生命的化学基础
第二章：生命的化学基础
第二章：生命的化学基础2.1 构成生命的元素2.2 生物大分子2.3 酶与代谢2.1 构成生命的元素⏹到目前为止，已知有25种元素为生命必需。
⏹常量元素有：碳，氢，氧，氮，硫，磷，氯，钙，钾，钠，镁。
⏹其中：碳，氢，氧，氮为四种主要的生命元素。
⏹微量元素有：铁，铜，碘，锌，锰，钴，钼，硒，铬，镍，钒，锡，硅，氟等。
微量元素存在于特定的分子中，起特殊功能。
2.1.1 体内元素和环境含量的比较:⏹说明生物体对元素的选择性摄取⏹生命选择元素的主要标准：1. 可通过共价键形成大分子。
2. 低分子量元素。
2.1.2 生命中放射性同位素的应用⏹放射性示踪技术。
⏹生物遗骸和化石年代的测定：14C的半衰期为5570年，测定14C/12C可确定地址年代。
2.2 生物大分子⏹生物分子的碳链骨架⏹生物的化学组成⏹糖类⏹脂类⏹蛋白质⏹核酸2.2.1 生物分子的碳链骨架碳链是生物分子的最基本结构，可形成四个共价键(covalent bond)。
它上面连上不同的化学基团或元素可构成不同的生物分子。
碳链可以是链状或环状，不同的环又可以串接成链状。
这些变换无穷的组合构成了天文数字的潜在生物分子。
但真实存在的生物分子数量远远少于潜在数量，这是自然选择和进化的结果。
生物分子的异构现象⏹同分异构（isomerism）：存在两种或两种以上具有相同数目和种类的原子并具有相同分子式和分子量的化合物。
分为以下两类：⏹结构异构：由分子中原子连接次序不同引起。
⏹立体异构：具有相同的连接次序，但原子的空间分布不同。
又分顺反异构和旋光异构。
⏹构象：单键的自由旋转使相同的结构或构型的分子在空间形成的特定的形态。
旋光异构：由于分子的手性造成不同构象是生命分子产生功能的基础2.2.2 生物的化学组成⏹小分子物质:❑无机化合物⏹水⏹无机盐❑有机化合物⏹碳水化合物⏹核苷酸⏹氨基酸⏹脂肪酸⏹生物大分子：❑核酸⏹DNA⏹RNA❑蛋白质❑多糖聚合(需能)生命元素放能⏹复合生物分子：❑糖蛋白❑糖脂❑脂蛋白聚合(需能)2.2.3 糖类⏹糖类由C，H，O三种元素组成，比例为1：2：1⏹糖类是多羟醇或多羟酮，因此有许多不对称碳原子(手性碳原子)，所以有旋光性。
普通生物学：第2章 生命的化学基础
(1) 游离态，调节细胞的渗透压、PH值； (2) 合成有机体的原料； (3) 与有机物质结合，组成具有特殊性质的蛋
白质或作为酶的辅助因子，参与代谢活动。
3）单糖
多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍生物称为糖。
（葡萄糖结构式）
天然单糖 大多数是 D-型糖
C1上羟基位置不同 时出现α-，β-两种 构型
氨基酸的α碳原子为手性碳原子，根据旋光性的不同， 左旋和右旋氨基酸分别命名为L- α-氨基酸（左旋）和 D- α-氨基酸（右旋），两者之间互为镜像体。 生物界种的各种蛋白质（除一些细菌的细胞壁中的短肽 和个别抗生素外）几乎都是由L- α-氨基酸所构成；含 D- α-氨基酸的极少。
氨基酸的功能：
（1）作为组建蛋白质的元件 （2）有的氨基酸或其衍生物具
一个氨基酸的羧基和另一个 氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键
一条肽链的两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。
2）、单糖通过糖苷键联成多糖链
（1） 贰糖
对贰糖结构的了解包括弄清楚：
单糖基成份
α－还是β－糖苷键
取代位置
麦芽糖
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离的半缩醛羟基， 称非还原端。
吡喃型
（葡萄糖结构式）
单糖的生物功能： A、作为多糖的组成元件 B、作为燃料 C、组成寡糖参与细胞信号传递
4）氨基酸
氨基酸是同时具有α－氨基和α－羧基的小分子
（氨基酸通式）
参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸的α碳原子上均连 接这4种基团，即： α羧基、 α氨基，一个H原子和一 个R基(除甘氨酸中为H原子外）R基代表任意基团。
第二1章 生命的化学基础
（四）脂类
脂类包括： 脂类包括： 脂肪酸、中性脂肪、类固醇、 脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油 鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。 酯、鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。
脂类化合物难溶于水，而易溶于非极性有机 脂类化合物难溶于水， 溶剂。 溶剂。
1、中性脂肪（neutral fat） fat） 中性脂肪（
某些酶需要有一种非蛋白质性的辅因子 （cofactor）结合才能具有活性。辅因子可 cofactor）结合才能具有活性。 以是一种复杂的有机分子， 以是一种复杂的有机分子，也可以是一种金 属离子，或者二者兼有。完全的蛋白质—— 属离子，或者二者兼有。完全的蛋白质—— 辅因子复合物称为全酶（holoenzyme）。 辅因子复合物称为全酶（holoenzyme）。 全酶去掉辅因子，剩下的蛋白质部分称为脱 全酶去掉辅因子， 辅基酶蛋白（apoenzyme）。 辅基酶蛋白（apoenzyme）。
4、萜类和类固醇类 这两类化合物都是异戊二烯（isoptene） 这两类化合物都是异戊二烯（isoptene）的衍生 都不含脂肪酸。 物，都不含脂肪酸。 生物中主要的萜类化合物有胡萝卜素和维生素A 生物中主要的萜类化合物有胡萝卜素和维生素A、 E、K等。还有一种多萜醇磷酸酯，它是细胞质中 还有一种多萜醇磷酸酯， 糖基转移酶的载体。 糖基转移酶的载体。 类固醇类（steroids）化合物又称甾类化合物， 类固醇类（steroids）化合物又称甾类化合物，其 中胆固醇是构成膜的成分。 中胆固醇是构成膜的成分。另一些甾类化合物是 激素类，如雌性激素、雄性激素、肾上腺激素等。 激素类，如雌性激素、雄性激素、肾上腺激素等。
第二章 生命的化学基础
１、细胞的化学成分
组成细胞的基本元素是： 组成细胞的基本元素是：O、C、H、N、S、 K、Ca、P、Mg，其中O、C、H、N四种元 Ca、 Mg，其中O 素占90%以上 以上。 素占90%以上。 细胞化学物质可分为两大类： 细胞化学物质可分为两大类：无机物和有机 物。 在无机物中水是最主要的成分，约占细胞物 在无机物中水是最主要的成分， 质总含量的75％ 80％。 质总含量的75％—80％。
生命科学导论04-生命的基本化学组成
（2）无机盐
一般以离子状态存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、 Cl-、HPO4 2-
作用：
（1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用 内环境稳定：PH值
生物生存3~8.5，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。
作用： （2）酶的活化因子和调节因子，Mg++,Ca++ （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+
磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，也是
代谢中的一种甲基供体。
类固醇 类固醇也称甾类，以环戊烷多氢菲为基础，不 含脂肪酸，但具有脂类性质， 不同化合物只是在母核上连上不同的侧链基 团和取代基团。
生理功能
参与血液循环中脂类的运输； 是细胞膜的组分； 帮助油脂消化吸收； 性激素均是甾类化合物； 皮质激素也是甾类化合物，调节糖代 谢和水盐平衡
4.4 蛋白质 蛋白质的主要种类和功能
1. 2. 3. 4. 结构蛋白：生物结构成分，如胶原蛋白、角蛋白等； 伸缩蛋白：收缩与运动，如肌纤维中的肌球蛋白等； 防御蛋白：如免疫球蛋白、金属硫蛋白等； 贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白 、载铁蛋白等； 5. 运输蛋白：运输功能，如血液中运送O2与CO2的血红蛋白 和运送脂质的脂蛋白；控制离子进出的离子泵等； 6. 激素蛋白：调节物质代谢、生长分化等，如生长激素； 7. 信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等； 8. 酶：催化功能，包括参与生命活动的大多数酶。
2.1.2
生物体的主要分子
不同的生物体，其分子组成也大体相同
无机分子：无机盐和水。 有机分子：蛋白质、核酸、 脂类和多糖是组成生物体 最重要的生物大分子。
生物化学生命基础的化学组成
生物化学生命基础的化学组成生物化学是研究生物系统中分子和化学反应的科学领域。
生物化学研究的核心是探索生命的基本单位细胞中的化学组成和相互作用。
生命的基础是细胞，而细胞的活动则是由不同种类的分子组成的。
本文将介绍生命体的化学组成以及其中的重要分子和反应。
1. 水是生命的基础生物体中最常见和最重要的分子是水。
水是一种极为重要的溶剂，几乎所有生物分子在水中溶解或者在水中进行反应。
此外，水还参与许多重要的生物过程，如代谢、运输和细胞结构的维持。
2. 碳水化合物碳水化合物是生物体中最常见的有机分子之一。
它们由碳、氧和氢原子组成，且它们的分子结构多样。
碳水化合物在能量供应、结构支持以及信息传递等方面起着重要的作用。
常见的碳水化合物包括单糖（如葡萄糖）、双糖（如蔗糖）和多糖（如淀粉和纤维素）。
3. 脂质脂质是生物体中的另一类重要分子。
它们通常不溶于水，但可以溶解于有机溶剂。
脂质在生物体中起到构建细胞膜、储存能量和传递信号等关键作用。
常见的脂质包括甘油三酯、磷脂和类固醇。
4. 蛋白质蛋白质是生物体中最重要的大分子之一，其由氨基酸组成。
蛋白质在生物体中扮演了许多关键角色，包括酶催化反应、结构支持、传递信号和运输分子等。
蛋白质的结构多样，其功能与结构密切相关。
5. 核酸核酸是生物体中存储和传递遗传信息的关键分子。
RNA和DNA是两种最重要的核酸。
RNA通过转录形成，参与蛋白质的合成和调控。
DNA则携带着生物体的遗传信息，并在细胞分裂时起到重要作用。
6. 微量元素的重要性生物体还需要一些微量元素来维持生命活动。
这些微量元素包括铁、镁、钾、钙等。
微量元素是许多生物分子的组成部分，同时也参与了多种酶的催化反应。
在生物化学中，以上提到的分子和反应只是冰山一角。
生命的化学组成非常复杂，有很多其他的重要分子和反应，这些化学组成是生物体能够存活和繁衍的基础。
了解生物化学对于理解生命的起源、发展以及疾病的发生机制都具有重要意义。
是生物学、化学和医学等科学领域的交叉学科。
第一章生命化学基础
同位素在生命科学中有广泛的用途,如用来研究体内代谢途径、疾病诊断、疾病治疗、诱变育种等。
基因突变的内因之一。
•同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物,与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的。ﻭ• 可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物,药物和代谢物质等)代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。
一、无机化合物
1、水
生命活动之本
自来水？纯净水?矿泉水？活性水？
氢键
水分子是极性的（O-H键几乎是极性最强的共价键）
水分子能与其他水分子,以及细胞中的其他分子形成氢键
水的物理性质
•氢键使水具有黏性、吸附性和一定的表面张力
表面张力形成的毛细管作用,使得植物根系吸收水分后可以克服重力向上运输到茎和叶片中
微量元素:Ｆｅ、Zn、Mn、I、Mｏ等这些微量元素在生物体内含量甚少,一般在百万分之一甚至十亿分之一。它们是人体健康必不可少的元素。
二、元素与健康
Nａ+和K＋共同调节机体和细胞的渗透压。高血压与钠的摄入量过高有关。钾维持神经肌肉应激性及心脏的正常功能。NaCl—食盐。
硒参加谷胱甘肽过氧化物酶的组成,在人和动物体内起到抗氧化作用，是延长寿命、防止细胞中毒的重要营养物质。解毒重金属。增强机体对疾病的抵抗力。预防和抑制肿瘤。脱发， 指甲脆，易疲劳和激动等。海产品、肝、肾、肉和整粒的谷类。
电负性相同的非金属元素化合形成化合物时形成非极性共价键（共价化合物）;ﻭ电负性差值小于1.7的两种元素的原子之间形成极性共价键(共价化合物）；ﻭ电负性差值大于1.7的两种元素化合时，形成离子键(离子化合物)。
生命的化学基础
肌腱和韧带，蚕和蜘蛛的丝
收缩蛋白：与结构蛋白共同起作用，比如肌肉的运动 贮藏蛋白：卵清蛋白 防御蛋白：抗体、蛇毒、蜂毒 转运蛋白：血红蛋白 信号蛋白：激素 酶：生物体内最重要的蛋白质
26
2.5.2 蛋白质仅由20种氨基酸组成
氨基酸是蛋白质的结构单体。共20种。 其通式如下： Ｈ
R
C
COOH
类固醇
胆固醇
20
胆固醇结构式
21
动脉粥样硬化的形成
动脉粥样硬化是指早期动脉内膜有局限的损伤后， 血液中的脂质在内膜上沉积，进而内膜纤维结缔组织 增生，引起内膜局部增厚或隆起，形成斑块，以后在 这许许多多的斑块下面发生坏死、崩溃、软化，看上 去动脉内膜表面就象泼上一层米粥的样子，故称为粥 样硬化。
22
正常冠状动脉
管腔狭窄Ⅰ级
23
管腔狭窄Ⅲ级
管腔狭窄Ⅳ级
24
2.5 蛋白质
2.5.1 一般特性
蛋白质属于生物大分子，在细胞和生物体 的生命过程中起着十分重要的作用。 生物的结构和性状 基因表达的调节 细胞中氧化还原反应、电子传递、学习、 记忆等
25
蛋白质的分类
根据蛋白质在机体内的功能:
结构蛋白：组成细胞结构的基础。哺乳动物的毛、发、
2
2.1 原子和分子
2.1.1 生命需要约25种元素
人体中存在的元素
必需元素(占体重的百分数/%)： C（ 18.0） K（ 0.35） H（ 10.0） Na （0.15） N（ 3.0） Cl （ 0.15） O（ 65.0） Mg （0.05） P （1.1） Fe（ 0.004） S （0.25） I （0.0004 ） Ca（ 2.0）
16
2.3.2 由少数几个单糖缩合而成的糖。 （1）双糖
讲生命的化学基础课件
RNA的角色
01
02
03
RNA转录
在DNA指导下，RNA通过 转录过程合成。
信使RNA
将DNA中的遗传信息转录 为RNA，作为蛋白质合成 的模板。
核糖体RNA
与核糖体蛋白质结合，参 与蛋白质的合成。
基因表达与调控
基因表达
基因表达是指基因经过转录、翻译等过程，将遗传信息转化为具有生物活性的蛋白质的过 程。
合成复杂氨基酸的过程。
蛋白质的分解
蛋白质的分解是指生物体内蛋白 质被分解为氨基酸和肽的过程，
这个过程伴随着能量的释放。
CHAPTER 05
生物氧化与能量转换
线粒体的结构和功能
线粒体是细胞中负责能量转换 的重要细胞器，具有双层膜结 构，内含多种酶和蛋白质。
线粒体的主要功能是进行氧化 磷酸化，将有机物氧化产生的 能量转化为ATP，为细胞提供 能量。
线粒体还参与其他代谢过程， 如脂肪酸氧化、酮体生成等。
电子传递链与ATP合成
电子传递链是线粒体内的一系列 酶复合物，负责传递电子并生成
ATP。
电子传递链中的复合物通过氧化 还原反应将电子从底物传递到氧
气，同时生成ATP。
电子传递链是细胞呼吸的ห้องสมุดไป่ตู้键过 程，为细胞提供能量。
氧化应激与抗氧化防御
氧化应激是指细胞内氧化与抗氧化平 衡失调，导致活性氧簇（ROS）过量 积累的现象。
激素的作用机制
激素通过与靶细胞表面的 受体结合，影响细胞内的 信号转导和基因表达，从 而调控代谢过程。
激素对代谢的影响
激素能够调节糖、脂肪和 蛋白质等物质的代谢过程 ，维持内环境的稳态。
CHAPTER 02
生命的遗传基础
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
核苷酸
碱基（嘌呤或嘧啶）
碱基（嘌呤或嘧啶） 糖（核糖或脱氧核糖） 糖（核糖或脱氧核糖） 磷酸
核
苷
磷 酸
核 苷 酸
23
核酸的结构
一级结构：多核苷酸线性长链中4种不同核 苷酸的排列顺序 高级结构
DNA 二级结构：双螺旋模型 更高级结构：在双螺旋基础上进 一步折叠盘绕形成 相对稳定的空间结 构 RNA 无双螺旋，单链的局部 区域配对，可进一步扭 转折叠形成一定的空间
化学性质：官能团羰基和羟基可以进行氧化、加成、成
苷、酯化、成醚等反应；官能团和羟基共同参与一些反 应，如差向异构化。
7
双糖和多糖
双糖
还原性双糖：麦芽糖、纤维二糖、乳糖； 非还原性双糖：蔗糖、海藻糖
多糖
淀粉、糖原、纤维素、果胶质、粘多糖、肝素、
甲克素（几丁质）
8
淀粉
肝糖元 纤维素 几丁质
15
c.除甘氨酸外，19种氨基酸都是 L氨基酸
它们的水溶液具有旋光性；
它们有两种同分异构体。
16
d.特殊结构的氨基酸
β丙氨酸：泛酸（VB3）的组成成分 Γ氨基丁酸：神经递质 甲状腺素
不在蛋白质组成中出现，却都具有高的生物活性， 在生命活动的不同环节起不同作用。
17
e.必需氨基酸
缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色
11
蛋白质由20种氨基酸组成
12
氨基酸
H
a 通式
HOOC
C R
NH2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
13
b 氨基酸的结构和性质
根据氨基酸的溶解性质分为疏水氨基酸和亲水 氨基酸；
疏水氨基酸：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸 亲水性氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、 甲硫氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷酰胺、 赖氨酸、精氨酸、组氨酸
14
b 氨基酸的结构和性质
根据氨基酸侧链基团的解离性质分为非极性侧链基 团氨基酸、极性侧链基团氨基酸和具有可以解离侧 链基团的氨基酸
非极性侧链基团氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨 酸、异亮氨酸、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸
极性侧链基团氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫 氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺 具有可以解离侧链基团的氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖 氨酸、精氨酸、组氨酸
结构
24
25 DNA的结构模型
核酸的功能
DNA：遗传信息的载体，通过复制把遗传信息传 递到下一代；在RNA的帮助下， DNA分子中的 遗传信息表达成蛋白质。 RNA：三种RNA配合完成DNA遗传信息表达到 蛋白质中
mRNA把DNA分子中的遗传信息转达为蛋白质分子中
的氨基酸序列；
tRNA搬运单个核苷酸； rRNA是蛋白质合成场所。
其他：肥皂、表面活性剂（乳化剂、起泡剂、洗涤剂、分散剂）
10
蛋白质——结构物质、酶
蛋白质的元素组成：C、H、O、N（部分包含S、P、Fe、 Cu、Zn、I） 粗蛋白质（%）=氮% * 6.25
蛋白质是由氨基酸聚合形成的生物大分子
分类：
结构蛋白——胶原蛋白、丝蛋白、角蛋白等 功能蛋白——酶、激素、抗体等 其他：载体蛋白、通道蛋白等
26
两性反应和等电点 胶体性质 沉淀作用 变性作用 水解反应 颜色反应
21
核酸——遗传物质
DNA（脱氧核糖核酸）——主要存在于细胞核中
RNA（核糖核酸）——主要存在于细胞质中 核酸的元素组成：C、H、O、N 、P 粗核酸（%）=磷% * 10.5 由核苷酸聚合形成的生物大分子
9
脂质——结构物质、能量物质
贮存脂类——甘油脂（脂肪、油）
营养学意义：亚油酸、亚麻酸 油脂工业 酸败
结构脂类——蜡、磷脂
白蜡、羊毛脂 磷脂和鞘脂：磷酸甘油脂（卵磷脂、脑磷脂）、神经鞘磷脂
功能脂类——Va、Vd、各种类固醇
萜类：视黄醛、樟脑、天然橡胶 固醇类：胆固醇、胆汁酸、性激素、皮质激素、昆虫蜕皮激素
第一篇 细胞与生物大分子
生命的化学基础
细胞的基本形态结构与功能 细胞代谢
细胞的分裂与分化
1
生命的化学基础
2
生命的化学基础
生命需要约25种元素
水是细胞中不可缺少的物质 组成细胞的大分子
多糖 脂质 蛋白质 核酸
3
生物体的元素组成
生物体内含量最高的元素是C、H、O、N， （约90%） 其次是Ca2+、Mg2+ 、S、P、Na+ 、K+ 、 Cl 微量元素更重要的是营养学上的意义 无机盐（通常以离子状态存在）：维持细 胞的渗透压和 pH值、酶调节因子、结构成 分……
4
水
水是极性分子
水分子之间会形成氢键 液态水分子具有内聚力 水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化 冰比水轻 水是极好的溶剂 水能够电离
5
糖类——能量物质
单糖——葡萄糖、核糖、脱氧核糖……
双糖——蔗糖、麦芽糖 多糖——淀粉、纤维素、果胶、半纤维 素……
贮藏物质——淀粉、糖原
结构物质——纤维素、几丁质
6
单糖——多羟基醛或多羟基酮
不能再水解的碳水化合物
结构：
除二羟基丙酮（丙酮糖）外，所有单糖都含手性碳原
子，故都具有一定的立体构型和旋光异构现象； 自然界存在的单糖几乎都是D型糖； 变旋现象和环状结构
物理性质：有甜味，无色结晶，易溶于水，可溶于乙醇
和吡啶，但不溶于乙醚、丙酮、苯等有机溶剂；除丙酮 糖外，都具有旋光活性，且存在变旋现象。
氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸
18
蛋白质的结构
一级结构：长肽链
二级结构：α—螺旋状或β—折叠状空间构象
三级结构：卷曲状、折叠状、盘绕状复杂空间构 象 四级结构 ：亚基缔合为稳定的空间结构
19
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
蛋 白 质 的 高 级 结 构
20
蛋白质的性质
旋光性和光吸收