普通生物学_2生命的化学基础

Chapter2生命的化学基础原子.分子原子核核外电子（-）质子(Z)（+）中子(N)（不带电）离子（+）核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数各微粒间的关系自然界发现92种生命的化学基础名称符号占人体重的百分比名称符号占人体重的百分比氧065.0硼B0.01碳C18.5铬Cr0.01氢H9.5钴Co0.01氮N3.3铜Cu0.01钙Ca1.5氟F0.01磷P1.0碘I0.01钾K0.4鉄Fe0.01硫S0.3锰Mn0.01钠Na0.2钼硒Mo0.01氯Cl0.2Se0.01镁Mg0.1硅锡Si0.01Sn0.01钒V0.01锌Zn0.01常量元素(11种)微量元素(14种)构成人体的25种基本化学元素微量元素：含量少于0.01%人体的元素组成OSiAlFeCaNaKMgHPCSClNa010203040506070earthhumanbody人体地壳化学元素在地壳和人体中的丰度无机分子：水和无机盐有机分子：有机小分子：脂类，氨基酸，单糖，核苷酸有机大分子：蛋白质，多糖，核酸构成生物体的分子水70%蛋白质15%核酸7%糖3%生物体的组成水体内细胞也生活在水环境中地球上生命起源于水中水占生物体的60％以上的重量水的重要性:动物细胞的成分水是细胞中不可缺少的物质水分子的极性和氢键水：强大的表面张力和内聚力水：大的比热和蒸发热水：高度的极性分子(10-11S)4℃水的密度最大细胞中无机盐含量，约占1％离子浓度具有调节渗透压和维持酸碱平衡作用H+/PO4－和H+/HCO3－的缓冲系统细胞中阳离子和阴离子有许多其它作用如Na+，K+，Ca2+和PO4－生物体组成与活性物质的必要组成成分如Ca,P,Fe,Cu,Mg,Mo,Zn,Se等无机离子维持有机环境的酸碱平衡水合氢离子氢氧根酸雨细胞培养液无机离子生物体中的有机化合物主要含有羟基、羰基、羧基和氨基等功能基团。这些功能基团几乎都是极性基团。功能基团的极性使得生物分子具有亲水性，有利于这些化合物稳定于有大量水分子存在的细胞中。有机化合物的性质取决于功能基团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）细胞利用少数种类小分子合成多种大分子糖类(carbohydrate)•糖类的化学通式是：Cm（H2O）n•根据水解情况，糖类可以分为以下三类：单糖：如葡萄糖、果糖，核糖寡糖：如蔗糖、乳糖、麦芽糖多糖：如淀粉、纤维素、糖原糖类根据能否水解和水解后产物，分为下列几类：单糖monosaccharides是不能再被水解为更简单的糖类物质。据C原子数的多少，又分为丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖（5C）、己糖（6C）等。寡糖oligosaccharides由2-6个单糖分子缩合而成，水解产生2-6个单糖分子。多糖polysaccharides由多个单糖分子缩合，失水而成，水解后生成多个分子单糖。糖的分类最简单的糖（三C）：甘油醛二羟丙酮COCOHH2COHHHCOH2COHH2COH醛基(醛糖)醛糖和酮糖糖类酮基(酮糖)单糖(monosaccharides,sugars)醛糖酮糖甘油醛核糖葡萄糖半乳糖二羟丙酮核酮糖果糖单糖和旋光异构现象HOCHOCHCH2OHHOCHCOHCH2OHL-甘油醛D-甘油醛C为不对称碳原子(手性碳原子)—两个旋光异构体L：laevo，左旋----L系醛糖D：dextro，右旋----D系醛糖糖类旋光异构体个数：2n个n—不对称C个数如四碳糖有2个不对称C，异构体4个五碳糖有3个不对称C，异构体23=8个六碳糖有4个不对称C，异构体24=16个COCOHCHHHCOHCOHCH2OHOHHH对多个不对称碳原子，规定其构型时，以距醛基（或酮基）最远的不对称C原子为标准，－OH在不对称C原子右边为D-型，－OH在左边为L型。糖类HOCHCOHCH2OHHOCHCOHHO–C–HH–C–OHH–C–OHCH2OHCH2OHCOHO–C–HH–C–OHH–C–OHCH2OHD–葡萄糖D–甘油醛D–果糖糖类葡萄糖的环式结构OHO--HOO核糖!!基因!!CHOHOHOHHOHHCH2OHCH2OHHHOHHOHHOHOCH2OHHHOHHOHOHHOD-核糖b-D-核糖a-D-核糖CHOHHOHHOHHCH2OHCH2OHHHOHHHHOHOCH2OHHHOHHHOHHOD-2-脱氧核糖b-D-2-脱氧核糖a-D-2-脱氧核糖糖类几种常见的寡糖——麦芽糖、纤维二糖、蔗糖、乳糖(甜度100)(甜度16)(甜度70)(甜度35)(甜度175)以上代表性寡糖均由两分子单糖缩水形成，称为二糖。包括麦芽糖、纤维二糖、蔗糖、乳糖等麦芽糖、纤维二糖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糖寡糖由2-6个单糖分子缩合而成，水解产生2-6个单糖分子糖类多糖由多个单糖分子缩合，失水而成，水解后生成多个分子单糖。淀粉（支链和直链）纤维素糖原分类及相互转化寡糖单糖多糖水解缩合水解缩聚水解缩合糖类多糖的分子结构（直链或与支链组合）OCH2OHHHHOHOHHHOCH2OHHHHOHOHHHOOOOCH2OHHHHOHOHHHOOCH2HHHOHOHHHOCH2OHHHHOHOHHHOOCH2OHHHHOHOHHHnOCH2OHHHHOHOHHHOO直链淀粉支链淀粉α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键α-1,4-糖苷键糖类多糖链的高级结构：不同高级结构带来不同的生物学性能糖元淀粉纤维素呈长纤维状结构支架形成螺旋状能源贮存直链淀粉支链淀粉糖类几种常见的多糖——纤维素、淀粉、糖原a-D-葡萄糖b-D-葡萄糖常见多糖——几丁质N-乙烯葡糖胺的同聚物糖类的功能:1、提供能量2、结构成分3、生物合成的原料4、识别作用糖类是自然界最丰富的物质，地球上一半以上的有机C都贮藏于糖分子里—淀粉和纤维素，它们是植物中的主要糖类。糖类糖的来源植物的光合作用动物的呼吸作用6CO2+6H2OC6H12O6+6O2绿色植物既是一个庞大而复杂的有机化合物制造厂，又是一个巨大而又灵巧的能量转化站．糖类脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。脂类脂类(lipid)脂肪和油类通常是由一种以上的脂肪酸与甘油形成的各种酯的混合物R代表脂肪酸的碳氢链，分为饱和与不饱和脂肪酸单纯脂质：脂肪脂类甘油三酯分子结构脂类不饱和脂肪酸功能1．保持细胞膜的相对流动性，以保正细胞的正常生理功能。2．使胆固醇酯化，降低血中胆固醇和甘油三酯。3．降低血液粘稠度，该善血液微循环。4．提高脑细胞的活性，增强记忆力和思维能力。不饱和脂肪酸中对人体最重要的两种不饱和脂肪酸是DHA和EPA。EPA是二十碳五烯酸的英文缩写，具有清理血管中的垃圾（胆固醇和甘油三酯）的功能，俗称血管清道夫。DHA是二十二碳六烯酸的英文缩写，具有软化血管、健脑益智、改善视力的功效，俗称脑黄金。脂类菜籽油椰子油猪油5%饱和85%饱和100%饱和脂类人体脂肪有二种不饱和脂肪酸——亚油酸和亚麻酸是人体不能合成的必需脂肪酸。动物油含饱和脂肪酸多，少食为宜。复合脂质：磷脂卵磷脂脑磷脂丝氨酸磷脂脂类磷脂分子可以看成是一个极性头，两条非极性尾巴。脂类细胞膜的结构基础固醇类、萜类和前列腺素(皮质醇)(萜)(前列腺素）（睾丸素）（雌二醇）（孕酮）（视黄醛）衍生脂质(胆固醇)(香茅醇)（1）固醇类的内核由4个环组成（2）一些人体重要维生素和激素是固醇（3）胆固醇是细胞的必要成份（4）血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病类固醇脂类一些固醇类化合物可以作为兴奋剂使用,但同时也会对运动员带来损害.性激素就是一种固醇类化合物雌性激素雄性激素合成代谢类固醇类脂－功能多样的疏水分子功能：1.储能2.组成细胞膜3.激素脂类蛋白质蛋白质(protein)蛋白质是最重要的生物大分子，也是食物中最重要的、不可或缺的营养成分。蛋白质是生命存在的基础，是生命活动的执行者，具有多种重要功能。◊结构功能：膜蛋白◊收缩功能：肌动蛋白◊防御功能：抗体◊信号功能：激素◊贮藏功能：乳清蛋白◊转运功能：血红蛋白◊催化功能：酶荷兰化学家马尔德道德首先提出蛋白质一词，原意为“名列第一”，认为蛋白质是人体最重要的物质，没有蛋白质就没有生命。蛋白质结构蛋白膜蛋白功能:①调控物质进出；②信息传递、细胞识别及免疫生物膜的出现是非细胞生命形态走向细胞生命形态的转折点！肌动蛋白抗体(R)relaxedstate(T)tensestateHemoglobinLungO2MyoglobinMuscleVeinArteryWhenenvironmental[O2]increases,HbbindsoxygenefficientlyWhenenvironmental[O2]decreases,HbreleasesoxygentoMbAnyonesubunitreceivesanoxygenmoleculewillincreasetheoxygen-bindingaffinityoftheothers血红蛋白和肌红蛋白酶酶+底物酶-底物复合物酶+产物E+SE-SE+P◊酶是一种生物催化剂。•参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸•氨基酸是同时具有α－氨基和α－羧基的小分子。蛋白质是由氨基酸组成的活细胞中的20种天然氨基酸:通常用3个字母缩写或一个大写字母缩写表示每个氨基酸含有四个化学集团，依据R集的性质，将氨基酸分为四类:1.Acidic酸性(n=2)2.Basic碱性(n=3)3.Neutralandpolar中等极性,hydrophilic亲水性(n=6)4.Neutralandnon-polar中等非极性,hydrophobic疏水性(n=9)蛋白质是由氨基酸组成的酸性氨基酸与碱性氨基酸蛋白质是由氨基酸组成的酸性Asp：天冬氨酸Glu：谷氨酸碱性Lys：赖氨酸Arg：精氨酸His：组氨酸疏水性氨基酸蛋白质是由氨基酸组成的色氨酸甘氨酸丙氨酸脯氨酸甲硫氨酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸亲水性氨基酸蛋白质是由氨基酸组成的酪氨酸丝氨酸苏氨酸天冬酰胺谷氨酰胺半胱氨酸氨基酸与氨基酸之间可以通过肽键peptidebond相连肽键Peptidebond=covalentbond共价键肽键是由一个氨基酸的羧基carboxylgroup与另一个氨基酸的氨基aminogroup脱去一分子的水形成的N-terminus氮末端C-terminus碳末端5’(DNA)3’(DNA)多肽——蛋白质的亚单位某氨酰某氨酰某氨酸一分子α-氨基酸中的氨基和另一分子α-氨基酸中的羧基缩去一分子水生成的化合物叫肽。N端C端2个α-氨基酸缩合而成的为二肽；3个和多个α-氨基酸缩合而成的肽，分别叫三肽和多肽。ORNH2RCHCNHCHCNHCHCOHOOR多肽——蛋白质的亚单位蛋白质是分子量很大的多肽。习惯上将相对分子质量在一万以内的肽称为多肽，一万以上称为蛋白质。各种蛋白质都有特定的空间构象，而特定的空间构象又与它们特定的生物学功能相适应，蛋白质的结构与功能是高度统一的。蛋白质的结构1.一级结构Primarystructure=aminoacidsequence氨基酸的顺序一级结构由信使RNA（mRNA）上的遗传密码geneticcode决定2.二级结构Secondarystructure=foldingandtwistingofasinglepolypeptidechain一条多肽链的折叠或卷曲二级结构的形成是氢键H-bonds及electrostaticinteractions静电相互作用的结构，主要是氢键的贡献e.g.,a螺旋a-helix和b折叠b-pleatedsheet3.三级结构Tertiarystructure=threedimensionalshape(orconformation)ofapolypeptidechain一条多肽链的三维形状或构象4.四级结构Qua