大学生物学02-生命的化学基础-

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2.3.2 多糖
由数百至数千个单糖分子通过脱水合成而形成的 数百至数千个单糖分子通过脱水合成而形成的 淀粉、 多聚体称为多糖。自然界中最多的糖类，淀粉、糖 三类。 原 、纤维素 三类。
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淀粉：植物细胞中的储藏营养物， 淀粉：植物细胞中的储藏营养物，贮存在植物的根
种子等中，由葡萄糖单体聚合而成。 和 种子等中，由葡萄糖单体聚合而成。 • 需要利用糖作为能源或合成其它分子的原料时，将 需要利用糖作为能源或合成其它分子的原料时， 淀粉水解。 淀粉水解。
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2.1.4 化学反应使原子重组
• 新陈代谢包括无数的化学反应，使生物体 新陈代谢包括无数的化学反应， 内的众多物质千变万化。 内的众多物质千变万化。 • 原子化合成分子和简单分子形成复杂分子 时，出现新的性质。 出现新的性质。 • 生物体内通过化学键的破坏与形成发生各 式各样的重要反应。 式各样的重要反应。
生物大分子。
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2.2.1 碳是组成细胞中各种大分子的基础
碳最外层有4个电 ☆ 碳最外层有 个电 子空位， 子空位，极易形成4 个共价键; 个共价键 ☆ 碳架结构排列和 长短决定有机化合物 的基本性质。 的基本性质。
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● 含碳化合物
体内含量仅次于水； 体内含量仅次于水； ● 细胞合成的分子几乎都含有碳 碳原子 → 链、环
子数不同的原子称为同位素。 子数不同的原子称为同位素。
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2.1.2 化合物由元素组成
电子决定原子的化学性质； ☆ 电子决定原子的化学性质；最外层的电子 数决定原子的化学特性。 数决定原子的化学特性。 ☆ 原子之间怎样发生反应形成化合物？ 原子之间怎样发生反应形成化合物？
电子的共用和得失——形成化学键。 形成化学键 形成化学键。 电子得失——形成离子键。 形成离子键。 电子得失 形成离子键 电子对共用——形成共价键 形成共价键 电子对共用 形成
P、S、Ca等，占99.35%；而C、H、O、 、 、 ； 、 、 、 N 4 种元素占 种元素占96.3%。 。
• 微量元素有 种，人体必需，只是需要量极 微量元素有14种 人体必需， 少。不同生物需要量不同，在生物体内作用 不同生物需要量不同， 很大。 很大。 • 举例：碘（I） 举例： ）
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细胞将单体组成多聚体的方式； ☆ 脱水合成：细胞将单体组成多聚体的方式； HO-A-A-A-H+HO-A’-H H2O ☆ 水解反应：将多聚体分解为单体的反应。 将多聚体分解为单体的反应。 HO-A-A-A-A’-H H2O HO-A-A-A-H + HO-A’-H
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HO-A-A-A-A’-H
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● 水的特性
④ 水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化 保持细胞的温度、代谢速率稳定 保持细胞的温度、代谢速率稳定; 维持动、植物体温相对恒定。 维持动、植物体温相对恒定。
⑤ 冰比水密度低
有利于水生生物的生存。 有利于水生生物的生存。
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● 水的特性
水是极好的溶剂。 ⑥ 水是极好的溶剂。
生命所需物质的良好 溶剂， 溶剂，也是生命系统中各 种化学反应的理想介质。 种化学反应的理想介质。
微量元素： 微量元素：硼(B)，铬(Cr)，钴(Co)，铜(Cu)，氟(F)，碘(I)，铁(Fe)，锰(Mn), ， ， ， ， ， ， ，
(少于 少于0.01％) 钼(Mo)，硒(Se)，硅(Si)，锡(Sn)，钒(V)，锌(Zn) 少于 ％ ， ， ， ， ，
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人体必需的25种元素中， 人体必需的 种元素中， 种元素中 • 常量元素有 种，其中C、 H 、O、 N、 常量元素有11种 、 、 、
碘缺乏症
甲状腺肿
呆小症
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元素由原子组成， ☆ 元素由原子组成，原子是物质的最小 单位， 单位，半径 (2-3)×10-8cm ×
质子
原子序数： 原子序数：每一种原子中质子的数
目称为该原子的原子序数，是该原子 目称为该原子的原子序数， 所特有。 所特有。
原子 电子
中子
同位素：质子数和电子数相同， 同位素：质子数和电子数相同，中
细胞中水含量占 70%－80% －
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太湖蓝藻暴发
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● 水的特性
① 极性分子 氧：略带负电； 略带负电； 氢：略带正电； 略带正电； ② 分子间 → 氢键； 氢键；
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分子间氢键 ③ 分子间氢键 → 分子间“黏合” 分子间“黏合” → 较强内聚力、 较强内聚力 内聚力、 表面张力； 表面张力； 内聚力 植物体内运输中 起重C、H、O三种元 细胞中重要的有机物， 、 、 三种元 素，基本化学式：CH2O。 基本化学式： 。
• 提供生命活动所需的能源，且是重要的中间代
谢物，用来合成重要的生物大分子。
• 包括小分子的单糖、双糖、三糖等，及由单 包括小分子的单糖、双糖、三糖等， 糖构成的大分子的多糖。 糖构成的大分子的多糖。
果糖
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由几个（ 寡糖。 由几个（2~6）单糖缩合而成的糖称为寡糖。 ）单糖缩合而成的糖称为寡糖 双糖：两个单糖缩合而成。 双糖：两个单糖缩合而成。
（1）双糖 ） 如麦芽糖、蔗糖、乳糖等。 如麦芽糖、蔗糖、乳糖等。 麦芽糖 蔗糖 葡萄糖＋ 葡萄糖＋葡萄糖 葡萄糖＋果 葡萄糖＋ 糖
三糖、四糖等。 （2）其他寡糖 三糖、四糖等。 ）
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2.3.1 单糖和双糖
单糖：两种存在形式——醛糖和酮糖。 单糖：两种存在形式 醛糖和酮糖。 醛糖和酮糖
重要的单糖有： 重要的单糖有：
（1）丙糖 如甘油醛和二羟丙酮。 如甘油醛和二羟丙酮。 ） 核糖、脱氧核糖、核酮糖、 （2）戊糖 核糖、脱氧核糖、核酮糖、木糖和阿拉 ） 伯糖。 伯糖。 葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。 （3）己糖 葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。 ）
生物大分子化学键的主要形式。
两个氢原子分别与氧共用一对电子， 水：两个氢原子分别与氧共用一对电子，通过两个 共价键连接形成。 共价键连接形成。
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2.1.3 水是细胞中不可缺失的物质 地球上的生命起源于水, 地球上的生命起源于水,水是生命的 介质， 介质，陆生生物体内细胞也生活在水环 境中。 境中。
光，分辨力提高至0.2nm。 分辨力提高至 。 电镜样本需经过加工， 电镜样本需经过加工，不能观察活的 样本。 样本。 种类：透射电镜（ 种类：透射电镜（TEM）——内部结构 ） 内部结构
扫描电镜（ 扫描电镜（SEM）——表面结构 ） 表面结构
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分级分离技术可用于研究活的样本
细胞分级分离： 细胞分级分离：细胞破碎后将各种细胞器
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葡萄糖、果糖： 葡萄糖、果糖：分子式 C6H12O6
特点：含许多羟基，并有羰基。 特点：含许多羟基，并有羰基。 异构体：羰基的位置不同。 异构体：羰基的位置不同。 结构不同，性质也不同 结构不同，性质也不同——与其它分子反 与其它分子反 应的能力不同，甜度不同。 应的能力不同，甜度不同。
葡萄糖
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2.2.2 细胞利用少数种类的小分子 合成多种大分子
小分子 单 糖 氨基酸 核苷酸 大分子 多 糖 蛋白质 核 酸 复合大分子 糖蛋白 糖 脂 脂蛋白
脂 类 多聚体：由相同或相似的小分子组成的长链。 ☆ 多聚体：由相同或相似的小分子组成的长链。 单体：组成多聚体的小分子称为单体。 ☆ 单体：组成多聚体的小分子称为单体。
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2.2 组成细胞的生物大分子
• 细胞都由水、蛋白质、糖类、脂质、核 细胞都由水、蛋白质、糖类、脂质、 酸、盐类和各种微量的有机化合物组成。 盐类和各种微量的有机化合物组成。 • 糖类、蛋白质、核酸和脂质在生命现 糖类、蛋白质、核酸和脂质在生命现 象中起重要作用，分子极其巨大， 象中起重要作用，分子极其巨大，被称 为
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了解生命分子 ● 了解生命分子 是了解生命本质的基础； 是了解生命本质的基础； 所以，在介绍细胞之前， 所以，在介绍细胞之前， 本章先介绍组成生物的分子。 本章先介绍组成生物的分子。 先介绍组成生物的分子
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第二章 生命的化学基础
2.1 原子和分子 2.2 组成细胞的大分子
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2.1 原子和分子
分开，可分别研究它们的功能。 分开，可分别研究它们的功能。
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细胞是生命的基础 细胞是生命的基本单位
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————————普通生物学 • 第1 篇
细胞• 细胞 第2章 生命的化学基础 章
● 生物分子与生命现象 ◆ 各种生物分子 → 特有方式组合 → （细胞）生命现象； 细胞）生命现象； 任何生物分子 ◆ 任何生物分子 即使核酸、蛋白质等关键性大分子， 即使核酸、蛋白质等关键性大分子， 离开生物体就没有生命现象； 离开生物体就没有生命现象；
→ 各种大分子（糖、蛋白质等） 各种大分子（ 蛋白质等）
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☆ 生物体中的有机化合物主 要含有羟基（ 要含有羟基（-OH） 、羰基 ） （-CO） 、羧基（-COOH） ） 羧基（ ） 和氨基（ 和氨基（-NH2）等功能基团， 等功能基团， 几乎都是极性基团。 几乎都是极性基团。 ☆ 功能基团的极性使生物分 子具有亲水性，有利于这些 化合物稳定存在于含有大量水 分子的细胞中。 分子的细胞中。
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2.1.1 人的生命需要约 种元素 人的生命需要约25种元素
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表 2-1 人体中存在的元素
符号 O C H N Ca P K S Na Cl Mg 元素 氧 碳 氢 氮 钙 磷 钾 硫 钠 氯 镁 占体重的百分数/％ 占体重的百分数 ％ 65.0 18.5 9.5 3.3 1.5 1.0 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1
• 目前已知的化学元素有 种，其中天然元素 目前已知的化学元素有119种 有92种。 种 • 92种天然元素中已有81种在人体中被发现 种天然元素中已有 （除He，Ne，Ar，Kr，Xe，Fr，At，Ac，Pa， ， ， ， ， ， ， ， ， ， Tc)。 。 • 81种元素按其在人体所占质量的比例是否大 种元素按其在人体所占质量的比例是否大 划分常量元素 于0.01%划分常量元素和微量元素。 划分常量元素和微量元素。