太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会

太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会第9章生命现象与化学太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会研究核心：生命的本质；研究对象：生物体的生命过程；学科性质：是生物学、化学、物理学、数学、医学、环境科学等学科之间相渗透形成的交叉学科。21世纪是生命科学的世纪。生命科学太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。形成渠道：光合作用；组成：C、H、O；化学式：Cm(H2O)n；又名：碳水化合物。糖类物质是多羟基醛类或酮以及以它们为构筑单元所形成的聚合物。作为构筑单元的糖称为单糖；单糖的聚合物称为多糖。9.1生命体中的重要有机化合物9.1.1糖类太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会葡萄糖、果糖CCHOHHOCCCH2OHCHOHHHOHOHCCHOHOCCCH2OHCH2OHHHOHOH己醛糖己酮糖COH(CHOH)n-1CCH2OHOHHCOHO(CHOH)n-1CCH2OHHCH2OH环状醛糖环状酮糖糖类物质的主要生物学功能是通过生物氧化提供能量，以满足生命活动的能量需要。链状结构环状结构单糖1）太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会大米中含淀粉62%~86%；马铃薯中含淀粉12~14%。多糖2）可水解为单糖分子，是天然的高分子化合物。性质：与单糖、低聚糖不同，没有甜味，不溶于水。葡萄糖的高聚体，水解为二糖为麦芽糖，分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉含几百个葡萄糖单元，约占22~26%，可溶，遇碘显蓝色；支链淀粉含几千个葡萄糖单元，遇碘显红棕色。淀粉是植物体中贮存的养分，存在于种子和块茎中。a）淀粉太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会食物进入胃肠后，能被胰脏分泌出的淀粉酶水解，形成葡萄糖，葡萄糖再被小肠壁吸收，成为人体组织的营养物。支链淀粉部分水解可产生糊精。用途：食品添加剂、胶水、浆糊等。又称动物淀粉，是动物的糖贮存库、体内能源库。结构：以葡萄糖为基本单位的分支链。性质：无定形无色粉末，易溶于热水，形成胶体溶液。糖在动物的肝脏和肌肉中含量最大。b）糖原自然界最丰富的多糖。c）纤维素太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会结构：没有分支的链状分子，与直链淀粉相似。葡萄糖单体的连接方式不同，直链淀粉是一条单链；而纤维素分子间存在氢键，可使分子链平行排列、紧密结合，形成纤维束，这些纤维束拧在一起可形成绳状结构，绳状结构再排列起来就形成了纤维素。特点：优良的机械性能和化学稳定性。淀粉与纤维素的结构差异太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会多糖水解并不是一步成为单糖。性质：不溶于水、强酸、碱。人体中缺乏分解纤维素的酶，故纤维素不能被人体所利用；但纤维素能促进肠的蠕动，有助于消化。牛、马等动物可以食用含有大量纤维素的饲料。纤维素是植物支撑组织的基础。用途：制人造丝、人造棉、玻璃纸、火棉胶等。知识点淀粉水解糊精麦芽糖葡萄糖太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会由少数单糖分子构成的糖称为寡糖（低聚糖）。典型：双糖。蔗糖(来自甘蔗、甜菜)：由葡萄糖和果糖形成的双糖；麦芽糖(来自淀粉)：可做营养基和培养基；乳糖：用于食品工业和医药工业。生物界对能量的需要和利用均离不开糖类。光合作用自然界将光能转变为太阳能的主要途径。6CO2+6H2O+太阳能C6H12O6+6O2叶绿素太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会6CO2+24H++24e-C6H12O6+6H2O24H2O6O2+24H++24e-叶绿素是含镁的配合物，能吸收可见光。当叶绿素吸收光子后，能量就被植物细胞所摄取，进而通过一系列的步骤以化学势能的形式将能量贮存起来。在光照下发生的反应，称为光反应；在黑暗中进行的反应称为暗反应。绿色植物细胞中发生的光反应和暗反应组成了光合作用的全过程。植物可通过光合作用制造糖类，但动物不能发生光合作用。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会光合作用是自然界的基本反应之一。德国科学家DeisenhoferJ.、HuberR.和MicherH.因阐明光合作用机理而获得诺贝尔化学奖。糖类的作用a.糖类是生物体的能量来源；b.可与其他分子形成复合物得到复合糖类。如：糖蛋白、糖脂等；c.对各类生物体的结构起支持和保护作用。如：甲壳素(乙酰氨基葡萄糖)，有高的刚性，能忍受极端的化学处理；d.能通过多种途径影响生物体的生命过程。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会糖类的解毒作用危害：生物体内有很多水溶性差的有机化合物，有的来自食物，有的来自体内的代谢产物，这些有机物长期出储存在体内是有害的。解决方式：生物体内有一些酶能催化葡萄糖醛酯使其与许多水溶性差的化合物相连接，这样就促进了这些有机物质溶于水，进而被排出体外。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会9.1.2蛋白质、氨基酸、肽键蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子，存在于一切活细胞中。1839年，德国化学家MulderG.T.给这类化合物起名为蛋白质——protein。组成：C、H、O、N和P、S。分子量：1.2万至100万间。蛋白质是由氨基酸聚合而成的，其功能与分子里氨基酸的组合和排列顺序有关。具有氨基和羧基的化合物都叫氨基酸；构成蛋白质的氨基酸主要是-氨基酸。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会CCHORNH2OHCCHOHNH2OH-氨基酸R基不同，氨基酸的种类不同。根据R基不同，人体内的主要蛋白质大约有20种氨基酸。甘氨酸（Gly）名称R基丝氨酸丙氨酸亮氨酸符号LeuAlaSerCHHOCH2CH3CH2CH3CH3几种氨基酸太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会氨基酸有L-型和D-型。人体需要的是L-氨基酸，不能利用D-氨基酸。COOHCHRH2NNH2COOHCHRL-氨基酸D-氨基酸蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式：一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基，通过脱水缩合形成。新生成的化合物称为肽；肽分子中的酰胺键为肽键；由两个氨基酸组成的肽称为二肽。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会CCHOHNOHHH+CCHOHNOHHHCCHOHNHOHHHCCHOHNOHH+甘氨酸甘氨酸甘氨酰甘氨酸（Gly-Gly）肽键肽键中的氨基酸由于参与肽键的形成已经不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基。含有三、四、五个等氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。肽的命名根据参与其组成的氨基酸残基来确定，称为某氨基酰某氨基酰……氨基酸，并以相对应的氨基酸符号来表示。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会多个氨基酸失水形成的肽称为多肽，多肽一般为链状化合物。目前自然界中发现的蛋白质种类远远少于按排列组合所估算的数目，这说明只有某些氨基酸按某几种顺序组合而成的蛋白质才与生命或生理活性有关。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。按分子形状分有球蛋白和纤维蛋白。球蛋白性质：易溶于水、易破裂，有活性功能。纤维蛋白性质：不溶于水、坚韧，具有结构或保护方面的功能。如：头发、指甲里的角蛋白。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会蛋白质按化学组成分有简单蛋白和复合蛋白。简单蛋白只由多肽链组成，复合蛋白由多肽链和辅基组成。蛋白质结构的不同层次，常用一级、二级、三级和四级结构表示。一级结构是共价主链的氨基酸顺序，它决定了蛋白质的功能，并影响着蛋白质的生理活性，一级结构中只要一个氨基酸发生变化，整个蛋白质分子就会被破坏。Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-GlyNH2S-SCys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-GlyNH2S-S催产素加压素太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会二级结构三级结构——蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。螺旋、构型。——指二级结构折叠卷曲形成的结构。如：球蛋白是一个折叠得非常紧密的球形。四级结构是指几个蛋白质分子聚集成的高级结构。生物学功能：催化剂（酶）、运输、调节或防御作用。角蛋白丝的纤维蛋白太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会1926年，第一次成功地从刀豆中提取了脲酶的结晶，而后相继分离出许多酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）的结晶。酶的化学组成同蛋白质一样，也由氨基酸组成，具有蛋白质的化学本性。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。9.1.3酶太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会酶催化的特点a.酶是由生物细胞在基因指导下合成的，其主要成分是蛋白质；b.酶催化反应是在比较温和的条件下进行的，它对周围环境的变化比较敏感；c.酶具有高度的专一性，即某一种酶只对某一类物质甚至某一种物质起催化作用，生成一定的产物；d.酶促反应需要的活化能低，且催化效率高。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会麦芽糖酶催化麦芽糖水解的机制麦芽糖的活性部位能准确地结合一个麦芽糖分子，当两者相遇时，使两个单糖相连接的链合部位变弱，使水分子进入发生水解，生成两分子葡萄糖。注：麦芽糖酶不能使蔗糖水解，使蔗糖水解的是蔗糖酶。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会酶按化学组成分有单纯酶和结合酶。单纯酶的分子组成全是蛋白质，不含非蛋白质的小分子物质。如：脲酶、蛋白酶、淀粉酶等。结合酶的分子组成除蛋白质外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质。这种非蛋白部分叫做辅助因子。酶蛋白与辅助因子结合后所形成的复合物叫做全酶。辅助因子是酶起催化作用的必要条件。酶蛋白、辅助因子各自单独存在时都无催化作用。酶的催化体系可维持生物体内各种代谢过程有规律地进行。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会新陈代谢简称代谢，包含物质代谢和能量代谢。物质代谢指生物体与外界不断交换物质的过程，包括从体外吸收养料和物质在体内的变化。狭义的代谢指物质在细胞中的合成和分解过程。生物体通过物质氧化获得能量。机体利用能量的方式：将生物氧化系统释放的能量以高能键的形式先贮存在生物体内，当需要时再释放处理供各种生理活动和生化反应需要。生物氧化过程是各种有机物在酶的作用下，氧化成二氧化碳和水，并释放能量的过程。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会有机物+O2CO2+H2O+能量酶目前酶学研究中的新领域包括：酶合成的遗传控制与遗传病，许多酶系统的自我调节性质、生长发育及分化中酶的作用与肿瘤及衰老的关系、细胞相互识别过程中酶的作用等。太原师范学院化学系TaiyuanNormalUniversity化学与社会核酸嘌呤碱、嘧啶碱9.1.4核酸核苷酸核苷磷酸碱基——戊糖——核糖、脱氧核糖据核酸所含戊糖种类不同，可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。RNA中碱基有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶；DNA中有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。DNA的一级结构由上述四种碱基构成的脱氧核糖核苷酸组成。核苷酸排列的顺序是分子生物学家多年来要解决的问题。生物的遗传信息贮存于DNA的核苷酸序列中，生物界物种的多样性也来源于DNA千变万化的不同排列。核酸是遗传信息的携带者与传递者，生物体的遗传特征主要