生命科學導論組成生物體的大小分子春

生命科學導論組成生物體的大小分子春第1頁/共81頁研究生物體的化學組成和研究生命過程中的化學變化，所得到的豐碩成果，構成分子生物學和生物技術發(fā)展的重要基礎。生命機體的組成，包括有機物和無機物兩大類，其中有機物主要有蛋白質、核酸、糖類、脂類、維生素和激素，無機物包括水和無機鹽。第2頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內容第3頁/共81頁1．哪些元素參與生物體的組成？參與生物體組成的元素總共約二、三十種。碳、氫、氧、氮四種元素占了人體重量的99%，或人體干重的85%以上。一、生物體的元素組成第4頁/共81頁常量元素————在人體中含量較大。微量元素————在人體中含量很少。以人體為例，各種元素在人體中含量見下表第5頁/共81頁第6頁/共81頁常量元素的主要功能氧：存在于幾乎所有有機物，又是細胞呼吸所必需；碳：形成各種生物大分子的基本骨架；氫：與氧一樣，幾乎存在于所有有機物中；構成水；氮：蛋白質、核酸、植物細胞中葉綠素的重要組成元素；鈣：骨骼、牙齒的成份，在肌肉收縮、細胞信號轉導中起作用；參與血液凝聚和植物細胞壁的組成；磷：核酸、生物膜中磷脂的成份，參與細胞中的能量轉移反應；骨骼的結構成份；鉀鈉：細胞質與組織液中的主要陽離子，維持體液或細胞內外離子平衡；神經(jīng)沖動的傳導；硫：大多數(shù)蛋白質的成份；鎂：參與多種酶的活化；幫助骨頭生長與肌肉緊縮；植物葉綠素的成份；第7頁/共81頁微量元素的主要功能鐵：血紅蛋白的成份；參與某些酶的活化。碘：甲狀腺激素的重要成分，幫忙維持水量在身體里的平衡。鋅：參加許多金屬酶的組成；促進機體的生長發(fā)育和組織再生；促

進食欲；促進性器官和性機能的正常；參加免疫功能過程。硒：與維他命E一起防止細胞受傷。銅：在紅血球的發(fā)展過程里面起到重要作用。氟化物：在牙齒與骨頭的發(fā)展與維持過程里面起到重要作用。錳：在軟骨與骨頭的纖維里面起到重要作用。第8頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個例子例一、鈣鈣的生理功能肌肉：肌肉收縮免疫：白細胞吞噬功能循環(huán)：血液凝固內分泌：激素分泌毛細血管通透性骨骼：骨骼形成微循環(huán)改善神經(jīng)：神經(jīng)肌肉應激性泌尿：？生殖：？第9頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個例子例一、鈣缺鈣引起的疾病嬰、幼、少兒------佝僂病老年人------骨質疏松癥第10頁/共81頁第11頁/共81頁腎結石——腎結石中重要成分是鈣；但是，限制鈣攝入恰恰會使腎結石加重。草酸鈣：草酸來自蔬菜，食物中鈣可使草酸在腸道

中結成草酸鈣，從糞便中排出。缺鈣：反常鈣內流，損傷腎細胞腎臟對鈣回收功能受損高鈣尿液與尿中草酸結合形成結石尿鈣排出增多。第12頁/共81頁第13頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個例子例二、鋅鋅的生理功能

金屬酶、生長發(fā)育、組織再生、食欲、生殖、免疫力和智力。第14頁/共81頁兒童味覺障礙：厭食、偏食或異食；皮膚疾患：易患口腔潰瘍，青春期痤瘡等；生長發(fā)育不良：身材矮小、瘦弱；免疫力下降，經(jīng)常感冒、發(fā)燒；智力發(fā)育落后；肝脾腫大成年男性男性不育：少精、弱精或精液不液化、前列腺炎肝脾腫大缺鋅引起的疾病第15頁/共81頁微量元素是雙刃劍!硒(Se)：缺硒會使免疫力下降，也可能誘發(fā)克山病、大骨節(jié)病等疾病。但羊中硒過多會導致脫蹄病。碘(I)：缺碘會引起甲狀腺腫大（大脖子?。?；過多則導致甲狀腺功能低下。例如：第16頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內容第17頁/共81頁二、生物小分子小分子大分子復合大分子單糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白質糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂類第18頁/共81頁1．水水占生物體的60％以上的重量地球上生命起源于水中，陸生生物體內細胞也生活在水環(huán)境中水的性質影響生命活動，如：溶解性質，酸堿度(pH)第19頁/共81頁一個水分子的正極與另一水分子的負極相吸引，之間出現(xiàn)的較弱的作用力稱為氫鍵。氫鍵對維持生物大分子的穩(wěn)定極重要。第20頁/共81頁為何水具有表面張力？水分子之間的氫鍵具有靜電引力，正是由于氫鍵使水具有黏性、吸附性和一定的表面張力。水的這些性質還可形成毛細管作用，使得植物根系吸收水分后可克服重力向上運輸?shù)角o和葉片。第21頁/共81頁水影響生命活動的例子：肺泡中的氣體交換肺泡在水環(huán)境中保證O2

和CO2

的交換水分子間氫鍵造成水的表面張力，可使肺泡癟塌肺泡中存在一種表面活性蛋白破壞水的表面張力，使肺泡脹開第22頁/共81頁2．氨基酸氨基酸是同時具有α－氨基和α－羧基的小分子參與蛋白合成的共有22種天然氨基酸，各種氨基酸的區(qū)別在側鏈基團—R第23頁/共81頁第24頁/共81頁D型和L型氨基酸20種天然氨基酸除甘氨酸外，都帶一個不對稱碳原子-α碳原子，都有光學異構體（鏡映體）。第25頁/共81頁第26頁/共81頁除甘氨酸外，組成蛋白質的氨基酸均為L-型氨基酸第27頁/共81頁八種人體必需氨基酸：亮氨酸（Leu）異亮氨酸（Ile）賴氨酸（Lys）蛋氨酸（Met）苯丙氨酸（Phe）纈氨酸（Val）蘇氨酸（Thr）色氨酸（Trp）人體不能自己合成的氨基酸稱為必需氨基酸，需要由食物提供。此外，人體合成精氨酸組氨酸不足于滿足自、身的需要，需要從食物中攝取一部分，我們稱之為半必需氨基酸。其余的十種氨基酸人體能夠自給自足，我們稱之為非必需氨基酸必需氨基酸第28頁/共81頁1）作為組建蛋白質的元件2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調節(jié)、信號傳遞等）氨基酸的功能第29頁/共81頁從營養(yǎng)學的角度必需氨基酸：賴氨酸：促進大腦發(fā)育，是肝及膽的組成成分，能促進脂肪代謝，調節(jié)松果腺、乳腺、黃體及卵巢，防止細胞退化；色氨酸：促進胃液及胰液的產(chǎn)生；苯丙氨酸：參與消除腎及膀胱功能的損耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進脾臟、胰臟及淋巴的功能；蘇氨酸：有轉變某些氨基酸達到平衡的功能；異亮氨酸：參與胸腺、脾臟及腦下腺的調節(jié)以及代謝；亮氨酸：作用平衡異亮氨酸；纈氨酸：作用于黃體、乳腺及卵巢。第30頁/共81頁1953年，美國化學家米勒（StanleyMiller）模擬原始地球上的大氣成分，用氫、甲烷、氨和水蒸氣，通過加熱和火花放電，合成了有機分子氨基酸。第31頁/共81頁3．單糖單糖一般是含有3-6個碳原子的多羥基醛或多羥基酮。按碳原子數(shù)目，單糖可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等，自然界的單糖主要是戊糖和己糖。第32頁/共81頁以葡萄糖為例，葡萄糖是六碳糖鏈式結構環(huán)式結構粗黑線表示這部分向著頁面的外部方向，細線表示這部分位于頁面最內側第33頁/共81頁自然界存在的葡萄糖都是D型，我們身體能代謝的也是D型，不過舌頭則可以嘗出L型葡萄糖的甜味幾種不同的六碳糖：葡萄糖，甘露糖，半乳糖，山梨糖，果糖。第34頁/共81頁1）作為多糖的組成元件2）作為燃料3）組成寡糖參與細胞信號傳遞單糖的功能第35頁/共81頁4．核苷酸核苷酸分子由三個部分組成：1）五碳糖：核糖或脫氧核糖2）堿基：嘧啶、嘌呤3）磷酸第36頁/共81頁第37頁/共81頁組成核酸的五種堿基腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T第38頁/共81頁1）核苷酸是合成生物大分子核糖核酸(RNA）及脫

氧核糖核酸(DNA）的前體；2）在細胞能量代謝上起著極其重要的作用；3）腺苷酸還是幾種重要輔酶的組成成分；4）對于許多基本的生物學過程有一定的調節(jié)作用。核苷酸的功能第39頁/共81頁5．脂類脂類是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。脂類種類很多，分子結構相差較大：1）油脂：甘油三脂2）磷脂和鞘脂3）固醇第40頁/共81頁1）甘油三酯甘油三酯分子結構甘油三酯是人體內含量最多的脂類，大部分組織均可以利用甘油三酯分解產(chǎn)物供給能量，同時肝臟、脂肪等組織還可以進行甘油三酯的合成，在脂肪組織中貯存。第41頁/共81頁2）磷脂和鞘脂（1）磷脂和鞘脂分子可以看成是一個極性頭，兩條非極性尾巴。（2）主要功能是參與生物膜的形成。第42頁/共81頁3）固醇固醇類的內核由4個環(huán)組成一些人體重要維生素和激素是固醇膽固醇是細胞的必要成份血清中的膽固醇太多會促使形成動脈硬化和心腦血管疾病第43頁/共81頁第44頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內容第45頁/共81頁三、生物大分子生物大分子主要有三大類：?蛋白質?核酸?多糖它們都是由生物小分子單體通過特有的共價鍵聯(lián)結而成。第46頁/共81頁1．蛋白質蛋白質是由氨基酸形成的：寡肽：含有2-20個氨基酸殘基（如五肽）多肽：含20－50個氨基酸殘基蛋白質：含幾十個氨基酸殘基第47頁/共81頁第48頁/共81頁注意：肽鏈有方向性：氨基端（N端），羧基端（C端）一條肽鏈的兩端有不同結構和性質：一端的氨基酸殘基帶有游離氨基，稱氨基端；另一端的氨基酸殘基帶有游離羧基，稱羧基端。第49頁/共81頁蛋白質的三級結構：整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結構形狀。蛋白質的一級結構：肽鏈中氨基酸的排列順序。蛋白質的二級結構：鄰近幾個氨基酸形成的一定的結構形狀。如：α-螺旋和β-折疊蛋白質的四級結構：各條肽鏈之間形成的特定結構。所以，四級結構只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質。第50頁/共81頁第51頁/共81頁第52頁/共81頁第53頁/共81頁第54頁/共81頁第55頁/共81頁鐮刀型細胞貧血癥第56頁/共81頁第57頁/共81頁2．多糖單糖通過糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈；生物體內多糖一般都是由葡萄糖構成的；不同的多糖其區(qū)別在于葡萄糖分子的數(shù)目、多糖鏈的結構和糖苷鍵的不同；

三種糖苷鍵：α-1，4－糖苷鍵、α-1，6－糖

苷鍵、β－糖苷鍵第58頁/共81頁第59頁/共81頁第60頁/共81頁第61頁/共81頁不同高級結構帶來不同的生物學性能淀粉形成螺旋狀能源貯存纖維素呈長纖維狀結構支架多糖鏈的高級結構第62頁/共81頁第63頁/共81頁多糖參與免疫第64頁/共81頁牛奶含豐富的蛋白質、礦物質和維生素，還有乳糖在消化系統(tǒng)中，小腸細胞產(chǎn)生乳糖酶，它使乳糖分解乳糖不耐受性：細胞產(chǎn)生的乳糖酶不足→乳糖分解與吸收不正?！鷶_亂小腸中的水分平衡→不適癥狀對策：改變膳食、藥丸補充乳糖酶、……？牛奶－乳糖－乳糖不耐受性第65頁/共81頁3．核酸核苷酸通過磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸；核酸主要分兩種：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）；DNA由4種核苷酸A、T、G、C組成：RNA由4種核苷酸A、U、G和C組成：第66頁/共81頁DNA和RNA在組成成份上有差別:

DNARNA

脫氧核糖核糖有胸腺嘧啶有尿嘧啶，無尿嘧啶無胸腺嘧啶第67頁/共81頁一端的核苷酸，其5’-C的磷酸基團沒有形成磷酸二酯鍵，稱5’末端；另一端的核苷酸，其3’-C的羥基沒有進入磷酸二酯鍵而游離，稱3’末端。核酸鏈也有方向性！第68頁/共81頁核酸的高級結構1）DNAA、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成右手雙螺旋，糖－P

－糖構成螺旋主鏈；B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直，雙螺旋

上有兩條凹溝：大溝（寬1.2nm）與小溝（寬0.75nm）；C、兩條鏈對應堿基呈配對關系，依靠彼此堿基間的氫鍵結合在

一起。A＝T，G≡C；D、雙螺旋直徑20A（2nm），螺距34A，每一螺距中含10bp，

兩個核苷酸間夾角為36°。第69頁/共81頁第70頁/共81頁0.006mm2mDNA第71頁/共81頁第72頁/共81頁Watson和Crick的資料來自于相對濕度92%時所得到的DNA鈉鹽纖維——B型DNA（B-DNA）;在相對濕度低于75%時獲得的DNA鈉鹽纖維，結