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第五讲化学与生命1/902/90

化学与生命从来都是紧密相连，地球上全部生命是由无生命元素组成，这些无生命物质经过漫长和无数次化学改变，才完成从无生命到有生命、从低级向高级发展进化过程。同时，生命体生命停顿后，残体留在地球上，有经过一系列化学改变、微生物降解成为无生命（无机）物质。由此可见，化学运动与生命运动是一个相互渗透循环过程。3/904/905/906/90无生命元素化学进化（36亿年）单细胞生物生物进化十几亿年植物、动物300万年前原始人类生物进化7/908/90ABCD9/90

地球在宇宙中形成以后，开始是没有生命。经过了一段漫长化学演化，大气中有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各种能源（如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等等）作用下，合成有机分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等等）。这些有机分子深入合成，变成生物单体（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）。生物单体深入聚合作用变成生物聚合物。如蛋白质、多糖、核酸等。这一段过程叫做化学演化。蛋白质出现后，最简单生命也伴随诞生了。从此，地球上就开始有生命了。地球生命起源10/9011/9012/9013/9014/9015/9016/9017/9018/90

当你走过剪发店，经常能够看到特殊标志——在圆柱形玻璃灯里，红、白、蓝三条倾斜色带，在不停地旋转着。实际上与化学相关。这个特殊标志，是为了纪念剪发师在医学上贡献：那圆柱象征受伤手臂，倾斜色带表示纱布，而套筒表示带血器皿。巴拉塞尔士主张，“人体本质上是一个化学系统”。所以，人生病，就是这个“化学系统”失去了平衡。要医好人病，就要用化学药品恢复这个“化学系统”平衡。只有化学能够处理生理学、病理学、治疗学上问题。没有化学，你们就会迷失在黑暗里。”从此，化学开始了一个崭新阶段。渐渐地，人们研究化学，不再是为了“点石成金”或者“长生不老”，而是为了制造治病救人药剂。19/901、组成生命有机体元素

生命与非生命物质在化学组成上有很大差异，然而组成生命物质元素都是存在于非生命界元素。

主要元素主要元素主要元素主要元素主要微量元素20/90硫（S）和磷（P）

能够形成相对比较弱化学键，在化学基团和能量转移中有主要作用，如巯基-SH用于携带和转移脂酰基，磷酰基用于贮存和转移化学能。钾（K）、钠（Na）、氯（Cl）、钙（Ca）、镁（Mg）

维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位。钠、钾离子神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢；镁离子是300各种酶辅因子；钙离子是骨骼主要成份，参加广泛细胞生理活动，如物质转运与分泌，血液凝固，是细胞信号传导第二信使等。其它微量元素

主要有铁与铜化学价可变（Cu2+/Cu+，Fe3+/Fe2+），在生物氧化过程中作为电子递体，是许多酶辅因子。还有Zn2+，Mn2+，Mo2+和I等也有主要生理功效。21/9022/902、人体中主要生命有机化合物23/90①氨基酸

氨基酸是生物功效大分子蛋白质基本组成单位，是组成动物营养所需蛋白质基本物质。是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基有机化合物，氨基普通连在α-碳上。

α氨基酸24/90氨基酸结构

人体所需氨基酸约有22种，分非必需氨基酸和必需氨基酸（须从食物中供给）。

（1）必需氨基酸:指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。共有10种其作用分别是：

（一）赖氨酸：促进大脑发育，是肝及胆组成成份，能促进脂肪代谢，调整松果腺、乳腺、黄体及卵巢，预防细胞退化；

（二）色氨酸：促进胃液及胰液产生；

（三）苯丙氨酸：参加消除肾及膀胱功效损耗；25/90（四）蛋氨酸（又叫甲硫氨酸）：参加组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴功效；

（五）苏氨酸：有转变一些氨基酸到达平衡功效；

（六）异亮氨酸：参加胸腺、脾脏及脑下腺调整以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；

（七）亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；

（八）缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。

（九）组氨酸：作用于代谢调整；

（十）精氨酸：促进伤口愈合，精子蛋白成份。26/90

（2）非必需氨基酸：指人（或其它脊椎动物）自己能由简单前体合成，不需要从食物中取得氨基酸。甘氨酸

丙氨酸

酪氨酸

天冬氨酸

天冬酰胺

谷氨酸

谷氨酰胺

甲硫氨酸

丝氨酸

半胱氨酸

脯氨酸胱氨酸RCHCOOHNH2氨基酸通式

氨基酸结构通式：氨基酸是指一类含有羧基并在与羧基相连碳原子下连有氨基有机化合物。羧基氨基27/9028/90②蛋白质

蛋白质是组成原生质最主要物质之一，它在细胞中含量只比水少，大约占细胞干重50％以上，从蛋白质化学元素组成上看，它主要是由碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）4种元素组成，很多主要蛋白质还含有P、S两种元素。另外，有些蛋白质还含有Fe、Cu、Mn、I、Zn等元素。蛋白质分子做为一个高分子化合物，往往是由很多个氨基酸组成，是经过一个叫做脱水缩合化学反应来完成连接。29/9030/90RCHCNH2OOHR`CHCOOHNHHH2OHRCCNH2OR`CHCOOHNH脱水缩合肽键

31/90肽链脱水缩合1条或几条肽链（肽链间以一定化学键连接）螺旋、折迭、盘曲形成复杂空间机构蛋白质分子n氨基酸分子（n>3）（多肽）相对分子质量超出1万多肽称为蛋白质。32/9033/90小结蛋白质分子结构层次：元素组成C、H、O、N等基本元素：C、H、O、N

其它元素：P、S、Fe基本单位氨基酸特点：化学结构多肽（肽链）形成：多个氨基酸脱水缩合而成肽键特点：呈链状结构，又叫肽链，有一定氨基酸序列空间结构蛋白质分子连接：肽链经过一定化学键连接形成：螺旋、卷曲、折迭形成空间结构特点：具生物活性、多样性34/90蛋白质含有四级结构一级结构多肽链中氨基酸排列次序。二级结构主链原子局部空间排列。即指主链上α-螺旋、β-片层、β-转角和无规卷曲四种构象单元。三级结构侧链与主链上构象单元按一定方式深入卷曲，折叠成更复杂三度空间结构。四级结构几个亚基（含有三级结构肽链）经过氢键、疏水键或静电引力缔合成一个蛋白质分子时，而含有空间结构。35/9036/9037/9038/9039/9040/9041/9042/9043/9044/90③核酸1868年，瑞典青年科学家米歇尔（F.Miescher)从绷带上脓细胞细胞核中分离出一个物质，它含磷量很高并含有很强酸性，以后，就依据它起源和性质把它叫做核酸。核酸是一类主要生物大分子化合物，核酸与蛋白质结合生成核蛋白组成了生命原生质。蛋白质是生命体用以表示各项功效详细工具，而核酸则是用来合成蛋白质模版。核酸是生物化学界近些年来研究得最为活跃、而且有重大突破领域。45/901、核酸组成和结构46/90核糖核酸（RNA）中核糖和碱基：鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）胞嘧啶（C）脲嘧啶（U）47/90脱氧核酸（DNA）中脱氧核糖和碱基：鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）48/90核糖（RNA)中核苷：鸟苷（G）腺苷（A）

胞苷（C）脲苷（U）49/90脱氧核糖（DNA)中核苷：2-脱氧胞苷dC2-脱氧胸腺苷dT2-脱氧鸟苷dG2-脱氧腺苷dA50/9051/90RAN中多核苷酸链52/90DAN中多核苷酸链53/90DNA中嘌呤碱与嘧啶碱之间氢键DAN双螺旋结构54/90④酶——生物催化剂

绝大部分酶是蛋白质，还有一些核糖核酸RNA含有催化作用，称为核酶。细胞代谢由成千上万化学反应组成，几乎全部反应都是由酶催化。酶对于动物机体生理活动有主要意义，不可或缺。酶在生产实践中有广泛应用。依据所催化底物、反应性质、酶起源等命名。比如，胃蛋白（水解）酶、碱性磷酸酶。55/9056/90

氧化还原酶AH2+BA+BH2转移酶Ax+CA+Cx水解酶AB+H2OAH+BOH裂解酶AB+C异构酶AB合成酶A+BC，需要ATP酶分类57/901、高效性

酶催化作用可使反应速度比非催化反应提升108-1020倍。比其它催化反应高106-1013倍

比如：过氧化氢分解

2H2O22H2O+O2Fe3+

催化，效率为6×104

mol/mol.S过氧化氢酶催化，效率为6×106

mol/mol.S2、专一性

即对底物选择性或特异性。一个酶只催化一个或一类底物转变成对应产物。酶特点58/901、酶轻易变性这是酶化学本质（蛋白质）所决定。2、酶可调整性抑制和激活（activationandinhibition）反馈控制(feedback)酶原激活(activationofproenzyme)变构酶(allostericenzyme)化学修饰(chemicalmodification)多酶复合体(multienzymecomplex)酶在细胞中区室化(enzymecompartmentalization)

59/90单体酶

只有三级结构，一条多肽链酶。如129个氨基酸溶菌酶，分子量14600。寡聚酶

含2-60个亚基，有复杂高级结构。常经过变构效应在代谢路径中发挥主要调整作用。多酶复合体

由多个功效上相关酶彼此嵌合而形成复合体。它能够促进某个阶段代谢反应高效、定向和有序地进行。60/9061/9062/9063/9064/9065/9066/9067/9068/9069/9070/9071/9072/9073/9074/9075/9076/90

毒品是指鸦片、海洛因、甲基苯丙胺（“冰毒”）、吗啡、大麻、可卡因以及国家要求管制其它能够使人形成瘾癖麻醉药品和精神药品。鸦片吗啡大麻77/90毒品进入人体后作用于人神经系统，使人体体能产生适应性改变，形成在药品作用下新平衡状态。一旦停掉药品，生理功效就会发生紊乱，出现一系列严重反应，称为戒断反应，使人感到非常痛苦。用药者为了防止戒断反应，就必须定时用药，而且不停加大剂量，使吸毒者终日离不开毒品。一旦出现精神依赖后，即使经过脱毒治疗，在急性期戒断反应基本控制后，要完全康复原有生理机能往往需要数月甚至多年时间。更严重是，对毒品依赖性难以消除。这是许多吸毒者在一而在、再而三复吸毒原因，也是世界医、药学界尚待处理课题。78/90不一样毒品摄入体内，都有各自毒副反应及产生戒断症状，对健康形成直接而严重损害，甚至吸毒过量以至死亡。另外，因为毒品对消化系统、呼吸系统、心血管系统、免疫系统影响，滥用毒品可造成各种并发症发生。如急慢性肝炎、肺炎、败血症、心内膜炎、肾功效衰竭、心律失常、血栓性静脉炎、动脉炎、支气管炎、肺气肿、各种皮肤病、慢性器质性脑损害、中毒性精神病、性病及爱滋病。百年前就有诗曰“剜骨剃髓不用刀，请君夜吸相思膏（相思膏，即鸦片）”。79/90

鸦片，又叫阿片，俗称大烟，源于罂粟植物蒴果，其所含主要生物碱是吗啡。鸦片因产地不一样，呈黑色或褐色；有氨味或陈旧尿味，味苦，气味强烈。生鸦片经烧煮和发酵，可制成精制鸦片，呈棕色或金黄色。鸦片最大坏处是成瘾性强和极易中毒。长久吸食会使人瘦弱不堪，面无血色，目光发直发呆，瞳孔缩小，以及先天免疫力丧失，引发或感染各种疾病，精神颓废，寿命缩短等。80/90

吗啡是鸦片（阿片）中最主要生物碱，从鸦片提取而成。纯净吗啡为无色或白色粉末或结晶。粗制吗啡称为“黄皮”。吗啡制剂多以盐酸盐形式存在，医学上叫盐酸吗啡。吗啡成瘾性很强，海洛因、杜冷丁、美沙酮等都是吗啡衍生物。吗啡吸食极易成瘾，成瘾后会造成记忆力衰退、精神失常、过量使用会出现昏迷、瞳孔极度缩小，呼吸受抑制甚至死亡。81/90

海洛因(Heroin)是吗啡半合成品,化学名称叫二乙酰吗啡,呈灰白色粉末状,也就是人们所说“白粉”、“白面”。海洛因其毒性比吗啡强5倍以上，是一个危害极大毒品。海洛因因其成瘾快、毒害猛烈，曾被称为世界“毒品之王”。海洛因成瘾极强，有仅使用一次后就产生精神依赖，吸食成瘾后极难戒断。长久吸食会瞳孔缩小，说话含糊不清、畏光、全身发痒，暴噪、身体快速消瘦，引发病毒性肝炎、肺脓肿和艾滋病等，用量过分会引发心跳过缓，呼吸困难而死亡。82/90

大麻为桑科一年生草本植物，雌雄分株，原产亚洲中部，现遍布全球，有野生、有栽培。大麻变种很多，是人类最早种植植物之一。大麻普通有三种形态：大麻草、大麻油和大麻脂，经简单加工即可成为毒品。它是世界上较为廉价、也较为普遍毒品。吸食大麻一刻钟就会使人出现幻觉、妄想，并造成自我意识障碍和时间、空间障碍，心理和思维混乱，行为冲动，强烈暴力攻击欲望。其上瘾症状表现为记忆力、呼吸功效受损，判断力、控制力下降，以及破坏人生殖能力等。83/90

可卡因俗名“可可精”，是从古柯叶中分离出来一个最主要生物碱，属中枢神经兴奋剂，其盐类呈白色晶体状，无气味，味略苦而麻，易溶于水和酒精，兴奋作用强，也是一个强效局部麻醉剂。长久滥用可卡因，会让人失去时间、距离了解力，引发慢性血管中毒和血管萎缩，造成贫血、头痛、耳鸣、耳聋，以及瞳孔放大、目光呆滞、口鼻溃疡等。大剂量服用则会直接刺激脊髓，引发惊劂、昏劂、停顿排汗，甚至死亡。84/90

冰毒，即甲基苯丙胺,外观为纯白结晶体,晶莹剔透,故被吸毒、贩毒者称为“冰”(Ice)。该药小剂量时有短暂兴奋抗疲劳作用,故其丸剂又有“大力