上海交通大学普通生物学课件 第2章：生命的化学基础

ATP参与能量代谢
二、组成生物的大分子
生物大分子主要有三大类： 蛋白质、 核酸、多糖、 （脂 质）
它们都是由生物小分子单体通过特有的共价 键联结而成。
(2) (1)
(1) 碱基—糖之间是β—糖苷键 (2) 糖—磷酸之间是磷酸酯键
1）、氨基酸通过肽键联成肽链
氨基酸种的α羧基和另一个氨基酸种的α氨基发生脱水缩合， 生成的化学键称为肽键，并生成二肽化合物，多个氨基酸 以肽键顺序相连形成多肽； 每一条肽链都有特定的氨基酸序列，并在蛋白质中具有特
大分子分解 （水 解）
2、构成生物的小分子
1）水 游离水和结合水
60％ —90%的重量
水占生物体的
地球上生命起源于水中，陆生生物
体内细胞也生活在水环境中
水的性质影响生命活动，如：水分子的极性，
水分子之间的氢键，内聚力、溶解性质，电
离性，pH
2）无机盐：
存在方式：一般都以离子状态存在
作 用：
参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸
DNA水解液中 RNA水解液中
腺脱氧核苷酸（dAMP）
鸟脱氧核苷酸（dGMP） 胞脱氧核苷酸（dCMP） 胸腺脱氧核苷酸（dTMP）
腺苷酸（AMP）
鸟苷酸（GMP） 胞苷酸（CMP） 尿苷酸（UMP）
另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸 具有生物活性的核苷酸
（cAMP）, cGMP 参与细胞信号传递
5）核苷酸(组成核酸的结构单位)
核苷酸分子由三个部分组成：
碱基：嘌呤（双环分子）、 嘧啶（单环分子） 戊糖：RNA为核糖、DNA为脱氧核糖 磷酸：
DNA的碱基是： A、T、G、C RNA的碱基是： A、U、G、C
脱氧核糖或核糖 上第1’位碳原子 与嘌呤或嘧啶结 合，就成为脱氧 核苷或核苷；第5’ 位碳原子在与磷 酸结合，就成为 脱氧核糖核苷酸 或核糖核苷酸。
DNA双螺旋结构
（2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。
例如：转运RNA（tRNA）的三叶 草结构
转 的 运 三 叶 草 （ 结 构 ） RNA tRNA
4 ）、多糖链的高级结构 不同高级结构带来不同的生物学性能
淀粉形成螺旋状 纤维素呈长纤维状 能源贮存 结构支架
5）脂质
脂质是指生物体内不溶于水而溶于 有机溶剂的各种小分子。
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。
如：α－螺旋和β－折叠
蛋白质的三级结构是指整条肽链盘绕
折叠形成一定的空间结构形状。如纤 维蛋白和球状蛋白。 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间
的位置和结构。所以，四级结构只存
在于由两条肽链以上组成的蛋白质。
一级结构
二级结构
α－螺旋
β－折叠 三级结构
四级结构
血红蛋白质的三级结构和四级结构
2）、 维持生物大分子高级结构的重要因
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 有生物活性（代谢调节、信号传递等）
麦 芽 糖 的 结 构
（2）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们 之间主要区别在于α－糖苷键和β－ 糖苷键的区别 （3）注意：多糖链也有方向性，有还原
端和非还原端
糖原
淀粉
纤维素
3）、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸
（1） 核酸链也有方向性 （2） DNA 和 RNA 在组成成份上有差别 DNA 脱氧核糖 有胸腺嘧啶， 无尿嘧啶 RNA 核糖 有尿嘧啶， 无胸腺嘧啶
一端的核苷酸，其5
－ C 没有进 入磷酸 二 酯键，称 5 ’ 末端； 另一端的核苷酸， 其3－C没有进入磷酸 二酯键，称 3 ’ 末端。
4、生物大分子的高级结构
1）、蛋白质的高级结构
蛋白质的一级结构是指肽链中氨基
酸的排列顺序
蛋白质的二级结构是指邻近几个氨 基酸形成的一定的结构形状。
Hale Waihona Puke 水、无机盐、单糖、 氨基酸、核苷酸 蛋白质、核酸、多糖、 脂质
组成细胞分子中的四种功能团：
O 羟基：—OH； 羧基：—COOH； 羰基：—C— 氨基：—NH2
生物小分子和生物大分子的关系
小分子 大分子 复合大分子
单糖
氨基酸 核苷酸 (脂类)
多糖
蛋白质 核酸
糖蛋白
糖脂 脂蛋白
（由小分子到大分子）
合成大分子 （聚 合）
葡萄糖－－－水溶性的
油 脂－－－脂溶性的
脂质种类很多，分子结构相差较大 A、油脂：甘油三脂 B、磷 脂 C、固 醇
甘 油 三 酯 分 子 结 构
磷 脂 分 子 结 构
磷脂分子可以 看成是一个极性 头，两条非极性 尾巴。
（1） 固醇类的内核由 4 个环组成 （2） 一些人体重要维生素和激素是固醇
素－－非共价键
C＝O C－N H－O H
氢 键
C－O O —
H3 N－ +
盐 键
非共价键的键强度很小，所以
A、需要多个非共价键才足以维持高 级结构的稳定；
B、高级结构不很稳定。生物大分子变
性就是因为高级结构破坏，大分子 性质改变，生物活性丧失。但是， 一级结构尚未破坏。
3）、 核酸的高级结构
（1） DNA双螺旋
A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕
形成双螺旋，糖－磷酸－糖构成螺旋
主链 B、两条链的碱基都位于中间，碱基平 面与螺旋轴垂直
C、两条链对应碱基呈配对关系
A＝T
G≡C
D、螺旋直径 20A，螺距 34A，
每一螺距中含 10 bp
DNA 双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构 ，DNA 的三级结构的形成需要蛋白质帮助。
（3） 胆固醇是细胞的必要成份
（4） 血清中的胆固醇太多会促使形 成动脉硬化 和心脑血管疾病
哇！
终 于 结 束 了 。 。 。
第二章：生命的化学基础
一、原子和分子
1. 组成生命的化学元素
在自然界的130种元素中, 以O、Si、Al、Fe为最多, 而生物体中仅有25—26种是必须的, O、H、C、N普遍存 在, P、S、Na、K、Mg、Ca、Cl等为主要元素。
由上述元素构成化合物，形成小分子和大分子物质
细胞的化学组成
生物小分子: 生物大分子:
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。
定的三维空间构象。
寡肽：含有 10 左右氨基酸残基
（如二肽、五肽、八肽）
多肽：含 10－20 个氨基酸残基
蛋白质：含几十个氨基酸残基
注意：肽链分子的两端有自由的α氨基或α羧基，
有方向性，分别成为氨基末端（ N-末端）和 羧基
末端（ C-末端）；
肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向
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
(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