2.1. 生命的化学基础
生命的化学基础
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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
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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
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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
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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。
1生命的化学基础.ppt
第一节
构成生命的元素
微量元素（14种）＜0.01%
Fe血红蛋白的重要成分
Mn，Zn一些酶的必要成分 I甲状腺素的必要成分
第一节
构成生命的元素
铬Cr—葡萄糖耐量因子（GFT）的必要成分，是胰岛素的 辅助因子，可增加胰岛素的效能，促进机体利用葡萄糖。 相当一部分Ⅱ型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）患者， 是因为铬摄入不足或利用不良，表现出糖尿病症。
一、糖 类 一、糖类
主要由C、H、O组成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示，旧称 碳水化合物。
乳酸CH3CHOHCOOH 可写成C3(H2O)3 ，但不是糖； 而鼠李糖C6H12O5，脱氧核糖C5H10O4，但却是糖。
4
OH
OH
H
5 6
3
H
2
OH
CH2OH
有还原性
一、糖 类
2、寡糖：由2～10个单糖组成的聚糖，可以水解为 单糖。
单糖的半缩醛羟基与另一配体（可以是糖也可以是非糖）的 羟基缩合而成的化合物称为糖苷，其间的连接键称为糖苷键。
两个单糖通过糖苷键连接成双糖，三个单糖可以缩合为三糖。 常见的双糖有麦芽糖、乳糖、蔗糖。
OH O CH CH2OH 2OH CH2OH O OH OH O O O O O
CH 2OH O O CH 2OH CH 2OH O O
O
α-1,6-糖苷键
O CH 2OH CH 2O O O
CH 2
CH 2OH O O
O CH 2OH
O CH 2OH
O O
OH
O OH
α-1,4-糖苷键
还原性末端
二、脂 类 二、脂 类
陈阅增第四版普通生物学第1篇2生命的化学基础
F （氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿； 过多则斑齿和氟中毒。 Ni （镍）植物中15－55ppm,人为0.1ppm； 急性白血病.25μg/ml Se （硒）缺硒产生克山病，与肝功能、冠 心病发病和防治有关.
碘缺乏症
甲状腺肿
呆小症
2005年广东韶关镉污染
主，蛋白所占比例较少。
2.4 脂质
脂质的定义
非极性共价键
脂质（lipid）是一类低溶于水，高溶于非极性 有机溶剂（insoluble in water and soluble in 不是大分子， organic solvents）的生物有机分子。
也不是聚合物
对于大多数脂质分子，其化学本质是脂肪酸和 醇所形成的酯类及其衍生物。
膳食中的脂肪：饱和的太多会动脉粥状硬 化
脂肪摄入过多与健康
肥 胖
2.磷脂、蜡和类固醇都是脂质
磷脂分子结构
又称磷酸甘油酯
磷脂分子可以看成是 一个极性头，两条非 极性尾巴。
蜡也是酯，是由一些长链的醇与长链脂肪酸 形成的酯。它的疏水性更强，可以保护生物 体的表面。 例如，植物和动物表面
（1）类固醇的内核由 4 个环组成，3个六元环、1个五 元环。
2.4.1 脂肪（最常见的脂质） 是脂质中主要的贮能分子
丙三醇
甘油三酯
A、油脂＝甘油三酯＝脂肪是由甘油醇和脂肪酸结合成的酯。
甘 油 三 酯 分 子 结 构
脂质
脂肪酸（fatty acids）：由一条长的烃链
（hydrocarbon chain）和一个末端羧基（carboxylate group）组成的羧酸。
氨基酸名称英文缩写简写氨基酸名称英文缩写简写甘氨酸gly丝氨酸ser丙氨酸ala苏氨酸thr缬氨酸val天冬酰胺asn异亮氨酸ile谷酰胺gln亮氨酸leu酪氨酸tyr苯丙氨酸phe组氨酸his脯氨酸pro天冬氨酸asp甲硫氨酸met谷氨酸glu色氨酸trp赖氨酸lys半胱氨酸cys精氨酸arg20种标准氨基酸的英文简写其临床表现为持续性进行性的多个智能功能域障碍的临床综合征包括记忆语言视空间能力应用辨认执行功能及计算力等认知功能的损害
生命的化学基础——有机分子
生命的化学基础——有机分子生命的起源与发展我们人类一直都对生命和它的起源感到好奇。
我们想知道我们从哪里来，为什么我们存在，以及我们的存在有何目的。
对于生命的起源，科学家们已经做出了很多尝试来解释它。
目前，最广泛的解释是原始地球上存在一种环境，使得生命得以产生。
这个环境必须是具有水、空气和能量的地方。
据信，最早的生命形式包括微生物和藻类，当时大部分生命体依靠光合作用从阳光中获取能量。
但是，如果我们想要真正了解生命的基础，我们必须了解生命所依赖的化学基础：有机分子。
什么是有机分子？有机分子是指基本由碳、氢、氧、氮和其他元素组成的化合物，这些元素是生命体中最常见的化学元素。
有机分子包括葡萄糖、脂肪酸、核酸（即DNA和RNA）以及氨基酸。
这些分子一起构成了生命体的重要组成部分。
通过这些有机分子，生命可以完成其所有基本功能。
生命的四大基础分子虽然有机分子可以分为很多不同的类别，但生命体中的四种基础有机分子是：碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。
碳水化合物碳水化合物是由碳、氢和氧元素组成的分子。
它们是生命体的主要能量来源，也是细胞壁的重要成分。
在碳水化合物中，葡萄糖是最重要、最基本的分子。
脂类脂类是由碳、氢和氧元素组成的分子，它们不溶于水。
脂类是生命体中最重要的构造材料，它们形成了细胞膜，并与其他分子一起形成了生命体的细胞组织。
蛋白质蛋白质是由氨基酸组成的分子。
氨基酸是一种大分子，其分子内包含一个氨基（NH2）和一个羧基（COOH）。
蛋白质在生命体中扮演着重要角色，它们不仅是生命体内化学反应的催化剂，而且还构成了大部分细胞内的结构。
核酸核酸是由核苷酸组成的分子。
核苷酸是由核糖或脱氧核糖、碱基和磷酸组成的，它们是生命体中存储遗传信息的媒介，例如DNA和RNA就是由核苷酸组成的。
生命从基本有机分子到多细胞生物虽然有机分子是生命体的基础，但单个有机分子并不足以体现或支撑生命的多样和复杂性质。
最简单的生命体是单细胞生物，它们由单一的细胞组成。
生命的化学基础 复习笔记
生命的化学基础复习笔记一、原子和分子1．生命需要多种元素（1）概念①元素元素是具有相同核电荷数的一类原子的总称。
②原子原子是化学变化中的最小粒子，半径约为（2～3）×10-8cm，由质子、电子和中子组成。
质子带正电荷，电子带负电荷，质子与电子的电荷大小相等，符号相反；中子则不带电荷，中子的质量与质子的相等。
③同位素同位素是指质子数和电子数都相同，但中子数不同的原子，它们在周期表中的位置相同。
利用放射性同位素显示某种原子在生物体内的来踪去迹的技术称为同位素示踪。
（2）人体必需的25种元素①主要元素（大量元素）C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg，共占99.35%，其中C、H、O、N占96.3%.②微量元素含量少于0.01%，见表2-1。
并非所有生物所需要的元素都是相同的，植物所需要的元素只有17种。
表2-1人体必需的元素2．化合物由元素组成（1）化学键原子之间发生反应形成化合物的关键在于电子的共用或得失，即化学键的形成。
化学键基本上有两类：离子键和共价键。
（2）离子键离子键是两个电荷符号相反的离子彼此吸引形成的，所形成的化合物是电中性的。
盐都是由离子键形成的化合物，在自然界中通常以晶体的形式存在。
（2）共价键共价键是由两个原子间共用一对或多对电子而形成的。
这种由共价键连接起来的两个或多个原子是分子，如H2，共价键包括单键、双键等。
3．水是细胞中不可缺少的物质水有许多特性：（1）水是极性分子；（2）水分子之间会形成氢键；（3）液态水中的水分子具有内聚力；（4）水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化；（5）冰比水轻；（6）水是极好的溶剂；（7）水能够电离。
4．化学反应使原子重组化学反应并不能创造或破坏原子，它只能将原子重新组合，所以化学反应是破坏已有的化学键，形成新的化学键。
二、组成细胞的生物大分子1．碳是组成细胞中各种大分子的基础（1）碳的重要性①细胞所合成的几乎所有分子都含有碳，活的生物体内含碳化合物的量仅次于水；②除一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等少数简单化合物外，含碳化合物统称为有机化合物。
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。
生命的化学基础
2、核酸的高级结构
Erwin Chargaff （1905－1995）
Chargaff ’s rule： A%＝T% G%＝C%
DNA molecule X-ray diffraction Rosalind Franklin Rosalind Franklin and DNA. 1920-1958 James Watson, Francis Crick, and Maurice Wilkins received a Nobel Prize for the double-helix model of DNA in 1962, four years after Franklin's death at age 37 from ovarian cancer
第四章 生命的化学基础
主讲：秦桂香
青海大学生物科学系
第一节
自然界
构成生命的元素和分子
所有的 生命物 体都由 三类物 质组成 水、无 机离子 和生物 分子
一、生命体的元素组成
组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上
存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物 体内被发现 第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是 组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了 生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和 Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。 是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、I、 Mo、Se、Si等。
（4）参与血凝过程：钙为一种凝血因子， 在凝血酶原转变为凝血酶时起催化作用。 没有钙，血液凝固将出现障碍。
（5）其他：钙离子具有调节渗透压和维持 酸碱平衡等作用。此外，钙是各种生物 膜的成分，是维持细胞内胶质完整性所 必需。
《生命的化学》PPT课件
细胞的结构组成 【植物和许多原生生物
(protist)细胞壁的纤维素(cellulose )】
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昆虫和其它节肢动物(arthropod)外骨骼 (exoskeleton)的甲壳素(chitin)
单糖(Monosaccharides)
重要单糖 :
核糖(C5H10O5), 葡萄糖 (C6H12O6), 果糖(fructose ) 分类
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生物分子 中的部分 功能团
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缩合反应(Condensation)
一般是脱水合成，常常会脱掉一分子水 (dehydration) 并形成一个新的化学键 (synthesis)
水解(Hydrolysis, Hydration)
与缩合反应相反，它是多聚物的断裂过 程：水分子的-OH和-H分别连接到水解 产物上
结构式(Structural formula) 表明了原子的排列和在分子内的连接
异构体(Isomers) 实验式相同结构式不同的分子
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甘露糖
山梨糖
?
Structural formula
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功能团
具有特定结构和功能的原子簇 特殊的化学特性是其独特的功能团的作 用，而不是某个原子的单独功能
蔗糖
半乳糖 乳糖
2个单糖分子通过脱水缩合将化学键联合在
一起形成二糖
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麦芽糖
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多糖(Polysaccharide)
由许许多多的单糖组成
直链淀粉
(a 和 b glucoses等)