第八章生命化學(xué)基礎(chǔ)

1、大學(xué)化學(xué)第大學(xué)化學(xué)第8章章海事大學(xué)環(huán)境學(xué)院海事大學(xué)環(huán)境學(xué)院 于穎于穎病毒在宿主體內(nèi)的繁殖表述生物活性成分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)認(rèn)識(shí)生物毒物的有力工具以精確的分析方法辨認(rèn)復(fù)雜的生命物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律也適用于解釋生命的新陳代謝機(jī)制Amino acids & Proteinv 蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)物質(zhì)（1）纖維蛋白：塑造細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)（2）球蛋白：決定細(xì)胞和組織生理功能v 蛋白質(zhì)是由-氨基酸結(jié)合而成的膠原蛋白球蛋白v 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位（20種）v 除脯氨酸外，其他19種氨基酸結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是氨基均連在與羧基相鄰的-碳原子上，稱為-氨基酸v 通式為特性基團(tuán) RCNH2HCOOHv R是每種氨基酸

2、的特性基團(tuán)（側(cè)鏈）v -氨基酸分子中，四個(gè)基團(tuán)H、COOH、 NH2 和R位于以C原子為中心的四面體的4個(gè)頂點(diǎn)上1.1 氨基酸氨基酸 RCNH2HCOOHNH2 RCHOOCH（D-構(gòu)型）（L-構(gòu)型）v 除甘氨酸(R=H)外，-氨基酸分子為不對稱分子.其空間結(jié)構(gòu)有兩種形式：v D-構(gòu)型和L-構(gòu)型的分子互為“實(shí)物與鏡象”的關(guān)系，稱為對映異構(gòu)體v 蛋白質(zhì)中氨基酸全部為L-構(gòu)型的氨基酸 絲氨酸甘油醛v 同一氨基酸分子中含有堿性的-NH2和酸性的-COOHv -COOH釋放出H+成為負(fù)電荷的-COO-離子，H+轉(zhuǎn)移給氨基，成為帶正電的-NH3+離子，氨基酸成為兩性離子1.1 氨基酸氨基酸 RCHNH2

3、COOH RCHNH3+COO-v當(dāng)向處于兩性離子狀態(tài)的氨基酸溶液加入酸H+時(shí)，-COO-接受質(zhì)子表示出堿的特性而變成-COOH，氨基酸帶正電荷；v當(dāng)加入堿時(shí)，-NH3+釋放出質(zhì)子，表現(xiàn)出酸的特性而變成-NH2,釋放出來的H+與OH-生成水，氨基酸帶負(fù)電荷v氨基酸的酸性是-NH3+給出H+的結(jié)果，不是-COOH的行為；其堿性是-COO-結(jié)合H+的結(jié)果，不是-NH2結(jié)合H+的結(jié)果CHNH3+COO- Rv溶液調(diào)至酸性時(shí)，R-CHNH3+COOH是主要存在形式，若該溶液在電場中，移向負(fù)極；v溶液調(diào)至堿性時(shí)，R-CHNH2COO-是主要存在形式，若該溶液在電場中，向正極移動(dòng)；v 溶液的pH調(diào)節(jié)到一個(gè)

4、適當(dāng)值時(shí)，-NH2和-COOH的解離度完全相等，氨基酸所帶凈電荷為零，在電場中不移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH為該氨基酸的等電點(diǎn) 等電點(diǎn)時(shí)氨基酸處于兩性離子狀態(tài)，即使少數(shù)解離，解離成陽離子和陰離子數(shù)目和趨勢相等 等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸溶解度最小，可以分離提純陽離子交換層析v蛋白質(zhì)的各種特殊功能是由氨基酸順序決定的v一個(gè)氨基酸分子的羧基和另一個(gè)氨基酸分子的氨基，通過脫水縮合反應(yīng)形成一個(gè)酰胺鍵-CO-NH-，新形成的化合物為肽，肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵v兩個(gè)氨基酸分子構(gòu)成的肽為二肽，多個(gè)氨基酸形成的肽稱為多肽v構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的肽鏈不僅有確定的氨基酸組成，而且多肽鏈中的氨基酸殘基有非常嚴(yán)格的排列順序v蛋白質(zhì)的一級結(jié)

5、構(gòu)指的是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的氨基酸在多肽鏈共價(jià)主鏈的排列順序和連接方式v一級結(jié)構(gòu)中肽鍵（-CO-NH-）是主要的連接鍵v每個(gè)蛋白質(zhì)分子除具有特定的一級結(jié)構(gòu)外，還具有一定空間結(jié)構(gòu)v肽鏈上C-C，C-N單鍵可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，單個(gè)蛋白質(zhì)分子存在無限可能的空間異構(gòu)體v分子中的原子或原子團(tuán)繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的立體異構(gòu)體稱為構(gòu)象構(gòu)象v由于原子間相互作用，單鍵旋轉(zhuǎn)受限，每種蛋白質(zhì)只有一種或幾種較為穩(wěn)定的構(gòu)象肽鏈上C-C，C-N單鍵可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，單個(gè)蛋白質(zhì)分子存在無限可能的空間異構(gòu)體包括二級、三級、四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)指的是其分子中多肽鏈本身的折疊方式二級結(jié)構(gòu)包括-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)是借肽鏈之間

6、形成的氫鍵而成為穩(wěn)定構(gòu)象的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)二二級級結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)-螺旋-折疊蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)v蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)指的是螺旋肽鏈進(jìn)一步盤繞、折疊成復(fù)雜的具有一定規(guī)律性的空間結(jié)構(gòu)v注意：是一條肽鏈本身的盤繞和折疊蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的三維重疊蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)-乳清蛋白溶菌酶蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)指的是由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立并具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈締合的蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)型馬高鐵血紅蛋白v維系蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵有共價(jià)鍵（肽鍵、二硫鍵、酯鍵等）和非共價(jià)鍵（又稱次級鍵，如氫鍵、離子鍵、疏水鍵等）v肽鍵是蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的基本連接鍵v二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象主要靠氫鍵維持v三、四級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象主要靠次級鍵固定。含金屬蛋白分子中的

7、金屬離子以配位鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合v酶是一類由生物細(xì)胞產(chǎn)生的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑v對于人體，酶要產(chǎn)生活性需要輔酶的參加，一些維生素本身就是輔酶或者輔酶的一部分，因此人類沒有維生素就無法生存v因其主要成分是蛋白質(zhì)，根據(jù)其組成分為簡單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)v簡單蛋白質(zhì)：活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，如脲酶v結(jié)合蛋白質(zhì)：結(jié)合非蛋白組分后才表現(xiàn)出酶活性，并且把酶蛋白和輔助因子結(jié)合后形成的復(fù)合物稱為“全酶”。全酶=酶蛋白+輔助因子v催化反應(yīng)中，酶反應(yīng)的專一性取決于酶蛋白本身，輔助因子對原子、電子或某些化學(xué)基團(tuán)起傳遞作用v催化效率高 酶催化的反應(yīng)速率比非催化反應(yīng)高108-1010倍。酶能

8、顯著降低反應(yīng)的活化能v酶的作用具有高度的專一性 一種酶只能作用于某一類或某一特性的物質(zhì)。被酶作用的物質(zhì)稱為該酶的底物v酶易失活 酶是蛋白質(zhì)，對環(huán)境的變化比較敏感v酶（蛋白質(zhì)）質(zhì)點(diǎn)的直徑范圍在10 nm到100 nm之間v催化作用可看作是介于均相催化和非均相催化之間，既可以看成是底物與酶形成中間化合物，也可以看成是酶表面吸附了底物，然后再進(jìn)行反應(yīng)v兩種學(xué)說解釋酶催化機(jī)理 1）中間化合物學(xué)說 2）誘導(dǎo)契合學(xué)說1）中間化合物學(xué)說v 酶在催化化學(xué)反應(yīng)時(shí)，酶（enzyme，E）與底物（substrate，S）首先形成中間化合物（ES），然后中間化合物再進(jìn)一步分解為產(chǎn)物（P）并釋放出酶 E+S ES P+

9、Ev中間化合物分解為產(chǎn)物的速率很慢，它控制整個(gè)反應(yīng)的速度中間化合物學(xué)說2）誘導(dǎo)契合學(xué)說 酶分子與底物接觸，酶分子能被底物分子誘導(dǎo)改變構(gòu)象，使酶分子活性中心上的氨基酸殘基或其它基團(tuán)形成特定的空間定向，與底物分子相配且密切配合 酶與底物的關(guān)系比作鎖-鑰關(guān)系 酶的活性部位具有只對某些分子起作用的特殊結(jié)構(gòu)Nucleic acids & Generationv核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸v核酸-核苷酸-（核苷、磷酸）；核苷（堿基、戊糖）v根據(jù)核酸中所含戊糖種類不同，核酸有兩種：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）vDNA所含的戊糖是脫氧核糖vRNA所含的戊糖是核糖構(gòu)成DNA和RNA兩種不同核

10、糖之間的區(qū)別是連接在2碳上的基團(tuán)不同腺嘌呤腺嘌呤A鳥嘌呤G胸腺嘧啶T胞嘧啶C尿嘧啶U腺嘌呤 Adenine 鳥嘌呤 Guanine胞嘧啶 Cytosine 尿嘧啶 Uracil胸腺嘧啶 Thymine腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶CvDNA的一級結(jié)構(gòu)由四種脫氧核糖核苷酸，脫氧腺嘌呤（A）核苷酸、脫氧鳥嘌呤（G）核苷酸、脫氧胞嘧啶（C）核苷酸、脫氧胸腺嘧啶（T）核苷酸的排列順序構(gòu)成v生物多樣性和遺傳信息與四種脫氧核糖核苷酸的不同排列順序有關(guān)沃森和克里克 磷酸和糖構(gòu)成梯子的兩條主干嚴(yán)格遵守堿基配對規(guī)律，攜帶遺傳信息v螺旋每盤旋一圈有10對核苷酸，長度為3.4nm，每一對核苷

11、酸對相距0.34nm，螺旋的直徑為2nmv結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性靠堿基對之間的氫鍵等作用力腺嘌呤A與胸腺嘧啶T之間的距離與氫鍵作用力鳥嘌呤G與胞嘧啶C配對之間的距離與氫鍵作用力vDNA按照自己的結(jié)構(gòu)精確復(fù)制并在細(xì)胞分裂時(shí)傳給子代；v半保留復(fù)制：DNA分子中的兩條多核苷酸鏈打開，每條鏈都可以作模版，按照堿基配對原則合成出一條互補(bǔ)的新鏈，這樣新合成的兩個(gè)子代DNA分子與其原來的DNA分子堿基順序完全一樣。子代DNA雙鏈中一條來自親代，另一條為新合成的vDNA分子中所儲(chǔ)存的遺傳信息由其分子中的四種堿基（A、G、C、T）以特定順序排列成三個(gè)一組的三聯(lián)體代表。三聯(lián)體就稱為遺傳密碼子v在遺傳信息傳遞過程中，DNA首先

12、把自己以密碼方式儲(chǔ)存的遺傳信息傳遞給mRNA（信使RNA），再由tRNA（轉(zhuǎn)移RNA）將遺傳密碼翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸信息三聯(lián)體遺傳密碼子轉(zhuǎn)錄和翻譯三葉草形倒 L 形轉(zhuǎn)錄和翻譯DNA 損傷的修復(fù) Ames試驗(yàn)鼠傷寒沙門氏桿菌（細(xì)菌）基因重組：利用限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶使目的基因與載體DNA組合成新的重組DNA；將重組DNA引入受體細(xì)胞；篩選出含有重組DNA的細(xì)胞進(jìn)行克隆體細(xì)胞克隆技術(shù)多利綿羊的誕生先從代號(hào)為A的6歲芬蘭多塞特母綿羊的乳腺中取出乳腺細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)；從代號(hào)為B的蘇格蘭黑臉綿羊體內(nèi)獲取卵母細(xì)胞，再設(shè)法除去細(xì)胞核，成為一個(gè)沒有細(xì)胞核的卵母細(xì)胞空殼；用電脈沖刺激誘導(dǎo)A母羊的乳腺細(xì)胞與B母

13、羊的卵母細(xì)胞空殼融合，成為一個(gè)新的“人造受精卵”；培養(yǎng)“人造受精卵”細(xì)胞，使它進(jìn)行分裂，進(jìn)入胚胎發(fā)育過程；將胚胎轉(zhuǎn)移至代號(hào)為C的第三只母羊的子宮內(nèi)，使它懷孕直到出生Hydrocarbons & Photosynthesisv糖類主要由C,H,O元素組成，其化學(xué)通式為Cn(H2O)n，C,H,O的原子比恰好可以看作由碳和水復(fù)合而成，所以又有碳水化合物之稱v糖類物質(zhì)是含多羥基的醛類或酮類，植物組分的80%多是糖類，主要來源于光合作用v糖是重要的能源和碳源v分類:單糖,低聚糖和多糖v單糖:不能被水解的多羥醛或多羥酮，分子中H與O的比為2:1醛糖 酮糖葡萄糖(C6H12O6)果糖(C6H12O

14、6)單糖-環(huán)狀單糖六元環(huán)結(jié)構(gòu)-吡喃型葡萄糖五元環(huán)結(jié)構(gòu)-呋喃型果糖v 低聚糖:能水解成2-6個(gè)單糖分子的糖為低聚糖v二糖:蔗糖為葡萄糖和果糖形成的雙糖 麥芽糖:培養(yǎng)基和營養(yǎng)基 乳糖:食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)蔗糖麥芽糖乳糖蔗糖由葡萄糖和果糖按糖苷鍵縮水而成；麥芽糖由2分子葡萄糖按糖苷鍵縮水而成；乳糖由葡萄糖和半乳糖按糖苷鍵縮水而成；二糖v 多糖:多個(gè)單糖分子縮合，失水形成v 與生物體聯(lián)系最密切的多糖是淀粉、糖原和纖維素 淀粉:主要在植物體種子和塊根中 糖原:存在于動(dòng)物血液和內(nèi)臟(肝臟)中，主要是食物儲(chǔ)備，血糖過低時(shí)糖原水解為葡萄糖 纖維素:植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分直鏈淀粉支鏈淀粉反芻動(dòng)物能夠消化纖維素，

15、得益于瘤胃中的細(xì)菌纖維素酶v光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的復(fù)雜過程。總反應(yīng)是CO2和H2O在葉綠素的作用下吸收太陽能轉(zhuǎn)化為糖類 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2v在光合作用中， CO2還原為糖，H2O氧化為O2 6CO2+24H+ +24e C6H12O6+6H2O 12H2O 24e 6O2+24H+光透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡基?；|(zhì)片層葉綠體微結(jié)構(gòu)在光反應(yīng)階段，葉綠體中的葉綠素吸收光能，合成能量；在暗反應(yīng)階段，植物利用能量，將CO2還原成糖；暗反應(yīng)不是指在黑暗下進(jìn)行，有光可以照常反應(yīng)葉綠素a分子Lipids & Membranev 主要包括油脂和類脂兩類v 油脂是

16、甘油和脂肪酸組成的中性脂。常溫下為液體的稱為油，固體的稱為脂肪v 類脂主要包括磷脂、糖脂、蠟等v從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，油脂都是甘油醇羥基和脂肪酸的羧基脫水而成的化合物v油脂主要成分是甘油三酯，如果三個(gè)脂肪酸是相同的，為單甘油酯，如果不同為混甘油酯CH2OHCHCH2OHOH+HOCR1OHOCR3OHOCR2OCH2CHCH2OOOCR1OCR2OCR3O軟脂酸(十六酸)-動(dòng)植物油硬脂酸(十八酸)-動(dòng)植物油油酸(9-十八碳烯酸)-動(dòng)植物不飽和油脂亞油酸(9,12-十八碳二烯酸)-棉籽,亞麻仁油a-亞油酸(9,12,15-十八碳三烯酸)-亞麻仁油花生四烯酸(5,8,11,14-24碳烯酸)-卵磷脂,腦

17、磷脂油脂分子甘油硬脂酸油酸軟脂酸v油脂可以在酸、堿、酶的作用下發(fā)生水解反應(yīng)，生成一分子甘油和三分子脂肪酸v如果用堿(NaOH等)使油脂水解，得到的產(chǎn)物不是脂肪酸而是脂肪酸鹽，這些鹽叫做肥皂v油脂在堿性溶液中的水解叫做皂化v磷脂是含磷、類似脂肪的復(fù)雜甘油酯，水解后得到醇類、脂肪酸、磷酸和含氮的有機(jī)堿等四種不同物質(zhì)v磷脂是細(xì)胞原生質(zhì)的固定組成部分v包括卵磷脂、腦磷脂和神經(jīng)磷脂磷脂和糖脂卵磷脂(磷脂類)脂肪酸部分甘油部分磷酸部分膽堿部分由于卵磷脂組分中的脂肪酸不同，卵磷脂通常是混合物，由四部分組成。脂肪酸部分包括軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸等6種，膽堿部分是含氮的有機(jī)化合物糖脂是

18、含糖、脂肪酸和神經(jīng)氨基醇的類脂，在腦中含量最多水解后產(chǎn)生神經(jīng)氨基醇、半乳糖和脂肪酸各一分子半乳糖部分神經(jīng)氨基醇部分脂肪酸部分膜周邊蛋白膜周邊蛋白磷脂磷脂膽固醇膽固醇寡糖寡糖膜內(nèi)在蛋白膜內(nèi)在蛋白脂質(zhì)雙分子層的流動(dòng)性，膽固醇對膜流動(dòng)性具調(diào)節(jié)作用膜的選擇滲透性Elements in the Bodyv構(gòu)成人體以及維持機(jī)體生理健康的元素，目前已知約有25種vC, O, H, N, P, S, K, Na, Cl, Mg, Ca等11種為人體必需的宏量元素vFe, F, Cu, Zn, Mn, V, Br, Mo, Se, Cr, Co, I, Sn, Si等14種為人體必需的微量元素v 人體必需的宏量元素中，C、H、O、N、P和S 6種元素是蛋白質(zhì)、核酸、糖類、酯類物質(zhì)的主要元素，又稱為生物有機(jī)元素v Na+、Cl-是維持細(xì)胞滲透壓的主要離子v Ca2+、Mg2+有抑制神經(jīng)敏感作用，K