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1、第二章第二章 生命的化学基础生命的化学基础 第一篇第一篇 细胞细胞 一 原子和分子 二 组成细胞的生物大分子 三 糖类 四 脂质 五 蛋白质 六 核酸 一 原子和分子一 原子和分子 细胞的化学组成是怎样的 组成细胞及生物体的主要元素包括 C H O N P S Ca 这7种元素约占生物体的99 其中C H O N 4种元素约占96 以人体为例 C H O N P S Ca 7种元素的主要 作用 C 生物大分子的基本骨架 H 几乎所有有机化合物 水 电子传递 O 几乎所有有机化合物 水 细胞呼吸 N 蛋白质 核酸 叶绿素等 P 核酸 生物膜脂 骨骼 细胞能量转移 S 蛋白质 Ca 骨骼 牙齿 细
2、胞壁 血液凝聚 肌肉 收缩 细胞信号转导 将相邻原子结合在一起形成分子的作用力 是什么 化学键 细胞内分子化学键的主要类型 原子间通过共用电子对而形成稳定的分子结构 这种原子间的作用力 原子间由于正负电荷强烈的静电作用而形成的 结构 这种原子间的作用力 化学反应通过破坏已有的化学键 形成新的化 学键达到重组原子的目的 共价键 离子键 水是细胞内比例最大的成分 一般占细胞 质量的70 人体体重的60 90 水的特性 极性 略带负电荷的一端O与略带正电荷的一端H相互 吸引 形成一个较弱的键 液态水中的水分子具有彼此 黏合 的能力 水分子间的氢键使水能缓和温度的变化 冰比水 重 or 轻 水是极好的
3、溶剂 水可以电离 氢键 内聚力 二 组成细胞的生物大分子二 组成细胞的生物大分子 除了水以 外 含碳化合物 是生物体中最普 遍的物质 碳是组成细胞各种大 分子的基础 碳原子最外层有4个 电子空位 极易形成 4个共价键 除一氧化碳 二氧化碳和碳酸盐等少数简单 化合物外 含碳化合物统称为 像甲烷这样 仅由碳和氢两种元素组成的化 合物称为 而由于碳碳之间单键 双键或三键结合 形 成不同长度的链状 分子链状或环状结构 这些结构称为有机化合物的 有机化合物 烃或碳氢化合物 碳骨架 碳骨架结构排列和 长短决定了有机化 合物的基本性质 此外 有机化合物 的性质还取决于与 碳骨架相连接的某 些含氧 氮 硫 磷
4、的原子团 这些功能基团几乎都是极性基团 功能基团的极这些功能基团几乎都是极性基团 功能基团的极 性使得生物分子具有亲水性 有利于这些化合物性使得生物分子具有亲水性 有利于这些化合物 稳定于有大量水分子存在的细胞中 稳定于有大量水分子存在的细胞中 细胞利用少数种类小分子合成多种大分子 大分子大分子小分子小分子 单糖单糖 氨基酸氨基酸 核苷酸核苷酸 脂类脂类 复合大分子复合大分子 多糖多糖 蛋白质蛋白质 核酸核酸 糖蛋白糖蛋白 糖脂糖脂 脂蛋白脂蛋白 水解反应 是脱水聚 合反应的 逆反应 合成大分子合成大分子 脱水聚合 脱水聚合 大分子分解大分子分解 水解反应 水解反应 三 糖类三 糖类 糖类糖类
5、是多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和 某些衍生物的总称 分布广泛 Eg 下列结构都含糖类吗 血液 细胞壁 棉花 大米 大麦芽 葡萄糖 纤维素 纤维素 淀粉 麦芽糖 糖类 单糖 双糖和多糖 糖的功能 糖是生物代谢反应的重要中间 代谢物 还可构成核酸和糖蛋白等重要生 物成分 糖又是生命活动的主要能源 1 1 单糖单糖 单糖分子含C H O 3种元素 通常3 者的比例为1 2 1 一般化学通式为 CH2O n 重要的单糖包括葡萄 糖 果糖 半乳糖 核糖 脱氧核糖等 如蜂蜜 2 2 二糖二糖 最简单的寡糖 重要的二糖包括蔗糖 麦芽糖 乳糖等 蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形 成 麦芽糖由两分子葡萄糖单
6、体脱水缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合 而成 脱水聚合脱水聚合水解反应水解反应 3 3 多糖多糖 一般由几百个 或几千个单糖 脱水缩合形成 的多聚体 重要的多糖有 淀粉 糖原 纤维素 氨基 葡聚糖等 琼脂 一种来源 于海藻的多糖 主要是半乳糖的 多聚体 四 四 脂质脂质 脂类是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物 不同的脂类化合物在生物结构和细胞代谢中 功能不同 Eg 动物脂肪 植物油 磷脂 皮肤 羽毛和果实外表的蜡质 维生素A 维生素D和 胡萝卜素 类固醇如胆固醇 五 蛋白质五 蛋白质 蛋白质为生命活动所必需 根据功能可分为7大类 结构蛋白 毛发 肌腱 韧带 蝅和蜘蛛的丝 收缩蛋白
7、肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共 同作用 储藏蛋白 卵清蛋白 植物种子的贮藏蛋白 防御蛋白 抗体 转运蛋白 血红蛋白 信号蛋白 激素等负责细胞之间的信号传导 酶 生物体内最重要的蛋白质 蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子 氨基酸分子的基本结构 细胞内氨基酸 单体形成多聚 体也是通过脱 水缩合实现 蛋白质的结构与功能的关系 蛋白质的三维空间结构和形态决定其功能 Eg 存在于人眼泪和白细胞中的溶菌酶 略 呈球状 a 带状模型 b 堆球模型 c 线状模型 一级结构 氨基酸 序列 Eg 热激转录因子基因GmHsfA1 来源 大豆 作用 调节植物对逆境胁迫应答和热激蛋白 基因表达 人与黑猩猩的细胞 色
8、素C的氨基酸序 列相同 其他生物与之相比 在1 10 21和 44位氨基酸残基 可能出现变化 一级结构 氨基酸 序列 二级结构 主链的 卷曲构象 镰形细胞贫血 病因 血红蛋白中 一个特定氨基酸 的改变 一级结构 氨基酸 序列 二级结构 主链的 卷曲构象 三级结构 多肽链 进一步折叠 四级结构 二条或 两条以上肽链通过 次级键结合 氢键 疏水效应 离子作用力和 范德华力 等 非共价键因素和 二硫键决定了蛋 白质四级结构的 稳定性 蛋白质结构的研究方法 粗分离 进一步分离纯化 离心 柱层析或柱色谱技术 电泳 利用电场来分离可溶性带电分子的 实验技术 X射线衍射技术 六 核酸六 核酸 存储遗传信息
9、控制蛋白质的合成 两大类型 DNA和RNA都是多聚体 组成单体为 核苷酸单体的3个组成部分 一分子戊糖 一个磷酸 一个含氮碱基 碱基分为两类 脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA 核苷酸 嘌呤和嘧啶 核酸是由 多个核苷 酸单体经 过脱水缩 合形成的 多聚体 A与与T G与与C之之 间形成氢键间形成氢键 磷酸二酯键磷酸二酯键 DNA双螺旋 DNA双螺旋的发现者 Watson和Crick RNA分子结构 单链mRNA或rRNAtRNA的二级空间结构 细胞内总DNA的浓度测定 DNA对对260nm紫外光具有特定紫外光具有特定 吸收峰 而蛋白质对吸收峰 而蛋白质对280nm紫紫 外光具有特定吸收峰外光具
10、有特定吸收峰 本章小结本章小结 组成细胞及生物体的7种主要元素及其作用 细胞内比例最大的成分水的特性 除了水以外生物体中最普遍的物质 含碳化合物 化学键 共价键 离子键 氢键 水解反 应和脱水缩合反应 有机化合物的定义及其性质的决定因素 常见的糖类 脂类 蛋白质 核酸的种类 单体组成 结构基本特点 课堂练习课堂练习 1 和 4种原子是组成细胞及 生物体最主要的原子 其中 原子相互连接 成 或环 形成各种生物大分子的基本骨架 2 化学键是将相邻原子结合在一起形成分子的相 互 共价键是原子间通过 而形成稳定 的分子结构 分子之间 叫氢键 3 细胞及生物体通常由 和 6类化合物所组成 4 核苷酸单体的组成包括 和 基团 5 下列化合物中 哪些不是多糖 A 纤维素 B 琼脂 C 麦芽糖 D 糖原E 韧带纤 维 6 指出下列反应中的水解反应 A 氨基酸 氨基酸 二肽 H2O B 二肽 H2O 氨基酸 氨基酸 C 多肽变性反应 D A和B都是 E B和C都是 7 将下列4类基本的生化大分子与有直接关联的名 词或概念连线 糖类 脂类 蛋白质 核酸 DNA双螺旋 细胞壁 氨基酸 基因 细胞膜 甘油 磷酸 酶 激素 葡萄糖 相对高储能营养物质 嘌呤或嘧啶 活性位点 磷酸二酯键 二硫键 电泳 260nm紫外吸收峰 280nm紫外吸收峰
