生物体的基本化学组成
生物化学的基本知识
生物化学的基本知识生物化学（Biochemistry）是研究生物体内各种物质的化学成分及其化学变化规律的学科，是现代生命科学的一个分支。
它研究的是生物体内发生的化学反应，是生命活动得以进行的基础。
生物化学是一个综合性较强的学科，它涉及到有机化学、生物学、物理化学等多个学科。
下面我们来一起了解一下生物化学的基本知识。
1. 生命基础化学生命的原子组成主要是碳、氢、氮、氧、磷和硫六种元素，其中碳是生物分子最常见的元素。
生物分子主要是由碳、氢、氧、氮这四种元素构成的，它们通过共价键形成生物大分子如蛋白质、核酸、多糖等。
生物大分子可分为四类：蛋白质、核酸、多糖和脂类。
蛋白质和核酸是生命体内最重要的两种大分子，多糖则是在膳食中进行质量丰富的提供。
2. 蛋白质蛋白质是构成细胞的主要结构基质之一，在生物体中发挥着复杂多样的生物功能。
蛋白质由一条或多条链构成，每条链是由氨基酸经肽键连接而成的。
氨基酸是由氨基、羧基和侧链组成的，侧链决定了氨基酸的特点和生物活性。
现有的氨基酸约有20种，它们的侧链结构不同，决定了它们的性质和作用。
蛋白质的结构有四级，分别是原生结构、二级结构、三级结构和四级结构。
3. 核酸核酸是构成细胞核的主要成分，在遗传信息传递中具有重要作用。
核酸分为DNA和RNA两种，DNA是遗传信息的贮存库，通过复制保障遗传信息的保持，而RNA则是遗传信息的中介分子。
DNA分子由若干个核苷酸经磷酸二酯键连接而成，每个核苷酸由一个糖分子、一个碱基和一个磷酸分子组成。
碱基分为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）四种，它们通过氢键互相配对形成DNA的双螺旋结构。
4. 多糖多糖是由许多单糖分子连接而成的长链分子，是生物体内最为普遍的高分子化合物之一。
多糖的种类很多，包括淀粉、糖原、纤维素、果胶等等。
多糖的结构单一，是由单糖分子通过糖苷键连接而成，每一分子中单糖的数量也不等。
多糖在生命活动中扮演着极其重要的角色，它们不仅是植物细胞壁的构成要素，在身体内还有为机体提供能量的重要功能。
(整理)组成生物体的化学元素
组成生物体的化学元素【自学导引】一、生命活动的物质基础构成生物体的各种化学元素和化合物。
二、组成生物体的化学元素种类说明最基本元素 C 动植物体中C都是(相对)最丰富的元素，且是构成有机物的重要元素，地球上的生命是在C元素的基础上建立起来的基本元素C、H、O、N 这四种元素在组成生物体的元素中含量最多主要元素C、H、O、N、P、S 组成原生质的重要元素，占原生质总量的97%大量元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg占生物体总重量万分之一以上的必需元素微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo 占生物体总重量万分之一以下的必需元素矿质元素大量元素N、P、S、K、Ca、Mg 除C、H、O外，主要由根系从土壤中吸收的元素(表中列出的是必需矿质元素) 微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl必需元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl动植物生命活动所必不可少的大量或微量的各种元素，由此我们能理解，生物体内的有些元素未必是生命活动必不可少的。
例如植物的必需元素可通过“溶液培养法”来确定三、组成生物体的化学元素的重要作用四、生物界和非生物界具有统一性和差异性【思考导学】1．不同物种化学元素大体相同，但各种元素的含量却差别很大，由这些化学元素所构成的各种化合物的结构、数量可能存在差异，因而表现出的形态特征和生理活动存在明显的差别。
2．微量元素在生物体内含量虽然很少，但却是生命活动所必需的，一旦缺乏某一种化学元素，就会表现出相应的病症。
如人体缺铁会造成贫血，缺碘会造成地方性甲状腺肿。
3．几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发生枯萎，即使施用了大量氮、磷、钾肥也无济于事。
后来人们偶然发现牧场内的一小片牧草长势茂盛。
原来，这一小片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工上下班总是抄近路走，他们的鞋子上粘有钼矿粉，正是矿工鞋子踩过的地方牧草长得绿油油的。
经过科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。
构成生命体的基本元素
构成生命体的基本元素
生命体的基本元素主要包括生命的有机分子和元素。
生物体是由许多不同类型的分子组成的，这些分子中包含一些关键的元素。
以下是构成生命体的基本元素：
1. 碳（C）：
-碳是生命体中最基本的元素之一，构成有机分子的基础。
生物体的大部分有机分子，如蛋白质、核酸、脂肪和碳水化合物，都包含碳。
2. 氢（H）：
-氢是水的主要组成元素，也是有机分子中的一个重要元素。
它与碳、氧和氮一起构成生物分子的基本结构。
3. 氮（N）：
-氮是蛋白质和核酸的组成元素，是构建生命体结构和维持生命体功能的关键元素。
4. 氧（O）：
-氧是生命体中进行呼吸和能量产生的关键元素，同时也是有机分子的组成部分。
5. 磷（P）：
-磷是核酸（DNA和RNA）和ATP（三磷酸腺苷）等能量储存和传递分子的组成部分。
6. 硫（S）：
-硫是一些氨基酸（蛋白质的组成单元）和辅酶的组成元素，参与了蛋白质折叠和其他生物化学过程。
这些元素以特定的比例和结构组合在一起，形成各种生物分子，从而构成细胞、组织和器官，最终形成整个生命体。
此外，生物体还包含了一些微量元素，如钙、钾、钠、镁、铁等，它们在生命体的正常生理功能中也起着关键作用。
这些元素通过生物体的新陈代谢过程不断地被吸收、转化和排泄，维持着生命的稳定运行。
组成生物体的化学元素
组成生物体的化学元素生物体是由不同的化学元素组成的。
这些元素通过化学反应和相互作用，构成了生物体内的所有分子和化合物。
以下是组成生物体的一些重要化学元素。
碳是生物体中最丰富的元素，它是生物体中所有有机化合物的基础元素。
碳在生物体中存在于葡萄糖、脂肪、蛋白质等分子中，这些分子是构成生物体的关键。
氢是生物体中存在量第二多的元素。
氢主要以水的形式存在于生物体中，并参与多种化学反应。
氢还存在于许多有机化合物中，如葡萄糖和脂肪。
氧是生物体中广泛存在的元素，它在细胞代谢中起着重要的作用。
氧参与呼吸作用中的氧化反应，产生能量。
氧还存在于水和许多有机化合物中。
氮是构成生物体中蛋白质的关键元素之一、氮存在于氨基酸中，这些氨基酸是蛋白质的组成部分。
氮也存在于DNA和RNA等核酸分子中，这些分子是生物体的遗传物质。
磷是构成DNA、RNA和细胞膜等生物体内化合物的重要元素。
磷还是细胞能量储存和传递过程中的关键组成部分。
硫是蛋白质和许多重要代谢物中的关键元素。
硫参与形成蛋白质中的二硫键，这对于蛋白质的结构和功能至关重要。
钠和钾是生物体中重要的电解质元素。
它们在细胞中起着维持细胞内外平衡和传递神经信号的关键作用。
钙是构成骨骼和牙齿的必需元素，同时也是许多细胞内信号转导和代谢过程的重要组成部分。
镁是生物体中存在量较多的金属元素之一、它参与了许多酶的催化反应，同时也在DNA和RNA分子的结构中起重要的作用。
铁是构成血红蛋白和许多酶的关键元素。
铁存在于红细胞中的血红蛋白分子中，负责携带氧气到细胞中。
这只是一小部分组成生物体的化学元素。
总结而言，生物体是由碳、氢、氧、氮等元素构成的复杂有机分子。
通过这些元素的相互作用和化学反应，生物体能够进行生命活动并维持正常的功能。
生物体的化学组成
水的重要性
平均含水量65% 水母含水量95% 脑细胞含水量80% 骨细胞含水量20% 种子花粉含水量少
水具有极性 内聚力 叶片上的水珠 附着力
水易附着物体表面
水是最佳溶剂 水具有极性 降低分子间引力 将物质溶解 促进化学反应
亲水性 有极性 胺基酸 葡萄糖
疏水性 无极性 脂肪酸
酵素的致活剂 2+ Mg
分解葡萄糖的酵素
Cl
唾液淀粉酶
无机盐 离子 + + Na ,K =90% 2+ 2+ Ca , Mg , + NH4 2Cl , HCO3 , CO3
解离
维持酸硷平衡 NaHCO3 + HCl →NaCl + H2CO3
构成生物分子 Fe细胞色素 Mg 叶绿素 Ca骨骼 P核酸 I 甲状腺素
麦芽糖+水 葡萄糖+葡萄糖 蔗糖+水 葡萄糖+果糖 乳糖+水 葡萄糖+半乳糖
麦芽糖,蔗糖 植物细胞中 最重要的双糖 萌芽的种子 含麦芽糖
果糖+葡萄糖 蔗糖+水 蔗糖在植物体内 运输,储存 ex.甘蔗,甜菜
甜味低,不被消化分解
寡糖(3~10个单糖)
改善便秘, 促进肠内益菌滋长
生物体的化学组成
焦点 1
原生质 构成生命的基本物质 细胞膜 原生质 细胞质 细胞核
生物体的组成 无机物 有机物 水 蛋白质,糖类 无机盐 脂质,核酸 维生素
构成生物体的元素
C,H,O,N (96%)
焦点 2
水
1.含量最多 5.比热较大 2.具有极性 6.蒸发热大 3.最佳溶剂 7.轻微解离 4.于4℃密度最大
缺A夜盲症 缺D佝偻症 缺E不孕症 缺K恶性出血
生物化学-生物体的化学组成
生物体的化学组成除了水和无机盐之外，活细胞的有机物主要由碳原子与氢、氧、氮、磷、硫等结合组成，分为大分子和小分子两大类。
前者包括蛋白质、核酸、多糖和以结合状态存在的脂质；后者有维生素、激素、各种代谢中间物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。
在不同的生物中，还有各种次生代谢物，如萜类、生物碱、毒素、抗生素等。
虽然对生物体组成的鉴定是生物化学发展初期的特点，但直到今天，新物质仍不断在发现。
如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等，已成为重要的研究课题。
有的简单的分子，如作为代谢调节物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才发现的。
另一方面，早已熟知的化合物也会发现新的功能，20世纪初发现的肉碱，50年代才知道是一种生长因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一种载体。
多年来被认为是分解产物的腐胺和尸胺，与精胺、亚精胺等多胺被发现有多种生理功能，如参与核酸和蛋白质合成的调节，对DNA超螺旋起稳定作用以及调节细胞分化等。
新陈代谢与代谢调节控制新陈代谢由合成代谢和分解代谢组成。
前者是生物体从环境中取得物质，转化为体内新的物质的过程，也叫同化作用；后者是生物体内的原有物质转化为环境中的物质，也叫异化作用。
同化和异化的过程都由一系列中间步骤组成。
中间代谢就是研究其中的化学途径的。
如糖元、脂肪和蛋白质的异化是各自通过不同的途径分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然后再氧化生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，最后生成二氧化碳。
在物质代谢的过程中还伴随有能量的变化。
生物体内机械能、化学能、热能以及光、电等能量的相互转化和变化称为能量代谢，此过程中ATP起着中心的作用。
新陈代谢是在生物体的调节控制之下有条不紊地进行的。
这种调控有3种途径:①通过代谢物的诱导或阻遏作用控制酶的合成。
这是在转录水平的调控，如乳糖诱导乳糖操纵子合成有关的酶；②通过激素与靶细胞的作用，引发一系列生化过程，如环腺苷酸激活的蛋白激酶通过磷酰化反应对糖代谢的调控；③效应物通过别构效应直接影响酶的活性，如终点产物对代谢途径第一个酶的反馈抑制。
生物体的化学组成
第四章
生物体的化学组成
各种有机质的平均组成及其意义
代表性生物体及其不同部分的生化组分组成
生物体 浮游植物 （藻类） 浮游动物 细菌 松 高等植物 蕨类 草类 木质部 木本植物 的不同部 分 松叶 石松孢子 孢粉质 木栓质 蛋白质 23 脂类 11 糖类 66 木质素 － 资料来源 亨特， 1979
硬脂酸（C18H36O2）
简化式
╲╱╲╱╲╱╲╱ ＝╲╱╲╱╲╱╲╱COOH 油酸（C18H34O2） ＝ ╱╲╱╲╱ ╲╱ ╲╱╲╱╲╱╲╱COOH 亚油酸（C18H32O2） ＝ ＝ ╲╱＝ ╲╱ ╲╱ ╲╱╲╱╲╱╲╱COOH 亚麻酸（C18H30O2） ＝ ＝╲╱ ＝╲╱＝╲╱╲╱COOH 花生四烯酸（C H O ） ╱╲╱╲╱ ╲╱ 18 32 2 图 5-3 生物体中主要的脂肪和油组分
甘油
脂肪酸（钠盐）
O C－OH
软脂酸（C16H32O2）
O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C C C C C C C－OH H3C C C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
简化式
O C－OH
第四章
生物体的化学组成
天然产生的生物主要包括浮游植物、细菌、 高等植物和浮游动物。但如果从元素组成上 来考察，它们均主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、 氮(N)、硫(S)等元素组成，如果从生物化学 组分来考察，它们主要由糖类、脂类、蛋白 质、核酸及（高等植物的）木质素所组成， 此外，还有少量维生素、激素和无机的矿物 质（无机盐）。沉积有机质来源于生物体， 它应该在一定程度上继承了原始生物体的元 素组成和化学组成特征，这正是我们研究生 物的化学组成的原因。
第四章
组成生物体的化学成分
组成生物体的化学成分生物体是由许多不同种类的化学物质组成的。
这些化学物质包括水、碳水化合物、脂质、蛋白质和核酸等。
这些化学成分在生物体内扮演着不同的角色，从维持细胞结构到进行代谢活动，都起着重要的作用。
首先，水是生物体中最重要的成分之一。
大约60%至70%的人体重量是由水组成的。
在生物体内，水起到了许多重要的作用，例如维持体温、运输营养物质和代谢废物等。
其次，碳水化合物也是生物体中重要的成分之一。
碳水化合物是由碳、氢和氧三种元素组成的化合物。
它们是生物体中最主要的能量来源之一。
碳水化合物可以分为单糖、双糖和多糖。
单糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖等。
双糖包括蔗糖、乳糖和麦芽糖等。
多糖包括淀粉、纤维素和糖原等。
碳水化合物在生物体内的主要作用是提供能量。
第三，脂质也是生物体中重要的成分之一。
脂质是由碳、氢和氧三种元素组成的化合物。
它们包括脂肪酸、甘油和胆固醇等。
脂质在生物体内的主要作用是提供能量和维持细胞膜的结构。
第四，蛋白质是生物体中最重要的成分之一。
蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物。
它们在生物体内扮演着许多重要的角色，例如构建细胞结构、调节代谢活动和提供免疫保护等。
最后，核酸也是生物体中重要的成分之一。
核酸是由核苷酸组成的大分子化合物。
它们在生物体内扮演着重要的角色，例如存储遗传信息和调节基因表达等。
总之，生物体是由许多不同种类的化学物质组成的。
这些化学成分在生物体内扮演着不同的角色，从维持细胞结构到进行代谢活动，都起着重要的作用。
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核糖→構成RNA 去氧核糖→構成DNA
六碳糖
葡萄糖 果糖 半乳糖
單醣
核糖
去氧核糖
五碳糖
葡萄糖 六碳糖
雙醣
兩單醣經脫水結合而成
蔗糖=葡+果 植物體內運輸有機養分的主要形式
麥芽糖=葡+葡 萌芽的種子水解澱粉所產生
乳糖=葡+半乳 存於動物的乳汁中
雙醣
葡萄糖
H2O
果糖
蔗糖
多醣
由多個單醣分子聚合而成 生物體內儲存能量的形式與構造的成分
水可輕微解離
H2O H＋ + OH－ 決定水溶液的酸鹼值 影響酵素活性
各種溶液的酸鹼度
無機鹽
維持正常生理作用
例：神經傳遞(鈉、鉀)、肌肉收縮(鈣)
構成生物體的分子
例：骨骼(鈣)、血紅素(鐵)、葉綠素(鎂)、 核酸(磷)、甲狀腺素(碘)、細胞膜(磷)
酵素致活劑
例：唾液澱粉酶需要氯離子
維持酸鹼平衡
蛋白質的構造
OH
– ––
–
– – ––
–
– – –
– ––
–
OH
H3C CH3
H CH2
H CH
H–N–C–C–OH H–N–C–C–OH
∣
∣
HO
HO
肽鍵
側基SH
H CH2
H CH2
H –N–C–C–OH H–N–C–C–OH
∣
∣
HO
HO
四級構造
三級構造
蛋白質的構造
初級構造
二級構造
蛋白質的分類
氧化
維生素
水溶性
維生素B群--參與各種代謝反應 維生素C--抗氧化
脂溶性
維生素A--構成視色素、皮膜組織代謝 維生素D--幫助鈣質吸收 維生素E--抗氧化 維生素K--參與凝血
圖片來源
圖片來源
圖片來源
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.10.2520.10.25Sunday, October 25, 2020
含氮鹼基
核酸
可分為兩類：
DNA—遺傳物質 五碳糖為去氧核糖 含氮鹼基為A、T、C、G
RNA—參與轉錄、轉譯 五碳糖為核糖 含氮鹼基為A、U、C、G
核酸
ATP
RNA的原料 細胞內主要的能量攜帶者
～～
OH
NAD+
菸醯胺腺雙核苷酸 代謝反應中電子和氫的攜帶者
NAD+
NADH
還原
+ H+ + 2e-
依形狀分：
球狀蛋白，如：血紅素 纖維狀蛋白，如：膠原蛋白
依附加物分：
醣蛋白 脂蛋白
蛋白質的其他功能
酸鹼緩衝
H3N+
R C
COOH H+ H3N+ OH-
R C
OHCOO- H+ H2N
R C
COO-
H
H
H
酸性
中性
鹼性
核酸
基本單位—核苷酸
五碳糖
磷酸根
含氮鹼基
O
-O P O CH2 O O-
第二章 生物的基本構造與功能
2-1 生物體的基本化學組成
●水 ● 無機鹽類 ● 有機物質的構造與功能
水的結構
共價鍵
()
ee-
(+)
為極性分子
水的結構
(+) (+)
(－)
(+)
(－) (+) (+)
(－) (+)
(+) (－)
(+)
(－) (+)
(+)
水的性質
穩定溫度 表面張力大 有內聚力與附著力 水結冰時密度最小 很好的溶劑 可輕微解離
H HH HH HH HH HH HH HH HHH
蛋白質
生物體內含量最多、歧異性最大的有機 分子
酵素(酶) 構造蛋白 運輸蛋白 受體蛋白 免疫蛋白 營養蛋白
蛋白質的構造
基本單位—胺基酸
R
(胺基) H2N C COOH (羧基)
H
20種胺基酸，對應61種密碼子 胺基酸序列決定蛋白質的結構和功能
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 0.2520. 10.252 3:49:17 23:49:1 7Octobe r 25, 2020
水結冰時會呈規律的格狀結構，體積 增大，密度變小而浮於水上
氫鍵
氫鍵
液態水
冰
水是很好的溶劑
極性物質可與水分子形成氫鍵，故可 溶於水，如：葡萄糖、NaCl (不具極性的物質則不溶於水，如脂肪)
維持生命的物質若能溶於水，細胞便 可從水溶液中攝取，並在生物體運輸
生物體內的許多化學反應，必須溶於 水才能進行
澱粉→植物體儲存的多醣 肝醣→動物體儲存的多醣
主要儲存在肝臟和肌肉 纖維素→構成植物體細胞壁
均為葡聚醣
多醣
澱粉
纖維素
肝醣
幾丁質
真菌的細胞壁、節肢動物的外骨骼 經加工可得：
甲殼素
手術縫合與包紮傷口的材料 抑制小腸吸收脂類 促進免疫功能
葡萄糖胺
減輕關節疼痛
幾丁質
N - 乙醯葡萄糖胺
脂質的功能
脂肪
儲存、提供能量 維持體溫
磷脂質
形成膜狀構造
固醇類
穩定細胞膜 固醇類荷爾蒙的前驅物
蠟質
保護、防水
脂肪
又稱三酸甘油酯或中性脂肪 由一分子甘油和三分子脂肪酸組成
H
O
H C OH HO C O
H C OH HO C O
H C OH HO C
H
不飽和脂肪酸 飽和脂肪酸
脂 肪
磷
脂
親水性
質
與
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。2 3:49:17 23:49:1 723:491 0/25/2 020 11:49:17 PM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 0.2523: 49:172 3:49Oct-2025-Oct-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。23:4 9:1723: 49:172 3:49Sunday, October 25, 2020
水具有穩定溫度的效應
水分子以氫鍵相互結合在一起，氫鍵 能增強水分子間的吸引力
比熱及沸點高
溫度不易升也不易降
蒸發熱大
可藉此降低體溫
水具有內聚力與附著力
水分子間的氫鍵使水具有內聚力 水分子具有極性，易附著在其他極性
分子上 造成毛細現象
水具有很大的表面張力
因水分子的內聚力強
水結冰時密度最小
疏水性
膽
固
醇
蠟
由長鏈脂肪酸和長鏈醇類構成 強疏水性
H HH HH HH HH HH HH HH HH O
HC C C C C C C C C C C C C C C C C C
H HH HH HH H
H H H H H H H OH
H HH HH HH H
H HH HH HHH
HC C C C C C C C C C C C C C C C C C OH
金屬離子常與酸或鹼結合成鹽類 如：NaHCO3＋HCl→NaCl＋H2CO3
構成生物體的有機物
醣類 脂質 蛋白質 核酸 維生素
醣類
碳水化合物(CH2O)n≧3 生物體構造的主成分之一 能量的主要來源 分類：
單醣 雙醣 多醣
單醣
依碳原子的數目可分為三、四、五、 六、七碳糖等，常見的有：