大學(xué)生命科學(xué)第二章生物的化學(xué)組成

1、第二章第二章 生物的化學(xué)組成生物的化學(xué)組成主講：邱麗娜主講：邱麗娜一、一、原子和分子原子和分子生命的化學(xué)基礎(chǔ)生命的化學(xué)基礎(chǔ)元元 素素 組組 成成含量最高的必需元素含量最高的必需元素其它必需元素其它必需元素偶然存在的元素偶然存在的元素c18.0p1.1000mn痕量痕量v痕量痕量h10.0s0.2500co痕量痕量mo痕量痕量n3.0ca2.0000cu痕量痕量li痕量痕量o65.0k0.3500zn痕量痕量f痕量痕量na0.1500se痕量痕量br痕量痕量cl0.1500ni痕量痕量si痕量痕量mg0.0500as痕量痕量fe0.0040ba痕量痕量i0.0004生物體都是由蛋白質(zhì)、生物體都是

2、由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖、無機核酸、脂類、糖、無機鹽和水組成。鹽和水組成。哪一種分子含量最高？哪一種分子含量最高？不同的生物體，其分子組成也大體相同不同的生物體，其分子組成也大體相同蛋白質(zhì)、核酸、脂類和蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖是組成生物體最重多糖是組成生物體最重要的生物大分子，水是要的生物大分子，水是生物體內(nèi)所占比例最大生物體內(nèi)所占比例最大的化學(xué)成分的化學(xué)成分在生命元素中，碳原子在生命元素中，碳原子具有特別重要的作用，具有特別重要的作用，碳原子相互連接成鏈或碳原子相互連接成鏈或成環(huán)，形成各種生物大成環(huán)，形成各種生物大分子的基本結(jié)構(gòu)。分子的基本結(jié)構(gòu)。碳骨架碳骨架 結(jié)構(gòu)排列和長短決定了有機化合物的

3、基本性質(zhì)結(jié)構(gòu)排列和長短決定了有機化合物的基本性質(zhì)生物體中的有機化合物生物體中的有機化合物主要含有羥基、羰基、主要含有羥基、羰基、羧基和氨基等功能基羧基和氨基等功能基團團， 這些功能基團幾乎都這些功能基團幾乎都是極性基團。功能基團是極性基團。功能基團的極性使得生物分子具的極性使得生物分子具有親水性，有利于這些有親水性，有利于這些化合物穩(wěn)定于有大量水化合物穩(wěn)定于有大量水分子存在的細胞中。分子存在的細胞中。生物大分子的基本性質(zhì)生物大分子的基本性質(zhì)還取決于與碳骨架相連還取決于與碳骨架相連接的功能基團接的功能基團由生物單體分子合成生由生物單體分子合成生物大分子多聚體往往涉物大分子多聚體往往涉及與功能基團

4、相關(guān)的脫及與功能基團相關(guān)的脫水反應(yīng)，又稱為水反應(yīng)，又稱為脫水縮脫水縮合反應(yīng)。合反應(yīng)。使生物大分子多聚體分使生物大分子多聚體分解為單體的分解反應(yīng)往解為單體的分解反應(yīng)往往需要有水分子參與，往需要有水分子參與，因此又稱為因此又稱為水解反應(yīng)。水解反應(yīng)。水解反應(yīng)是脫水縮合反水解反應(yīng)是脫水縮合反應(yīng)的逆反應(yīng)應(yīng)的逆反應(yīng)脫水縮合反應(yīng)脫水縮合反應(yīng)與水解反與水解反應(yīng)應(yīng)二、糖類二、糖類 主要的能源和碳源物質(zhì)主要的能源和碳源物質(zhì)，重要的中間代謝物，部，重要的中間代謝物，部分參與細胞結(jié)構(gòu)組成；分參與細胞結(jié)構(gòu)組成； 光合作用的產(chǎn)物；光合作用的產(chǎn)物； 包括包括單糖單糖(如核糖、脫氧核糖、葡萄糖、果糖如核糖、脫氧核糖、葡萄糖、

5、果糖)、寡糖寡糖(常見的主要是二糖，如麥芽糖、蔗糖、乳糖常見的主要是二糖，如麥芽糖、蔗糖、乳糖)及及多糖多糖(如淀粉、如淀粉、糖原糖原、纖維素、幾丁質(zhì)、果膠、纖維素、幾丁質(zhì)、果膠、菊糖、葡聚糖、肝素菊糖、葡聚糖、肝素)； 可與其它物質(zhì)結(jié)合成糖蛋白、糖脂、核酸等，形可與其它物質(zhì)結(jié)合成糖蛋白、糖脂、核酸等，形成重要的活性分子。成重要的活性分子。 為什么牛羊可以以秸稈為食物而人不可以？為什么牛羊可以以秸稈為食物而人不可以？三、脂類三、脂類 不溶于水，易溶于有機溶劑。不溶于水，易溶于有機溶劑。 構(gòu)成生物膜的重要物質(zhì)，與細胞的表面物構(gòu)成生物膜的重要物質(zhì)，與細胞的表面物質(zhì)、細胞識別及種的特異性、組織免疫密

6、質(zhì)、細胞識別及種的特異性、組織免疫密切相關(guān)；切相關(guān)； 可作為能量貯存在生物體內(nèi)，構(gòu)成生物體可作為能量貯存在生物體內(nèi)，構(gòu)成生物體的保護層，防止機械損傷和熱量、水分的的保護層，防止機械損傷和熱量、水分的散失；散失； 有的具有強烈的生物活性。有的具有強烈的生物活性。 可分為中性脂肪和類脂（蠟和磷脂）等可分為中性脂肪和類脂（蠟和磷脂）等中性脂肪(動物-fat)和油(植物-oil)由甘油醇和脂肪由甘油醇和脂肪酸結(jié)合成的酯。酸結(jié)合成的酯。又稱磷酸甘油脂，與又稱磷酸甘油脂，與脂肪不同之處在于甘脂肪不同之處在于甘油的一個羥基不是與油的一個羥基不是與脂肪酸結(jié)合成酯，而脂肪酸結(jié)合成酯，而是與磷酸及其衍生物是與磷酸

7、及其衍生物( (如磷酸膽堿如磷酸膽堿) )結(jié)合，結(jié)合，形成卵磷脂形成卵磷脂磷脂卵磷脂是生物膜脂質(zhì)雙層的主要成分，磷酸膽堿一卵磷脂是生物膜脂質(zhì)雙層的主要成分，磷酸膽堿一端為極性的頭，兩個脂肪酸一端為非極性的尾，其端為極性的頭，兩個脂肪酸一端為非極性的尾，其中一個脂肪酸通常含不飽和雙鍵，因此總有點彎折中一個脂肪酸通常含不飽和雙鍵，因此總有點彎折 結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白 伸縮蛋白伸縮蛋白 貯存蛋白貯存蛋白 保護蛋白保護蛋白 運輸?shù)鞍走\輸?shù)鞍?激素蛋白激素蛋白 信號蛋白信號蛋白 酶和輔酶酶和輔酶四、四、 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)n 蛋白質(zhì)的主要種類和功能l 氨基酸結(jié)構(gòu)的共同特點氨基酸結(jié)構(gòu)的共同特點在于，在與羧基相連的在

8、于，在與羧基相連的碳原子（碳原子（ - -碳原子）上碳原子）上都有一個氨基，另一個都有一個氨基，另一個r r基?；?。n 蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)是由2020種氨基酸組成的生物大分子種氨基酸組成的生物大分子l 不同氨基酸不同氨基酸其其r r基各不相基各不相同，同，r r基的結(jié)基的結(jié)構(gòu)決定了構(gòu)決定了2020種種氨基酸的特殊氨基酸的特殊性質(zhì)性質(zhì)nhl 一個氨基酸的一個氨基酸的 氨基與另一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的 羧基脫水羧基脫水縮合，形成肽鍵并生成縮合，形成肽鍵并生成化合物。不同數(shù)目的化合物。不同數(shù)目的氨基酸以肽鍵順序相連形成氨基酸以肽鍵順序相連形成，多肽形成蛋白多肽形成蛋白質(zhì)分子的亞單位。質(zhì)分子的亞

9、單位。 蛋白質(zhì)的特定構(gòu)象即蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的特定構(gòu)象即蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)對于蛋白質(zhì)的功能起決定性的作用。和形態(tài)對于蛋白質(zhì)的功能起決定性的作用。 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)變性（構(gòu)象發(fā)生變化）使得變性（構(gòu)象發(fā)生變化）使得其特定的其特定的功能便立即喪失。功能便立即喪失。n 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) 二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) 三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)n 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) ：是共價連接共價連接的氨基酸殘基的序列，它描的氨基酸殘基的序列，它描述的是蛋白質(zhì)的線性的（或述的是蛋白質(zhì)的線性的（或一維）結(jié)構(gòu)一維）結(jié)構(gòu)。 胰島素由胰島素由51個氨基酸組成

10、個氨基酸組成是通過肽鍵中的酰胺氮和羰基氧之間形成的氫是通過肽鍵中的酰胺氮和羰基氧之間形成的氫鍵維持的，一級結(jié)構(gòu)盤繞鍵維持的，一級結(jié)構(gòu)盤繞 折疊折疊 形成的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)單元形成的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)單元,包括包括 -螺旋、螺旋、 -折疊和轉(zhuǎn)角等折疊和轉(zhuǎn)角等。（4條條-螺旋）螺旋） 原纖維原纖維 微原纖維微原纖維（11條原纖維）條原纖維）巨原纖維巨原纖維紡錘體型紡錘體型皮質(zhì)細胞皮質(zhì)細胞角質(zhì)膜角質(zhì)膜皮質(zhì)皮質(zhì)髓質(zhì)髓質(zhì)頭發(fā)頭發(fā)思考題思考題: 毛毛發(fā)在濕熱條發(fā)在濕熱條件下可以拉件下可以拉長到原有長長到原有長度的度的2倍倍, 為為什么什么?燙發(fā)實際上是一個生物化學(xué)過程燙發(fā)實際上是一個生物化學(xué)過程還原還原做卷做卷氧化

11、氧化頭發(fā)中的原纖維和巨原纖維的結(jié)構(gòu)都是通過二硫鍵交聯(lián)的，大大頭發(fā)中的原纖維和巨原纖維的結(jié)構(gòu)都是通過二硫鍵交聯(lián)的，大大增加了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。增加了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 -折疊折疊絲制品很柔軟絲制品很柔軟, 不能拉伸不能拉伸.肌紅蛋白肌紅蛋白：是指一條多肽鏈形成緊密的一個或多個球狀單：是指一條多肽鏈形成緊密的一個或多個球狀單位或結(jié)構(gòu)域，三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定依賴于非相鄰的氨基酸殘基位或結(jié)構(gòu)域，三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定依賴于非相鄰的氨基酸殘基側(cè)鏈的相互作用。側(cè)鏈的相互作用。 并不是每個蛋白質(zhì)都具有的，只有那些是由兩條并不是每個蛋白質(zhì)都具有的，只有那些是由兩條或兩條以上多肽鏈組成的蛋白質(zhì)才具有四級結(jié)構(gòu)，每一條肽或兩條以

12、上多肽鏈組成的蛋白質(zhì)才具有四級結(jié)構(gòu)，每一條肽鏈也稱之亞基，肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。鏈也稱之亞基，肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法核酸貯存遺傳信息，控制蛋白質(zhì)的合成核酸貯存遺傳信息，控制蛋白質(zhì)的合成核酸包括脫氧核糖核酸核酸包括脫氧核糖核酸(dna)(dna)和核糖核酸和核糖核酸(rna),(rna),都是由許多順序排列的核苷酸組成的大分子。都是由許多順序排列的核苷酸組成的大分子。五、五、 核酸核酸 貯存遺傳信息的特殊貯存遺傳信息的特殊dnadna片段稱為片段稱為基因基因，它編碼蛋白質(zhì)的，它編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而決定蛋白質(zhì)的功能。通過蛋白質(zhì)

13、的作用，氨基酸序列，從而決定蛋白質(zhì)的功能。通過蛋白質(zhì)的作用，dnadna實際上控制著細胞和生物體的生命過程實際上控制著細胞和生物體的生命過程 dnadna控制蛋白質(zhì)的合成是通過控制蛋白質(zhì)的合成是通過rnarna來實現(xiàn)的，即遺傳信息由來實現(xiàn)的，即遺傳信息由dnadna轉(zhuǎn)錄到轉(zhuǎn)錄到rnarna，后者決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列，后者決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列 dna分子為雙鏈，由兩條脫氧核糖核苷酸長鏈堿基互分子為雙鏈，由兩條脫氧核糖核苷酸長鏈堿基互相配對，形成相配對，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)；rna分子一般為單鏈分子一般為單鏈(如如t-rna)；脫氧核苷酸脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)磷酸磷酸脫氧核糖脫氧核糖含氮堿

14、含氮堿基？基？核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸的結(jié)構(gòu)磷酸磷酸核糖核糖含氮堿含氮堿基？基？dna的堿基是的堿基是a、t、g、c.rna的堿基是的堿基是a、u、g、c。dnadna的平面結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu) 兩條脫氧核苷酸鏈反兩條脫氧核苷酸鏈反向平行向平行 雙鏈的中間是堿基對雙鏈的中間是堿基對 雙鏈的兩側(cè)是磷酸和雙鏈的兩側(cè)是磷酸和脫氧核糖的交互排列脫氧核糖的交互排列 堿基互補配對原則是：堿基互補配對原則是： a與與t配對；配對； g與與c配配對對catgc gt ac ggcc grna的組成的組成 rna大多是單鏈分子；大多是單鏈分子； 含核糖；含核糖； 堿基為腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧堿基為腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧

15、啶；啶和尿嘧啶； 3種種rna：信使：信使rna（mrna），核糖體），核糖體rna（rrna）和轉(zhuǎn)運）和轉(zhuǎn)運rna（trna）rna與與dna的主要差別？的主要差別？rna與與dna的主要差別的主要差別 （1）rna大多是單鏈分子；大多是單鏈分子； （2）含核糖而不是脫氧核糖；）含核糖而不是脫氧核糖； （3）4種核苷酸中，不含胸腺嘧啶（種核苷酸中，不含胸腺嘧啶（t），），而是由尿嘧啶（而是由尿嘧啶（u）代替了胸腺嘧啶（）代替了胸腺嘧啶（t）。）。n dna dna雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)n19511951年年 watson 23watson 23歲歲n丹麥的哥本哈根丹麥的哥本哈根 w

16、ilkinswilkins教授教授 n英國劍橋大學(xué)英國劍橋大學(xué)cavendishcavendish實驗室實驗室 ncrickcrick， 3131歲歲 n倫敦大學(xué)倫敦大學(xué)kingskings實驗室實驗室n女科學(xué)家女科學(xué)家franklin franklin nwilkinswilkins教授教授 randallrandall教授教授 ndnadna應(yīng)該是雙螺旋應(yīng)該是雙螺旋 na a與與t t、 c c與與g g巧妙連接巧妙連接 n符合符合x x衍射數(shù)據(jù)衍射數(shù)據(jù) dnadna的復(fù)制的復(fù)制n19531953年年2 2月月2828日，日，watersonwaterson 和和crickcrick用金屬

17、線又制出了新的用金屬線又制出了新的dnadna模型，他們?yōu)樽匀豢茖W(xué)樹立了一座閃閃發(fā)光的里程碑。模型，他們?yōu)樽匀豢茖W(xué)樹立了一座閃閃發(fā)光的里程碑。六六 、大分子結(jié)合物、大分子結(jié)合物1) 糖蛋白糖蛋白2) 核蛋白核蛋白3) 糖脂糖脂4) 脂蛋白脂蛋白糖蛋白糖蛋白 糖同蛋白質(zhì)的共價結(jié)合物糖同蛋白質(zhì)的共價結(jié)合物 生物學(xué)功能：生物學(xué)功能： （1）具有酶或激素活性如：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、）具有酶或激素活性如：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、促性腺激素、卵泡刺激激素等促性腺激素、卵泡刺激激素等（2）具有轉(zhuǎn)運金屬和激素的作用，如：轉(zhuǎn)鐵蛋白、甲狀腺素）具有轉(zhuǎn)運金屬和激素的作用，如：轉(zhuǎn)鐵蛋白、甲狀腺素結(jié)合球蛋白

18、等結(jié)合球蛋白等（3）參加血液凝結(jié)作用：纖維蛋白原）參加血液凝結(jié)作用：纖維蛋白原（4）作為保護劑和潤滑劑：粘蛋白）作為保護劑和潤滑劑：粘蛋白（5）作為各種生物膜的組成成分和支持結(jié)構(gòu)，細胞膜的選擇）作為各種生物膜的組成成分和支持結(jié)構(gòu)，細胞膜的選擇性通透作用也收到糖蛋白的控制性通透作用也收到糖蛋白的控制（6）其他生物功能，如糖蛋白與生物體免疫和血型區(qū)分有關(guān)）其他生物功能，如糖蛋白與生物體免疫和血型區(qū)分有關(guān)核蛋白核蛋白 核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合 比較重要的核蛋白存在形式：比較重要的核蛋白存在形式：（1）病毒：非細胞生物，主要有蛋白質(zhì)和核）病毒：非細胞生物，主要有蛋白質(zhì)和核酸組成酸組成（2）染色

19、質(zhì)：核酸和蛋白質(zhì)組成）染色質(zhì)：核酸和蛋白質(zhì)組成（3）核蛋白體：核糖體與蛋白質(zhì)組成，是蛋）核蛋白體：核糖體與蛋白質(zhì)組成，是蛋白質(zhì)生物合成的場所白質(zhì)生物合成的場所糖脂糖脂 糖脂是一類具有一般脂類溶解性質(zhì)的含糖糖脂是一類具有一般脂類溶解性質(zhì)的含糖脂質(zhì)脂質(zhì),包括腦糖脂、神經(jīng)節(jié)糖脂、甘油醇糖包括腦糖脂、神經(jīng)節(jié)糖脂、甘油醇糖脂等脂等 脂蛋白脂蛋白 脂同蛋白質(zhì)的結(jié)合物脂同蛋白質(zhì)的結(jié)合物 脂蛋白中脂質(zhì)與蛋白質(zhì)之間沒有共價鍵結(jié)脂蛋白中脂質(zhì)與蛋白質(zhì)之間沒有共價鍵結(jié)合，多數(shù)是通過脂質(zhì)的非極性部分與蛋白合，多數(shù)是通過脂質(zhì)的非極性部分與蛋白質(zhì)組分之間以疏水性相互作用而結(jié)合在一質(zhì)組分之間以疏水性相互作用而結(jié)合在一起。起。 豬肉為長壽食品？豬肉為長壽食品？生命元素中，碳元素具有特別重要的作用。生物大分子的基本性生命元素中，碳元素具有特別重要的作用。生物大分子的基本性質(zhì)取決于有機化合物的碳骨架和功能基團。蛋白質(zhì)、核酸、脂類和質(zhì)取決于有機化合物的碳骨架和功能基團。蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖等，都是由含有功能基團的相同或相近的多糖等，都是由含有功能基團的相同或相近的單體單體脫水縮合而成。脫水縮合而成。 糖類包括單糖、寡糖和多糖。糖是生物代謝反應(yīng)的重要中間代糖類包括單糖、寡糖和多糖。糖是生物代謝反