普通生物學第二章生命的化學基礎

課程內(nèi)容

植物的形態(tài)與功能動物的形態(tài)與功能細胞緒論

遺傳與變異

生物進化

生物多樣性的進化

生態(tài)學與動物行為第二章生命的化學基礎1原子和分子2組成細胞的生物大分子3糖類4脂質(zhì)5蛋白質(zhì)6核酸一、生命需要約25種元素2.1原子和分子基本元素：C，H，O，N，S，P，Ca等占人體99.35%。其它元素：Na，K，F(xiàn)e，Mg，Mn，Zn，Cu，Cl，I等數(shù)量少，但作用大。如很多金屬元素是酶的輔助因子。偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Sn、等“反自然”現(xiàn)象 自然界：C、H、O總和<1% 生物體：C、H、O、N總和>96%生命體與普通物質(zhì)的不同微量元素Fe氧的運送和酶的活性有關，缺少時，引起缺鐵性貧血。Cu發(fā)生冠心病的主要原因，與酶的活性有關。Zn在青少年的發(fā)育生長，癌癥等的發(fā)病和防治起有作用。Mo（鉬）與酶的活性、食道癌的發(fā)病率和防治有關。I缺碘產(chǎn)生地方性甲狀腺腫，幼兒發(fā)生呆小癥。圖Co（鈷）與酶的活性有關。青春期少女0.015mg/每日。V（釩）軟體動物富有釩；魚體含量較低。Ni（鎳）植物中15－55ppm,人為0.1ppm；急性白血病.25μg/mlF（氟）與牙齒健康有關，缺氟產(chǎn)生齲齒；過多則斑齒和氟中毒。Se（硒）缺硒產(chǎn)生克山病，與肝功能，冠心病發(fā)病和防治有關.氟斑牙牙釉質(zhì)形成期攝入高氟引起的表現(xiàn)為牙釉質(zhì)白堊、著色或缺損改變一旦形成，殘留終生氟骨癥碘缺乏癥甲狀腺腫呆小癥

大骨節(jié)病矮小畸形

韶關鎘污染痛痛?。喊l(fā)生在日本富山縣神通川流域，是由于含鎘廢水污染農(nóng)田而引起的公害病。患者全身疼痛，終日喊疼不止，故名痛痛病。

病因與發(fā)現(xiàn)經(jīng)過：居民長期食用“鎘米”、“鎘魚”飲“鎘水”而發(fā)病。

痛痛病患者骨骼嚴重畸形

%O C H N P S其他人 65 18 10 8 1.0 0.25 2.75生命形式多樣，但基本元素構成是基本一致；桿菌69 15 11 8 1.2 1.00 5.00幾種生物細胞的分子組成為什么是這20多種元素參與生命組成？這個問題現(xiàn)在沒有確切的答案。天然存在的90種元素中，有65種元素不參與生物體組成。從地球表面元素的豐度來看，排在前幾位的是O（占47%），Si（占38%），Al（占7.9%），F(xiàn)e（占4.5%），Cu（占3.5%），可是在生物體內(nèi)，都是C占的比重最大，O排在第三位，Ca在第五位，而Fe和Al，Si僅以極微量存在于生物體中。

已有一些文章試圖從它們的外層電子能量和元素化學性質(zhì)來分析。生物體內(nèi)最主要的四種元素是H,C,N,O。原子之間形成化合物有兩種：共價鍵和離子鍵。二、化合物由元素組成三、水是細胞中不可缺少的物質(zhì)水是極性分子分子之間形成氫鍵液態(tài)水中的水分子具有內(nèi)聚力例如：水分子之間的氫鍵使水能緩和溫度的變化例如：冰比水密度低。水是良好的溶劑。水能夠電離18●水的特性①內(nèi)聚力（表面張力）強◆水分子間氫鍵

→分子間“黏合”→較強內(nèi)聚力；◆意義：植物體內(nèi)，運輸中起重要作用；19②比熱大

水分子間氫鍵

→緩和溫度變化

→

細胞溫度、體溫相對恒定

→代謝速率穩(wěn)定；③密度（與冰相比）大

→利于水生生物生存。20④良好溶劑生命系統(tǒng)中各種化學反應的

理想介質(zhì)；21⑤電離◆H2O

→氫離子H+

+羥基離子；◆H+、OH-必須處于平衡狀態(tài)大多細胞的pH近于7（中性）

pH→微小變化→危害細胞。（自學）四、化學反應使原子重組幾種碳骨架機化合物舉例2.2組成細胞的生物大分子一、碳是組成細胞中各種大分子的基礎4種重要的功能團中

羥基（-OH）

羰基（-CO）

羧基（-COOH）

氨基（-NH2）3種含氧、2種含碳，1種含氮共同點：極性，組成的化合物有親水性。實際生物分子中含有不止一種功能團。多聚體polymer單體monomer生物大分子4大類：蛋白質(zhì)（protein）、核酸（nucleicacid）、多糖（polysaccharide）、脂質(zhì)（lipid）二、細胞利用少數(shù)種類小分子合成許多種生物大分子

小分子大分子

單糖多糖

氨基酸蛋白質(zhì)核苷酸核酸

合成大分子（聚合）大分子分解（水解）三、糖類生命活動所需能量來源；重要的中間代謝產(chǎn)物；構成生物大分子；

組成：C:H:O=1:2:1功能：單糖多羥基酮或醛的化合物。寡糖由兩個或以上糖殘基兩兩之間通過脫水而成的。多糖數(shù)百至數(shù)千個單糖通過脫水而形成的聚合物。單糖分類己糖丙糖戊糖丁糖1.單糖重要的單糖

甘油醛核糖脫氧核糖

葡萄糖果糖半乳糖（1）雙糖

如麥芽糖、蔗糖、纖維二糖、乳糖等。（2）其他寡糖

三糖、四糖等。如棉子糖。2.寡糖有少數(shù)幾個單糖縮合而成的糖。麥芽糖的結構

淀粉 植物細胞中的儲藏營養(yǎng)物，分為直鏈和支鏈淀粉。

糖原 動物細胞中儲藏的多糖，又稱動物淀粉。

纖維素植物細胞壁的主要成分。

幾丁質(zhì)、果膠等。3.多糖自然界中最多的糖類。有單糖分子（通常為葡萄糖分子）縮合脫水而成的分支或不分支的長鏈分子。1脂肪是脂質(zhì)中主要的貯能分子四、脂類甘油三酯分子結構動物脂肪和植物脂肪的差別：膳食中的脂肪脂肪中有多個碳氫鏈。所以是含能量較多的分子，1g脂肪中貯存的能量約為1g淀粉的2倍。脂肪攝入過多與健康

肥胖2磷脂、蠟和類固醇都是脂質(zhì)磷脂分子結構磷脂分子可以看成是一個極性頭，兩條非極性尾巴。蠟也是酯，是由一些長鏈的醇與長鏈脂肪酸形成的酯。它的疏水性更強，可以保護生物體的表面。例如，植物和動物表面（1）

固醇類的內(nèi)核由4個環(huán)組成（2）

一些人體重要維生素和激素是固醇（3）膽固醇是細胞的必要成份（4）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（四）蛋白質(zhì)五、蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)為生命活動所必需，按照蛋白質(zhì)在體內(nèi)的功能分為7大類①結構蛋白

→

組成細胞結構的基礎；②收縮蛋白

→肌肉運動；

③貯藏蛋白：卵清蛋白→胚胎發(fā)育；貯藏蛋白

→種子萌發(fā)；④防御蛋白：血清中抗體；⑤轉(zhuǎn)運蛋白：血紅蛋白；⑥信號蛋白：細胞間傳遞信號激素→調(diào)節(jié)機體活動；⑦酶：生物催化劑。ＨRCOOHNH2Cα2蛋白質(zhì)僅有20種氨基酸(aminoacid)組成（1）α－碳原子

（2）具有

α－氨基

和α－羧基

是各種氨基酸的共性

（3）各種氨基酸的區(qū)別在

側(cè)鏈基團—R氨基酸名稱英文縮寫簡寫氨基酸名稱英文縮寫簡寫甘氨酸GlyG絲氨酸SerS丙氨酸AlaA蘇氨酸ThrT纈氨酸ValV天冬酰胺AsnN異亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF組氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW賴氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR

20種標準氨基酸的英文簡寫氨基酸的分類對于20種標準的氨基酸，按照側(cè)鏈化學性質(zhì)的不同，可以分為以下三組：疏水性的氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro和Met帶電氨基酸Arg、Lys（+）和Asp、Glu（-）極性氨基酸Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr、Trp

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，生成的化合物稱為二肽。不同數(shù)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或多肽。多肽鏈的一端有一個-NH2，帶這個基團的氨基酸稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或稱N末氨基酸；另一端有一個-COOH，肽鏈的羧基末端氨基酸或稱C末端氨基酸。

1、一級結構2、二級結構3、三級結構4、四級結構

3蛋白質(zhì)的結構決定其功能蛋白質(zhì)一級結構肽鍵肽鏈氨基酸排列順序等二級結構肽鏈的主鏈在空間的走向α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無序結構

α-螺旋

指甲、毛發(fā)蹄、角、羊毛（4條α-螺旋）原纖維微原纖維（11條α-螺旋）巨原纖維紡錘體型皮質(zhì)細胞角質(zhì)膜皮質(zhì)髓質(zhì)頭發(fā)頭發(fā)結構燙發(fā)實際上是一個生物化學過程多肽主鏈骨架圍繞一個軸螺旋上升。β-折疊平行β

-折疊反平行β

-折疊β折疊:較α螺旋伸展的構象，兩條或多條肽鏈間互相以氫鍵連接起來的成片層狀結構，平行或反平行兩種類型。

蠶絲、蛛絲三級結構親水基位于球體表面,疏水基位于球體內(nèi)部球狀蛋白溶于水三級結構（tertiarystructure）在二級結構基礎上的肽鏈再折疊形成的構象。球蛋白：α螺旋+不規(guī)則的不成α螺旋的部分，并折疊成球形。酶、蛋白質(zhì)激素、抗體以及細胞質(zhì)和細胞膜中的蛋白質(zhì)。三級結構四級結構（quanternarystructure）組成蛋白質(zhì)的多條肽鏈在天然構象空間上的排列方式，多以弱鍵互相連接。疏水力、氫鍵、鹽鍵每條肽鏈本身具有一定的三級結構，就是蛋白質(zhì)分子的亞基。蛋白質(zhì)的各級結構氨基酸一級結構二級結構三級結構四級結構血紅蛋白蛋白質(zhì)結構與功能的關系一級結構與功能的關系 序列分析空間結構與功能的關系 結構分析一級結構即氨基酸順序高級結構生物學功能正常紅細胞鐮刀型紅細胞鐮刀型紅細胞正常紅細胞發(fā)生的根本原因是血紅蛋白的一級結構發(fā)生了差錯，人血紅蛋白β亞基的第6位氨基酸應該是谷氨酸，而在鐮刀型貧血的血紅蛋白中卻是纈氨酸，本是水溶性的血紅蛋白，就會聚集成絲，相互粘著，導致紅細胞變形成鐮刀狀而極易破裂，產(chǎn)生貧血。空間結構與功能的關系DNA聚合酶活性位點

聚合酶DNA蛋白變性的特點：