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1、生物化学基础,李绍军,生命的物质基础,1、生物体的元素和分子组成2、生物大分子的结构与功能,组成生物体的元素有2030种，其中C、H、O、N、P、S、Ca 7 种元素约占生物体的99.3%。,1、生物体的元素和分子组成,不同的生物体，其分子组成大体相同，都是由蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐和水组成，其中水的比例最大。,水母 95%99%；昆虫 46%92%；植物 60%85%；人体 65%72%;,生命诞生于原始海洋中，水是生物体的主要组成成分：,除水之外，组成生物体的干物质中，有机物质占95%以上，无机物不足5%，因此有时将生物体也称为有机体。构成生物体的有机物种类热很多，但含量高且重要的是
2、蛋白质、核酸、脂类、糖类四类物质。,在组成生命的元素中，碳元素具有特别重要的作用。,碳原子之间可以单键、双键或三键相结合，形成不同长度的链状、分支状或环状结构的碳骨架。现已发现的200多万种有机化合物都是不同碳骨架的衍生物。,蛋白质、核酸、多糖和脂类是组成生物体最重要的生物大分子。生物大分子是由单体(monomer)聚合成的多聚体(polymer)。,2、糖类化合物,糖是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。主要是由绿色植物光合作用形成的。主要是由C、H、O三种元素组成，分子通式可写为 Cn(H2O)n，习惯称为碳水化合物（Carbhydrate）。,葡萄糖 C6H12O6
3、；蔗糖 C12H22O11；乙酸 C2H4O2,糖类是植物体内非常重要的一类物质，其主要功能是：(1)是生物体内能量贮存物质，通过生物氧化释放能量。(2)是合成其他重要生命物质的原料。(3)同时也是植物体的结构物质（如纤维素、半纤维素、果胶等）。,糖类物质,单糖：37碳糖。其中以己糖（葡萄糖、果糖）和戊糖（核糖、脱氧核糖）最为重要。,寡糖：由26单糖连结而成，常见的是蔗糖 葡萄糖-果糖；麦芽糖葡萄糖-葡萄糖；,多糖：由多个单糖失水缩合而成，其中最主要的是 淀粉和纤维素。淀粉（starch）分直链淀粉 和支链淀粉两种：,单糖:,分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为同分异构体,二糖：麦芽糖：
4、由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成乳糖：由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成,多糖：,淀粉,3、蛋白质,蛋白质是决定生物体结构和功能的重要成分。蛋白质的基本组成单位是氨基酸，蛋白质就是由多个氨基酸单体连结而成的多聚体。人体有成千上万种蛋白质，每一种蛋白质都有特定的三维空间结构和生物学功能。,3.1 蛋白质的生物学功能：,1、蛋白质是生物体的重要组分 2、生物催化剂-酶的作用 3、生物膜的功能 4、免疫作用 5、运载工具 6、遗传信息的传递与表达 7、调节新陈代谢（激素）,3.2 蛋白质的组成单位氨基酸：,天然氨基酸有20种。其分子结构通式如图。R基团不同，组
5、成的氨基酸就不同。,20种氨基酸：,甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、甲硫氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)、脯氨酸(Pro)、丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、半胱氨酸(Cys)、酪氨酸(Tyr)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺Gln、赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His),20种氨基酸中有8种人体不能合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸。8种必需氨基酸为：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、蛋氨酸,3.3 蛋白质的结构,蛋白质多肽链：蛋白质
6、是由多个氨基酸通过肽键连结而成长链大分子多肽链。蛋白质的结构可分为一级结构和空间结构（二 四级结构）。,蛋白质的一级结构：,氨基酸的组成、连键、数量和排列顺序。,蛋白质的二级结构：,螺旋结构,折叠结构,蛋白质的三、四级结构：,亚基,蛋白质的各级结构示意图,蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的三维空间结构（构象）和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的功能便立即丧失。,4、核 酸,核酸是生物体内最重要的生物大分子，任何生物体，甚至无细胞结构的病毒和噬菌体都无一例外地含有核酸。核酸在生物的个体发育、生长繁殖、遗传变异等生命过程中起着极为重要的作用。,根据核酸的化学组
7、成和生物学功能，将核酸分为两类：核糖核酸（ribonucleic acid RNA）脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA）DNA：遗传信息的贮存者，控制生物的遗传性状；RNA：遗传信息的传递者，DNARNA 蛋白质；蛋白质：遗传信息的表达者，表现生物的形态特征 和代谢类型遗传性状；,4.1 核酸的化学组成,核酸是许多核苷酸聚合而成的生物大分子，故也称为多聚核苷酸(polynucleotide)。核苷酸又可分解为磷酸、戊糖和碱基：核酸 n核苷酸 n核苷+n磷酸 n碱基 n戊糖 嘌呤，嘧啶 核糖，脱氧核糖,DNA：脱氧核糖 磷酸 A、G、C、T RNA：核 糖 磷酸 A
8、、G、C、U,嘌呤,鸟嘌呤,腺嘌呤,嘧啶,胞嘧啶,胸腺嘧啶,尿嘧啶,核苷,核苷酸,4.2 核酸的一级结构,核酸是是由许多核苷酸通过3，5磷酸二酯键连结而成的长链生物大分子（多聚核苷酸链）。一级结构中重要的是核苷酸的组成（数量）和其排列顺序（碱基序列）。不同的DNA有不同的碱基组成和排列顺序，这是构成DNA作为遗传物质的关键因素。,DNA的二级结构双螺旋结构模型,DNA两条链间碱基形成氢键时有严格配对规律碱基互补：A=T；G 三 C；,根据碱基互补原则，当一条DNA链的碱基顺序确定之后，就可以推知另一条链（互补链）的碱基顺序。碱基互补原则具有重要的生物学意义，DNA复制、RNA转录、反转录蛋白质
9、生物合成等的分子基础都是碱基互补。,RNA的结构与功能：,mRNA 信使RNA r RNA 核糖体RNA t RNA 转运RNA,mRNA（messenger RNA）,单链线状分子。mRNA是蛋白质生物合成的模板，它携带着从DNA分子中抄录而来的指令多肽链中Aa排列顺序的信息，是遗传信息的传递者，故称之为信使RNA。每一种蛋白质都是由一种特定的mRNA编码，故细胞内mRNA种类很多，但每一种mRNA的数量却很少。,rRNA（ribosomal RNA）,呈单链存在，单链自身回折时按A-T，G-C的 base配对原则形成部分螺旋区（或“发夹”结构）。rRNA是核糖体的主要组分。核糖体中有60%
10、是rRNA，其余40%是蛋白质。因此rRNA的生物学功能就是通过参与核糖体的组成为蛋白质的生物合成提供场所。,tRNA（trassfer RNA）,tRNA的二级结构呈三叶草形；tRNA的功能是在蛋白质生物合成中起转运Aa的作用。,4、脂类化合物,脂类分子含C、H、O三种元素，是一类非极性化合物，不溶于水。脂类物质可分为：中性脂肪、磷脂、胆固醇类三类,脂肪：中性脂肪是由甘油和脂肪酸结合而成的脂类，对动物称脂肪，对植物称油。,甘油,脂 肪 酸 1,脂 肪 酸 2,脂 肪 酸 3,脂肪也称甘油三酯，是生物体内重要的能量贮藏物质。,磷脂：由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮有机碱构成，具有极性（亲水）的“头部”和非极性（疏水）的“尾部”。,含氮有机碱,磷酸,甘油,脂 肪 酸 1,脂 肪 酸 2,亲水头部,疏水尾部,磷脂是构成生物膜的主要组分,磷脂,胆固醇,
