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1、生命活动与化学,第12章,制作:张思敬等,理学院化学系 2,(3)了解基因工程及其意义。,(1)了解生命活动赖以生存的化学基础。,(2)了解化学物质与人体健康的关系。,制作:张思敬等,理学院化学系 3,本 章 内 容,12.1 生命活动的化学基础12.2 化学物质与人类健康,制作:张思敬等,理学院化学系 4,“生命是蛋白质存在的方式，这个方式的基本因素在于它和周围的外部自然界不断新陈代谢”。,引言：,生命体中有81种元素，人体中氧约占65，常量元素(含量超过0.01)有氧、氢、碳、氮、硫、磷、氯、钾、钠、钙、镁等11种，它们共占人体总量的99.9以上，其余70种为微量元素。,制作:张思敬等,理
2、学院化学系 5,12.1 生命活动的化学基础,糖类由碳、氢、氧三种元素组成，可用通式Cn(H2O)m表示，故也称为碳水化合物。糖类是植物通过光合作用由CO2和H2O转变而成的：6 CO2+6H2O+能量（太阳光）C6H12O6+6O2,生成的葡萄糖又进一步在植物体内合成出巨大的糖类聚合物，如淀粉和纤维素等，使太阳光能转变为化学能贮存起来。动物不能发生光合作用，但可通过摄取植物而得到糖类作为基础营养。,12.1.1 糖类基础营养的提供者,叶绿素,制作:张思敬等,理学院化学系 6,食物碳水化合物的功能：主要的能量营养素。改变食物的色、香、味、型。提供膳食纤维。增强肠道功能、有利粪便排出。控制体重和
3、减肥。可降低血糖和血胆固醇。预防结肠癌的作用。,制作:张思敬等,理学院化学系 7,12.1.2 蛋白质特定功能的载荷者一、蛋白质的功能（1）是人体组织的构成成分（2）具有各种重要的生理活性（3）供给人体能量,二、蛋白质的组成,蛋白质是氨基酸的高聚物。氨基酸既含有氨基（NH2）又含有羧基（COOH），氨基酸是氨基连接在羧基旁的第一个碳原子（又称碳原子）上的氨基酸，可用通式 RCHCOOH表示。|NH2,制作:张思敬等,理学院化学系 8,必需氨基酸(essential amino acid)是指人体不能合成或合成速度不能满足机体需要，必须从食物中直接获得的氨基酸。构成人体蛋白质的氨基酸有20种。必
4、需氨基酸：异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸。条件必需氨基酸(conditionally essential amino acid)：半胱氨酸和酪氨酸。,制作:张思敬等,理学院化学系 9,*组氨酸为婴儿必需氨基酸，成人需要量可能较少。摘自Modern Nutrition in Health and Disease，第9版，第14页，1999年。,构成人体蛋白质的氨基酸,制作:张思敬等,理学院化学系 10,蛋白质多肽链中的氨基酸组成和排列次序称为蛋白质的一级结构。蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链本身的折叠方式（卷曲状、片层状或球体等空间结构）。具有二级结构的多肽链
5、上的羟基、烃基、巯基、游离的氨基、羧基等，相互借助于静电引力、范德华力、氢键、二硫键的作用使分子链扭曲、折叠，形成蛋白质特有的立体三级结构。几个具有一级、二级、三级结构的多肽链按特定方式集合在一起，形成蛋白质的四级结构。各种蛋白质的特定结构决定其特定的生理功能。,三、蛋白质的结构,制作:张思敬等,理学院化学系 11,四、蛋白质催化反应 酶是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。酶催化反应也称酶促反应。细胞内的酶促反应常常是一环扣一环的。七八个酶促反应前后相连，完成一段相对独立的代谢过程。新陈代谢是生命现象的基本特征。生物体内复杂的代谢过程都包含许多化学反应，必须
6、有各种不同的酶参与作用。,制作:张思敬等,理学院化学系 12,12.1.3 核酸遗传密码的携带者 核酸是遗传信息的携带者与传递者。核酸的基本结构单位是核苷酸。核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类 生物体的遗传特征就反映在DNA分子的结构上，带有遗传信息的DNA片断称作基因。DNA密码即为特定的核苷酸排列顺序，可通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能并表现出与亲代相似的遗传性状。,制作:张思敬等,理学院化学系 13,12.1.4 生物膜生物体的“海关”细胞是生命的基本结构单位和功能单位
7、。单细胞生物（如大肠杆菌和酵母）一个细胞就是一个生命个体。生物膜是生物体中具有特殊结构和功能的选择性通透膜，是细胞与其环境间的特殊屏障，旨在维持细胞的正常生命活动。生物膜具有能量转换、物质运送、信息识别与传递等重要功能。,制作:张思敬等,理学院化学系 14,12.2化学物质与人类健康 12.2.1 微量元素与人类健康,常量元素 氧、碳、氢、氮、磷、硫钠、钾、氯、钙、镁。微量元素 必需微量元素 铜、钴、铬、铁、氟、碘、锰、钼、硒、锌。可能必需微量元素 硅、镍、硼、钒。有潜在毒性，但低剂量可能有功能作用的微量元素 铅、镉、汞、砷、铝、锡、锂。,制作:张思敬等,理学院化学系 15,矿物质的特点 矿物
8、质在体内不能合成，必须从食物和饮水中摄取 矿物质在体内分布极不均匀 矿物质相互之间存在协同或拮抗作用 某些微量元素在体内虽需要量很少，但因其生理剂量与中毒剂量范围较窄，摄入过多易产生毒性作用矿物质的生理功能 构成人体组织的重要成分 调节细胞膜的通透性 维持神经和肌肉的兴奋性 组成激素、维生素、蛋白质和多种酶类的成分,制作:张思敬等,理学院化学系 16,钙(calcium)的生理功能 构成骨骼和牙齿的成分 促进体内酶的活动 维持神经和肌肉的活动 其他功能 参与血液凝固 激素分泌 维持体液体酸碱平衡 调节细胞正常生理功能,制作:张思敬等,理学院化学系 17,钙的吸收与代谢 钙的吸收主要在小肠上端
9、主动转运吸收为主 影响肠内钙吸收的主要因素 草酸、植酸、磷酸、膳食纤维、脂肪酸、碱性药物促进肠内钙吸收的因素 维生素D、某些氨基酸、乳糖、一些抗生素,制作:张思敬等,理学院化学系 18,钙的供给量 成人适宜摄入量为 1000mg/d。无明显损害水平为 1500mg/d。可耐受最高摄入量为 2000mg/d。,不同人群钙的适宜摄入量 mg/d,制作:张思敬等,理学院化学系 19,含钙丰富的食物 mg/100g,制作:张思敬等,理学院化学系 20,含铁较高的食物 mg/100g,铁的生理功能 参与体内氧的运送和组织呼吸过程 维持正常的造血功能 参与其他重要功能,制作:张思敬等,理学院化学系 21,
10、锌的生理功能 金属酶的组成成分或酶的激活剂 促进生长发育 促进机体免疫功能 维持细胞膜结构 合成味觉素 对皮肤和视力有保护作用,制作:张思敬等,理学院化学系 22,含锌较高的食物 mg/100g,制作:张思敬等,理学院化学系 23,硒的生理功能 作为谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase，GSH-Px)的组成成分 保护心血管和心肌的健康 有毒重金属的解毒作用 其他 促进生长 保护视觉 抗肿瘤等,制作:张思敬等,理学院化学系 24,含硒较高的食物 g/100g,制作:张思敬等,理学院化学系 25,12.2.2 氧自由基与人体健康,自由基是指带有未成对电子的分子、原子或离子
11、。氧是绝大多数生物维持生命的必要条件。超氧负离子自由基（O2）、超氧酸自由基（HO2）、羟基自由基（OH）等氧自由基的化学性质比氧分子更活泼，故氧自由基又称为活性氧。,超氧化物歧化酶（英文缩写SOD）可除去生物体内过多的自由基。事实上，SOD的量在生物体内起维持活性氧浓度平衡的作用,制作:张思敬等,理学院化学系 26,维生素(vitamin)是维持机体生命活动过程所必需的一类微量的低分子有机化合物。维生素的种类很多，化学结构各不相同，在生理上既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内的能量来源，然而它在能量产生的反应中以及调节机体物质代谢过程中起着十分重要的作用。命名 一是按发现的历史顺序，以英
12、文字母顺序命名，如维生素A、B、C、D、E等；二是按其生理功能命名，如抗坏血酸、抗干眼病维生素和抗凝血维生素等；三是按其化学结构命名，如视黄醇、硫胺素和核黄素等。,12.2.3 维生素与人体健康,制作:张思敬等,理学院化学系 27,脂溶性维生素的功能、缺乏症状和食物来源,制作:张思敬等,理学院化学系 28,水溶性维生素的功能、缺乏症状和食物来源,制作:张思敬等,理学院化学系 29,维生素A(vitamin A)类是指含有视黄醇(retinal)结构，并具有其生物活性的一大类物质。已形成的维生素A(preformed vitamin A)，指在动物体内具有视黄醇生物活性功能的类维生素A。视黄醇(
13、retinal)、视黄醛(retinal)、视黄酸(retinoic acid)、视黄基酯(retinyleasters)维生素A原(provitamin A)复合物，某些有色植物含有类胡萝卜素，其中一小部分可在小肠和肝细胞内转变成视黄醇和视黄醛，这些类胡萝卜素统称为维生素A原。,制作:张思敬等,理学院化学系 30,维生素A的食物来源：动物肝脏、鱼肝油、鱼卵、全奶、奶油、禽蛋等。植物性食物：深绿色或红黄色的蔬菜和水果。维生素A补充剂。,-胡萝卜素(alpha-carotene)、-胡萝卜素(beta-carotene)-隐黄素(beta-cryptoxanthin)、-胡萝卜素(gamma-c
14、arotene),制作:张思敬等,理学院化学系 31,维生素D类是指含环戊氢烯菲环结构、并具有钙化醇生物活性的一大类物质，以维生素D2(ergocalciferol，麦角钙化醇)及维生素D3(cholecalciferol，胆钙化醇)最为常见。维生素D2是由酵母菌或麦角中的麦角固醇经日光或紫外光照射后的产物，并且能被人体吸收。维生素D3是由储存于皮下的胆固醇的衍生物(7-脱氢胆固醇)，在紫外光照射下转变而成的。,制作:张思敬等,理学院化学系 32,VD的生理功能 促进小肠钙吸收转运 促进肾小管对钙、磷的重吸收 对骨细胞呈现多种作用 通过维生素D内分泌系统调节血钙平衡 调节细胞的分化、增殖和生长
15、,制作:张思敬等,理学院化学系 33,VD缺乏症 佝偻病、骨质软化症、骨质疏松症、手足痉挛症。VD过多症 食欲不振、体重减轻、恶心、呕吐、腹泻等。血清钙磷升高，发展成动脉、心肌、肺、肾、气管等软组织转移性钙化和肾结石。严重的维生素D中毒可导致死亡。,VD食物来源 晒太阳、紫外线灯预防性照射。海水鱼（如沙丁鱼）、肝、蛋黄等动物性食品及鱼肝油制剂。,制作:张思敬等,理学院化学系 34,维生素E类是指含苯并二氢吡喃结构、具有-生育酚生物活性的一类物质。它包括8种化合物：四种生育酚，即-T，-T，-T，-T 四种生育三烯酚，即-TT，-TT，-TT，-TT VE的生理功能 抗氧化作用 预防衰老 与动物
16、的生殖功能和精子生成有关 调节血小板的粘附力和聚集作用 其它 降低血浆胆固醇水平 抑制肿瘤细胞的生长和增殖,制作:张思敬等,理学院化学系 35,硫胺素(thiamine)，也称维生素B1，其分子是由一个嘧啶结构，通过一个亚甲基连接在一个噻唑环上所组成。生理功能 焦磷酸硫胺素(TPP)是碳水化合物代谢中氧化脱羧酶的辅酶，参与三大营养素的分解代谢和产生能量。作为转酮醇酶的辅酶参与转酮醇作用，在核酸合成和脂肪酸合成中起重要作用。参与某些神经递质的合成和代谢。调控某些离子通道功能。,硫胺素缺乏症 各种脚气病。硫胺素过量中毒 头痛、惊厥、心律失常等。,制作:张思敬等,理学院化学系 36,核黄素(ribo
17、flavin)又称维生素B2，由异咯嗪加核糖醇侧链组成。生理功能 参与体内生物氧化与能量代谢。参与维生素B6和烟酸的代谢。参与体内的抗氧化防御系统和药物代谢。缺乏与过量 缺乏表现为口角炎、唇炎、舌炎、眼部症状、皮炎。长期缺乏可导致儿童生长迟缓，轻中度缺铁性贫血。一般不会引起过量中毒。,食物来源 动物肝、肾、心、蛋黄、乳类、绿色蔬菜、豆类。,制作:张思敬等,理学院化学系 37,烟酸(niacin)是具有烟酸生物活性的吡啶-3-羧酸衍生物的总称。生理功能 作为辅基参与脱氢酶的组成，在生物氧化还原反应中作为氢的受体和电子的供体。参与蛋白质核糖基化过程，与DNA复制、修复和细胞分化有关。参与脂肪酸、胆
18、固醇以及类固醇激素等的生物合成 具有增强胰岛素效能的作用。降低血脂，改善心血管功能。,制作:张思敬等,理学院化学系 38,烟酸缺乏引起癞皮病(pellagra)典型症状为皮炎(dermatitis)、腹泻(diarrhea)和痴呆(dementia)，又称“三D”症状。初期症状 体重减轻、失眠、头痛等。继而出现 皮肤、消化系统、神经系统症状 裸露皮肤及摩擦部位对称性晒斑样损伤 慢性皮炎为皮肤变厚、脱屑、色素沉着 杨梅舌、口腔粘膜溃疡 食欲不振、恶心、呕吐、腹痛、腹泻 失眠、乏力、抑郁、痴呆,制作:张思敬等,理学院化学系 39,维生素B6称吡哆醇，实际上为吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺三种衍生物。生理功
19、能 主要以磷酸吡哆醛的形式作为辅酶，参与氨基酸的合成与分解代谢。催化血红素合成 催化肌肉与肝脏中的糖原转化 影响机体免疫功能,食物来源 白色肉类(如鸡肉和鱼肉)、肝脏、豆类、坚果、香蕉、蔬菜,制作:张思敬等,理学院化学系 40,叶酸缺乏 巨幼红细胞贫血 胎儿神经管畸形、胎儿宫内发育迟缓 孕妇先兆子痫、胎盘早剥 衰弱、健忘、失眠等叶酸过量 会影响锌的吸收，干扰VB12缺乏的诊断与治疗,叶酸(folic acid)是含有蝶酰谷氨酸结构的一类化合物的统称。生理功能 其活性形式为四氢叶酸(H4PteGlu)，作为辅酶，可通过腺嘌呤、胸苷酸影响DNA和RNA的合成，而且还可以通过蛋氨酸的代谢影响磷脂、肌
20、酸、神经介质以及血红蛋白的合成。,制作:张思敬等,理学院化学系 41,抗坏血酸(ascorbic acid，Vc)是一个含有六个碳原子的-酮基内酯的酸性多羟化合物。生理功能 抗氧化作用 作为羟化过程底物和酶的辅因子参与体内许多重要生物合成的羟化反应 其它作用 有利于非血红素铁的吸收 降低胃癌以及其它癌症的危险性 防治心血管疾病,食物来源 深色蔬菜：豌豆苗、韭菜、辣椒、花菜、苦瓜等 水果：柑、桔、橙、柚、柿、枣、草莓等,制作:张思敬等,理学院化学系 42,本章小结,2生命现象 生命是遗传信息通过生物个体进行传递的一个系统。生命的特征是通过膜与外界环境隔离，并自主地组织以自我复制和能量代谢为主的自身活动。生命系统的构成是以生命物质为基础的，自然环境中既有生命活动必需的物质，也有危害生命的物质。,1.重要概念：糖类、蛋白质、酶、核酸、生物膜、生命元素、氧自由基、维生素。,制作:张思敬等,理学院化学系 43,3.基因工程 基因工程是将生物基因通过载体送到另一种生物的活性细胞中，使之无性繁殖（称为克隆）并行使不断产生各种蛋白质的正常功能（称为表达），从而创造生物新种的遗传学技术。基因工程的主要步骤是：首先获得目的基因，目的基因与载体经体外连接而重组后，将重组体基因导入受体细胞内进行扩增和筛选，最后实现克隆基因的大量表达。基因工程产品为人类的健康生存开辟了无限广阔的前景。,End,
