讲生命的化学基础

讲生命的化学基础2第一节

生命的元素组成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。元素：无机界的C、H、O、N、P、S分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素认识生命认识组成生命的物质OCHNPS其他人65%18%10%8%1.0%0.2%2.8%杆菌69%15%11%8%1.2%1.0%5.0%第2页,共67页，2024年2月25日，星期天31.1哪些元素参与生物体的组成？参与生物体组成的元素总共约二、三十种第3页,共67页，2024年2月25日，星期天4常量元素微量元素第4页,共67页，2024年2月25日，星期天5“反自然”现象

C、H、O自然界：总和<1%生物体：总和>96%元素丰度地球表面：前五位是O、Si、Al、Fe、Ca生物体内：C最高，O第3位，Ca第5，而Fe、Al和Si极微量生命体与普通物质不同！第5页,共67页，2024年2月25日，星期天6为什么是C、H、N、O?H、O、N、C分别共用1，2，3，4个电子对，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：H2O2（-1），O2（0），H2O（-2）O是次于F、Cl的第三个跟原子最有亲和力的原子。第6页,共67页，2024年2月25日，星期天7第二节构成生命的基本元件

—从生物小分子到生物大分子2.1生物小分子与生物大分子的关系2.2生物小分子简介2.3生物大分子的形成2.4生物大分子的高级结构第7页,共67页，2024年2月25日，星期天8不同类型的细胞，分子组成大致相同，但是这些物质的相对含量相差很大。第8页,共67页，2024年2月25日，星期天92.1

生物小分子和生物大分子的关系（由小分子到大分子）小分子

单糖氨基酸核苷酸脂类大分子

多糖蛋白质核酸复合大分子

糖蛋白糖脂脂蛋白第9页,共67页，2024年2月25日，星期天10合成大分子（聚合）大分子分解（水解）第10页,共67页，2024年2月25日，星期天112.2生物小分子简介（1）水

水占生物体的60％以上的重量地球上生命起源于水中，陆生生物体内细胞也生活在水环境中。水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度，pH

水对生物体非常重要第11页,共67页，2024年2月25日，星期天12水影响生命活动的例子：肺泡在水环境中保证O2

和CO2

的交换水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡瘪塌。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。第12页,共67页，2024年2月25日，星期天13第13页,共67页，2024年2月25日，星期天14（2）氨基酸氨基酸具有α碳α碳上同时连有一个氨基和羧基大多数构成蛋白质的氨基酸具有光学异构体，均为L型

第14页,共67页，2024年2月25日，星期天15各种氨基酸的区别在侧链基团—R第15页,共67页，2024年2月25日，星期天16氨基酸名称英文缩写简写氨基酸名称英文缩写简写甘氨酸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20种天然氨基酸（8种必须氨基酸）第16页,共67页，2024年2月25日，星期天侧链对氨基酸性质的影响疏水氨基酸：亮氨酸亲水氨基酸：丝氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸碱性氨基酸：精氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸含羟基氨基酸：苏氨酸带环氨基酸：酪氨酸第17页,共67页，2024年2月25日，星期天18氨基酸的功能（1）作为组建蛋白质的元件（2）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）第18页,共67页，2024年2月25日，星期天19（3）单糖多羟基醛或多羟基酮称为糖。第19页,共67页，2024年2月25日，星期天20葡萄糖结构式天然单糖大多数是D-型糖吡喃型C1上羟基位置不同出现α-，β-两种构型第20页,共67页，2024年2月25日，星期天21吡喃型葡萄糖的立体构象第21页,共67页，2024年2月25日，星期天22单糖的结构特点和生物功能结构特点有同分异构体天然单糖大多数是D-型糖在水溶液中五碳糖和六碳糖多成环状的吡喃型生物功能作为多糖的组成元件作为能量分子组成寡糖参与细胞信号传递第22页,共67页，2024年2月25日，星期天23（4）核苷酸核苷酸分子由三个部分组成：碱基、五碳糖和磷酸碱基—糖之间是β—糖苷键；糖—磷酸之间是磷酸酯键

第23页,共67页，2024年2月25日，星期天24碱基腺嘌呤A尿嘧啶U胞嘧啶C鸟嘌呤G胸腺嘧啶T第24页,共67页，2024年2月25日，星期天参加大分子核酸组成的只有8种核苷酸DNA水解液中RNA水解液中腺脱氧核苷酸（dAMP）腺苷酸（AMP）鸟脱氧核苷酸（dGMP）鸟苷酸（GMP）胞脱氧核苷酸（dCMP）胞苷酸（CMP）胸腺脱氧核苷酸（dTMP）尿苷酸（UMP）另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸第25页,共67页，2024年2月25日，星期天26

ATP参与能量代谢cAMP和cGMP参与细胞信号传递第26页,共67页，2024年2月25日，星期天27（5）脂类脂类：生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。脂类种类很多，分子结构相差较大

A、中性脂肪或油：甘油三脂

B、类脂：磷脂、鞘脂和固醇第27页,共67页，2024年2月25日，星期天28甘油三酯分子结构（1）脂肪酸影响脂肪的结构和性质；（2）必需脂肪酸：亚油酸和亚麻酸。第28页,共67页，2024年2月25日，星期天29磷脂分子结构第29页,共67页，2024年2月25日，星期天30（1）磷脂分子可以看成是一个极性头，两条非极性尾巴。（2）鞘脂分子和磷脂不同。但总体看来，也可看成一个极性头，两条非极性尾巴。第30页,共67页，2024年2月25日，星期天31磷脂和细胞膜第31页,共67页，2024年2月25日，星期天32（1）固醇类的内核由4

个环组成（2）一些人体重要维生素和激素是固醇（3）胆固醇是细胞的必要成份（4）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第32页,共67页，2024年2月25日，星期天33第33页,共67页，2024年2月25日，星期天34（6）维生素维生素A（视黄醇）维生素C（抗坏血酸）维生素E维生素K（血凝维生素）第34页,共67页，2024年2月25日，星期天352.3生物大分子的形成

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。第35页,共67页，2024年2月25日，星期天36（1）氨基酸通过肽键联成肽链第36页,共67页，2024年2月25日，星期天寡肽：含有10左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）多肽：含10－20个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基注意：肽链有方向性氨基端（N端），羧基端（C端）第37页,共67页，2024年2月25日，星期天38肽链的两端具有不同结构和性质——氨基端和羧基端第38页,共67页，2024年2月25日，星期天第39页,共67页，2024年2月25日，星期天蛋白质种类的多样性第40页,共67页，2024年2月25日，星期天41（2）单糖通过糖苷键联成多糖链第41页,共67页，2024年2月25日，星期天42糖苷键不同导致多糖的立体结构差异第42页,共67页，2024年2月25日，星期天淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们之间主要区别在于α－糖苷键和β－糖苷键的区别注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端第43页,共67页，2024年2月25日，星期天44多糖链的两端具有不同结构和性质——还原端和非还原端非还原端，不含半缩醛羟基还原端，含半缩醛羟基第44页,共67页，2024年2月25日，星期天45（3）核苷酸通过磷酸二酯键连成核酸第45页,共67页，2024年2月25日，星期天46DNA和RNA在组成成份上有差别DNA

RNA

脱氧核糖核糖有胸腺嘧啶有尿嘧啶无尿嘧啶无胸腺嘧啶第46页,共67页，2024年2月25日，星期天475‘--末端3‘--末端DNA具有方向性：一端的核苷酸，其5’－C没有进入磷酸二酯键，称5’

末端；

另一端的核苷酸，其3’－C没有进入磷酸二酯键，称3’

末端。磷酸基糖基氢键碱基第47页,共67页，2024年2月25日，星期天482.4生物大分子的高级结构由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质。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状。第48页,共67页，2024年2月25日，星期天49一级结构二级结构三级结构四级结构α－螺旋β－折叠

蛋白质的高级结构第49页,共67页，2024年2月25日，星期天50（1）蛋白质的高级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序第50页,共67页，2024年2月25日，星期天51邻近几个氨基酸残基形成的一定的结构形状包括：

α—螺旋

β—折叠

β—转角 无规卷曲 无序结构蛋白质的二级结构第51页,共67页，2024年2月25日，星期天52平行β

-折叠反平行β

-折叠α-螺旋第52页,共67页，2024年2月25日，星期天53蛋白质的三级结构整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如:纤维蛋白和球状蛋白。第53页,共67页，2024年2月25日，星期天54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，只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。第54页,共67页，2024年2月25日，星期天55 1953年，Watson&Crick提出的模型

（2）核酸的高级结构第55页,共67页，2024年2月25日，星期天56DNA双螺旋结构（1）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。（2）两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直。第56页,共67页，2024年2月25日，星期天57DNA双螺旋结构（3）两条链对应碱基呈配对关系：A＝T；G≡C（4）螺旋直径2nm，螺距3.4nm，每一螺距中含10bp。DNA双螺旋可以看作是DNA的二级结构，DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助。第57页,共67页，2024年2月25日，星期天58碱基之间的氢键第58页,共67页，2024年2月25日，星期天59DNA分子结构的特征原核生物DNA分子中有基因重叠现象真核生物DNA分子中普遍存在插入顺序(内含子)编码的核苷酸顺序就携带着遗传信息。ATGCCGAGTCAGACTACGAGENEGENE2插入顺序编码区DNA:ACGTGGCCAGCCThrTrpProAlaAA:第59页,共67页，2024年2月25日，星期天60RNA单链结构RNA局部形成碱基配对，形成高级结构。mRNA，tRNA和rRNA功能不同。第60页,