第一篇 2 生命的化学基础

第二章生命的化学基础第一篇细胞一．原子和分子二．组成细胞的生物大分子三．糖类四．脂质五．蛋白质六．核酸一、原子和分子•细胞的化学组成是怎样的？•组成细胞及生物体的主要元素包括：C、H、O、N、P、S、Ca这7种元素约占生物体的99%其中C、H、O、N4种元素约占96%以人体为例：•C、H、O、N、P、S、Ca7种元素的主要作用？C：生物大分子的基本骨架H：几乎所有有机化合物、水、电子传递O：几乎所有有机化合物、水、细胞呼吸N：蛋白质、核酸、叶绿素等P：核酸、生物膜脂、骨骼、细胞能量转移S：蛋白质Ca：骨骼、牙齿、细胞壁、血液凝聚、肌肉收缩、细胞信号转导•将相邻原子结合在一起形成分子的作用力是什么？化学键•细胞内分子化学键的主要类型：①原子间通过共用电子对而形成稳定的分子结构，这种原子间的作用力——②原子间由于正负电荷强烈的静电作用而形成的结构，这种原子间的作用力——•化学反应通过破坏已有的化学键，形成新的化学键达到重组原子的目的共价键离子键•水是细胞内比例最大的成分，一般占细胞质量的70%，人体体重的60%-90%•水的特性①极性②略带负电荷的一端O与略带正电荷的一端H相互吸引，形成一个较弱的键——③液态水中的水分子具有彼此“黏合”的能力——④水分子间的氢键使水能缓和温度的变化⑤冰比水重or轻⑥水是极好的溶剂⑦水可以电离氢键内聚力√二、组成细胞的生物大分子除了水以外，含碳化合物是生物体中最普遍的物质•碳是组成细胞各种大分子的基础•碳原子最外层有4个电子空位，极易形成4个共价键除一氧化碳、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——像甲烷这样，仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为——而由于碳碳之间单键、双键或三键结合，形成不同长度的链状、分子链状或环状结构，这些结构称为有机化合物的——有机化合物烃或碳氢化合物碳骨架•碳骨架结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质•此外，有机化合物的性质还取决于与碳骨架相连接的某些含氧、氮、硫、磷的原子团这些功能基团几乎都是极性基团。功能基团的极性使得生物分子具有亲水性，有利于这些化合物稳定于有大量水分子存在的细胞中。•细胞利用少数种类小分子合成多种大分子大分子小分子单糖氨基酸核苷酸脂类复合大分子多糖蛋白质核酸糖蛋白糖脂脂蛋白•水解反应是脱水聚合反应的逆反应合成大分子（脱水聚合）大分子分解（水解反应）三、糖类•糖类是多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍生物的总称•分布广泛Eg：下列结构都含糖类吗？血液细胞壁棉花大米大麦芽√√√√√葡萄糖纤维素纤维素淀粉麦芽糖•糖类:单糖、双糖和多糖•糖的功能：糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主要能源1.单糖•单糖分子含C、H、O3种元素，通常3者的比例为1:2:1，一般化学通式为(CH2O)n•重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等，如蜂蜜2.二糖•最简单的寡糖•重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等•蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成•麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成•乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成脱水聚合水解反应3.多糖•一般由几百个或几千个单糖脱水缩合形成的多聚体•重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等•琼脂：一种来源于海藻的多糖，主要是半乳糖的多聚体四、脂质•脂类是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物•不同的脂类化合物在生物结构和细胞代谢中功能不同•Eg：动物脂肪植物油磷脂皮肤、羽毛和果实外表的蜡质维生素A、维生素D和β-胡萝卜素类固醇如胆固醇五、蛋白质•蛋白质为生命活动所必需根据功能可分为7大类：结构蛋白：毛发、肌腱、韧带、蝅和蜘蛛的丝收缩蛋白：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共同作用储藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白防御蛋白：抗体转运蛋白：血红蛋白信号蛋白：激素等负责细胞之间的信号传导酶：生物体内最重要的蛋白质•蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子氨基酸分子的基本结构：•细胞内氨基酸单体形成多聚体也是通过脱水缩合实现•蛋白质的结构与功能的关系蛋白质的三维空间结构和形态决定其功能Eg：存在于人眼泪和白细胞中的溶菌酶，略呈球状(a)带状模型，(b)堆球模型，(c)线状模型。•一级结构：氨基酸序列Eg热激转录因子基因GmHsfA1来源：大豆作用：调节植物对逆境胁迫应答和热激蛋白基因表达人与黑猩猩的细胞色素C的氨基酸序列相同。其他生物与之相比，在1,10,21和44位氨基酸残基可能出现变化。•一级结构：氨基酸序列•二级结构：主链的卷曲构象镰形细胞贫血病因：血红蛋白中一个特定氨基酸的改变•一级结构：氨基酸序列•二级结构：主链的卷曲构象•三级结构：多肽链进一步折叠•四级结构：二条或两条以上肽链通过次级键结合氢键、疏水效应、离子作用力和“范德华力”等非共价键因素和二硫键决定了蛋白质四级结构的稳定性•蛋白质结构的研究方法粗分离→进一步分离纯化①离心②柱层析或柱色谱技术③电泳（利用电场来分离可溶性带电分子的实验技术）④X射线衍射技术六、核酸•存储遗传信息，控制蛋白质的合成•两大类型：•DNA和RNA都是多聚体•组成单体为：•核苷酸单体的3个组成部分：一分子戊糖、一个磷酸、一个含氮碱基•碱基分为两类：脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA核苷酸嘌呤和嘧啶•核酸是由多个核苷酸单体经过脱水缩合形成的多聚体A与T，G与C之间形成氢键磷酸二酯键•DNA双螺旋•DNA双螺旋的发现者？Watson和Crick•RNA分子结构单链mRNA或rRNAtRNA的二级空间结构•细胞内总DNA的浓度测定DNA对260nm紫外光具有特定吸收峰，而蛋白质对280nm紫外光具有特定吸收峰本章小结•组成细胞及生物体的7种主要元素及其作用•细胞内比例最大的成分水的特性•除了水以外生物体中最普遍的物质含碳化合物•化学键、共价键、离子键、氢键、水解反应和脱水缩合反应•有机化合物的定义及其性质的决定因素•常见的糖类、脂类、蛋白质•核酸的种类、单体组成、结构基本特点课堂练习1.（）、（）、（）和（）4种原子是组成细胞及生物体最主要的原子，其中（）原子相互连接成（）或环，形成各种生物大分子的基本骨架。2.化学键是将相邻原子结合在一起形成分子的相互（）。共价键是原子间通过（）而形成稳定的分子结构。分子之间（）叫氢键。3.细胞及生物体通常由（）、（）、（）、（）、（）和（）6类化合物所组成。4.核苷酸单体的组成包括（）、（）和（）基团。5.下列化合物中，哪些不是多糖？A.纤维素B.琼脂C.麦芽糖D.糖原E.韧带纤维6.指出下列反应中的水解反应（）A.氨基酸+氨基酸二肽+H2OB.二肽+H2O氨基酸+氨基酸C.多肽变性反应D.A和B都是E.B和C都是7.将下列4类基本的生化大分子与有直接关联的名词或概念连线：糖类脂类蛋白质核酸DNA双螺旋细胞壁氨基酸基因细胞膜甘油磷酸酶激素葡萄糖相对高储能营养物质嘌呤或嘧啶活性位点磷酸二酯键二硫键电泳260nm紫外吸收峰280nm紫外吸收峰