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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 一、原子与分子一、原子与分子二、组成细胞的大分子二、组成细胞的大分子三、糖类三、糖类四、脂类四、脂类五、蛋白质五、蛋白质六、核酸六、核酸一、原子与分子一、原子与分子生物体的主要元素生物体的主要元素生物体的主要元素生物体的主要元素生命生命生命生命必需必需必需必需的约的约的约的约2525种元素种元素种元素种元素生物体的主要元素生物体的主要元素生物体的主要元素生物体的主要元素( (大量元素大量元素大量元素大量元素) ) C C、 H H 、OO、 N N、 P P、S S、KK、CaCa等，占等，占等，占等，占99.35%99.35%，其中C、H、O、N
2、4种元素占96%。微量元素：含量少于微量元素：含量少于微量元素：含量少于微量元素：含量少于0.01%0.01%同位素：质子数与电子数相同，同位素：质子数与电子数相同，同位素：质子数与电子数相同，同位素：质子数与电子数相同，中子数不同的原子。中子数不同的原子。中子数不同的原子。中子数不同的原子。化合物由元素组成化合物由元素组成 化学键化学键 离子键：原子间的电子得失或共用。离子键：原子间的电子得失或共用。 共价键：生物大分子化学键的主要形式共价键：生物大分子化学键的主要形式水是细胞中不可缺少的物质水是细胞中不可缺少的物质q 地球上生命起源于水中，陆生生物地球上生命起源于水中，陆生生物地球上生命起
3、源于水中，陆生生物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体内细胞也生活在水环境中体内细胞也生活在水环境中体内细胞也生活在水环境中q 水的性质影响生命活动，水的性质影响生命活动， 如：溶解性质，酸碱度，如：溶解性质，酸碱度，pH pH 水的特性：水是极性分子、水分子间形成氢键、液水的特性：水是极性分子、水分子间形成氢键、液体水的水分子具内聚力、水分子之间的氢键使水能体水的水分子具内聚力、水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化、冰比水轻、水是极好的溶剂、水缓和温度的变化、冰比水轻、水是极好的溶剂、水能电离。能电离。q 水占约生物体的水占约生物体的水占约生物体的水占约生物体的 707
4、07070 的重量的重量的重量的重量 水对水对水对水对生物体非常重要生物体非常重要生物体非常重要生物体非常重要二、组成细胞的大分子二、组成细胞的大分子碳是组成细胞各种碳是组成细胞各种碳是组成细胞各种碳是组成细胞各种大分子的大分子的大分子的大分子的基础。基础。基础。基础。碳最外层有碳最外层有碳最外层有碳最外层有4 4个电个电个电个电子空位，极易形子空位，极易形子空位，极易形子空位，极易形成成成成4 4个共价键个共价键个共价键个共价键碳架结构排列碳架结构排列碳架结构排列碳架结构排列和长短决定了和长短决定了和长短决定了和长短决定了有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物的的的的基本性质。基本性质。基
5、本性质。基本性质。有机化合物的性质有机化合物的性质 取决于功能基团取决于功能基团 这些功能基团几乎都这些功能基团几乎都是极性基团。功能基是极性基团。功能基团的极性使得生物分团的极性使得生物分子具有亲水性，有利子具有亲水性，有利于这些化合物稳定于于这些化合物稳定于有大量水分子存在的有大量水分子存在的细胞中。细胞中。细胞利用少数种类小分子合成细胞利用少数种类小分子合成多种大分子多种大分子 小小小小分分分分子子子子 大大大大分分分分子子子子 复复复复合合合合大大大大分子分子分子分子 单单单单 糖糖糖糖 多多多多 糖糖糖糖 糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白 氨氨氨氨 基基基基 酸酸酸酸 蛋蛋蛋蛋 白白白白 质
6、质质质 糖脂糖脂糖脂糖脂 核核核核 苷苷苷苷 酸酸酸酸 核核核核 酸酸酸酸 脂蛋白脂蛋白脂蛋白脂蛋白 脂类脂类脂类脂类（由小分子到大分子（由小分子到大分子（由小分子到大分子（由小分子到大分子）三、糖类三、糖类 糖分子含糖分子含C C、H H、O 3O 3种元素，通常种元素，通常3 3者的比者的比例为例为1:2:11:2:1，一般化学通式为，一般化学通式为(CH(CH2 2O)O)n n糖：多羟基醛或多羟基酮称为糖糖：多羟基醛或多羟基酮称为糖糖类糖类: :单糖、双糖和多糖单糖、双糖和多糖糖的功能糖的功能：糖是生物代谢反应的重要中间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代谢物
7、，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生物成分、糖又是生命活动的主要能源重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等 单糖 葡萄糖的结构葡萄糖的结构葡萄糖的结构葡萄糖的结构双糖双糖重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等麦芽糖麦芽糖麦芽糖麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成由一分子葡萄糖和一分子果
8、糖缩合形成由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成乳糖乳糖乳糖乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成 两分子葡萄糖单体形成麦两分子葡萄糖单体形成麦两分子葡萄糖单体形成麦两分子葡萄糖单体形成麦芽糖芽糖芽糖芽糖 重要的多糖有淀粉重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素等糖原、纤维素等 多糖多糖 四、脂类四、脂类 脂类的组成和功能（补充）脂类的组成和功能（补充） 脂类脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。剂的各种小分子。 组成与性质：组成与性质：C C、H H、
9、O H:O O H:O 远大于远大于2 2 非极性分子、疏水，即脂不溶于水，而溶非极性分子、疏水，即脂不溶于水，而溶于非极性溶剂。于非极性溶剂。l l 脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍；生物表生的能量大约是糖氧化时的二倍；生物表面的保护层；保持体温；生物活性物质面的保护层；保持体温；生物活性物质（性（性激素）。激素）。脂类种类很多，分子结构相差较大：脂类种类很多，分子结构相差较大：脂类种类很多，分子结构相差较大：脂类种类很多，分子结构相差较大： A A A A、油油油油脂脂脂脂甘甘甘甘油油油油三三三三酯酯酯酯脂脂脂脂肪肪肪肪是
10、是是是由由由由甘甘甘甘油油油油醇醇醇醇和和和和脂脂脂脂肪酸结合成的酯。肪酸结合成的酯。肪酸结合成的酯。肪酸结合成的酯。 B B B B、磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂 C C C C、固固固固 醇醇醇醇 D. D. D. D. 蜡蜡蜡蜡 磷脂分子结构图磷脂分子结构图 ：又称磷酸甘油脂，与脂肪又称磷酸甘油脂，与脂肪又称磷酸甘油脂，与脂肪又称磷酸甘油脂，与脂肪不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其衍生物合成酯，而是与磷酸及其衍生物合成酯，而是与磷
11、酸及其衍生物合成酯，而是与磷酸及其衍生物( (如磷酸胆碱如磷酸胆碱如磷酸胆碱如磷酸胆碱) )结合，形成卵磷脂结合，形成卵磷脂结合，形成卵磷脂结合，形成卵磷脂脂膜结构图脂膜结构图脂膜结构图脂膜结构图不饱和不饱和不饱和不饱和双键双键双键双键五、蛋白质五、蛋白质蛋白质为生命活动所必需蛋白质为生命活动所必需蛋白质为生命活动所必需蛋白质为生命活动所必需蛋白质根据功能分类：蛋白质根据功能分类：蛋白质根据功能分类：蛋白质根据功能分类：结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蚕和蜘蛛的丝结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蚕和蜘蛛的丝结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蚕和蜘蛛的丝结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蚕和蜘蛛的丝收缩蛋白
12、：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共同作用收缩蛋白：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共同作用收缩蛋白：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共同作用收缩蛋白：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储藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白储藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白储藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白防御蛋白：抗体防御蛋白：抗体防御蛋白：抗体防御蛋白：抗体转运蛋白：血红蛋白转运蛋白：血红蛋白转运蛋白：血红蛋白转运蛋白：血红蛋白信号蛋白：激素（胰岛素）等负责细胞间的信号传导信号蛋白：激素（胰岛素）等负责细胞间的信号传导信号蛋白：激素（胰岛素）等负责细胞间的信号传导信号蛋
13、白：激素（胰岛素）等负责细胞间的信号传导酶：酶：酶：酶： 生物体内最重要的蛋白质生物体内最重要的蛋白质生物体内最重要的蛋白质生物体内最重要的蛋白质五、蛋白质五、蛋白质 蛋白质是由氨基酸组成的蛋白质是由氨基酸组成的蛋白质是由氨基酸组成的蛋白质是由氨基酸组成的 氨基酸是同时具有氨基酸是同时具有氨基酸是同时具有氨基酸是同时具有氨基和氨基和氨基和氨基和羧基的小分子羧基的小分子羧基的小分子羧基的小分子 参参参参与与与与蛋蛋蛋蛋白白白白合合合合成成成成的的的的共共共共有有有有20202020种种种种天天天天然然然然氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸。其其其其中中中中，有有有有10101010种种种种是是是是体体体体
14、内内内内无无无无法法法法合合合合成成成成而而而而必必必必须须须须由由由由食食食食物物物物供供供供给给给给的的的的，称称称称必必必必需需需需氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸。包包包包括括括括赖赖赖赖氨氨氨氨酸酸酸酸、色色色色氨氨氨氨酸酸酸酸、蛋蛋蛋蛋氨氨氨氨酸酸酸酸( ( ( (或或或或称称称称甲甲甲甲硫硫硫硫氨氨氨氨酸酸酸酸）、苯苯苯苯丙丙丙丙氨氨氨氨酸酸酸酸、亮亮亮亮氨氨氨氨酸酸酸酸、异异异异亮亮亮亮氨氨氨氨酸酸酸酸、苏苏苏苏氨氨氨氨酸酸酸酸（又又又又称称称称羟羟羟羟丁丁丁丁氨氨氨氨酸酸酸酸）、缬缬缬缬氨氨氨氨酸酸酸酸、精精精精氨氨氨氨酸酸酸酸、组组组组氨氨氨氨酸酸酸酸（仅仅仅仅小小小小儿儿儿儿时时
15、时时期期期期必需）必需）必需）必需）“笨蛋来宿舍笨蛋来宿舍笨蛋来宿舍笨蛋来宿舍 晾一晾鞋晾一晾鞋晾一晾鞋晾一晾鞋”。 必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和修补必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和修补必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和修补必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和修补机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋白以供临机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋白以供临机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋白以供临机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋白以供临时需要，从而导致体重减轻和蛋白质营养不良。时需要，从而导致体重减轻和蛋白质营养不良。时需要，从而导致体重减轻和蛋白质营养不良。时需
16、要，从而导致体重减轻和蛋白质营养不良。 亲水性氨基酸的结构亲水性氨基酸的结构氨基酸通过肽键连接成氨基酸通过肽键连接成肽链肽链 一个氨基酸的一个氨基酸的一个氨基酸的一个氨基酸的 - - - -氨基与另一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的 - - - -羧基脱水缩合形羧基脱水缩合形羧基脱水缩合形羧基脱水缩合形成成成成肽键肽键肽键肽键并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。相连形成多肽，多
17、肽形成蛋白质分子的亚单位。相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。 寡肽：含有寡肽：含有寡肽：含有寡肽：含有10101010个左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）个左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）个左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）个左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽） 多肽：含有多肽：含有多肽：含有多肽：含有1010101020 20 20 20 个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基 蛋白质：含几十个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基 注意：肽链有注意：肽链有注意：肽链有注意：
18、肽链有方向性方向性方向性方向性， 氨基端（氨基端（氨基端（氨基端（ N N N N 端），端），端），端）， 羧基端（羧基端（羧基端（羧基端（ C C C C 端）端）端）端） 蛋白质的结构决定其功能蛋白质的结构决定其功能蛋白质的结构决定其功能蛋白质的结构决定其功能 ： 一级结构：多肽中氨基酸的排列顺序一级结构：多肽中氨基酸的排列顺序一级结构：多肽中氨基酸的排列顺序一级结构：多肽中氨基酸的排列顺序 二级结构：一级结构中部分肽链的卷曲（二级结构：一级结构中部分肽链的卷曲（二级结构：一级结构中部分肽链的卷曲（二级结构：一级结构中部分肽链的卷曲（螺螺螺螺旋）或折叠（折叠片），旋）或折叠（折叠片），旋
19、）或折叠（折叠片），旋）或折叠（折叠片），邻近几个氨基酸形成邻近几个氨基酸形成邻近几个氨基酸形成邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状。的一定的结构形状。的一定的结构形状。的一定的结构形状。 三级结构：一条多肽链总的三维形状，即三级结构：一条多肽链总的三维形状，即三级结构：一条多肽链总的三维形状，即三级结构：一条多肽链总的三维形状，即整条整条整条整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤维蛋白和球状蛋白。维蛋白和球状蛋白。维蛋白和球状蛋白。维蛋白和球状蛋白。 四级结构：组成蛋白
20、质的多个肽链（亚基）的空四级结构：组成蛋白质的多个肽链（亚基）的空四级结构：组成蛋白质的多个肽链（亚基）的空四级结构：组成蛋白质的多个肽链（亚基）的空间构象，即各条肽链之间的位置和结构。所以，间构象，即各条肽链之间的位置和结构。所以，间构象，即各条肽链之间的位置和结构。所以，间构象，即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四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质。质。质。质。六、核酸六、核酸核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由
21、三个部分组成： 碱基：嘧啶、嘌呤碱基：嘧啶、嘌呤碱基：嘧啶、嘌呤碱基：嘧啶、嘌呤 五碳糖：核糖或脱氧核糖五碳糖：核糖或脱氧核糖五碳糖：核糖或脱氧核糖五碳糖：核糖或脱氧核糖 磷酸磷酸磷酸磷酸 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）核酸核酸核酸核酸 核糖核酸（核糖核酸（核糖核酸（核糖核酸（RNA RNA ）核苷酸是由核苷酸单体组成的核苷酸是由核苷酸单体组成的核苷酸是由核苷酸单体组成的核苷酸是由核苷酸单体组成的核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成参加大分子核酸组成的共有
22、参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有8 8 8 8种核苷酸种核苷酸种核苷酸种核苷酸 DNADNADNADNA水解液中水解液中水解液中水解液中 RNARNARNARNA水解液中水解液中水解液中水解液中腺脱氧核苷酸腺脱氧核苷酸腺脱氧核苷酸腺脱氧核苷酸 腺苷酸腺苷酸腺苷酸腺苷酸鸟脱氧核苷酸鸟脱氧核苷酸鸟脱氧核苷酸鸟脱氧核苷酸 鸟苷酸鸟苷酸鸟苷酸鸟苷酸 胞脱氧核苷酸胞脱氧核苷酸胞脱氧核苷酸胞脱氧核苷酸 胞苷酸胞苷酸胞苷酸胞苷酸胸腺脱氧核苷酸胸腺脱氧核苷酸胸腺脱氧核苷酸胸腺脱氧核苷酸 尿苷酸尿苷酸尿苷酸尿苷酸 核酸的高级结构核酸的高级结构DNA双螺旋A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，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 C、两条链对应碱基呈配对关系、两条链对应碱基呈配对关系 A AT GCT GCDNA DNA 双双螺螺旋旋可可以以看看作作是是 DNA DNA 的的二二级级结结构构 DNA的双螺旋结构的双螺旋结构思考题思考题 1.为什么说蛋白质的结构决定其功能？为什么说蛋白质的结构决定其功能？ 2.试述在生物体内水的重要性。试述在生物体内水的重要性。 P24：1、2、3、4、5
