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1、生命现象与化学 研究核心：研究核心：生命的本质；生命的本质；研究对象：研究对象：生物体的生命过程；生物体的生命过程；学科性质：学科性质：是生物学、化学、物理是生物学、化学、物理学、数学、医学、环境科学等学科之间学、数学、医学、环境科学等学科之间相渗透形成的交叉学科。相渗透形成的交叉学科。21世纪是生命科学的世纪。世纪是生命科学的世纪。生命科学生命科学 自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。形成渠道：形成渠道：光合作用；光合作用；组成：组成：C、H、O；化学式：化学式：Cm(H2O)n；又名：又名：碳水化合物。碳水化合物。糖类物质糖类物质是多羟基
2、醛类或酮以及以它们为构筑单元是多羟基醛类或酮以及以它们为构筑单元所形成的聚合物。所形成的聚合物。作为构筑单元的糖称为作为构筑单元的糖称为单糖单糖；单糖的聚合物称为；单糖的聚合物称为多多糖糖。9.1 生命体中的重要有机化合物生命体中的重要有机化合物 9.1.1 糖类糖类 葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖CC HOHHOCCCH2OHCHOHHHOHOHCC HOHOCCCH2OHCH2OHHHOHOH己醛糖己醛糖己酮糖己酮糖COH(CHOH)n-1CCH2OHOHHCOHO(CHOH)n-1CCH2OHHCH2OH环状醛糖环状醛糖环状酮糖环状酮糖糖类物质的主要生物糖类物质的主要生物学功能学功能是通过是通
3、过生物氧化生物氧化提提供能量，以满足生命活动供能量，以满足生命活动的能量需要。的能量需要。链状结构链状结构环状结构环状结构单单 糖糖 1）大米中含淀粉大米中含淀粉62%86%；马铃薯中含淀粉马铃薯中含淀粉1214%。多多 糖糖 2）可水解为单糖分子，是天然的高分子化合物。可水解为单糖分子，是天然的高分子化合物。性质：性质：与单糖、低聚糖不同，没有甜味，不溶于水。与单糖、低聚糖不同，没有甜味，不溶于水。葡萄糖的高聚体，水解为二糖为麦芽糖，分为葡萄糖的高聚体，水解为二糖为麦芽糖，分为直链淀粉直链淀粉和和支链淀粉支链淀粉。直链淀粉含几百个葡萄糖单元，约占直链淀粉含几百个葡萄糖单元，约占2226%，可
4、溶，可溶，遇碘遇碘显蓝色显蓝色；支链淀粉含几千个葡萄糖单元，支链淀粉含几千个葡萄糖单元，遇碘显红棕色遇碘显红棕色。淀粉是植物体中贮存的养分，存在于种子和块茎中。淀粉是植物体中贮存的养分，存在于种子和块茎中。a）淀淀 粉粉 食物进入胃肠后，能被胰脏分泌出的淀粉酶水解，形成食物进入胃肠后，能被胰脏分泌出的淀粉酶水解，形成葡萄糖，葡萄糖再被小肠壁吸收，成为人体组织的营养物。葡萄糖，葡萄糖再被小肠壁吸收，成为人体组织的营养物。支链淀粉部分水解可产生支链淀粉部分水解可产生糊精糊精。用途：用途：食品添加剂、胶水、浆糊等。食品添加剂、胶水、浆糊等。又称又称动物淀粉动物淀粉，是动物的糖贮存库、体内能源库。，是
5、动物的糖贮存库、体内能源库。结构：结构：以葡萄糖为基本单位的分支链。以葡萄糖为基本单位的分支链。性质：性质：无定形无色粉末，易溶于热水，形成胶体溶液。无定形无色粉末，易溶于热水，形成胶体溶液。糖在动物的糖在动物的肝脏肝脏和和肌肉肌肉中含量最大。中含量最大。b）糖糖 原原 自然界最丰富的多糖。自然界最丰富的多糖。c）纤维素纤维素 结构：结构：没有分支的链状分子，与直链淀粉相似。没有分支的链状分子，与直链淀粉相似。葡萄糖单体的连接方式不同，葡萄糖单体的连接方式不同，直链淀粉是一条直链淀粉是一条单链单链；而；而纤维素纤维素分子间存在氢键，可使分子链平行分子间存在氢键，可使分子链平行排列、紧密结合，形
6、成纤维束，这些纤维束拧在一排列、紧密结合，形成纤维束，这些纤维束拧在一起可形成绳状结构，起可形成绳状结构，绳状结构绳状结构再排列起来就形成了再排列起来就形成了纤维素。纤维素。特点：特点：优良的机械性能和化学稳定性。优良的机械性能和化学稳定性。淀粉与纤维素的结构差异淀粉与纤维素的结构差异多糖水解并不是一步成为单糖。多糖水解并不是一步成为单糖。性质：性质：不溶于水、强酸、碱。不溶于水、强酸、碱。人体中缺乏分解纤维素的酶人体中缺乏分解纤维素的酶，故纤维素不能被人，故纤维素不能被人体所利用；但体所利用；但纤维素能促进肠的蠕动，有助于消化纤维素能促进肠的蠕动，有助于消化。牛、马等动物可以食用含有大量纤维
7、素的饲料。牛、马等动物可以食用含有大量纤维素的饲料。纤维素是植物支撑组织的基础纤维素是植物支撑组织的基础。用途：用途：制人造丝、人造棉、玻璃纸、火棉胶等。制人造丝、人造棉、玻璃纸、火棉胶等。知识点知识点淀粉淀粉水解水解糊精糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖由少数单糖分子构成的糖称为由少数单糖分子构成的糖称为寡糖寡糖（低聚糖）。（低聚糖）。典型：典型：双糖。双糖。蔗糖蔗糖(来自甘蔗、甜菜来自甘蔗、甜菜)：由：由葡萄糖葡萄糖和和果糖果糖形成的双糖；形成的双糖；麦芽糖麦芽糖(来自淀粉来自淀粉)：可做营养基和培养基；：可做营养基和培养基；乳糖：乳糖：用于食品工业和医药工业。用于食品工业和医药工业。生物界对能
8、量的需要和利用均离不开糖类。生物界对能量的需要和利用均离不开糖类。光合作用光合作用自然界自然界将光能转变为太阳能将光能转变为太阳能的主要途径。的主要途径。6CO2+6H2O+太阳能太阳能 C6H12O6+6O2叶绿素叶绿素6CO2+24H+24e-C6H12O6+6H2O24H2O 6O2+24H+24e-叶绿素是含镁的配合物，能吸收可见光。当叶绿素叶绿素是含镁的配合物，能吸收可见光。当叶绿素吸收光子后，能量就被植物细胞所摄取，进而通过一系吸收光子后，能量就被植物细胞所摄取，进而通过一系列的步骤以化学势能的形式将能量贮存起来。列的步骤以化学势能的形式将能量贮存起来。在光照下发生的反应，称为在光
9、照下发生的反应，称为光反应光反应；在黑暗中进行；在黑暗中进行的反应称为的反应称为暗反应暗反应。绿色植物细胞中发生的光反应和暗。绿色植物细胞中发生的光反应和暗反应组成了光合作用的全过程。反应组成了光合作用的全过程。植物可通过光合作用制造糖类，但动物不能发生光植物可通过光合作用制造糖类，但动物不能发生光合作用。合作用。光合作用光合作用是自然界的基本反应之一。是自然界的基本反应之一。德国科学家德国科学家Deisenhofer J.、Huber R.和和Micher H.因因阐阐明光合作用机理明光合作用机理而获得而获得诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。糖类的作用糖类的作用 a.糖类是生物体的能量来源；糖类是生
10、物体的能量来源；b.可与其他分子形成复合物得到复合糖类。如：可与其他分子形成复合物得到复合糖类。如：糖蛋白、糖脂等；糖蛋白、糖脂等；c.对各类生物体的结构起支持和保护作用。如：对各类生物体的结构起支持和保护作用。如：甲壳素甲壳素(乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖)，有高的刚性，能忍受极，有高的刚性，能忍受极端的化学处理；端的化学处理；d.能通过多种途径影响生物体的生命过程。能通过多种途径影响生物体的生命过程。糖类的解毒作用糖类的解毒作用 危害：危害：生物体内有很多水溶性差的有机化合物，有生物体内有很多水溶性差的有机化合物，有的来自食物，有的来自体内的代谢产物，这些有机物长的来自食物，有的来自体内的
11、代谢产物，这些有机物长期出储存在体内是有害的。期出储存在体内是有害的。解决方式：解决方式：生物体内有一些酶能催化葡萄糖醛酯使生物体内有一些酶能催化葡萄糖醛酯使其与许多水溶性差的化合物相连接，这样就促进了这些其与许多水溶性差的化合物相连接，这样就促进了这些有机物质溶于水，进而被排出体外。有机物质溶于水，进而被排出体外。9.1.2 蛋白质、氨基酸、肽键蛋白质、氨基酸、肽键 蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子，存在于蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子，存在于一切活细胞中。一切活细胞中。1839年年，德国化学家，德国化学家Mulder G.T.给这类化合物起名为给这类化合物起名为蛋白质蛋白
12、质protein。组成：组成：C、H、O、N和和P、S。分子量：分子量：1.2万至万至100万间。万间。蛋白质蛋白质是是由氨基酸聚合而成由氨基酸聚合而成的，其功能与分子里氨基酸的，其功能与分子里氨基酸的组合和排列顺序有关。的组合和排列顺序有关。具有氨基和羧基的化合物都叫氨基酸；构成蛋白质的氨具有氨基和羧基的化合物都叫氨基酸；构成蛋白质的氨基酸主要是基酸主要是 -氨基酸氨基酸。CCHORNH2OHCCHOHNH2OH-氨基酸氨基酸 R基不同，氨基酸的种类不同。基不同，氨基酸的种类不同。根据根据R基不同，人体内的主要蛋白质基不同，人体内的主要蛋白质大约有大约有20种氨基酸。种氨基酸。甘氨酸（甘氨酸
13、（Gly）名名 称称R 基基丝氨酸丝氨酸丙氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸符符 号号LeuAlaSerCHHO CH2CH3CH2CH3CH3几种氨基酸几种氨基酸 氨基酸有氨基酸有L-型和型和D-型。人体需要的是型。人体需要的是L-氨基酸氨基酸，不能利，不能利用用D-氨基酸。氨基酸。COOHC HRH2NNH2COOHCHRL-氨基酸氨基酸D-氨基酸氨基酸 蛋白质分子中蛋白质分子中氨基酸连接氨基酸连接的基本的基本方式：方式：一分子氨基酸的一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基，通过脱水缩合形成。羧基与另一分子氨基酸的氨基，通过脱水缩合形成。新生成的化合物称为新生成的化合物称为肽肽；肽分子中的酰胺键为；
14、肽分子中的酰胺键为肽键肽键；由；由两个氨基酸组成的肽称为两个氨基酸组成的肽称为二肽二肽。CCHOHNOHHH+CCHOHNOHHHCCHOHNHOHHHCCHOHNOHH+甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸（Gly-Gly）肽键肽键 肽键中的氨基酸由于参与肽键的形成已经不是原肽键中的氨基酸由于参与肽键的形成已经不是原来完整的分子，因此称为来完整的分子，因此称为氨基酸残基氨基酸残基。含有三、四、。含有三、四、五个等氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。五个等氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。肽的命名根据参与其组成的氨基酸残基来确定，称为肽的命名根据参与其组成的氨基酸残基
15、来确定，称为某氨基酰某氨基酰某氨基酰某氨基酰氨基酸氨基酸，并以相对应的氨基酸符，并以相对应的氨基酸符号来表示。号来表示。多个氨基酸失水形成的肽称为多个氨基酸失水形成的肽称为多肽多肽，多肽一般为链状化，多肽一般为链状化合物。目前合物。目前自然界中发现的蛋白质种类远远少于按排列组合自然界中发现的蛋白质种类远远少于按排列组合所估算的数目所估算的数目，这说明只有某些氨基酸按某几种顺序组合而，这说明只有某些氨基酸按某几种顺序组合而成的蛋白质才与生命或生理活性有关。成的蛋白质才与生命或生理活性有关。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。按分子形状分有球蛋白
16、和纤维蛋白。按分子形状分有球蛋白和纤维蛋白。球蛋白性质：球蛋白性质：易溶于水、易破裂，有活性功能。易溶于水、易破裂，有活性功能。纤维蛋白性质：纤维蛋白性质：不溶于水、坚韧，具有结构或保不溶于水、坚韧，具有结构或保护方面的功能。护方面的功能。如：头发、指甲里的角蛋白如：头发、指甲里的角蛋白。蛋白质按化学组成分有蛋白质按化学组成分有简单蛋白简单蛋白和和复合蛋白。复合蛋白。简单蛋简单蛋白白只由多肽链组成，只由多肽链组成，复合蛋白复合蛋白由由多肽链多肽链和和辅基辅基组成。组成。蛋白质结构的不同层次，常用一级、二级、三级和四蛋白质结构的不同层次，常用一级、二级、三级和四级结构表示。级结构表示。一级结构是共价主链的氨基酸顺序一级结构是共价主链的氨基酸顺序，它决定了蛋白质，它决定了蛋白质的功能，并影响着蛋白质的生理活性，一级结构中只要一的功能，并影响着蛋白质的生理活性，一级结构中只要一个氨基酸发生变化，整个蛋白质分子就会被破坏。个氨基酸发生变化，整个蛋白质分子就会被破坏。Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-GlyNH2S-SCys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-
