生命的化学基础
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生命的化学基础
• 各种生物的构件是相同 的
14
几类重要的生命物质
• 遗传信息的存储和传递者——核酸 生命信息载体
• 遗传信息的表达者——蛋白质 生命机器 生命过程的催化剂（酶）
• 生物体主要供能物质—— 糖类 生命过程的能源
• 生物体的重要构件和储能物质——脂类 构件、储能
15
无机物
• 水(water)—生命的源泉
第四讲 生命的物质基础
孙啸 程璐
1
— 生命的形式多种多样 — 生命的形态多变
但是化学成分是同一的 • 元素：无机界的 C、H 、P 、N 、P 、S • 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素
认识生命 ——〉认识组成生命的物质
2
生命的基本单位 —细胞
3
不同类型的细胞结构和功能不同，但化学 组成基本相似———生命的物质基础
8
生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的；
% OC H N 人 65 18 10 8 杆菌 69 15 11 8
P S 其他 1.0 0.25 2.75 1.2 1.00 5.00
9
为什么是这20多种元素参与生 命组成？
这个问题现在没有确切的答案。天然存在的90种 元素中，有65种元素不参与生物体组成。从地球 表面元素的丰度来看，排在前几位的是O（占 47%），Si（占38%），Al（占7.9%），Fe（占 4.5%），Cu（占3.5%），可是在生物体内，都是 C占的比重最大，O排在第三位，Ca在第五位， 而Fe和Al，Si仅以极微量存在于生物体中。
碳，氢，氧，氮，磷，硫这几种元素， 是构成如蛋白质，核酸，糖类，脂类等 生物分子的重要原料，氯，钠，钾等参 与体内水盐平衡；碘是甲状腺素的重要 成分；而镁，钙，铁，锌等配合体内蛋 白质成分，参与酶活性调节，氧的输送 等重要功能。
14
几类重要的生命物质
• 遗传信息的存储和传递者——核酸 生命信息载体
• 遗传信息的表达者——蛋白质 生命机器 生命过程的催化剂（酶）
• 生物体主要供能物质—— 糖类 生命过程的能源
• 生物体的重要构件和储能物质——脂类 构件、储能
15
无机物
• 水(water)—生命的源泉
第四讲 生命的物质基础
孙啸 程璐
1
— 生命的形式多种多样 — 生命的形态多变
但是化学成分是同一的 • 元素：无机界的 C、H 、P 、N 、P 、S • 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素
认识生命 ——〉认识组成生命的物质
2
生命的基本单位 —细胞
3
不同类型的细胞结构和功能不同，但化学 组成基本相似———生命的物质基础
8
生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的；
% OC H N 人 65 18 10 8 杆菌 69 15 11 8
P S 其他 1.0 0.25 2.75 1.2 1.00 5.00
9
为什么是这20多种元素参与生 命组成？
这个问题现在没有确切的答案。天然存在的90种 元素中，有65种元素不参与生物体组成。从地球 表面元素的丰度来看，排在前几位的是O（占 47%），Si（占38%），Al（占7.9%），Fe（占 4.5%），Cu（占3.5%），可是在生物体内，都是 C占的比重最大，O排在第三位，Ca在第五位， 而Fe和Al，Si仅以极微量存在于生物体中。
碳，氢，氧，氮，磷，硫这几种元素， 是构成如蛋白质，核酸，糖类，脂类等 生物分子的重要原料，氯，钠，钾等参 与体内水盐平衡；碘是甲状腺素的重要 成分；而镁，钙，铁，锌等配合体内蛋 白质成分，参与酶活性调节，氧的输送 等重要功能。
生命的化学基础
其它元素：Na，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu， Cl，I 等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助 因子。
偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、 Sn、等
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4
微量元素
Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。 Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。 Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。 Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。 I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症， Mn （锰）与酶的活性有关。 Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/每日。 V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。
Mo2+
Mo2+
肽酶 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶 肽酶 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶
Ca2+
钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
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11
作用： – （1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用 – （2）酶的活化因子和调节因子， Mg2+ ， Ca2+ – （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+
1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4、蛋白质 5、核酸
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2
一、元素组成
生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的
% OC H N 人 65 18 10 8 杆菌 69 15 11 8
P S 其他 1.0 0.25 2.75 1.2 1.00 5.00
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3
基本元素：C，H，O，N，S，P，K，Ca 等占人 体99.35%。
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。
偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、 Sn、等
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4
微量元素
Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。 Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。 Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。 Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。 I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症， Mn （锰）与酶的活性有关。 Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/每日。 V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。
Mo2+
Mo2+
肽酶 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶 肽酶 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶
Ca2+
钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
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作用： – （1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用 – （2）酶的活化因子和调节因子， Mg2+ ， Ca2+ – （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+
1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4、蛋白质 5、核酸
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2
一、元素组成
生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的
% OC H N 人 65 18 10 8 杆菌 69 15 11 8
P S 其他 1.0 0.25 2.75 1.2 1.00 5.00
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3
基本元素：C，H，O，N，S，P，K，Ca 等占人 体99.35%。
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。
普通生物学：第2章 生命的化学基础
作 用：
(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。
(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。
2生命的化学基础
运甲状腺素蛋白Transthyretin, with four identical polypeptide subunits
胶原蛋白、血红蛋白
大猩猩 长臂猿
恒河猴
核酸
贮存遗传信息，控制蛋白质的 合成 脱氧核糖核酸（DNA）和核糖 核酸(RNA) 组成单位：核苷酸 DNA双螺旋结构
核苷酸
磷酸 戊糖
蛋白质三级结构：旋转区+折叠区
蛋白质三级结构: 多肽链 R基团间的相互作用
蛋白质四级结构: 由2或多条肽链组成，各 亚基之间形成键
Tertiary structure
Polypeptide (single subunit of transthyretin)
Quaternary structure
大分子
多糖 蛋白质 核酸
复合大分子
糖蛋白 糖脂
脂蛋白
Hydrocarbon Structures
主要官能团
羰基
羟基 醛基 酮基羧基 氨基来自 糖类单糖 二糖 多糖
单糖：葡萄糖、果糖
Glucose
Fructose
线型和环形葡萄糖
Figure 3.4C
Abbreviated structure
血糖：血液中的葡萄糖，浓度在激素作用下维持相对稳定
食物消化吸收
肝糖元分解
蛋白质、脂肪分解转化
分解提供能量
血糖
肝糖元、肌糖元贮备
转变为脂肪或氨基酸
二糖：蔗糖（葡萄糖＋果糖）
麦芽糖（葡萄糖＋葡萄糖）
Sucrose
Figure 3.5
Glucose
Glucose
Maltose
多糖：淀粉、糖原、纤维素
Starch granules in potato tuber cells
生命的化学基础
高度的催化效能
通过降低所需的活化 能实现
高度专一性
一种酶只作用于一种 或一类化合物
高度不稳定性 饱和性 可调节性
酶活力的调节
变构调节
共价修饰：磷酸化与 去磷酸化；腺苷酸化 与去腺苷酸化。 酶调节蛋白
钙调蛋白
水解激活与激活后的 失活调节
可逆和不可逆抑制。 正反馈和负反馈调节。 酶的竞争性和非竞争性抑制
蛋白质的变构作用
即变构调节，通过蛋白质构象变化而实现 蛋白质功能的调节。
特点：
变构剂多为生物小分子，O2 、ATP、代谢中间产物。 变构剂常与蛋白质活性中心外的基团非共价键结合。
变构作用存在于血红蛋白 运氧、酶的调节等
可逆的。
蛋白质变性作用
变性作用概念：
在某些物理化学因素作用下，使蛋白质的空间 构象破坏，导致蛋白质若干理化性质，生物学性质 的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用．
(三) 蛋白质（ protein)
自然界:>100亿种
人体:>10万种
蛋白质的结构
元素组成：含C,H,O,N,大多数蛋白质还含有S。 蛋白质的构件分子: 氨基酸
蛋白质分子的基本结构：肽键与肽
蛋白质分子的空间结构：四级结构
蛋白质的功能
氨基酸(amino acid)
氨基酸分子结构式：
概述：
引起变性的因素：
高温、紫外线、强酸、强碱、一定浓度的尿 素。
特点：
分子溶解度降低；生物功能丧失 改变蛋白质分子的次级键，一级结构无改变 一般不可逆。
疯牛病蛋白
感染性蛋白粒子 （Prion）
通过降低所需的活化 能实现
高度专一性
一种酶只作用于一种 或一类化合物
高度不稳定性 饱和性 可调节性
酶活力的调节
变构调节
共价修饰：磷酸化与 去磷酸化；腺苷酸化 与去腺苷酸化。 酶调节蛋白
钙调蛋白
水解激活与激活后的 失活调节
可逆和不可逆抑制。 正反馈和负反馈调节。 酶的竞争性和非竞争性抑制
蛋白质的变构作用
即变构调节，通过蛋白质构象变化而实现 蛋白质功能的调节。
特点：
变构剂多为生物小分子，O2 、ATP、代谢中间产物。 变构剂常与蛋白质活性中心外的基团非共价键结合。
变构作用存在于血红蛋白 运氧、酶的调节等
可逆的。
蛋白质变性作用
变性作用概念：
在某些物理化学因素作用下，使蛋白质的空间 构象破坏，导致蛋白质若干理化性质，生物学性质 的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用．
(三) 蛋白质（ protein)
自然界:>100亿种
人体:>10万种
蛋白质的结构
元素组成：含C,H,O,N,大多数蛋白质还含有S。 蛋白质的构件分子: 氨基酸
蛋白质分子的基本结构：肽键与肽
蛋白质分子的空间结构：四级结构
蛋白质的功能
氨基酸(amino acid)
氨基酸分子结构式：
概述：
引起变性的因素：
高温、紫外线、强酸、强碱、一定浓度的尿 素。
特点：
分子溶解度降低；生物功能丧失 改变蛋白质分子的次级键，一级结构无改变 一般不可逆。
疯牛病蛋白
感染性蛋白粒子 （Prion）
生物化学生命的化学基础
生物化学生命的化学基础生物化学，作为生命科学的重要分支之一，研究了生命体内化学物质的组成、结构、性质及其变化规律等诸多问题。
生命的存在离不开化学的基础，因为生命过程本质上是一系列的化学反应。
本文将从生物大分子、代谢和能量转化、DNA及蛋白质合成等几个方面，探讨生物化学在生命中的重要作用。
一、生物大分子的重要性生物体内存在着大量的生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等。
这些生物大分子是生命的基础组成部分，也决定了生命体内的许多特性。
例如，蛋白质是构成细胞结构的主要成分，同时也是参与酶的催化、携氧和免疫等功能的重要分子。
核酸则是存储和传递遗传信息的关键分子，DNA是构成基因的载体，RNA在蛋白质合成中发挥重要作用。
多糖则参与细胞结构的构建以及能量储存等方面。
二、代谢和能量转化的关键过程代谢是指生物体内化学物质的合成和降解过程。
生物体具有自我调节的能力，通过代谢来维持正常的生命活动。
其中，能量转化是代谢的核心过程之一。
生物体通过将食物中的化学能转化为细胞内的能量供应，实现自身的生长、发育、运动和维持体温等功能。
而这些能量转化过程主要依赖于葡萄糖的分解和氧化。
三、DNA及蛋白质合成的调控机制DNA和蛋白质是生命中最重要的两类生物大分子。
DNA携带了生物体遗传信息的编码，而蛋白质则是根据DNA指令合成的。
DNA的复制和蛋白质的合成都受到复杂的调控机制的影响。
DNA复制的过程中，酶的参与使得DNA链得以顺利分离、复制和再合成。
而蛋白质的合成则通过核糖体和tRNA的配合来完成，其中包括了转录和翻译两个过程。
这些调控机制保障了遗传信息的传递和生物体的正常发育。
总结起来，生物化学拓展了我们对生命的理解。
通过研究生物大分子、代谢和能量转化、DNA及蛋白质合成等方面，我们可以更深入地了解生命的基础组成和核心过程。
生物化学的发展也为人类生命的研究和健康的保护提供了重要的理论基础。
进一步的研究将有助于揭示更多关于生命的奥秘，并为解决与生命相关的问题提供更有效的方法和思路。
第一章生命化学基础
原子核内质子数相同，但中子数不同，这些原子虽然有不同的质量，但是化学性质相同,仍然属于同一种元素，在元素周期表中占有同样的位置
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)。
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
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三级结构
（一条多肽链完全折 叠后的结构）
四级结构
（两条或两条以上的多肽 链组成的蛋白质结构）
9
蛋白质的变构作用和变性
• 由于小分子物质与蛋白质分子的一个亚单位结 合，导致该蛋白质分子及其亚单位的构象发生
变化，进而其活性也发生变化，称为变构作 用。
• 在重金属盐、酸、碱等的作用下，或加热至 70C∽100C，或在X射线、紫外线的照射下， 蛋白质的多肽链松开，失去其专一的三维形状
3
细胞是生命活动的枢纽层次，
细胞的研究既是生命科学的出发点， 又是生命科学微观和宏观研究的汇聚 点，因此 是当前生命科学中发展最 快的领域之一。
1925年Wilson就提出 “一切生命的
关键问题都要到细胞中去寻找答案”
4
第二章 生命的化学基础 第三章 细胞结构与细胞通讯 第四章 细胞代谢 第五章 细胞的分裂和分化
(Mn),
2
• 25种元素中常量元素 11种，其中C、 H 、O、 N、 P、S、Ca，占 99.35%；
• C、H、O、N 占 96.3%
• 微量元素有14种，人体必需，只是需要量 极少，但作用很大。
• 举例：碘（I）
3
碘缺乏症
甲状腺肿 呆小症
4
☆ 元素由原子组成，原子是物质的最小 单位，半径 (2-3)×10-8cm
，从而失去其生物学活性，这种现象称为蛋白 质的变性。
0
2.6 核酸
• 核酸最先从细胞核中分离得到，且呈酸性，故而
得名。
• 核酸分为两类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核 酸（RNA）。
• DNA存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，遗传信息的携带 者，合成蛋白质的模板；
• RNA在细胞核中合成，然后进入细胞质，在蛋白质合成中 起重要作用。
0
2.1.1 人的生命需要25种元素
1
表 2-1 人体中存在的元素
符号
元素
占体重的百分数/％
O
氧
65.0
C
碳
18.5
H
氢
9.5
N
氮
3.3
Ca
钙
1.5
P
磷
1.0
K
钾
0.4
S
硫
0.3
Na
钠
0.2
Cl
氯
0.2
Mg
镁
0.1
微量元素：硼(B)，铬(Cr)，钴(Co)，铜(Cu)，氟(F)，碘(I)，铁(Fe)，锰
施万提出 “细胞学说”
5
电子显微镜：加速的电子束代替可见光
，分辨力提高至0.2nm，进一步揭示了细 胞的微观领域。
种类：透射电镜（TEM）——内部结构
扫描电镜（SEM）——表面结构 电镜样本需经过加工，不能观察活的样本 。
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人类精子
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分级分离技术用于研究活的样本 细胞分级分离：
细胞破碎后将各种细胞器分开， 可分别研究它们的功能。
☆ 碳最外层有4个电
子空位，极易形成4
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。
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☆ 生物体中主要有羟基（ －OH） 、羰基（－CO） 、羧基（－COOH）和氨基 （－NH2）等功能基团，这 些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。
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Differential centrifugation
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• 分离活细胞的介质要求：
1）能产生密度梯度，且密度高时， 粘度不高；
2）PH中性或易调为中性； 3）浓度大时渗透压不大； 4）对细胞无毒。
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生命体是多层次、非线性、 高度动态的耗散性结构体系，而
细胞是生命体结构与功能的基本
单位，有了细胞才有完整的生命 活动。
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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。 • 需要利用糖作为能源或合成其它分子的原料时，将 淀粉水解。
糖原：动物细胞中储藏的多糖。
• 人体内贮存在肝细胞和肌细胞中，需要时将糖原水 解成葡萄糖。
纤维素：植物细胞壁的主要成分，地球上最丰富的
有机化合物。 • 保护细胞、支持植物体的作用。
水解反应 脱水合成反应 生物体内H+ 和OH-必须处于平衡状态。溶 液中H+、 OH-的多少决定了溶液的酸碱性。 大多活细胞的pH近于7，细胞中pH的微小 变化对细胞都有害。
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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 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。
• 多肽---分子量在1,500以 上，多个氨基酸通过肽 键相连形成的产物。
• 肽链有方向性，多肽链 的一端有一个-NH2，称 N-端；另一端有一个COOH，称C-端。
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2.5.3 蛋白质的结构决定其功能
蛋白质分子有特定的空间结构——构象。
一级结构
二级结构 蛋白质
三级结构
-螺旋 -折叠
四级结构
胰岛素
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2.4 脂质
● 类型： 多种分子
◆ 脂肪（油脂） ◆ 蜡； ◆ 磷脂类（磷酸甘油酯） ◆ 类固醇； ◆ 萜类。
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● 主要特点
◆ C、H 两种元素为主； ◆ 非极性共价键 → 疏水性； ◆ 严格意义上，非大分子
▼ 分子质量小， 远小于糖类、蛋白质、核酸；
▼ 不是聚合物；
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● 独特的生物学功能 ◆ 生物膜的重要成分； ◆ 储能分子； ◆ 生物表面的保护层； ◆ 良好绝缘体； ◆ 有些是重要生物学活性物质。
• 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。
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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 酸、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 象中起重要作用，分子极其巨大，被称
为 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
电子得失——形成离子键。
电子对共用——形成共价键
生物大分子化学键的主要形式。
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。
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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，水是生命的
介质，陆生生物体内细胞也生活在水环 境中。
细胞中水含量占 70%－80%
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● 水的特性
① 水是极性分子； ② 分子之间形成氢键； ③ 水有较强的内聚力和
生命的化学基础
人肉眼分辨力为0.1mm； 细胞直径一般小于0.1mm； 光学显微镜：0.2um
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胡克（Robert Hook，英国 ）及其发明的 显微镜
列文虎克（A. van Leeuwenhoek 荷兰）的显微镜
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19世纪30年代，德国 施莱登、施万提出
：★ 一切植物、动物都由细胞组成 ，细胞是一切动植物的基本单位。
表面张力。
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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 细胞的温度和代谢速率保持稳定; 动、植物维持相对恒定的体温。
⑤ 冰比水密度低
有利于水生生物的生存。
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● 水的特性
⑥ 水是极好的溶剂。
水是生命所需物质的
良好溶剂，也是生命系 统中各种化学反应的理 想介质。
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⑦ 水能够电离。
水分子可以电离成氢离子（H+）和羟离子(OH-)。
氢键
的不规则部分折叠，
使肽链进一步折叠成
二硫键
球状或纤维状。 ☆三级结构是一条多
离子键
肽链完全折叠之后的 整体结构。
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四级结构 ：
蛋白质分子的2条或2条以上三级结构的 多肽链，相互组合，并以弱键相互连接，形 成一定的构象，称为蛋白质的四级结构。
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α－螺旋
一级结构
（氨基酸序列）
β－折叠
二级结构
（蛋白质中局部区 域的折叠结构）
应的能力不同，甜度不同。
葡萄糖
果糖
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由几个（2~6）单糖缩合而成的糖称为寡糖。 双糖：两个单糖缩合而成。
（1）双糖 如麦芽糖、蔗糖、乳糖等。
葡萄糖＋葡萄糖 麦芽糖 葡萄糖＋果 糖 蔗糖
（2）其他寡糖 三糖、四糖等。
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2.3.2 多糖
由数百至数千个 单糖分子通过脱水 合成而形成的多聚
体称为多糖。自然 界中最多的糖类， 淀粉、糖原 、纤 维素 三类。
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2.5.2 蛋白质由20种氨基酸组成
氨基酸是蛋白质的结构单体，共20种。
氨基酸通式：
H R C COOH
NH2
4个基团：氨基、羧基、
H、R
R基团或侧链的结构、长短和电荷的不同，决定
各种氨基酸在溶解度以及其它特性上的差异。
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• 一个氨基酸分子中的-氨基，与另一氨基酸 分子中的-羧基脱水缩合，形成一个新的共价 键C-N，称为肽键，并合成一个二肽化合物。
生物界是一个多层次的组构系统：
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● 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； ◆任何生物分子 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；
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● 了解生命分子 是了解生命本质的基础； 所以，在介绍细胞之前， 本章先介绍组成生物的分子
。
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————————普通生物学 • 第1 篇 细胞• 第2章 生命的化学基础
分重要的作用。
功能 结构材料
举例 胶原、角蛋白
运动
肌动蛋白、肌球蛋白
营养储存 酪蛋白、铁蛋白
基因调控 Lac操纵子
免疫作用 抗体