第一章生命的物质基础

第一章生命的物质基础本章内容生物体（人）中有哪些元素？生物体是由哪些化合物构成的？二、生物体是由哪些化合物构成的？无机化合物（无C）有机化合物（有C）不同类型的细胞，分子组成大致相同，不同分子的相对含量相差很大。其他：2%一、生物体内的无机化合物水(water)—生命的源泉

无机盐(mineral)

离子—调节生命的环境 细胞渗透压

pH值

酶的活化1、水

生命来自海洋，没有水就没有生命。生物体内含量最多的物质；通常60-70%；干燥种子：14%生命活动的基础—细胞内所有代谢过程均在水环境中进行；水为什么如此重要？

水的特性符合生物生存的需要水是极性分子，相邻的水分子间可形成氢键，从而使水有较强的内聚力和表面能力，这对生命活动极其重要；水是极性最强的溶剂，对于生物大小分子的溶解、运输及生物体的新陈代谢过程具有重要意义；水的比热（1cal/g）较大，这对维持生物体内环境的相对稳定以及新陈代谢速率十分重要。不少生物分子可在水溶液中解离为离子，或者与其形成氢键，或者形成胶体溶液，这对生理活动非常重要。2、无机盐主要存在于细胞中，占细胞鲜重的1～1.5%；多以离子状态存在：阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、HCO3-等。无机盐的生理功能（1）生物体内许多化合物的组成部分：Fe2+

：血红蛋白；

Ca2+：骨骼和牙齿；

Mg2+：叶绿素

（2）合成有机分子的原料：PO43-合成磷脂、核苷酸（3）组成金属酶或作为酶的激活剂（金属激活酶）。

约有1／3的酶（1000种以上）为金属酶或金属激活酶。如DNA聚合酶（锌酶）可以控制生物遗传物质的复制、转录与翻译。

无机盐的生理功能（4）维持细胞膜两侧的渗透压，保证细胞与外界环境间的物质交换渗透压：渗透作用发生时，某种溶液上所施加的能够阻止水分子通过半透膜进入该溶液的压强。其大小与细胞膜两侧溶液的溶质浓度高低有关：浓度，渗透压0.09%NaCl血红蛋白无机盐的生理功能（5）维持生物体内的酸碱平衡（缓冲盐）各种生物、各种组织均有适宜的pH范围：生物生存3~8.5；胃液：0.9~2.0；血液：7.4细胞中的离子有一定的缓冲能力：H2PO4-HPO42-+H+

HCO3-CO32-+H+

无机盐的生理功能（6）维持神经细胞的兴奋性神经细胞的兴奋性与细胞内外Na+、K+等无机盐离子的浓度密切相关，只有离子浓度稳定，神经细胞才能维持正常的兴奋性。二、生物体是由哪些化合物构成的？无机化合物（无C）有机化合物（有C）不同类型的细胞，分子组成大致相同，不同分子的相对含量相差很大。二、生物体内的有机化合物生物大分子：蛋白质和核酸由于其分子量巨大、分子结构复杂并且具有复杂的生物活性，故称生物大分子。氨基酸、核苷酸被称为构件分子各种生物的构件是相同的生

物

小

分

子

和

生

物

大

分

子

的

关

系合成大分子（聚合）大分子分解（水解）生

物

小

分

子

和

生

物

大

分

子

的

关

系二、生物体内的有机化合物糖类蛋白质核酸

组成生命的有机化合物生命过程的碳源和能源——糖类遗传信息的表达者——蛋白质遗传信息的存储和传递者——核酸生命体的储能物质——脂质维持生命的重要小分子物质——维生素1、糖类生物体内的有机化合物：动物植物微生物＜2%85-90%10-30%生命过程的碳源和能源糖类的生理功能生命活动所需能量来源；合成其他化合物（蛋白质、核酸等）的基本原料（碳源）；与蛋白质、脂类形成复合大分子（如糖蛋白、糖脂等），从而发挥重要作用。生物体各种组织的结构成分：植物中的纤维素、淀粉以及动物的结缔组织、软骨滑液；糖类的分子组成例外：鼠李糖：C6H12O5；脱氧核糖：C5H10O4有些含N、P、S非糖物质：甲醛（CH20）、乳酸（C3H6O3）碳水化合物carbohydrate组成：Cn(H2O)m≠甜味剂（食糖）多羟基醛或酮及其缩聚物和某些衍生物生物体内的糖类单糖二糖多糖六碳糖：葡萄糖（C6H12O6）五碳糖：核糖、脱氧核糖植物性多糖：淀粉、纤维素动物性多糖：糖原（肝糖原、肌糖原）植物性二糖：蔗糖（葡+果）、麦芽糖（葡+葡）动物性二糖：乳糖（半乳糖+葡萄糖）糖类单糖：构成各种糖分子的基本单位寡糖：少数几个（2-10）单糖分子缩合多糖：大量单糖分子的缩合结合糖：蛋白糖、脂糖生物体内重要的单糖1、核糖2、脱氧核糖

CHOHHOHOHCH2OHHOH呋喃糖

3、木糖：核糖的同分异构体

HCHOOHOHOHCH2OHHH半缩醛羟基半缩醛羟基4、D-葡萄糖5、D-果糖

6、D-半乳糖吡喃糖

呋喃糖

CHOCHCH2OHHO＊CHOCOHCH2OHH＊D-甘油醛L-甘油醛对映体

差向异构体

单糖通过糖苷键联成多糖链（1）二糖对二糖结构的了解包括弄清楚：单糖基成份α－还是β－糖苷键取代位置生物体内重要的寡(二)糖麦芽糖

(maltose)（饴糖）

两分子葡萄糖通过α－1，4糖苷键连接糖苷键：半缩醛羟基参与生物体内重要的寡(二)糖蔗糖

(sucrose)食用的糖主要是蔗糖

一分子葡萄糖和一分子果糖通过α-1，2糖苷键连接而成生物体内重要的寡(二)糖乳糖(lactose)存在于哺乳动物的乳汁中

一分子半乳糖和一分子葡萄糖通过β－1，4糖苷键结合而成生物体内各种糖的甜度糖甜度糖甜度蔗糖100鼠李糖32.5果糖173.3麦芽糖32.5转化糖130半乳糖32.1葡萄糖74.3棉子糖22.6木糖40乳糖16.1转化糖：水解后的蔗糖甜度的产生：糖分子中的某些原子基团对舌尖味觉神经的刺激由很多单糖分子脱水缩合而成的分支或不分支的长链分子生物体内的多糖淀粉糖原纤维素一条多糖链的两端有不同结构和性质：

一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。多糖链也有方向性，有还原端和非还原端还原端非还原端半缩醛羟基多糖链的高级结构

不同高级结构带来不同的生物学性能

淀粉形成螺旋状能源贮存纤维素呈长纤维状结构支架淀粉糖元纤维素多糖链的螺旋构象

—碘显色反应的必要条件只有碘分子进入到螺旋圈内时，二者才能形成淀粉-碘复合物（糖的游离羟基为电子供体，碘为电子受体），呈现颜色。碘显色反应的颜色与多糖链的长度有关淀粉水解过程：淀粉紫色糊精红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖与碘作用颜色：蓝色紫色红色无色无色无色淀粉（Starch）直链淀粉：1）多个α-D-葡萄糖通过α-1，4-糖苷键缩合而成（相对分子量：1-5万）；2）分子卷曲成空心螺旋型（每个螺旋圈由6个葡萄糖残基，直径1.3nm，螺距0.8nm）；3）不溶于冷水、溶于热水；遇碘变为深蓝色；粘性差。支链淀粉：1）多个α-D-葡萄糖通过α-1，4（或6：分支点）糖苷键缩合而成主链（相对分子量：5-10万）；2）每隔8-9个葡萄糖残基有一个分支，直链和支链均卷曲成螺旋；4）不溶于水（分子量较大）；遇碘变为紫红色；粘性强。纤维素自然界分布最广、含量最多的多糖；是天然植物纤维的主要成分；多个β-D-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键缩合而成的直链分子；不形成螺旋构象；纤维素分子长链平行排列，链间以氢键连接；不能直接被人体消化吸收（为什么?），但可刺激肠道蠕动，预防消化道疾病。淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，区别在于糖苷键：淀粉：α－糖苷键；纤维素：β－糖苷键人体内无水解β-1，4-糖苷键的纤维素酶糖原动物淀粉，是动物储存糖类化合物的主要形式（以颗粒状储存在动物的肝脏和肌肉组织中）；细菌、酵母、真菌和甜玉米中也有；结构类似支链淀粉，但分支更多（隔3），支链较短（12-18）；不溶于冷水，易溶于热碱液；遇碘变红褐色二、生物体内的有机化合物糖类蛋白质核酸

2、蛋白质生物体内的有机化合物：遗传信息的表达者生命活动的体现者细胞的重要组成成分，占细胞鲜重的7-13%，干重的50%左右生物体的每一项生命活动都需要蛋白质的参与！！一、蛋白质的分类与生理功能二、蛋白质的构件分子—氨基酸三、肽键、肽、多肽、蛋白质四、蛋白质的结构层次2、蛋白质一、蛋白质的种类与生理功能

功能种类实例催化酶蛋白碳酸酐酶运载转运蛋白血红蛋白（血液）贮存贮藏蛋白卵清蛋白（鸡蛋清、植物种子）协调动作收缩蛋白肌球蛋白、肌动蛋白（肌肉）机械支持结构蛋白胶原蛋白、纤维蛋白（头发、皮肤）免疫保护防御蛋白免疫球蛋白收缩蛋白结构蛋白二、蛋白质的构件分子

—氨基酸（1）α－碳原子

（2）具有α－氨基和α－羧基

（3）各种氨基酸的区别在侧链基团—R同时具有α－氨基和α－羧基的小分子，结构通式的特点：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

参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸非极性极性甘氨酸异亮氨酸亮氨酸丙氨酸脯氨酸缬氨酸赖氨酸精氨酸组氨酸谷氨酸天门冬氨酸天门酰胺谷氨酰胺半胱氨酸苏氨酸丝氨酸色氨酸酪氨酸苯丙氨酸甲硫氨酸氨基酸的分类按照侧链化学性质的不同，可以分为：非极性的氨基酸8（或9）种侧链具疏水性，不溶于水，如酪氨酸（Tyr）极性氨基酸12（或11）种侧链具亲水性（羟基、氨基、羧基等），可协助蛋白质溶解在细胞内的水溶液中，如丝氨酸（Ser）。氨基酸的分类按照氨基和羧基数目，可以分为：酸性氨基酸（1个氨基+2个羧基）（2种）天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）碱性氨基酸（2个氨基+1个羧基）（3种）精氨酸（Arg）、组氨酸（His）、赖氨酸（Lys）中性氨基酸（1个氨基+1个羧基）（15种）氨基酸的分类按照氨基酸的营养价值，可以分为：必须氨基酸（8种）：自身不能合成，只能从食物中获得苏氨酸（Thr）、色氨酸（Trp）、缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）、异亮氨酸（Ile）苯丙氨酸（Phe）和蛋氨酸（Met）半必须氨基酸（2种）：自身能合成，但合成的量不足精氨酸（Arg）、组氨酸（His）非必须氨基酸（10种）：可通过自身合成满足机体需要氨基酸的功能：（1）蛋白质的构件分子（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）三、肽键、肽、寡肽、多肽、蛋白质肽键：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的共价键肽：氨基酸以肽键顺序相连而形成的链状分子（二肽、三肽……多肽）寡肽：含有10左右氨基酸残基的肽（如二肽、五肽、八肽）多肽：分子量在1500以上的肽。蛋白质：一条或多条肽链组成的大分子。非线状，具有特定的空间结构一条肽链的两端有不同结构和性质：

一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端；另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端。通常，氨基端在左，羧基端在右。四、蛋白质的空间结构氨基酸一级结构二级结构三级结构四级结构血红蛋白蛋白质一级结构氨基酸的数目、种类和排列顺序氨基酸多肽链中的氨基酸序列，包括：蛋白质的二级结构蛋白质的多肽链中邻近几个氨基酸形成的一定的结构形式，即多肽链在空间上的走向和排布方式。主要包括：α-螺旋β-折叠蛋白质的二级结构靠-N-H基团和-C=O基团之间形成的氢键来维持在二级结构基础上，肽链进一步盘绕、折叠形成的总的三维结