考研科目,動物生物化學 第2章 生命的化學特征

第2章生命的化學特征ChemicalPropertiesofLife1本章主要內容1.組成生命有機體的元素2.生物大分子3.生命有機體中的化學鍵4.生物能量學5.水在生命化學中的作用

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重點與難點：生物大分子與化學鍵生物能量學

31.生命中的元素生命與非生命物質在化學組成上有很大的差異，然而組成生命物質的元素都是存在于非生命界的元素。

天然存在的90多種大約30多種是生命所必須的。

4是組成生命體最基本的元素，生命體總質量的99％，是構成糖類、脂類、蛋白質和核酸的主要元素。外層軌道上有一個或1個以上未成對電子，可以形成單鍵、雙鍵和三鍵。

（1）C、H、O和N56生物分子中的共價鍵與鍵能類型鍵能（kJ/mol）類型鍵能*（kJ/mol）單鍵雙鍵

O-H

458

C=O

708

H-H

433

C=N

612

P-O

416

C=C

608

C-H

413

P=O

500

C-O

350三鍵**

C-C

346

C≡C

813

S-H

338

C-N

297

C-S

258

N-O

220

S-S

2127（2）S和P可以形成相對比較弱的化學鍵，在化學基團和能量轉移中有重要作用。

巰基（-SH）:用于攜帶和轉移脂?；?。

三磷酸酰苷（ATP）：用于貯存和轉移化學能。8維持細胞滲透壓、細胞容積、離子平衡、細胞電位。

Na＋、K＋離子：滲透壓的平衡，神經肌肉正常興奮性，糖原合成和蛋白質代謝。

Mg＋：300多種酶的輔因子。

Ca2＋：骨骼的主要成分，參與廣泛的細胞生理活動，如物質的轉運與分泌，血液凝固，是細胞信號傳導的第二信使等。（3）K、Na、Cl、Ca、Mg9

主要有鐵與銅：化學價可（Cu2+/Cu+

，F(xiàn)e3+/Fe2+），在生物氧化過程中作為電子遞體，是許多酶的輔因子。

（4）其它的微量元素102生物分子（biologicalmacromolecules）（1）生物大分子

參與生命有機體活動的許多分子是非常巨大的，我們把生物機體中這些巨大的分子稱為生物大分子。血紅蛋白的空間結構11

生物大分子通過組成它們的單體之間的非共價相互作用，形成特定的空間結構，從而具有了不同的生物學功能。

生物大分子是表現(xiàn)生命特征的基本物質。

12（2）有機小分子

細胞中還存在許多具有獨特功能的有機小分子物質,也是合成較大分子的前體。核苷酸、氨基酸、葡萄糖脂肪酸、膽堿、甘油等13（3）核酸、蛋白質和多糖等主要生物大分子14蛋白質的功能催化功能結構組成儲存運輸功能運動功能防御功能營養(yǎng)功能調節(jié)功能遺傳信息15（4）類脂

類脂（如磷脂）是富含碳氫元素的一族生物小分子，其在水溶液中溶解性較差、兼具親水和親脂特性。細胞的膜結構就是大量磷脂分子的聚合體。

16173.生命有機體中的化學鍵

在生物大分子之間主要存在的非共價的相互作用力包括氫鍵、離子鍵、范德瓦爾力、疏水力。

（1）氫鍵（hydrogenbonds）：

存在于帶電荷的和不帶電荷的分子之間。由兩個原子來分享一個氫原子，具有高度定向性，一個是氫供體（O、N），另一個是氫受體（帶部分負電荷）。18（2）離子鍵（ionicbonds）正、負電荷之間的靜電引力（3）范德瓦爾力（VanderWaalsbonds）一定距離內（0.3-0.4nm）的原子之間通過偶極發(fā)生的相互作用，本質上也是靜電引力。19（4）疏水力（hydrophobicinteraction）非極性分子或基團在水相環(huán)境中相互吸引、聚集的作用力。蛋白質折疊、生物膜形成、酶對底物的催化。（5）二硫鍵（disulfidebond）

指2個硫原子之間的共價鍵，對穩(wěn)定蛋白質的構象起重要作用。204種非共價作用力的示意圖

21224.生物能量學（bioenergetics）

生物能量學：研究生命有機體傳遞和消耗能量的過程，闡明能量的轉換和交流的基本規(guī)律。氧化方式吸收能量太陽光吸收能量

23(1)自由能自由能（G）:指在一個體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下能夠做功的那一部分能量。

自由能是一種狀態(tài)函數(shù)，但變化（ΔG）:AB

ΔG=GB–

GA

ΔG<0，放能，可以做功，自發(fā)進行。

ΔG>0，吸能，非自發(fā)進行，必須供能才能進行。

ΔG=0，平衡狀態(tài)。24體內能量的產生、轉移和利用25

分解代謝釋放的能量并不能直接被細胞利用，必須經一類高能物質，其中最主要的是ATP暫時儲存（能量載體和遞體）起來，用于細胞的生命活動。細胞直能接利用的是腺苷三磷酸(ATP)中所儲存的能量。（2）ATP（腺苷三磷酸）26

ATP在3個磷酸基團中含有兩個磷酸酐鍵，成為高能分子AMP2HHOCCN-OHOHHHOHHOCH2OO-OOOP--POOOPOCNCHHCCNNNαβγATPADP（A-P~P~P），~~-27

ATP的水解

①

ATP的三個磷酸基團，使它pH7.0時帶有4個負電荷（ATP4－），由負電荷相距較近，形成斥力，使磷?；鶊F易于水解。

ATP水解ADP和Pi，AMP和PPi28

②

當ATP水解為ADP3-和HPO42-時，斥力得到緩和，電子可降到最低能水平而促使ATP釋放較多的自由能（共振穩(wěn)定性）。ATP＋H2OADP

+PiATP具有較高的磷酸基團轉移潛勢29

ATP+UDPADP+UTP（三磷酸尿苷）ATP+CDPADP+CTP（三磷酸胞苷）ATP+GDPADP+GTP（三磷酸鳥苷）有一些反應需要UTP、CTP和GTP3031

ATP循環(huán)

ATP是生物界普遍使用的供能物質，有“通用貨幣”（generalcurrencyofenergy）之稱。

ATP水解為ADP并供出能量之后，又可通過氧化磷酸化重新合成，從而形成ATP循環(huán)。

32ATP循環(huán)ATP

ADP

肌酸

磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化

~P

~P

機械能(肌肉收縮)滲透能(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)33

在生命有機體中一個放能的反應可以與一個耗能的反應偶聯(lián)以推動原本不能進行的反應。

葡萄糖+磷酸葡萄糖-6-磷酸（耗能,ΔG>0,為

14kJ/mol）ATPADP+Pi（放能,ΔG<0,為-31kJ/mol）葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP（放能,ΔG<0,為-17kJ/mol）（3）能量偶聯(lián)反應34（4）細胞是一個高效率的能量轉換器

細胞是一個高效率的能量轉換器，生命有機體中的能量轉換是通過電子流動來實現(xiàn)的。光合細胞非光合細胞35

水是生命有機體中含量最多的物質，一般占體重的60%-70%。

水有自由水和結合水，前者流動性大，含量可變，后者主要存在在膠體中，相對穩(wěn)定。

（5）水是生命的介質

36水分子是極性分子，既是氫鍵的受體，又是氫鍵的供體。水分子的極性和形成氫鍵的能力使其具有高度反應性。

37水有高的介電常數(shù)（80），因此是