化學(xué)與生命現(xiàn)象一人體中的化學(xué).pptVIP

第一部分 化學(xué)與生命現(xiàn)象（一） 人體中的化學(xué),2學(xué)時,主要內(nèi)容,1.1 人體中的化學(xué)元素 1.2 人體中重要的生命有機化合物 1.3 人體中的化學(xué)反應(yīng),1.1 人體中的化學(xué)元素,1.1.1 生命必需元素,人們把人體為了維持生命所必需的元素稱為生命必需元素；共25種。,1.1.2 常量元素和微量元素,常量元素 在人體中含量高于0.01%的元素，稱為常量元素。屬于這范圍的有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣、鈉、鉀、鎂、氯、硅等12個元素，它們占了人體質(zhì)量的99.71%，其中氧特別多，一般估計人體內(nèi)水分占了2/3 的體重，所以說水是生命不可缺失的物質(zhì)，沒有水就沒有生命。,微量元素 在人體中的化學(xué)元素，其含量低于0.01的，稱為微量元素。鐵是最早發(fā)現(xiàn)的人體必需微量元素，后來又發(fā)現(xiàn)碘、釩、氟、硅、鎳等，至今已確認(rèn)14種微量元素為動物和人所必需的，其中10種為微量金屬元素。,1.1.3 人體內(nèi)元素的來源,自然界中的生物體可以分為自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物兩大類 自養(yǎng)生物是可以通過二氧化碳和水在葉綠素和太陽光的作用下進行光合作用產(chǎn)生糖而得到養(yǎng)分，其化學(xué)反應(yīng)式可表示如下：,所謂異養(yǎng)生物，它們自己不能制造養(yǎng)分，而必須依靠自養(yǎng)生物作為養(yǎng)分和能量的來源。人類作為高等動物當(dāng)屬異養(yǎng)生物。,人體中化學(xué)元素與其生理功能及日常來源,1.2 人體中重要的生命有機化合物,人體內(nèi)碳、氫、氧、氮、磷、硫等6個元素，它們是組成人體中氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、酶和核酸等物質(zhì)的基礎(chǔ)。,1.2.1 氨基酸,（1）定義,氨基酸（amino acid）：是含有一個堿性氨基和一個酸性羧基的有機化合物，氨基一般連在-碳上。,是生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位,（2）分類,必需氨基酸（essential amino acid）：指人（或其它脊椎動物）（賴氨酸，蘇氨酸等）自己不能合成，需要從食物中獲得的氨基酸。 非必需氨基酸（nonessential amino acid）：指人（或其它脊椎動物）自己能由簡單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。 另有酸性、堿性、中性、雜環(huán)分類，是根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)分類的。,（3）必需氨基酸的功能和食物來源,（4）性質(zhì),a-氨基酸都是無色晶體，熔點較高。易溶水，難溶于無水乙醇、乙醚等有機溶劑。因為氨基酸既含有氨基又含有羧基，與酸或堿作用都可以形成鹽，所以氨基酸是兩性物質(zhì)。,1.2.2 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)（protein）是一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是肌體細(xì)胞的重要組成部分，是人體組織更新和修補的主要原料，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。因此，它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯(lián)系在一起的物質(zhì)。機體中的每一個細(xì)胞和所有重要組成部分都有蛋白質(zhì)參與。蛋白質(zhì)占人體重量的16.3%，即一個60kg重的成年人其體內(nèi)約有蛋白質(zhì)9.8kg。 蛋白質(zhì)是由20多種氨基酸組成，以氨基酸組成的數(shù)量和排列順序不同，使人體中蛋白質(zhì)多達(dá)10萬種以上。它們的結(jié)構(gòu)、功能千差萬別，形成了生命的多樣性和復(fù)雜性,（1）定義與概述,兩種不同的氨基酸脫水縮合可形成兩種不同的二肽，若4種不同的氨基酸分別用A、B、C、D表示，按照排列組合原則，它們脫水縮合后可形成24種同分異構(gòu)體：,蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，與酸、堿作用都能生成鹽。 大多數(shù)蛋白質(zhì)可溶于水或其他極性溶劑，而不溶于有機溶劑。 蛋白質(zhì)很容易水解，在酸、堿、酶的催化作用下，可逐步水解分子量較小的蛋白眎、蛋白胨、多肽、最后的水解產(chǎn)物是各種不同的氨基酸的混合物。,（2）性質(zhì),（3）生理功能,構(gòu)造人的身體：人體的每個組織，毛發(fā)、皮膚、肌肉、骨骼、內(nèi)臟、大腦、血液、神經(jīng)、內(nèi)分泌等都是由蛋白質(zhì)組成 。 修補人體組織：人的身體由百兆億個細(xì)胞組成，它們處于永不停息的衰老、死亡、新生的新陳代謝過程中。如年輕人的表皮28天更新一次，而胃黏膜兩三天就要全部更新。 維持肌體正常的新陳代謝和各類物質(zhì)在體內(nèi)的輸送：載體蛋白對維持人體的正常生命活動是至關(guān)重要的，可以在體內(nèi)運載各種物質(zhì)。如血紅蛋白輸送氧（紅血球更新速率250萬/秒）、脂蛋白輸送脂肪、細(xì)胞膜的受體還有轉(zhuǎn)運蛋白等。,白蛋白：維持機體內(nèi)的滲透壓的平衡及體液平衡 。 維持體液的酸堿平衡。 免疫細(xì)胞和免疫蛋白：有白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、抗體（免疫球蛋白）、補體、干擾素等。 構(gòu)成人體必需的催化和調(diào)節(jié)功能的各種酶。 激素的主要原料：具有調(diào)節(jié)體內(nèi)各器官的生理活性。胰島素是由51個氨基酸分子合成。生長素是由191個氨基酸分子合成。 構(gòu)成神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、五羥色氨等。維持神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能：味覺、視覺和記憶。 膠原蛋白：占身體蛋白質(zhì)的1/3，生成結(jié)締組織，構(gòu)成身體骨架。如骨骼、血管、韌帶等，決定了皮膚的彈性，保護大腦。 提供熱能。,（4）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),牛胰島素結(jié)構(gòu)（A、B雙鏈兩個二硫鍵相連，2130氨基酸）,牛胰島素分子結(jié)構(gòu)點線模型,我國1965年人工合成牛胰島素結(jié)晶,牛胰島素常識,牛胰島素是牛胰臟中胰島-細(xì)胞所分泌的一種調(diào)節(jié)糖代謝的蛋白質(zhì)激素，是一種多肽。其一級結(jié)構(gòu)1955年由英國桑格（S.Sanger）測定。牛胰島素在醫(yī)學(xué)上有抗炎、抗動脈硬化、抗血小板聚集、治療骨質(zhì)增生、治療精神疾病等作用。中國是第一個合成人工牛胰島素的國家。1965年，中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所在所長王應(yīng)睞的組織領(lǐng)導(dǎo)下，與北京大學(xué)和中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所的科學(xué)家通 力合作，在經(jīng)歷了多次失敗后，終于在世界上第一次用人工方法合成出具有生物活性的蛋白質(zhì)結(jié)晶牛胰島素。人工牛胰島素的合成，標(biāo)志著人類在認(rèn)識生命、探索生命奧秘的征途上邁出了重要的一步。 1953年，英國人F. SangerSanger由于測定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)而獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎。,1.2.3 脂肪,脂類是油、脂肪、類脂的總稱。 食物中的油脂主要是油和脂肪， 一般把常溫下是液體的稱作油， 而把常溫下是固體的稱作脂肪。 脂肪是由甘油和脂肪酸組成的三酰甘油酯（也稱甘油三酯），其中甘油的分子比較簡單，而脂肪酸的種類和長短卻不相同。,天然油脂中的脂肪酸都含偶數(shù)碳原子，它們分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸兩類，重要的脂肪酸及其主要來源如下：,不飽和脂肪酸是人體必需的脂肪酸，在體內(nèi)不能合成得到，而要從食物中攝取。重要的必需脂肪酸有3種：亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸。近年來，人們在深海魚類中發(fā)現(xiàn)了EPA（二十碳五烯酸）、DHA （二十二碳六烯酸），它們都是不飽和脂肪酸。 人體缺乏必需脂肪酸，會影響固醇類代謝，患肥肝病，或血管產(chǎn)生粥狀；也會使皮膚受影響，患頑癬或棘皮病。,脂肪在人體內(nèi)的主要功能是供給能量，每克脂肪產(chǎn)生的能量比糖、蛋白質(zhì)要高。 脂肪還可以溶解維生素A、E，并對維生素B1有庇護作用。 脂肪對蛋白質(zhì)有保護作用，人在絕食時，體內(nèi)先將貯存的脂肪轉(zhuǎn)為熱量維持生命，而不會先分解肌肉中的蛋白質(zhì)。 體內(nèi)脂肪貯存過多則顯得肥胖，使骨骼負(fù)擔(dān)過重，心血管工作超負(fù)荷而引起疾病。,1.2.4 糖類,糖又稱碳水化合物，包括蔗糖 （紅糖、白糖、砂糖）、葡萄糖、 果糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖、 淀粉、糊精和糖原等。 糖類只含碳、氫、氧3種元素，許多糖類的分子式可用通式Cx(H2O)y表示，例葡萄糖為C6H12O6可表示為C6(H2O)6，蔗糖C12H22O11可表示為C12(H2O)11，但鼠李糖C6H12O5不符合。,單糖：不能水解成更簡單的多羧基醛或多羧基酮的碳水化合物稱為單糖，重要的單糖有葡萄糖和果糖。,低聚糖：糖類分子水解后，每個分子能生成210個單糖分 子的稱為低聚糖。重要的低聚糖有蔗糖和麥芽糖。,多糖：水解后每個分子能生成10個以上單糖分子的 碳水化合物稱為多糖。天然多糖一般由100300 個單糖單元構(gòu)成，如淀粉、纖維素都是多糖。有些 多糖是構(gòu)成動植物體骨干的物質(zhì)，如纖維素、甲殼 質(zhì)等。有些多糖是動物體內(nèi)的貯備養(yǎng)料，如淀粉、 肝糖，它們可以在酶的作用下，分解為單糖以供需 要。重要的多糖是纖維素、淀粉和肝糖。,1.2.5 核酸,核酸是生物體中重要的生命大分子化合物，人們最早是從細(xì)胞核中提取得到，故名核酸。 核酸與蛋白質(zhì)一樣，也是生命的最基本物質(zhì)。在生物體內(nèi)，核酸對遺傳信息的貯存、蛋白質(zhì)的生物合成起著決定的作用。它與生命活動及各種代謝有密切的關(guān)系。 在生物體內(nèi)，核酸主要以核蛋白形式存在。核蛋白是結(jié)合蛋白，核酸作為輔基與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。,核酸是鏈狀高分子有機物，分子量在幾百萬以上，核苷酸是組成核酸的單元。若將核酸水解，便產(chǎn)生多個核苷酸，因此，核酸又稱多聚核苷酸。,核酸水解得到的戊糖有兩種：D-核糖和D-2-脫氧核糖。因此，核酸有兩類，水解后得到D-核糖的稱為核糖核酸，又稱RNA；水解后得到D-2-脫氧核糖的，稱為脫氧核糖核酸，又稱DNA。,若核苷中的戊糖羥基(CH2OH)被磷酸酯化，則形成核苷酸，核苷酸相應(yīng)也有8種。,生物體內(nèi)的核苷酸除形成多聚核苷酸外，還有以游離的形式存在，主要有多磷酸核苷酸。最重要的多磷酸核苷酸是三磷酸腺苷，簡稱ATP，ATP在生物體中的能量代謝中起著重要的作用。AMP是單磷酸腺苷，ADP是二磷酸腺苷。,核酸是由許多核苷酸單元構(gòu)成，核苷酸單元是通過磷酸酯鍵與戊糖連接起來，形成核酸的鏈狀結(jié)構(gòu)。,DNA結(jié)構(gòu),核酸具有重要的生理功能，是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。 DNA主要存在于細(xì)胞核中，它們是遺傳信息的攜帶 者；RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，存在于DNA分子上 的遺傳信息，由DNA傳遞給RNA，再傳遞給蛋白 質(zhì)，通過DNA復(fù)制，將遺傳信息代代傳下去。,1.3 人體中的化學(xué)反應(yīng),人體中的化學(xué)反應(yīng)都是在常溫常壓、接近中性溫和條件下進行的，但化學(xué)反應(yīng)的速度特別快，這是人體中化學(xué)反應(yīng)的特點。,1.3.1 人體中化學(xué)反應(yīng)的特點,1.3.2 催化反應(yīng),催化劑可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，能加快化學(xué)反應(yīng)速度,催化劑的另一個特點是有選擇性，一種催化劑只能催 化某一種化學(xué)反應(yīng)。人體內(nèi)有數(shù)千種化學(xué)反應(yīng)，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)人體中有兩千多種酶，酶是生物催化劑，每一種 酶能催化一種化學(xué)反應(yīng)。,1.3.3 生物氧化反應(yīng),人體內(nèi)進行生物氧化反應(yīng)需要氧氣，人是通過呼吸從空氣中得到氧。據(jù)統(tǒng)計平均來說，每個人每天大約需要8103kJ的能量來維持生命，這就需要450升氧氣來氧化進食的食物。 生物體在長期的進化過程中發(fā)展了氧載體，所謂氧載體是指氧可以配位在蛋白質(zhì)所含的過渡金屬離子上，形成配位鍵，這種配位反應(yīng)是可逆的，氧可以配位上去，也可以下來。在節(jié)肢動物和軟體動物中，載氧的過渡金屬離子是銅，而在人體中是鐵。,血紅蛋白具有輸送氧氣的功能，人們通過呼吸把空氣吸到肺部，血紅素 含鐵（II）輔基從肺氣泡中把氧絡(luò)合在Fe（II）上載走，然而輸送給肌 紅蛋白分子和其他需要氧氣的細(xì)胞和部位，此時氧分子從Fe（II）上下 來，在與生物有機分子發(fā)生生物氧化反應(yīng)。 血紅蛋白載氧效率很高，室溫下人的每升血液可含氧200cm3，血液中氧 的濃度達(dá)9103mol.L-1 ，相比之下，血液載氧是水的30倍。,1.3.4 酶促化學(xué)反應(yīng),酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)，主要由氨基酸組成。有些酶還需要有非蛋白質(zhì)成分（即輔基）才具有活性，輔基為金屬離子的酶稱為金屬酶。 酶的活性部位由少數(shù)幾個氨基酸殘