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1、生命的化学基础,http:/普通生物学课程网站,不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似生命的物质基础一、元素组成无机界的 C、H、O、N、P、S二、分子组成1、水和无机盐2、糖类3、脂类4、蛋白质5、核酸,一、元素组成,生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的,%OCHNPS 其他,人 65181081.00.252.75,杆菌 69151181.21.005.00,基本元素：C，H，O，N，S，P，K，Ca 等占人体99.35%。,其它元素：Na，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu，Cl，I等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、
2、As、Sn、等,Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。Mo（钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症，Mn（锰）与酶的活性有关。Co（钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/每日。V（钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。,微量元素,F（氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿和氟中毒。,Ni（镍）植物中1555ppm,人为0.1ppm；急性白血病.25g/ml,Sn（锡）影响骨钙化速度；,Si（硅）矽肺，Si浸润细胞。,Se（硒）
3、缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防 治有关.,功能,1、构成原生质2、组成多种多样的化合物3、影响生物体的生命活动,二、分子组成,不同类型的细胞，分子组成大致相同，但是这些物质的相对含量相差很大。,无 机 物,水(water)生命的源泉无机盐(mineral)离子 调节生命的环境细胞渗透压PH酶的活化,水和无机盐,水水的特性符合生物生存的需要：水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面能力；很强的结合能力、最好的极性溶剂，对于物质的运输、生命中化学反应的进行,正常的新陈代谢具有重要意义；水的比热为1cal/g,在温度改变时,热量的需求和释放
4、较大，使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定,维持体温；固态水比液态水的密度低，有利于水生生物的生存。,无机盐,主要的阴离子有：Cl、PO4 3-和HCO3 主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+,作用：（1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用（2）酶的活化因子和调节因子，Mg2+，Ca2+（3）合成有机物的原料PO4 3-合成磷脂、核苷酸（4）动作电位、肌肉收缩等，Na+、K+、Ca2+内环境稳定：PH值生物生存38.5，各种生物、各种组织均有适宜的PH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。,有 机 物,糖(Carbohydrat
5、e)脂类(Lipid)蛋白质(Protein)核酸(Nucleic acid)等,1、糖类,功能：,生命活动所需能量来源；与生物体的结构有关；储藏的养料；分子识别作用；具有润滑保护作用。组成：C:H:O=1:2:1,糖的分类,单糖-构成各种糖分子的基本单位寡糖-由少数几个（2-10）单糖分子连接 多糖 大量单糖分子连接形成的糖结合糖糖脂、糖蛋白和蛋白多糖等,单糖分类,己糖,丙糖,戊糖,丁糖,重要的单糖,甘油醛 核糖 脱氧核糖,半缩醛羟基,半缩醛羟基,葡萄糖 果糖 半乳糖,寡 糖（oligosaccharides）,-麦芽糖,麦芽糖、蔗糖、乳糖,蔗 糖,-D-葡萄糖残基-D-果糖残基,乳糖,-D
6、-半乳糖残基D-葡萄糖残基,多糖,由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子，如淀粉、糖原、纤维素,多糖（polysaccharides）,均一多糖 淀粉 植物细胞（谷粒，块根，果实）糖原 动物细胞（如肝细胞中的糖原）纤维素 植物细胞木材-50%纤维素，棉花-90%纤维素非均一多糖 透明质酸 软骨素,纤维素,3、脂类生命体的重要构件和储能物质,由C、H、O组成，H:O远大于2，不溶于水，能溶于非极性溶剂，类别较多，结构差异很大功能:生物膜的组成，磷脂、胆固醇储存能量生物表面的保护层很好的绝缘体，保温生物学活性,（1）脂肪,甘油和脂肪酸结合而成，甘油的每一个-OH和脂肪酸的-COOH结合
7、，形成酯键。,+,（2）蜡（wax）由长链脂肪酸和长链一元醇脱水而成，皮肤表面，毛、羽、植物叶及果实表面以及昆虫体表（3）磷脂（phospholipids）磷酸甘油脂，甘油的一个-羟基和磷酸结合成酯,存在与细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量丰富。卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。,（4）其他脂类,类固醇 特殊芳香族结构，理化性质与脂肪相近萜类 结构与类固醇相似。如植物细胞中的胡萝卜素维生素E 维生素K 结合脂类,4、蛋白质 遗传信息的表达者,氨基酸 遗传信息载体蛋白质的结构-多层次蛋白质结构与功能的关系变化多端,生物分子信息,细胞,分子,存贮、复制和传递遗传信息的系统,生物
8、信息的载体,DNA通过自我复制，在生物体的繁衍过程中传递遗传信息,基因通过转录和翻译，使遗传信息在生物个体中得以表达，并使后代表现出与亲代相似的生物性状。,基因控制着蛋白质的合成,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,蛋白质的功能,酶的催化作用 运载和贮存 协调动作 机械支持 免疫保护 产生和传递神经冲动 生长和分化的控制,蛋白质的构件分子氨基酸,氨基酸的通式氨基酸的分类,氨基酸的通式,组成蛋白质的常见氨基酸有二十种，通式如下：R不同，组成的 氨基酸就不同,20种标准氨基酸的英文简写,氨基酸的分类,对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组：疏水性的氨基酸Gly、Ala、V
9、al、Leu、Ile、Phe、Pro、Trp和Met带电氨基酸Arg、His、Lys（+）和Asp、Glu（-）极性氨基酸Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、Tyr,甘氨酸（Gly）的侧链只有一个氢原子，是最简单的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类，也可以归于第一类。含有芳香性侧链Phe、Tyr、Trp、His侧链为醇或酚的氨基酸有 Ser、Thr、Tyr可以形成氢键Arg、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、His、Tyr,肽键、肽和多肽,不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，形成链状分子，即是肽或多肽，通常分子量在1500以下的为肽，在1500以上的为多肽，-NH2
10、端为N末端写在左，另一端为C末端，写在右。,蛋白质的结构层次,1、一级结构2、二级结构3、三级结构4、四级结构,蛋白质一级结构,肽键肽链氨基酸排列顺序等,二级结构,肽链的主链在空间的走向-螺旋-折叠,-螺旋,平行-折叠,反平行-折叠,-折叠,蛋白质的超二级结构,（i）环花样（ii）发夹花样环花样（iii）希腊图案花样由四条反平行片组成（iv）花样-环-环-,三级结构,亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内部球状蛋白溶于水,球蛋白近似球形，表面富含亲水基团，溶于水如：酶、多种蛋白质激素和各种抗体细胞质和细胞膜中的蛋白质纤维蛋白蛋白质分子围绕一个纵向轴缠绕成螺旋状 如：指甲、毛发、真皮、韧带等,三级
11、结构（tertiary structure）在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象,胰岛素的三维结构,四级结构,多亚基构成的寡聚蛋白结构均一寡聚蛋白 由相同亚基构成非均一寡聚蛋白由不同亚基构成,四级结构（quanternary structure）组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接：疏水力、氢键、盐键；每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。,蛋白质的各级结构,氨基酸,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,血红蛋白,蛋白变性,可逆变性,不可逆变性,尿素,天然核糖核酸酶,硫醇,松散核糖核酸酶,变性核糖核酸酶,天然核糖核酸酶,除去硫醇,除去尿素,除去硫
12、醇,除去尿素,核酸(nucleic acid)以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。DNA（Deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸 RNA（Ribonucleic acid)核糖核酸,5、核酸的化学结构,脱氧核糖核酸（DNA）,主要存在于细胞核的染色质内，2%在线粒体。遗传的物质基础,核糖核酸（RNA）,主要存在细胞质，10%在核仁 参与生物体内蛋白质的生物合成,根据RNA的功能，可以分为mRNA、tRNA和rRNA三种。,第一节 核酸的化学组成与结构,一、核酸的化学组成,核苷酸由核糖、磷酸和含氮碱三部分构成,（一）碱基,1、嘧啶碱,2、嘌呤碱,3、稀有碱基
13、,（二）戊糖,（三）核苷,（四）核苷酸,（五）多磷酸核苷酸和环化核苷酸,二、DNA分子的结构,（一）DNA分子的大小,天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在1061010。例如 大肠杆菌染色体由400万碱基对(basepair，bp)组成的双螺旋DNA单分子。其长度为14X106nm，相当于1.4mm，而直径为20nm，相当原子的大小黑腹果蝇最大染色体由6，2X107bp组成，长2.1cm多瘤病毒的DNA由5100bp组成，长17nm(17000nm),（二）DNA的碱基组成Erwin Chargaf测定,1）有种的特异性2）没有器官和组织的特异性3）各种DNA分子中，A
14、=T,C=G,A+G=C+T4)年龄、营养、环境的改变不影响DNA的碱基组成,（三）DNA的一级结构,分子较大dCMP dGMP dAMP dTMP磷酸二酯键线型大分子，无分支,一级结构的表示方法,化学式,线条式,文字式,（四）DNA的二级结构-双螺旋结构模型,DNA双螺旋结构的要点,（DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为53而另一条链的方向为35嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90角。,(五)超螺旋D
15、NA,大多数原核生物 1）共价封闭的环状双螺旋分子2）再次螺旋化超螺旋结构,三、DNA的一些性质,1、紫外吸收特性,2、DNA的变性（DNA denaturation）,物理（热）或化学（碱）方法破坏维持DNA分子双链状态的氢键使成为单链的过程。变性的特征：增色效应，黏度下降，沉降系数增加，生物学活性丧失,热变性：加热引起的变性。实验室常用的方法,增色效应：核酸分子加热变性时，其在260nm处的紫外吸收急剧增加的现象。,DNA解链曲线,Tm值：当紫外吸收变化达到最大变化的半数值时，此时所对应的温度称为熔解温度、变性温度或用Tm值表示,第二节 RNA的分子结构,（一）RNA的类型,三种主要的RN
16、A tRNA rRNA mRNA,1、mRNA：占细胞中RNA总量的3%-5%，分子量大小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。2、rRNA：细胞中含量最多的RNA，核糖体的组成成分，蛋白质合成的场所。3、tRNA：约占细胞中RNA总量的15%。约由75-90个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸,（二）RNA的碱基组成 无严格的配对规律,不同来源的RNA的碱基摩尔比例,（三）RNA的一级结构,1、分子较小，为直线型多核苷酸链。2、基本单位主要是CMP GMP AMP和UMP四种核苷酸3、磷酸二酯键，5端向3端延伸,（四）RNA的二级结构,发卡式结构 A-U,C-G配对,本章结束,
