生物化學(xué)生命的化學(xué)特征

關(guān)于生物化學(xué)生命的化學(xué)特征1第1頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月2本章主要內(nèi)容

組成生命有機體的元素生物分子生命有機體中的四種化學(xué)鍵*生物化學(xué)反應(yīng)的能量來源水在生命化學(xué)過程中的作用

第2頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月31.生命中的元素

生命與非生命物質(zhì)在化學(xué)組成上有很大的差異，然而組成生命物質(zhì)的元素都是存在于非生命界的元素。

元素周期表中各種元素在生命機體中的豐度

氫、氧、碳和氮硫和磷鉀、鈉、氯、鈣與鎂其他微量元素

第3頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月4

組成生命的元素有30多種，其中約16種是所有生物體中都具有的。（目前已知的化學(xué)元素種類有多少？）動物體內(nèi)C、

H、O、N、Na、K、Ca、Mg、P、S、Cl等元素含量最豐富。其中C、

H、O、N等4種元素含量最多，它們約占大多數(shù)細胞重量的99%。另外，Mn、Fe、Co、Cu、Zn、I、Mo、Se等在動物體內(nèi)亦少量存在，稱為微量元素。但具有重要的生理功能。第4頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月5硫和磷

可以形成相對比較弱的化學(xué)鍵，在化學(xué)基團和能量轉(zhuǎn)移中有重要作用，如巰基-SH用于攜帶和轉(zhuǎn)移脂?；?，磷?；糜谫A存和轉(zhuǎn)移化學(xué)能鉀、鈉、氯、鈣、鎂維持細胞滲透壓、細胞容積、離子平衡、細胞膜電位鈉、鉀離子神經(jīng)肌肉正常興奮性，糖原合成和蛋白質(zhì)代謝鎂離子是300多種酶的輔因子鈣離子是骨骼的主要成分，參與廣泛的細胞生理活動，如物質(zhì)的轉(zhuǎn)運與分泌，血液凝固，是細胞信號傳導(dǎo)的第二信使等其他的微量元素

主要有鐵與銅化學(xué)價可變（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。還有Zn2+，Mn2+

，Mo2+

和I等也有重要生理功能。第5頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月6生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)整有序性：元素↓有機小分子單體：氨基酸,核苷酸,單糖,脂肪酸↓生物大分子：蛋白質(zhì),核酸,糖類,脂類↓亞細胞結(jié)構(gòu)：各種細胞器,核,膜…↓細胞：原核、真核↓器官：心,肝,腎…↓整體：動物（人）,植物,微生物…第6頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月72.生物分子2.1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（biologicalmacromolecules）。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(jié)構(gòu)，從而具有了不同的生物學(xué)功能。

生物大分子是表現(xiàn)生命特征的基本物質(zhì)。

血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)第7頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月8表2?1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-H458C=O708H-H433C=N612P-O416C=C608C-H413P=O500C-O350

三鍵**C-C346C≡C813S-H338C-N297C-S258N-O220S-S212*指鍵斷裂所需要的能量**生物分子中很少見第8頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月9核酸,蛋白質(zhì)和多糖是主要的生物大分子第9頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月102.2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(jié)構(gòu)就是大量磷脂分子的聚合體。

2.3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(zhì),也是合成較大分子的前體。如：核苷酸、氨基酸、葡萄糖

脂肪酸、膽堿、甘油等第10頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月11共價鍵:

共價鍵是化學(xué)鍵的一種，兩個或多個原子共同使用它們的外層電子，在理想情況下達到電子飽和狀態(tài)，由此組成比較穩(wěn)定和堅固的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這種化學(xué)鍵稱為共價鍵。

非共價鍵：氫鍵，離子鍵，范德華力，疏水作用力等。3.生命有機體中的化學(xué)鍵

第11頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月12生命有機體中的非共價價作用力

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。

氫鍵（hydrogenbonds）

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(N\O)，另一個是氫受體范德瓦爾力（VanderWaalsbonds）一定距離內(nèi)的原子之間通過偶極發(fā)生的相互作用，本質(zhì)上也是靜電引力疏水力（hydrophobicinteraction）非極性分子或基團在水相環(huán)境中相互吸引、聚集的作用力離子鍵（ionicbonds）正、負(fù)電荷之間的靜電引力

第12頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月134種非共價作用力的示意圖

范德瓦爾接觸距離（0.3-0.4nm）

第13頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月144.生物能量學(xué)

生物能量學(xué)（bioenergetics）：研究生命有機體傳遞和消耗能量的過程，闡明能量的轉(zhuǎn)換和交流的基本規(guī)律。

體內(nèi)能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和利用第14頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月15自由能（freeenergy）

能量總是從能態(tài)較高的物體流向能態(tài)較低的物體。這些過程都是自發(fā)的。凡是自發(fā)的過程，都有能量的釋放，而且其中一部分可以用來帶動非自發(fā)的過程。自發(fā)過程中能用于做功的能量稱為自由能.

體系可做功的能量（自由能）=體系總能量–不被利用做功的能量表示為:G=H–S?TH表示體系的總能量（焓值）；S?T表示不能被利用做功的能量，S為熵值，T為絕對溫度，那么體系可做功的能量等于H–S?T，稱為自由能，用G表示.

自由能G是一個狀態(tài)函數(shù)。在等溫等壓條件下，體系從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時，自由能的改變?yōu)椋?/p>

ΔG=ΔH–ΔS?T

在自發(fā)過程中，自由能的改變?yōu)樨?fù)值,表示釋放的自由能可以用來做功。而在非自發(fā)過程中，其變化是正值，表示這種改變要從外界輸入能量才能實現(xiàn)。

第15頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月16能量偶聯(lián)反應(yīng)

在生命有機體中一個放能的反應(yīng)可以與一個耗能的反應(yīng)偶聯(lián)以推動原本不能進行的反應(yīng)。這是生命系統(tǒng)中能量交換的核心。

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）由葡萄糖激酶催化的反應(yīng)在自發(fā)過程中，ΔG為負(fù)值,表示釋放的自由能可以用來做功。在非自發(fā)過程中，ΔG是正值，表示這種改變要從外界輸入能量才能實現(xiàn)。第16頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月17

ATP

ATP是自由能的直接供體，它的作用猶如貨幣一樣在體內(nèi)使用和流通，因此人們將它形象地稱為“通用能量貨幣（generalcurrencyofenergy）”。細胞是一個高效率的能量轉(zhuǎn)換器,生命有機體中的能量轉(zhuǎn)換是通過電子流動來實現(xiàn)的。第17頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月185.水水是生命有機體中含量最多的物質(zhì)，一般占體重的60%-70%水有自由水和結(jié)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)定水分子是極性分子，既是氫鍵的