生命的化學基礎(3)課件

生命的化學基礎2.1原子與分子2.1.1生命需要約25種元素一般說，含量占生物體總重量萬分之一以上的元素稱為大量元素，C、H、0、N、P、S、K、Ca、Mg、Ｃl、Na。凡是重量低于人體體重萬分之一的元素，就叫做微量元素，自然界有三十余種，人體所必需的有十四種，它包括鐵、銅、鋅、鎳、鉻、碘、氟、錫、鉬、釩、硅、鈷、硒、錳。這些元素加起來也只有體重的0．05％。

1973年WHO專家委員會認為必需微量元素共有鐵、鋅、硒、碘、銅、錳、鉻、氟、鉬、鈷、鎳、錫、硅、釩等14種。此外，亦有資料認為鍶、砷、硼為人或動物所必需。1990年FAO/IAEA/WHO三個國際組織的專家委員會重新界定必需微量元素的定義，并按其生物學的作用將之分為三類：(1)人體必需微量元素，共8種，包括碘、鋅、硒、銅、鉬、鉻、鈷及鐵。(2)人體可能必需的元素，共5種，包括錳、硅、硼、釩及鎳。(3)具有潛在的毒性，但在低劑量時，可能具有人體必需功能的元素，包括氟、鉛、鎘、汞、砷、鋁及錫，共7種。2.1.2

化合物由元素組成水water:85%

無機鹽salts:1.5%

蛋白質proteins:10%脂質lipids:2%

糖類carbohydrates:0.4%

DNA:0.4%RNA:0.7%2.1.3

水是細胞中不可缺少的物質水是極性分子水分子之間會形成氫鍵液態(tài)水中的水分子具有內聚力水的比熱最大冰比水輕水是極好的溶劑水能夠電離2.1.4

化學反應使原子重組2.2組成細胞的大分子2.2.1

碳是組成細胞中各種大分子的基礎蛋白質、核酸和多糖又都是由特定單體構成的生物大分子,它們以碳鏈為骨架,成為細胞的結構基礎,演繹著或簡約、或繁復的生命之歌2.3糖類糖類物質是生物界分布極廣的一類有機物，由C、H、O元素組成，比例一般為1:2:1（有例外如鼠李糖：C6H12O5)主要作為能源物質和碳源物質重要的中間代謝物生物大分子的組成成分，如核酸細胞中最重要的單糖是五碳糖和六碳糖。五碳糖中最重要的有核糖、脫氧核糖(是核酸的重要成分)、核酮糖；六碳糖中最重要的是葡萄糖，它是細胞內能量的主要來源。1、單糖分類：麥芽糖→葡萄糖+葡萄糖通常存在淀粉水解的組織中，如麥芽。蔗糖→α-葡萄糖+β-果糖食物中的糖主要是蔗糖，如甘蔗、甜菜、水果。纖維二糖→β-葡萄糖+葡萄糖是構成纖維素分子的成分。

乳糖→α-葡萄糖+β-半乳糖果存在于動物的乳汁中。2、寡糖2-6個單糖縮合而成的糖。最多的是二糖：細胞壁的組成成分。3、多糖淀粉：以高濃度存于植物中，尤以種子、塊莖、塊根為多，貯藏物質。糖原：動物細胞中貯存的多糖，主要在肝臟和肌肉中。纖維素：植物細胞壁及其他支持組織的主要成分，幾乎占整個植物界碳素的一半，是地球上最為豐富的有機人化合物，水解時需纖維素酶，此酶人沒有但食物中纖維素成分能刺激腸道蠕動，減少癌的發(fā)生。幾丁質：甲殼類、昆蟲的外骨骼。果膠：類別：2.4脂質C、H、OH:O﹥2功能是生物膜的重要成分是貯存能量的物質構成生物表面的保護層。如皮膚、羽毛及果實外表的蠟質。是很好的絕緣體。動物的皮下脂肪有保持正常體溫的作用。是重要的生物學活性物質。如VA、VD、睪酮、腎上腺皮質激素、前列腺素等中性脂肪(fat)和油(oil)

兩者都是甘油(醇)和脂肪酸(fattyacid)結合而成的酯，在植物中稱為油。甘油分子有3個OH，每一個OH和一個脂肪酸的COOH結合，形成酯鍵，就成一個脂肪分子。脂肪分子沒有極性集團，所以稱為中性脂肪，中性脂肪是高度疏水的。脂肪酸分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸兩類。飽和脂肪酸的C、H上沒有雙鍵，分子可以伸直，緊密并列，需較多熱能才能散開，熔點高，室溫下為固態(tài)。不飽和脂肪酸的C、H上至少有一個雙鍵，并部分扭曲成小彎，分子不能緊密排列，易散開，熔點低，室溫下為液態(tài)。蠟：蠟是由脂肪酸和醇化合而成的酯。但蠟的脂肪酸都是長鏈的，醇也都是長鏈的，并且只有一個—OH基。皮膚表面、毛，羽植物葉及果實表面以及昆蟲體表都有蠟覆蓋，使細胞與外界嚴密隔離，防止細胞失水。磷脂類：磷脂(phospholipids)幾乎全部存在于細胞的膜系統(tǒng)中，在腦、肺、腎、心、骨髓、卵及大豆細胞中含量最高。和脂肪不同之處在于；甘油的一個α—羥基不是和脂肪酸而是和磷酸結合成酯（磷脂酸）。磷脂分子由于有磷酸和與之相連接的含氨基的化合物，因而是有極性的分子，它的磷酸一端為極性的頭，是親水的，它的2個脂肪酸鏈是非極性的尾，是疏水的。細胞各種膜的形成、結構和特性，都與磷脂分子的極性特征有關。類固醇這是一類具有特殊芳香族結構的物質，它們不含脂肪酸，但它們的理化性質與脂肪相近。它們不溶于水，而易溶于非極性的有機溶劑，所以習慣上將它們和脂類放在一起。最熟知的類固醇是在環(huán)戊烷多氫菲上連有一條碳氫鏈的膽固醇(cholester01)。膽固醇是動物細胞膜和神經髓鞘的重要成分，與膜的透性有關。動物細胞線粒體和內質網膜中也有少量膽固醇。植物細胞不含膽固醇，但含有其他類固醇物質，稱為植物固醇(phytoster01)。一些重要的生物活性物質，如性激素、維生素D和腎上腺皮質激素等都屬于類固醇。萜類從結構上看，萜類(terpenes)和類固醇很相似。萜類不含脂肪酸，而是由不同數目的異戊二烯連接而成的分子。植物細胞中的類胡蘿卜素(carotenoids)屬于萜類，由8個異戊二烯分子構成。β-胡蘿卜素是一種重要的類胡蘿卜素。β-胡蘿卜素分子裂解為二，就成2個分子的維生素A。另一種萜類物質是視黃醛(retin01)，是維生素A的氧化物。視黃醛對動物的感光活動有非常重要的作用。此外，維生素E和維生素K也都是萜類。2.5蛋白質1、一般特性：蛋白質(protein)是細胞和生物體的重要組成成分。細胞干重的一半是蛋白質。肌肉、皮膚、血液、毛發(fā)的主要成分都是蛋白質。生物膜中蛋白質的含量約占60％～70％。植物體由于有豐富的纖維素，蛋白質含量相對略少。蛋白質在細胞和生物體的生命活動過程中，起著十分重要的作用：生物鐵結構和性狀都與蛋白質有關。蛋白質還參與基因表達的調節(jié)，以及細胞中氧化還原反應、電子傳遞、神經傳遞乃至學習和記憶等多種生命活動過程。在細胞和生物體內各種生物化學反應中起催化作用的酶主要也是蛋白質。許多重要的激素，如胰島素和胸腺激素等也都是蛋白質。此外，多種蛋白質，如植物種子(豆、花生、小麥等)中的蛋白質和動物蛋白、奶酪等都是供生物營養(yǎng)生長之用的蛋白質。有些蛋白質如蛇毒、蜂毒等是動物攻防武器。2、蛋白質的結構

蛋白質由C、H、O、N四種基本元素組成，多半還含S，有的還含P、Fe、Zn、Cu等，氨基酸(aminoacids)是蛋白質的結構單體。天然存在于蛋白質中的氨基酸共有20種。結構上的一個共同特點是，在與羧基一COOH相連的碳原子(α—碳原子)上都有一個氨基，因而稱為氨基酸，它們的不同之處在于它們的不同之處在于它們的側鏈，即右式中的R，各有不同。一個氨基酸分子中的氨基，與另一氨基酸分子中的羧基脫水縮合，形成肽鍵(peptidebond)，生成的化合物稱為二肽。不同數目的氨基酸以肽鍵順序相連，這樣形成的長短不一的鏈狀分子，即是肽(peptide)或多肽(polypeptide)。多肽鏈的一端有一個一NH2，帶這個基團的氨基酸稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端有一個--COOH，帶這個基團的氨基酸稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。蛋白質分子的構象與結構層次

蛋白質分子是氨基酸連接成的多肽鏈。每一種天然蛋白質都有自己特有的空間結構，這種空間結構稱為蛋白質的（天然）構象。

蛋白質一級結構：是指蛋白質分子中多肽鏈的數目，多肽鏈之間的連接方式和連接部位，二硫鍵的數目和位置，多肽鏈中氨基酸的數目、種類和順序等。蛋白質的二級結構

是指蛋白質分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復的主體結構或構象。這種周期性的結構是以肽鏈內或各肽鏈間的氫鍵來維持的。例如，動物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個縱軸纏繞成螺旋狀，稱為α—螺旋。相鄰的螺旋以氫鍵相連，從而保持了構象的穩(wěn)定。

球蛋白是一類比纖維蛋白的構象更復雜的蛋白質。肽鏈也成α—螺旋。但在α—螺旋之間有不規(guī)則的不成α—螺旋的部分，正是由于這些不成α—螺旋的部分的折疊，使含有α—螺旋的蛋白質分子折疊成為球形，是為三級結構。這些不形成螺旋部分的折疊方向是決定球蛋白三級結構的關鍵。

蛋白質的三級結構蛋白質的四級結構有些球蛋白分子有2個以上肽鏈，這些肽鏈都成折疊的α—螺旋，它們互相擠在一起，并以弱鍵互相連接，形成一定的構象，這就是四級結構(quarternarystructure)。

核酸是生物大分子中最重要的一類，最早是瑞士的P．Miescher于1870年從膿細胞的核中分離出來的，由于它們是酸性的，并且最先是從核中分離的，故稱為核酸。核酸分為脫氧核糖核酸和核糖核酸兩大類。DNA主要存在于細胞核內的染色質中，線粒體和葉綠體中也有，是遺傳信息的攜帶者；RNA在細胞核內產生，然后進入細胞質中，在蛋白質合成中起重要作用。2.6核酸DNA有特殊生物學功能的核苷酸作為細胞中的“能量貨幣”的三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate)就是其中之一。三磷酸腺苷又稱腺苷三磷酸，簡寫為ATP。在一磷酸腺苷(AMP)的磷酸一側，以高能磷酸鍵(用～表示)再順序連接上2個磷酸，就成了ATP。

除ATP外，由其他有機堿構成的核苷酸也有重要的生