第2章.生命的化学基础课件

1、第二章 生命的化学基础,一、原子和分子 二、组成细胞的生物大分子 三、糖类 四、脂质 五、蛋白质 六、核酸,一、原子与分子,生物体的主要元素 生命需要约25种元素 生物体的主要元素 C、 H 、O、 N、 P、S、Ca等，占99.35%， 其中C、H、O、N 4种元素占96%。 微量元素：含量少于 0.01% 同位素：质子数与电子数相同，中子数不同的原子。 同位素示踪,生物体的主要生物 分子: 不同的生物体，其分子组成也大体相同, 生物体都是由蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐和水组成。 水 70% 蛋白质 15% 核酸 7% 糖 3%,化合物由元素组成,化合物的形成关键在于电子的作用或得失，即化

2、学键的形成。化学键分为两类： 离子键：两个电荷符号相反的离子彼此吸引而形成。 共价键：由两个原子间共用一对或多对电子而形成。,水是细胞中不可缺少的物质,水占约生物体的 70 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,水是极性分子、水分子间形成氢键、液态水中的水分子具内聚力、水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化、冰比水轻、水是极好的溶剂、水能电离。,水对生物体非常重要,二、组成细胞的大分子,碳是组成细胞各种大分子的基础。 碳最外层有4个电子空位，极易形成4个共价键 碳架结构排列 和长短决定了 有机化合物的 基本性质,有机化

3、合物的性质 取决于功能基团 生物体中的有机化合物主要含有羟基、羰基、羧基和氨基等功能基团， 这些功能基团几乎都是极性基团。功能基团的极性使得生物分子具有亲水性，有利于这些化合物稳定于有大量水分子存在的细胞中。,细胞利用少数种类小分子合成多种大分子,小分子 大分子 复合大分子 单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂类,（由小分子到大分子）,生物大分子分为：蛋白质、核酸、多糖和脂质 多聚体：有相同或相似的小分子组成的长链，如蛋白质、核酸和多糖。 单体：组成多聚体的小分子。 细胞将单体组成多聚体的方式是脱水合成。,合成大分子 （脱水聚合）,大分子分解 （水解）,水解反应是

4、脱水聚合反应的逆反应,三、糖类,糖分子含C、H、O 三种元素，通常三者的比例为1:2:1，一般化学通式为(CH2O)n 糖：多羟基醛或多羟基酮称为糖 糖类:单糖、双糖和多糖 糖的功能：糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主要能源,重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等,单糖,葡萄糖的结构,双糖,重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等 麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成,重要的多糖有淀粉、糖原和纤维素,多 糖,淀粉：贮存在植物根和其他部分中，由葡萄糖的单

5、体聚合而成，分解后可作为能源。 糖原：是人和其他动物肝细胞和肌细胞中内贮藏的多糖，水解后成为葡萄糖。 纤维素：存在于植物的细胞壁中，起保护细胞和支持植物体的作用。,四、脂类,脂类的组成和功能: 脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。 组成与性质：C、H、O H:O 远大于2 非极性分子、疏水，即脂不溶于水，而溶于非极性溶剂。 脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍；生物表面的保护层；保持体温；生物活性物质（激素）。,脂类种类很多，分子结构相差较大。 A、脂肪：由甘油和脂肪酸通过脱水形成。 B、磷脂：细胞膜的重要组分。 C、类固醇：如雌雄性激素等。 D、蜡

6、：保护生物避免干燥。,磷脂分子结构图 ：又称磷酸甘油脂，与脂肪不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其衍生物(如磷酸胆碱)结合，形成卵磷脂,脂膜结构图,不饱和双键,（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,五、蛋白质,蛋白质为生命活动所必需 蛋白质根据功能分类： 结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蝅和蜘蛛的丝 收缩蛋白：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共同作用 储藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白 防御蛋白：抗体 转运蛋白：血红蛋白 信号蛋白：激素等

7、负责细胞之间的信号传导 酶： 生物体内最重要的蛋白质,五、蛋白质,蛋白质是由氨基酸组成的 氨基酸是同时具有氨基和羧基的小分子 参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸。其中，有10种是体内无法合成而必须由食物供给的，称必需氨基酸。包括赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸或称甲硫氨酸）、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸（又称羟丁氨酸）、缬氨酸、精氨酸、组氨酸（仅小儿时期必需）。 必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和修补机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋白以供临时需要，从而导致体重减轻和蛋白质营养不良。,（1） 碳原子（2）具有 氨基 和羧基是各种氨基酸的共性（3）各种氨基酸的区别在侧链基团R,疏水性氨基酸的

8、结构,亲水性氨基酸的结构,氨基酸通过肽键联成肽链,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱水缩合，形成肽键并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。 寡肽：含有 10 左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽） 多肽：含 1020 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）,一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键,蛋白质的结构决定其功能 ： 一级结构：多肽中氨基酸的排列顺序 二级结构：一级结构中部分肽链的卷曲（螺旋）或折叠（折叠片），邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状。 三级结构：一

9、条多肽链总的三维形状，即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。 四级结构：组成蛋白质的多个肽链（亚基）的空间构像，即各条肽链之间的位置和结构。所以，四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,螺旋,折叠,六、核酸,核苷酸分子由三个部分组成： 碱基：嘧啶、嘌呤 五碳糖：核糖或脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖核酸（DNA） 核酸 核糖核酸（RNA ）核苷酸单体 核苷酸是由核苷酸单体组成的 核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成,参加大分子核酸组成的共有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： ATP参与能量代谢cAMP, cGMP参与细胞信号传递 。,核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸,（1） 核酸链也有方向性 （2） DNA 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,核酸的高级结构,DNA双螺旋 A、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 B、两条