌19羧基肽酶羧基肽酶醇脱氢酶醇脱氢酶20例三例三 铬铬2122例四例四 硒硒232.1 生物小分子与生物大分子的关系生物小分子与生物大分子的关系2.2 生物小分子简介生物小分子简介2.3 生物大分子的形成生物大分子的形成2.4 生物大分子的高级结构生物大分子的高级结构24不同类型的细胞，分子组成大致相同，不同类型的

12、细胞，分子组成大致相同，但是这些物质的相对含量相差很大。但是这些物质的相对含量相差很大。252.1 生物小分子和生物大分子的关系生物小分子和生物大分子的关系（由小分子到大分子）（由小分子到大分子）小分子小分子单单 糖糖氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸脂脂 类类大分大分子子多多 糖糖蛋白质蛋白质 核核 酸酸复合大分子复合大分子糖蛋白糖蛋白糖糖 脂脂脂蛋白脂蛋白26合成大分子合成大分子 （聚合）（聚合）大分子分解大分子分解 （水解）（水解）272.2 生物小分子简介生物小分子简介（1 1水水q 水占生物体的水占生物体的6060以上的重量以上的重量q 地球上生命起源于水中，陆生生物体内地球上生命起源于水中，

13、陆生生物体内细胞也生活在水环境中。细胞也生活在水环境中。q 水的性质影响生命活动，如：溶解性质，水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度，酸碱度，pH pH 水对生物体非常重要水对生物体非常重要28水影响生命活动的例子：水影响生命活动的例子：肺泡在水环境中保证肺泡在水环境中保证 O2 O2 和和 CO2 CO2 的交换的交换水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡瘪塌。泡瘪塌。肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面张力，使肺泡胀开。面张力，使肺泡胀开。2930（2氨基酸氨基酸氨基酸具有氨基酸具有碳碳碳上同时连有一碳上同时连

14、有一个氨基和羧基个氨基和羧基大多数构成蛋白大多数构成蛋白质的氨基酸具有光质的氨基酸具有光学异构体，均为学异构体，均为L型型 31各种氨基酸的区别在侧链基团各种氨基酸的区别在侧链基团RR32氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写简简 写写氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写简简 写写甘氨酸GlyG丝氨酸SerS丙氨酸AlaA苏氨酸ThrT缬氨酸ValV天冬酰胺AsnN异亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF组氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW赖氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR参与蛋白合成的只有参与蛋白合

15、成的只有2020种天然种天然氨基酸氨基酸根据侧链结构和性质，可把根据侧链结构和性质，可把20种种氨基酸分成不同的组氨基酸分成不同的组疏水氨基酸：亮氨酸疏水氨基酸：亮氨酸亲水氨基酸：丝氨酸亲水氨基酸：丝氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸碱性氨基酸：精氨酸碱性氨基酸：精氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸含羟基氨基酸：苏氨酸含羟基氨基酸：苏氨酸带环氨基酸：酪氨酸带环氨基酸：酪氨酸34氨基酸的功能氨基酸的功能（1 1作为组建蛋白质的元件作为组建蛋白质的元件（2 2有的氨基酸或其衍生物具有生有的氨基酸或其衍生物具有生物活性代谢调节、信号传递等）物活性代谢调节、信号传递等）35（3单糖

16、单糖多羟基醛或多羟基醛或多羟基酮称多羟基酮称为糖。为糖。36葡萄糖结构式葡萄糖结构式天然单糖天然单糖大多数是大多数是 D-D-型糖型糖吡喃型吡喃型C1上羟基位置不上羟基位置不同出现同出现-，-两两种构型种构型 37吡喃型葡萄糖的立体构象吡喃型葡萄糖的立体构象38单糖的结构特点和生物功能单糖的结构特点和生物功能结构特点结构特点有同分异构体有同分异构体天然单糖大多数是天然单糖大多数是 D-型糖型糖在水溶液中五碳糖在水溶液中五碳糖和六碳糖多成环状和六碳糖多成环状的吡喃型的吡喃型生物功能生物功能作为多糖的组成元作为多糖的组成元件件作为能量分子作为能量分子组成寡糖参与细胞组成寡糖参与细胞信号传递信号传递

17、39（4核苷酸核苷酸核苷酸分子由三个部分组成：碱基、五碳糖核苷酸分子由三个部分组成：碱基、五碳糖和磷酸和磷酸碱基碱基糖之间是糖之间是糖苷键；糖糖苷键；糖磷酸之间磷酸之间是磷酸酯键是磷酸酯键 40碱 基腺嘌呤A尿嘧啶U胞嘧啶C鸟嘌呤G胸腺嘧啶T参加大分子核酸组成的只有参加大分子核酸组成的只有8 8种核种核苷酸苷酸DNA水解液中水解液中 RNA水解液中水解液中腺脱氧核苷酸腺脱氧核苷酸dAMP） 腺苷酸腺苷酸AMP）鸟脱氧核苷酸鸟脱氧核苷酸dGMP） 鸟苷酸鸟苷酸GMP）胞脱氧核苷酸胞脱氧核苷酸dCMP） 胞苷酸胞苷酸CMP）胸腺脱氧核苷酸胸腺脱氧核苷酸dTMP） 尿苷酸尿苷酸UMP）另外还有一些重

18、要的具有生物活性的核苷酸另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸42 ATP参与能量代谢cAMPcAMP和和cGMPcGMP参与参与细胞信号传递细胞信号传递43（5） 脂类脂类脂类：生物体内不溶于水而溶于有机溶脂类：生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。剂的各种小分子。脂类种类很多，分子结构相差较大脂类种类很多，分子结构相差较大 A A、中性脂肪或油：甘油三脂、中性脂肪或油：甘油三脂 B B、类脂：磷脂、鞘脂和固醇、类脂：磷脂、鞘脂和固醇44甘油三酯分子结构甘油三酯分子结构45磷脂分子结构磷脂分子结构46（1 1磷脂分子可磷脂分子可以看成是一个极以看成是一个极性头，两条非极性头，两条非极性

19、尾巴。性尾巴。（2 2鞘脂分子和鞘脂分子和磷脂不同。但总磷脂不同。但总体看来，也可看体看来，也可看成一个极性头，成一个极性头，两条非极性尾巴。两条非极性尾巴。47磷脂和细胞膜磷脂和细胞膜48（1 1固醇类的内核由固醇类的内核由 4 4 个环组成个环组成（2 2一些人体重要维生素和激素是固醇一些人体重要维生素和激素是固醇（3 3胆固醇是细胞的必要成份胆固醇是细胞的必要成份（4 4血清中的胆固醇太多会促使形成动脉血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病硬化和心脑血管疾病4950（6） 维维 生生 素素维生素维生素A A （视黄醇）（视黄醇）维生素维生素C C （抗坏血酸）（抗坏血酸）维生

20、素维生素E E 维生素维生素K K （血凝维生素）（血凝维生素）51 生物大分子主要有三大类： 蛋白质 核 酸 多 糖 它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。52（1氨基氨基酸通酸通过肽过肽键联键联成肽成肽链链寡肽：含有寡肽：含有10 左右氨基酸残基如二肽左右氨基酸残基如二肽、五肽、八肽）、五肽、八肽）多肽：含多肽：含1020 个氨基酸残基个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基留意：肽链有方向性留意：肽链有方向性氨基端（氨基端（ N 端），羧基端端），羧基端C 端）端）54肽链的两端具有不同结构和性肽链的两端具有不同结构和性质质氨基端和羧基端氨基端和羧基端

21、蛋白质种类的多样性蛋白质种类的多样性57（2单糖单糖通过通过糖苷糖苷键联键联成多成多糖链糖链58糖苷键不同导致多糖的立体结构差异糖苷键不同导致多糖的立体结构差异淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们之淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们之间主要区别在于间主要区别在于糖苷键和糖苷键和糖苷键糖苷键的区别的区别留意：多糖链也有方向性，有还原端和留意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端非还原端60多糖链的两端具有不同结构和多糖链的两端具有不同结构和性质性质还原端和非还原端还原端和非还原端非还原端，不非还原端，不含半缩醛羟基含半缩醛羟基还原端，含半还原端，含半缩醛羟基缩醛羟基61（3核苷酸核苷酸通过磷通过磷酸二

22、酯酸二酯键连成键连成核酸核酸62DNA和和RNA 在组成成份上有差别在组成成份上有差别DNA RNA 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖 有胸腺嘧啶有胸腺嘧啶 有尿嘧啶有尿嘧啶 无尿嘧啶无尿嘧啶 无胸腺嘧啶无胸腺嘧啶635-5-末端末端3-3-末端末端DNADNA具有方向性：具有方向性：一端的核苷酸，一端的核苷酸，其其5 5 C C没有没有进入磷酸二酯键，进入磷酸二酯键，称称 5 5 末端；末端； 另一端的核苷另一端的核苷酸，其酸，其33C C没没有进入磷酸二酯有进入磷酸二酯键，称键，称 3 3 末末端。端。磷酸基磷酸基糖基糖基氢键氢键碱基碱基64由生物小分子到生物大分子，分子增大，由生物小分子到生物

23、大分子，分子增大，出现新的性质。出现新的性质。其中最主要的特点是：生物大分子有独其中最主要的特点是：生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形特的立体结构、空间构型和分子整体形状。状。65一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构螺旋螺旋折叠折叠蛋 白蛋 白质 的质 的高 级高 级结构结构66（1蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸 的排列顺序的排列顺序67邻近几个氨基酸残基形成的一定的结构形状邻近几个氨基酸残基形成的一定的结构形状包括：包括：螺旋螺旋折叠折叠转角转角无规卷曲无规卷曲无序结构无序结构蛋白质的

24、二级结构蛋白质的二级结构68平平行行 -折折叠叠反反平平行行 -折折叠叠- -螺螺旋旋69蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构整条肽链盘整条肽链盘绕折叠形成绕折叠形成一定的空间一定的空间结构形状。结构形状。如如: :纤维蛋白纤维蛋白和球状蛋白和球状蛋白。70蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构四级结构是各条肽链之间的位置和结构，四级结构是各条肽链之间的位置和结构，只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。711953年，年，Watson & Crick提出的模型提出的模型 （2 2核酸的高级结构核酸的高级结构72DNA双螺双螺旋结旋结构构（1 1两条反向平行的核苷

25、酸链共同盘绕形两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链。成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链。（2 2两条链的碱基都位于中间，碱基平面两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直。与螺旋轴垂直。73DNA双螺旋结构双螺旋结构（3两条链对应碱基两条链对应碱基呈配对关系：呈配对关系：AT；GC（4螺旋直径螺旋直径 2nm，螺距螺距 3.4nm，每一螺距，每一螺距中含中含10bp。DNA双螺旋可以看作是双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构，的二级结构，DNA的三级结构的形成的三级结构的形成需要蛋白质帮助。需要蛋白质帮助。74碱基之间的氢键碱基之间的氢键75DNA分子结构的特征分子结构

26、的特征原核生物原核生物DNA分子分子中有基因重叠现象中有基因重叠现象真核生物真核生物DNA分子分子中普遍存在插入顺中普遍存在插入顺序序(内含子内含子)编码的核苷酸顺序编码的核苷酸顺序就携带着遗传信息就携带着遗传信息。ATGCCGAGTCAGACTACGAGENEGENE2插入顺序插入顺序编码区编码区DNA:ACGTGGCCAGCCThrTrpProAlaAA:76RNA单链结构单链结构RNA局部形成碱基配对，形成高级结构。局部形成碱基配对，形成高级结构。77（3多糖链的高级结构多糖链的高级结构不同高级结构不同高级结构带来不同的生带来不同的生物学性能物学性能淀粉形成螺旋淀粉形成螺旋状，能源贮存状，能源贮存纤维素呈长纤纤维素呈长纤维状，结构支维状，结构支架架糖原糖原淀粉淀粉纤维素纤维素78（4维持生物大分子高级结构维持生物大分子高级结构的重要因素的重要因素非共价键非共价键 氢键氢键 盐键盐键( (离子键离子键) ) 疏水键疏水键 范德华力范德华力 二硫键二硫键 脂键脂键79盐键盐键(