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1、第二章 生命的化学,2.1 生命的元素构成,其它的还有：P S Ca K Na Cl Mg Fe,I Mn Co Cu Zn Se Ni B Si等元素,99%以上,C(18%)H(10%)O(65%)N(3%),2.2 细胞的分子组成,地球上之所以有生命是由于水的广泛分布，其它的星球也可能存在水:,气态(金星，Venus),冰雪(火星，Mars),游离水：广谱的溶剂；物质运输的载体；,结合水：结构物质,维持温度稳定；,2.2.1 水和无机盐,水,参与反应,水分子是极性分子，具有非均等共享的共价键，与非极性分子的平等共享不同,水分子间存在氢键，单个较弱的氢键成千上万在一起变得相当强，水分子间因
2、而具有很强的相互连接特性,维持细胞的渗透压和pH值、酶活化和调节、结构成分,通常以离子状态存在,无机盐,pH of some common items,柠檬,唾液,镁,氨水,2.2.2 生物分子简介,1)通过生命活动形成,特征,2)具有炭架,糖类、脂类、蛋白质、核酸,糖蛋白、糖脂、核蛋白、脂蛋白,生物分子,生物大分子结合物,生物分子结构中常见的原子,Hydrogen(H),Oxygen(O),共有的,特定生物分子中所有的,Nitrogen(N),Sulfur(S),Phosphorus(P),Carbon(C),碳有4个外层电子，最多可以连接4个其它原子(通常是 H,O,N,或者另一个 C).
3、,由于碳可以和另外的碳原子形成共价键，这就使得作为生物分子骨架的碳链或者碳环得以可能形成,碳原子的四个结合位,C=C双键,甲烷,单体(Monomer)可以结合形成 聚合体(polymers)(3个以上单体组成),C-C 83.1 Kcal/moleC=C 147 Kcal/mole.,实验式(Empirical formula),表明了构成分子的原子种类,表明了原子的排列和在分子内的连接,结构式(Structural formula),实验式相同结构式不同的分子,异构体(Isomers),?,甘露糖,山梨糖,功能团,特殊的化学特性是其独特的功能团的作用，而不是某个原子的单独功能,具有特定结构和
4、功能的原子簇,生物分子中的部分功能团,一般是脱水合成，常常会脱掉一分子水(dehydration)并形成一个新的化学键(synthesis),与缩合反应相反，它是多聚物的断裂过程：水分子的-OH和-H分别连接到水解产物上,缩合反应(Condensation),水解(Hydrolysis,Hydration),生物小分子和生物大分子的关系,小分子 大分子 复合大分子 单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂类,（由小分子到大分子）,2.2.2.1 碳水化合物,一般表示式,CH2On,功能,短时间的能量储存(单糖),较长时间的能量储存(淀粉，starch 和糖元 glyc
5、ogen),细胞的结构组成【植物和许多原生生物(protist)细胞壁的纤维素(cellulose)】,单糖(Monosaccharides),核糖(C5H10O5),葡萄糖(C6H12O6),果糖(fructose),根据碳原子数分,昆虫和其它节肢动物(arthropod)外骨骼(exoskeleton)的甲壳素(chitin),分类,根据功能团分,重要单糖:,醛基(-OH),Glucose,酮基(=O),代表性糖类的链式(left)和环状(center and right)结构式,甘油醛,D-Glucose 的模式图和链式结构式,二糖(Disaccharide),2个单糖分子通过脱水缩合将
6、化学键联合在一起形成二糖,蔗糖,乳糖,半乳糖,麦芽糖,多糖(Polysaccharide),由许许多多的单糖组成(a 和 b glucoses等),直链淀粉(Amylose)和支链淀粉(amylopectin),脊椎动物肝脏中的糖元,纤维素和角质素仅仅由 b 葡萄糖构成【人类不能够消化，但是反刍动物(ruminant)和白蚁(termite)能够消化，因为这些生物的消化道中有特别的微生物】,能够抵抗淀粉酶(amylase)的作用,植物细胞壁的纤维素的结构,打印纸的扫描电镜图(x1,080),多糖模式图,一条多糖链的两端有不同结构和性质：一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；另一端的糖基没有游
7、离的半缩醛羟基，称非还原端。,主要参与能量的长期储存,2.2.2 脂类(Lipids),功能,细胞结构组分(磷脂，phospholipids),常常是3个脂肪酸分子与1个三碳的丙三醇共价连接,充当信使物(细胞内和细胞间通信的激素),组成(Composed),部分植物将过剩的能量在种子和果实中以油的形式储存【(玉米油,花生油,棕榈油,向日葵油(sunflower oil)】,脂肪(fat),固体,油（oil）,液体,大多不饱和,多数是饱和的.,动物将多余的糖转化为脂肪,起绝缘(insulator)和衬垫(cushions)作用 皮下组织,中性脂肪,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,C18:19,棕榈酸,
8、硬脂酸,油酸,C18:29，12,人体不能够制造，必需从食物中摄取的脂肪酸 亚油酸和亚麻酸,必需脂肪酸(Essential fatty acid),参与前列腺素(prostaglandin)的合成，是细胞生长和特化必需的,关键作用:,亚油酸,动物组织中储存的脂肪95以甘油三酸脂(Triglycerides)的形式存在【2个不饱和脂肪酸(亚油酸，linoleic acid)和1个饱和脂肪酸(硬脂酸，stearic acid)】,甘油三酯分子结构,1个磷酸基团与脂肪酸相联,磷脂,极性的头部,非极性的尾部,亲水的(Hydrophobic),疏水的(Hydrophobia),类脂,蜡,在血液中，与动脉
9、硬化(atherosclerosis)和心脏病有关,胆固醇(Cholesterol)和类固醇(steroids),存在于细胞膜,构成某些神经细胞的鞘,皮肤中的胆固醇在紫外线的作用下形成维生素(Vitamin D),参与骨和牙齿的发育,4种固醇类物质的结构,睾丸激素,可的松,固醇类的内核由 4 个环组成可的松(一种激素,提取自肾上腺或若干种热带植物中，用于关节病),催化作用(Catalysts),酶(enzymes),2.2.3 蛋白质,功能,细胞膜等的结构组分,其它分子(比如氧)的转运载体,引发运动,化学信使,例如蛋白激素(proteinaceous hormone),结构蛋白,调控蛋白,运输
10、蛋白,分类,寡肽：含有 10 左右氨基酸残基(如二肽、五肽、八肽),多肽：含 1020 个氨基酸残基,蛋白质：含几十个氨基酸残基,微管(Microtubules),球状结构蛋白组成，在细胞分裂以及鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)构成中起重要作用,胶原质(Collagen),在生物体的腱(tendons)、皮革(hide)、奶牛的角膜(corneas)等大量存在,角蛋白(Keratin),在指甲(fingernails)、羽毛、头发和犀牛角(rhinoceros horns)等存在,氨基酸,结构,1个氨基(-NH2)和1个羧基(-COOH),变化的R基(R-group),一条肽链的两
11、端有不同结构和性质：一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端 另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端,精氨酸,天(门)冬氨酸,谷氨酸,天冬酰胺,半胱氨酸,丙氨酸,异亮氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,酪氨酸,缬氨酸,肽键的形成,折叠,The primary structure,Coil or pleat due to H-bonding between R-groups within the same molecules.,蛋白质的功能与其立体结构密切相关,肌球蛋白(Myoglobin),Formed from one or more polypeptides,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,螺
12、旋,折叠,胰岛素(insulin)结构,蛋白质结构与功能密切相关 镰刀性白血病(sickle anemia),HIV p17 蛋白的结构，与伽马干扰素(gamma interferon)相似,蛋白质的变性作用,高温、X射线、紫外线、强酸、强碱、重金属盐,蛋白质变性因子,二级以上结构破坏，空间排列发生变化，原有性质部分或者全部丧失。最显著的表现是溶解度降低,2.2.3 核酸(Nucleic acids),功能,核苷酸(Nucleotides),组成,信息储藏(DNA),蛋白质合成(RNA),能量转换(ATP，GTP，NADP，FADP),核糖(ribose)或者脱氧核糖(deoxyribose)
13、,磷酸基团,嘧啶(Pyrimidines),嘌呤(Purines),含氮碱基(Nitrogenous base),5 碳糖,Double-ring structures(A,G),Single-ring structures(C,T,U),2大类核苷酸的结构,Ribose,Deoxyribose,Phosphate group,A,G,C,U,T,脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid),Information storage,Functions,99%,DNA的编码链和非编码链,核糖核酸(Ribonucleic acid),nucleus,cytoplasm,also th
14、e ribosomes on the rER,mRNA,rRNA,tRNA,思 考 题,2.细胞中有数千种蛋白质，这些蛋白质在结构上最根本的区别是什么？,3.说明DNA的化学组成与结构。,4.简述蛋白质在生命存在和延续中的主要作用？,1.单糖、双糖及多糖有什么不同？并举例说明。,1.The chemical reaction where water is removed during the formation of a covalent bond linking two monomers is known as _.a)dehydration;b)hydrolysis;c)photosynt
15、hesis;d)protein synthesis 2.The monomer that makes up polysaccharides is _.a)amino acids;b)glucose;c)fatty acids;d)nucleotides;e)glycerol 3.Proteins are composed of which of these monomers?a)amino acids;b)glucose;c)fatty acids;d)nucleotides;e)glycerol,Review questions,4.Which of these is not a funct
16、ion of lipids?a)long term energy storage;b)structures in cells;c)hormones;d)enzymes;e)sex hormones5.All living things use the same _ amino acids.a)4;b)20;c)100;d)64 6.Which of these is not a nucleotide base found in DNA?a)uracil;b)adenine;c)guanine;d)thymine;e)cytosine 7.A diet high in _ is consider
17、ed unhealthy,since this type of material is largely found in animal tissues.a)saturated fats;b)testosterone;c)unsaturated fats;d)plant oils,8.The form of RNA that delivers information from DNA to be used in making a protein is _.a)messenger RNA;b)ribosomal RNA;c)transfer RNA;d)heterogeneous nuclear RNA 9.The energy locked inside an organic molecule is most readily accessible in a _ molecule.a)fat;b)DNA;c)glucose;d)chitin;e)enzyme 10.Phospholipids are important components in _.a)cell walls;b)cytoplasm;c)DNA;d)cell membranes;e)cholesterol,
