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1、2010 11 21 普通生物学 第9章生物体组成中的化学基础 多媒体课件 江新欢 博士教授 陕西医科大学专业核心课程 第9章 生物体组成中的化学基础 1 组成生命的化学元素在自然界的130种元素中 以O Si Al Fe为最多 而生物体中仅有25 26种是必须的 O H C N普遍存在 P S Na K Mg Ca Cl等为主要元素 由上述元素构成化合物 形成小分子和大分子物质 一 原子和分子 细胞的化学组成 生物小分子 生物大分子 水 无机盐 单糖 氨基酸 核苷酸 蛋白质 核酸 多糖 脂质 组成细胞分子中的四种功能团 羟基 OH 羰基 C 羧基 COOH 氨基 NH2 O 生物小分子和生物
2、大分子的关系 小分子大分子复合大分子单糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白质糖脂核苷酸核酸脂蛋白 脂类 由小分子到大分子 合成大分子 聚合 大分子分解 水解 2 构成生物的小分子 1 水 地球上生命起源于水中 陆生生物体内细胞也生活在水环境中 水的性质影响生命活动 如 水分子的极性 水分子之间的氢键 内聚力 溶解性质 电离性 pH 水占生物体的60 90 的重量 游离水和结合水 2 无机盐 存在方式 一般都以离子状态存在作用 1 游离态 调节细胞的渗透压 PH值 2 合成有机体的原料 3 与有机物质结合 组成具有特殊性质的蛋白质或作为酶的辅助因子 参与代谢活动 3 单糖 多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍
3、生物称为糖 葡萄糖结构式 1 C2 C5均为不对称碳原子 六碳糖有16种同分异构体 2 天然单糖在C5位上羟基有固定结构方向 天然单糖大多数是D 型糖 3 在水溶液中葡萄糖在C1 C5之间脱水通过氧桥相联成环状 吡喃型 4 各个C上羟基位于环上或环下 5 C1上羟基位置不同出现 两种构型 天然单糖大多数是D 型糖 C1上羟基位置不同时出现 两种构型 吡喃型 葡萄糖结构式 单糖的生物功能 A 作为多糖的组成元件B 作为燃料C 组成寡糖参与细胞信号传递 4 氨基酸 氨基酸是同时具有 氨基和 羧基的小分子 参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸的 碳原子上均连接这4种基团 即 羧基 氨基 一个H原子和一
4、个R基 除甘氨酸中为H原子外 R基代表任意基团 氨基酸通式 氨基酸的 碳原子为手性碳原子 根据旋光性的不同 左旋和右旋氨基酸分别命名为L 氨基酸 左旋 和D 氨基酸 右旋 两者之间互为镜像体 生物界种的各种蛋白质 除一些细菌的细胞壁中的短肽和个别抗生素外 几乎都是由L 氨基酸所构成 含D 氨基酸的极少 氨基酸的功能 1 作为组建蛋白质的元件 2 有的氨基酸或其衍生物具有生物活性 代谢调节 信号传递等 5 核苷酸 组成核酸的结构单位 核苷酸分子由三个部分组成 碱基 嘌呤 双环分子 嘧啶 单环分子 戊糖 RNA为核糖 DNA为脱氧核糖磷酸 DNA的碱基是 A T G CRNA的碱基是 A U G
5、C脱氧核糖或核糖上第1 位碳原子与嘌呤或嘧啶结合 就成为脱氧核苷或核苷 第5 位碳原子在与磷酸结合 就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸 参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸DNA水解液中RNA水解液中腺脱氧核苷酸 dAMP 腺苷酸 AMP 鸟脱氧核苷酸 dGMP 鸟苷酸 GMP 胞脱氧核苷酸 dCMP 胞苷酸 CMP 胸腺脱氧核苷酸 dTMP 尿苷酸 UMP 另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸 具有生物活性的核苷酸 cAMP cGMP参与细胞信号传递 ATP参与能量代谢 二 组成生物的大分子 生物大分子主要有三大类 蛋白质 核酸 多糖 脂质 它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成 由
6、生物小分子到生物大分子 分子增大 出现新的性质 其中最主要的特点是 生物大分子有独特的立体结构 空间构型和分子整体形状 1 碱基 糖之间是 糖苷键 2 糖 磷酸之间是磷酸酯键 1 2 1 氨基酸通过肽键联成肽链 氨基酸种的 羧基和另一个氨基酸种的 氨基发生脱水缩合 生成的化学键称为肽键 并生成二肽化合物 多个氨基酸以肽键顺序相连形成多肽 每一条肽链都有特定的氨基酸序列 并在蛋白质中具有特定的三维空间构象 寡肽 含有10左右氨基酸残基 如二肽 五肽 八肽 多肽 含10 20个氨基酸残基蛋白质 含几十个氨基酸残基注意 肽链分子的两端有自由的 氨基或 羧基 有方向性 分别成为氨基末端 N 末端 和羧
7、基末端 C 末端 肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向 一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键 一条肽链的两端有不同结构和性质 一端的氨基酸残基带有游离氨基 称氨基端 另一端的氨基酸残基带有游离羧基 称羧基端 2 单糖通过糖苷键联成多糖链 1 贰糖对贰糖结构的了解包括弄清楚 单糖基成份 还是 糖苷键取代位置 麦芽糖 一条多糖链的两端有不同结构和性质 一端的糖基有游离的半缩醛羟基 称还原端 另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基 称非还原端 麦芽糖的结构 3 注意 多糖链也有方向性 有还原端和非还原端 2 淀粉和纤维素都由葡萄糖组成 它们之间主要区别在于 糖苷键和 糖苷键的区别 糖
8、原 淀粉 纤维素 3 核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸 1 核酸链也有方向性 2 DNA和RNA在组成成份上有差别 DNARNA脱氧核糖核糖有胸腺嘧啶 有尿嘧啶 无尿嘧啶无胸腺嘧啶 一端的核苷酸 其5 C没有进入磷酸二酯键 称5 末端 另一端的核苷酸 其3 C没有进入磷酸二酯键 称3 末端 4 生物大分子的高级结构 1 蛋白质的高级结构 蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序蛋白质的二级结构是指邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状 如 螺旋和 折叠 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间的位置和结构 所以 四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质 蛋白质的三级结构是指整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结
9、构形状 如纤维蛋白和球状蛋白 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 螺旋 折叠 血红蛋白质的三级结构和四级结构 2 维持生物大分子高级结构的重要因素 非共价键 C O H OC N HC O H3N 氢键 盐键 非共价键的键强度很小 所以 A 需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳定 B 高级结构不很稳定 生物大分子变性就是因为高级结构破坏 大分子性质改变 生物活性丧失 但是 一级结构尚未破坏 注意 双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用 RNase的变性和复性 蛋白质变性使高级结构破坏 变性后的蛋白质分子还能复性 3 核酸的高级结构 1 DNA双螺旋A 两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成
10、双螺旋 糖 磷酸 糖构成螺旋主链B 两条链的碱基都位于中间 碱基平面与螺旋轴垂直 C 两条链对应碱基呈配对关系A TG CD 螺旋直径20A 螺距34A 每一螺距中含10bp DNA双螺旋可以看作是DNA的二级结构 DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助 DNA双螺旋结构 2 RNA为单链盘绕 局部形成碱基配对 例如 转运RNA tRNA 的三叶草结构 转运RNA tRNA 的三叶草结构 4 多糖链的高级结构 不同高级结构带来不同的生物学性能淀粉形成螺旋状能源贮存纤维素呈长纤维状结构支架 淀粉 糖元 纤维素 5 脂质脂质是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子 葡萄糖 水溶性的油脂 脂溶性的 脂质种类很多 分子结构相差较大A 油脂 甘油三脂B 磷脂C 固醇 甘油三酯分子结构 磷脂分子结构 磷脂分子可以看成是一个极性头 两条非极性尾巴 1 固醇类的内核由4个环组成 2 一些人体重要维生素和激素是固醇 3 胆固醇是细胞的必要成份 4 血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病
