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1、第五讲 化学与生命,化学与生命从来都是紧密相连，地球上的所有生命是由无生命的元素组成，这些无生命的物质经过漫长和无数次的化学变化，才完成从无生命到有生命、从低级向高级发展进化过程。同时，生命体的生命停止后，残体留在地球上，有经过一系列化学变化、微生物降解成为无生命（无机）物质。由此可见，化学运动与生命运动是一个相互渗透的循环过程。,A,B,C,D,地球在宇宙中形成以后，开始是没有生命的。经过了一段漫长的化学演化，大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各种能源（如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等等）的作用下，合成有机分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等等）。这些有机
2、分子进一步合成，变成生物单体（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）。生物单体进一步聚合作用变成生物聚合物。如蛋白质、多糖、核酸等。这一段过程叫做化学演化。蛋白质出现后，最简单的生命也随着诞生了。从此，地球上就开始有生命了。,地球生命的起源,当你走过理发店，常常可以看到特殊的标志在圆柱形的玻璃灯里，红、白、蓝三条倾斜的色带，在不停地旋转着。实际上与化学有关。这个特殊的标志，是为了纪念理发师在医学上的贡献：那圆柱象征受伤的手臂，倾斜的色带表示纱布，而套筒表示带血的器皿。 巴拉塞尔士主张，“人体本质上是一个化学系统”。因此，人生病，就是这个“化学系统”失去了平衡。要医好人的病，就要用化学药品恢复这个“化学
3、系统”的平衡。只有化学可以解决生理学、病理学、治疗学上的问题。没有化学，你们就会迷失在黑暗里。”从此，化学开始了一个崭新的阶段。渐渐地，人们研究化学，不再是为了“点石成金”或者“长生不老”，而是为了制造治病救人的药剂。,1、组成生命有机体的元素,生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异，然而组成生命物质的元素都是存在于非生命界的元素。,主要元素,主要元素,重要元素,重要元素,重要微量元素,硫（S）和磷（P） 可以形成相对比较弱的化学键，在化学基团和能量转移中有重要作用，如巯基-SH用于携带和转移脂酰基，磷酰基用于贮存和转移化学能。 钾（K）、钠（Na）、氯（Cl）、钙（Ca）、镁（Mg） 维持
4、细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位。 钠、钾离子 神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢； 镁离子是300多种酶的辅因子；钙离子是骨骼的主要成分，参与广泛的细胞生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝固，是细胞信号传导的第二信使等。 其他的微量元素 主要有铁与铜 化学价可变（Cu2+/ Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电子递体，是许多酶的辅因子。还有Zn2+，Mn2+ ，Mo2+ 和I 等也有重要生理功能。,2、人体中重要的生命有机化合物,氨基酸 氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机
5、化合物，氨基一般连在-碳上。,氨基酸,氨基酸结构,人体所需的氨基酸约有22种，分非必需氨基酸和必需氨基酸（须从食物中供给）。,（1）必需氨基酸:指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。共有10种其作用分别是：（一） 赖氨酸：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；（二） 色氨酸：促进胃液及胰液的产生；（三） 苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗；,（四） 蛋氨酸（又叫甲硫氨酸）：参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；（五） 苏氨酸：有转变某些氨基酸达到
6、平衡的功能； （六） 异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺； （七） 亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；（八） 缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。（九） 组氨酸：作用于代谢的调节；（十） 精氨酸：促进伤口愈合，精子蛋白成分。,（2）非必需氨基酸：指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。 甘氨酸 丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 谷氨酸 谷氨酰胺 甲硫氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 脯氨酸 胱氨酸,氨基酸通式,氨基酸的结构通式：氨基酸是指一类含有羧基并在与羧基相连的碳原子下连有氨基的有机化合物。,羧基,氨基,蛋白质 蛋白质是构成原生
7、质的最重要的物质之一，它在细胞中的含量只比水少，大约占细胞干重的50以上，从蛋白质的化学元素组成上看，它主要是由碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）4种元素组成的，很多重要的蛋白质还含有P、S两种元素。此外，有些蛋白质还含有Fe、Cu、Mn、I、Zn等元素。 蛋白质分子做为一种高分子化合物，往往是由很多个氨基酸构成的，是通过一种叫做脱水缩合的化学反应来完成连接的。,脱水缩合,肽 键,肽链,1条或几条肽链（肽链间以一定化学键连接）,螺旋、折迭、盘曲形成复杂的空间机构,蛋白质分子,（多肽）,相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。,小结,蛋白质分子结构层次：,元素组成 C、H、O、N等,基本元素：
8、C、H、O、N,其它元素：P、S、Fe,基本单位 氨基酸,特点：,化学结构 多肽（肽链）,形成：多个氨基酸脱水缩合而成 肽键,特点：呈链状结构，又叫肽链，有一定的氨基酸序列,空间结构 蛋白质分子,连接：肽链通过一定化学键连接,形成：螺旋、卷曲、折迭形成空 间结构,特点：具生物活性、多样性,蛋白质具有四级结构 一级结构 多肽链中氨基酸的排列次序。 二级结构 主链原子的局部空间排列。即指主链上的-螺旋、-片层、-转角和无规卷曲四种构象单元。 三级结构 侧链与主链上的构象单元按一定方式进一步卷曲，折叠成的更复杂的三度空间结构。 四级结构 几个亚基（具有三级结构的肽链）通过氢键、疏水键或静电引力缔合成
9、一个蛋白质分子时，而具有的空间结构。,核酸,1868年，瑞典青年科学家米歇尔（F.Miescher)从绷带上脓细胞的细胞核中分离出一种物质，它的含磷量很高并具有很强的酸性，后来，就根据它的来源和性质把它叫做核酸。核酸是一类重要的生物大分子化合物，核酸与蛋白质结合生成的核蛋白构成了生命的原生质。蛋白质是生命体用以表达各项功能的具体工具，而核酸则是用来合成蛋白质的模版。核酸是生物化学界近些年来研究得最为活跃、并且有重大突破的领域。,1、核酸的组成和结构,核糖核酸（RNA）中的核糖和碱基：,鸟嘌呤 （G）,腺嘌呤 （A）,胞嘧啶 （C）,脲嘧啶 （U）,脱氧核酸（DNA）中的脱氧核糖和碱基：,鸟嘌呤
10、 （G）,腺嘌呤 （A）,胞嘧啶 （C）,胸腺嘧啶 （T）,核糖（RNA)中的核苷：,鸟苷（G） 腺苷（A）,胞苷（C）,脲苷（U）,脱氧核糖（DNA)中的核苷：,2-脱氧胞苷dC 2-脱氧胸腺苷dT,2-脱氧鸟苷 dG 2-脱氧腺苷dA,RAN中的多核苷酸链,DAN中的多核苷酸链,DNA中嘌呤碱与嘧啶碱之间的氢键,DAN的双螺旋结构,酶 生物催化剂,绝大部分酶是蛋白质，还有一些核糖核酸RNA具有催化作用，称为核酶。细胞的代谢由成千上万的化学反应组成，几乎所有的反应都是由酶催化的。酶对于动物机体的生理活动有重要意义，不可或缺。酶在生产实践中有广泛应用。 依据所催化的底物、反应的性质、酶的来源等
11、命名。例如，胃蛋白（水解）酶、碱性磷酸酶。,氧化还原酶 AH2+B A+BH2 转移酶 Ax+C A+Cx 水解酶 AB+H2O AH+BOH 裂解酶 A B+C 异构酶 A B 合成酶 A+B C， 需要ATP,酶的分类,1、高效性 酶的催化作用可使反应速度比非催化反应提高108 -1020倍。比其他催化反应高106 -1013倍 例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2 Fe3+ 催化，效率为6104 mol/mol. S 过氧化氢酶催化，效率为6 106 mol/mol.S 2、专一性 即对底物的选择性或特异性。一种酶只催化一种或一类底物转变成相应的产物。,酶的特点,1、酶容易
12、变性 这是酶的化学本质（蛋白质）所决定的。 2、酶的可调节性 抑制和激活（activation and inhibition ） 反馈控制(feed back) 酶原激活(activation of proenzyme) 变构酶(allosteric enzyme) 化学修饰(chemical modification ) 多酶复合体(multienzyme complex) 酶在细胞中的区室化 (enzyme compartmentalization ),单体酶 只有三级结构，一条多肽链的酶。如129个氨基酸的 溶菌酶，分子量14600。 寡聚酶 含2-60 个亚基，有复杂的高级结构。 常通
13、过变构效应在代谢途径中发挥重要的调节作用。 多酶复合体 由多个功能上相关的酶彼此嵌合而形成的复合体。它可以促进某个阶段的代谢反应高效、定向和有序地进行。,毒品是指鸦片、海洛因、甲基苯丙胺（“冰毒”）、吗啡、大麻、可卡因以及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。,鸦片,吗啡,大麻,毒品进入人体后作用于人的神经系统，使人体体能产生适应性改变，形成在药物作用下的新的平衡状态。 一旦停掉药物，生理功能就会发生紊乱，出现一系列严重反应，称为戒断反应，使人感到非常痛苦。用药者为了避免戒断反应，就必须定时用药，并且不断加大剂量，使吸毒者终日离不开毒品。 一旦出现精神依赖后，即使经过脱毒治疗
14、，在急性期戒断反应基本控制后，要完全康复原有生理机能往往需要数月甚至数年的时间。更严重的是，对毒品的依赖性难以消除。这是许多吸毒者在一而在、再而三复吸毒的原因，也是世界医、药学界尚待解决的课题。,不同的毒品摄入体内，都有各自的毒副反应及产生戒断症状，对健康形成直接而严重的损害，甚至吸毒过量以至死亡。此外，由于毒品对消化系统、呼吸系统、心血管系统、免疫系统的影响，滥用毒品可导致多种并发症的发生。如急慢性肝炎、肺炎、败血症、心内膜炎、肾功能衰竭、心律失常、血栓性静脉炎、动脉炎、支气管炎、肺气肿、各种皮肤病、慢性器质性脑损害、中毒性精神病、性病及爱滋病。百年前就有诗曰“剜骨剃髓不用刀，请君夜吸相思膏
15、（相思膏，即鸦片）”。,鸦片，又叫阿片，俗称大烟，源于罂粟植物蒴果，其所含主要生物碱是吗啡。鸦片因产地不同，呈黑色或褐色；有氨味或陈旧尿味，味苦，气味强烈。生鸦片经烧煮和发酵，可制成精制鸦片，呈棕色或金黄色。鸦片最大害处是成瘾性强和极易中毒。长期吸食会使人瘦弱不堪，面无血色，目光发直发呆，瞳孔缩小，以及先天免疫力丧失，引发或感染各种疾病，精神颓废，寿命缩短等。,吗啡是鸦片（阿片）中最主要的生物碱，从鸦片提取而成。纯净的吗啡为无色或白色的粉末或结晶。粗制吗啡称为“黄皮”。吗啡制剂多以盐酸盐的形式存在，医学上叫盐酸吗啡。吗啡的成瘾性很强，海洛因、杜冷丁、美沙酮等都是吗啡的衍生物 。吗啡吸食极易成瘾
16、，成瘾后会导致记忆力衰退、精神失常、过量使用会出现昏迷、瞳孔极度缩小，呼吸受抑制甚至死亡。, 海洛因(Heroin) 是吗啡的半合成品,化学名称叫二乙酰吗啡,呈灰白色粉末状,也就是人们所说的“白粉”、“白面”。海洛因其毒性比吗啡强5倍以上，是一种危害极大毒品。海洛因因其成瘾快、毒害剧烈，曾被称为世界“毒品之王”。 海洛因成瘾极强，有的仅使用一次后就产生精神依赖，吸食成瘾后极难戒断。长期吸食会瞳孔缩小，说话含糊不清、畏光、全身发痒，暴噪、身体迅速消瘦，引起病毒性肝炎、肺脓肿和艾滋病等，用量过度会引起心跳过缓，呼吸困难而死亡。,大麻为桑科一年生草本植物，雌雄分株，原产亚洲中部，现遍及全球，有野生、有栽培。大麻的变种很多，是人类最早种植的植物之一。大麻一般有三种形态：大麻草、大麻油和大麻脂，经简单
