生物 第一册 第2章 生命的物质基础 沪科版.ppt

生命的基础生命的基础生命的物质基础生命的物质基础生物体生命活动的生物体生命活动的物质基础物质基础是指组成生物体的是指组成生物体的化学元素化学元素和由化和由化学元素构成的学元素构成的化合物化合物，其中最主要的是蛋白质和核酸等大分子物质。其中最主要的是蛋白质和核酸等大分子物质。化合物又形成了独特的结构，这就是各种生物体化合物又形成了独特的结构，这就是各种生物体（除病毒外）（除病毒外）的活动的的活动的结构基础结构基础细胞细胞。一、构成生物体的化学元素一、构成生物体的化学元素1、生物体由化学元素构成、生物体由化学元素构成2、生物体的必需化学元素有、生物体的必需化学元素有20多种。多种。其中：其中：C、H、O、N占占73%碳元素是核心元素碳元素是核心元素/生命元素生命元素原因：原因：1）原子小，）原子小，4个外层电子能形成个外层电子能形成4个共价键，个共价键，可与可与C、H、O、N、P和和S结合形成许多的有机化合物。结合形成许多的有机化合物。2）碳原子彼此连接形成链或环，构成生物大）碳原子彼此连接形成链或环，构成生物大分子的碳链骨架。分子的碳链骨架。3）生物氧化过程中碳化合物的共价键段裂释）生物氧化过程中碳化合物的共价键段裂释放大量的能量。（生成放大量的能量。（生成CO2）4）通过测定）通过测定14C/12C比率可以确认生物死亡比率可以确认生物死亡的年代。的年代。3、生物体中的重要有机化合物的主要元素组成分别为：、生物体中的重要有机化合物的主要元素组成分别为：糖类、脂肪：糖类、脂肪：C、H、O；蛋白质蛋白质：C、H、O、N、S核酸、类脂（固醇、磷脂等）：核酸、类脂（固醇、磷脂等）：C、H、O、N、P综上：综上：C、H、O、N、P、S为为组成生物体的主要元素，约占组成生物体的主要元素，约占生物体元素组成的生物体元素组成的97%4、生物界与非生物界在化学元素上的统一和差异性、生物界与非生物界在化学元素上的统一和差异性统一性统一性组成生物体的二十多种化学元素在无机自然界都能组成生物体的二十多种化学元素在无机自然界都能找到，无一特殊，这反映了生命起源于非生命物质找到，无一特殊，这反映了生命起源于非生命物质差异性差异性生物体中生命元素的含量和非生物界有很大的差异，生物体中生命元素的含量和非生物界有很大的差异，这决定了生物界与非生物界的差异性。这决定了生物界与非生物界的差异性。二、构成生物体的化合物二、构成生物体的化合物（一）无机物（一）无机物H2O1、组成元素：组成元素：H、O2、含量：约占生物体内鲜重含量的含量：约占生物体内鲜重含量的65%90%，含量最多。，含量最多。3、存在形式：结合水和自由水、存在形式：结合水和自由水 结合水：在细胞中与其他物质结合在一起，不能流动，只能组成细胞结构，而不结合水：在细胞中与其他物质结合在一起，不能流动，只能组成细胞结构，而不 能作为溶剂，也不能直接参与反应。能作为溶剂，也不能直接参与反应。自由水：在细胞中以游离形式存在，可以流动，是良好的溶剂，可以参与反应。自由水：在细胞中以游离形式存在，可以流动，是良好的溶剂，可以参与反应。4、功能、功能结合水结合水细胞结构的组成成分。它不参与代谢，但却是正常代谢的前提。细胞结构的组成成分。它不参与代谢，但却是正常代谢的前提。自由水自由水1）良好的溶剂）良好的溶剂 2）一切化学反应都是在水溶液中进行的）一切化学反应都是在水溶液中进行的 3）运输营养物质和代谢废物）运输营养物质和代谢废物 4）参与许多化学反应（光合作用，呼吸作用，水解反应等）参与许多化学反应（光合作用，呼吸作用，水解反应等）注：自由水和结合水的含量是相对的，能够随着生物体进行新陈代谢活动的进行而相注：自由水和结合水的含量是相对的，能够随着生物体进行新陈代谢活动的进行而相互转化。互转化。代谢旺盛时：结合水代谢旺盛时：结合水自由水；反之：自由水自由水；反之：自由水结合水结合水（一）无机物无机盐1、含量：占生物体干重、含量：占生物体干重2%5%（鲜重（鲜重1%1.5%）2、存在形式：通常以、存在形式：通常以“离子离子”状态存在。（如：状态存在。（如：等）等）3、生理功能、生理功能 1）细胞的重要组成成分（生物体的结构成分）细胞的重要组成成分（生物体的结构成分）如：如：PO43-是是磷脂（膜）和核酸（遗传物质）的主要成分磷脂（膜）和核酸（遗传物质）的主要成分 Fe2+是是血红蛋白的成分；血红蛋白的成分；Mg2+是是叶绿素的主要成分；叶绿素的主要成分；Ca2+是是牙齿和骨骼的主牙齿和骨骼的主要成分等。要成分等。2）参与调节生物体内渗透压和酸碱度）参与调节生物体内渗透压和酸碱度 渗透压可分为：晶体渗透压（渗透压可分为：晶体渗透压（90%）和胶体渗透压（）和胶体渗透压（10%）人体内人体内 酸碱度：与缓冲物质有关酸碱度：与缓冲物质有关人体内人体内 3）维持生物体的生命活动）维持生物体的生命活动构成酶、激素等不可缺少的构成酶、激素等不可缺少的如：如：Mg2+是是ATP酶的激活剂；酶的激活剂；I 是构成甲状腺激素的元素是构成甲状腺激素的元素 Zn 2+是是许多酶的激活剂；许多酶的激活剂；HCl可以激活胃蛋白酶可以激活胃蛋白酶4、无机盐进出细胞的方式：主要是、无机盐进出细胞的方式：主要是“主动转运主动转运”（二）有机物二）有机物构成生物体的有机物构成生物体的有机物主要包括：糖类、脂类、蛋白质和核酸。其中最主要的是蛋白主要包括：糖类、脂类、蛋白质和核酸。其中最主要的是蛋白 质和核酸。质和核酸。糖类：单糖、双糖和多糖糖类：单糖、双糖和多糖1、组成元素：、组成元素：C、H、O2、种类、分布及生理功能种类、分布及生理功能单糖单糖种类种类分子式分子式 分布分布生理功能生理功能单单 糖糖五五碳碳糖糖核糖核糖C5H10O5动、动、植物植物细胞细胞RNA的组成成分的组成成分脱氧核糖脱氧核糖C5H10O4DNA的组成成分的组成成分六六碳碳糖糖 葡萄糖葡萄糖C6H12O6细胞的主要能源物质细胞的主要能源物质果糖果糖植物细胞内植物细胞内半半乳糖乳糖动物细胞动物细胞种类种类分子式分子式分布分布生理功能生理功能二二糖糖蔗糖蔗糖C12H22O11植物植物细胞细胞1果果 糖糖+1葡萄糖葡萄糖麦芽糖麦芽糖1葡萄糖葡萄糖+1葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖动物动物细胞细胞1葡萄糖葡萄糖+1半乳糖半乳糖多多糖糖淀粉淀粉（C6H10O5）n植物植物细胞细胞植物细胞中贮存能量的物质植物细胞中贮存能量的物质纤维素纤维素高等植物细胞壁的主要成分高等植物细胞壁的主要成分糖原糖原动物动物细胞细胞贮存能量的物质贮存能量的物质主要功能主要功能生物体进行生命活动的主要能源物质生物体进行生命活动的主要能源物质双糖和多糖双糖和多糖还原性糖：葡萄糖、果糖、麦芽糖淀粉遇I2变蓝：（1）鉴定是否有淀粉生成；（2）淀粉是否消失麦芽糖麦芽糖分子结构图分子结构图多多糖糖分分子子结结构构图图葡萄糖分子结构图葡萄糖分子结构图单糖单糖双糖双糖多糖多糖合成合成合成合成水解水解水解水解脂类脂类1、含、含 量：量：122、组、组 成成 元元 素：主要是素：主要是C、H、O，还有还有N、P3、种类与功能：种类与功能：1）脂肪也叫中性脂，一个脂肪）脂肪也叫中性脂，一个脂肪 分子由分子由一个甘油分子一个甘油分子三个羟基三个羟基分别与分别与三个脂肪酸三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的，脂肪是动的末端羟基脱水连成酯键形成的，脂肪是动植物体内的贮能物质，当动物体内主要能源物质过剩时：植物体内的贮能物质，当动物体内主要能源物质过剩时：葡萄糖葡萄糖糖原糖原脂肪（脂肪（肝脏）肝脏）植物体内也可转变为脂肪，但主要转变为淀粉。植物体内也可转变为脂肪，但主要转变为淀粉。2）类脂类脂除包括醇和脂肪酸外，还包括磷酸、糖类等非脂性成分。除包括醇和脂肪酸外，还包括磷酸、糖类等非脂性成分。3）固醇固醇时含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，有的固醇类时含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，有的固醇类化合物在紫外线作用下会转变为维生素化合物在紫外线作用下会转变为维生素D种类种类生理功能生理功能脂肪脂肪类脂类脂固固醇醇类类1）储存能量、氧化分解释放能量。是主要的储）储存能量、氧化分解释放能量。是主要的储能物质。能物质。2）减少热量散失，维持体温恒定。）减少热量散失，维持体温恒定。3）减少摩擦，缓冲压力等。）减少摩擦，缓冲压力等。是构成细胞膜、细胞器（线粒体、叶绿体、内质网、是构成细胞膜、细胞器（线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等）、核膜等膜结构的重要成分高尔基体等）、核膜等膜结构的重要成分动物的重要成分，代谢失调会引起心血动物的重要成分，代谢失调会引起心血管方面疾病。管方面疾病。促进性器官的发育和两性生殖细胞的促进性器官的发育和两性生殖细胞的形成，激发并维持雌雄性动物的第二形成，激发并维持雌雄性动物的第二特征出现特征出现控制糖类和无机盐的代谢，增强机体控制糖类和无机盐的代谢，增强机体防御能力防御能力促进人体对钙、磷的吸收和利用促进人体对钙、磷的吸收和利用磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇性激素性激素肾上腺皮肾上腺皮质激素质激素维生素维生素D对调节对调节人体和人体和动物的动物的生长、生长、发育以发育以及代谢及代谢起着起着 重重要作用要作用有机物有机物蛋白质蛋白质1、蛋白质的基本组成单位是、蛋白质的基本组成单位是氨基酸氨基酸2、构成元素：、构成元素：C、H、O、N、S，微量的微量的P、Fe、Cu、Mn、I、Zn等元素。等元素。氨基酸氨基酸1、构成天然蛋白质的、构成天然蛋白质的氨基酸约有氨基酸约有20种种2、结构通式：、结构通式：氨基酸结构简式氨基酸结构简式不变区：中心碳直接连不变区：中心碳直接连H、NH2、COOH判断是否是氨基酸，至少含有判断是否是氨基酸，至少含有1个氨基和个氨基和1个羧个羧基基可变区：即可变区：即R基团基团决定氨基酸的种类决定氨基酸的种类 结构简式：结构简式：C2H4O2NR（74x）3、化学性质化学性质NH2呈碱性，呈碱性，COOH呈酸性，因而它是一种呈酸性，因而它是一种“两性化合物两性化合物”。当当R基上有基上有NH2，则为则为碱性氨基酸碱性氨基酸，带正电，带正电（精氨酸、赖氨酸）（精氨酸、赖氨酸）当当R基上有基上有COOH，则为则为酸性氨基酸酸性氨基酸，带负电，带负电。（天冬氨酸、谷氨酸）。（天冬氨酸、谷氨酸）蛋白质的分子结构及性质蛋白质的分子结构及性质1、化学结构、化学结构肽键：肽键：CONH或或 CNOH 肽链的首尾端游离的肽链的首尾端游离的NH2，COOH，一条肽链至少各有一条肽链至少各有一个一个NH2、COOH。所以如有所以如有n条肽链，至少含有条肽链，至少含有n 个个NH2、n个个COOH。若多于若多于n个，是因为个，是因为_。一条肽链上一条肽链上,N的含量至少含的含量至少含(nx)，而，而O的含量至少（的含量至少（n+1）+2x。与中心碳直接相连的与中心碳直接相连的NH2 和和COOH之间脱水。之间脱水。形成形成氨基酸脱水缩合形成多肽链氨基酸脱水缩合形成多肽链n个氨基酸形成一条肽链，其肽键数目肽键数目=脱去水分子数脱去水分子数n-1n个氨基酸形成m条肽链的情况，其肽键数目脱去水分子数目肽键数目脱去水分子数目 n m如果20种氨基酸的平均相对分子量为a，某个蛋白质分子是由N个氨基酸组成的，共有x条肽链，则这个蛋白质分子的相对分子量为：析：N个氨基酸的相对分子量之和减去失去水分子的相对分子量之和。蛋白质相对分子量蛋白质相对分子量aN（Nx）181）空间结构：指肽链经过螺旋、折叠、缠绕形成具有一定空间构）空间结构：指肽链经过螺旋、折叠、缠绕形成具有一定空间构造的造的pr分子。分子。而空间构造而空间构造取决于取决于“一级结构一级结构”即肽链本身的氨基酸排列顺序。即肽链本身的氨基酸排列顺序。2)Pr分子的多样性分子的多样性:4个方面个方面一级结构：氨基酸的种类、数目和排列顺序。一级结构：氨基酸的种类、数目和排列顺序。二级结构二级结构三级结构：肽链内部以三级结构：肽链内部以“氢键氢键”或或“二硫键二硫键”进一进一 步步 弯曲、螺旋。弯曲、螺旋。四级结构：多条肽链之间聚合成更复杂的构象四级结构：多条肽链之间聚合成更复杂的构象 。如血红蛋白有四条肽链。如血红蛋白有四条肽链空间结构空间结构决定决定 蛋白质蛋白质肽链肽链2、蛋白状的空间结构、蛋白状的空间结构（原料（原料半成品半成品成品）成品）3）蛋白质分子的性质）蛋白质分子的性质也是两性化合物，一端也是两性化合物，一端NH3、一端一端COO空间结构很不稳定（相对于一级结构而言），易受环境影响如：空间结构很不稳定（相对于一级结构而言），易受环境影响如：尿素、鞣酸重金属尿素、鞣酸重金属(汞盐、银盐、铜盐等）中毒；酸碱、乙醇、汞盐、银盐、铜盐等）中毒；酸碱、乙醇、等有机物；加热（等有机物；加热（60）；射线、紫外线等，）；射线、紫外线等，其空间结构发生其空间结构发生改变或破坏，导致蛋白质变性，使蛋白质生物活性丧失。改变或破坏，导致蛋白质变性，使蛋白质生物活性丧失。变性：蛋白质空间结构破坏，从而其溶解度降低，形成沉淀。变性：蛋白质空间结构破坏，从而其溶解度降低，形成沉淀。其其 一级结构不破坏，即肽链不断开，二硫键也不破坏。一级结构不破坏，即肽链不断开，二硫键也不破坏。凝固：是一种深度变性。如鸡蛋煮熟后。凝固：是一种深度变性。如鸡蛋煮熟后。凝集：指血细胞由于某原因相互集合，最终溶血。凝集：指血细胞由于某原因相互集合，最终溶血。4、蛋白质分子的功能、蛋白质分子的功能性状的体现者性状的体现者1）是构成细胞和生物体的主要物质）是构成细胞和生物体的主要物质2）运输功能）运输功能3）催化功能）催化功能4）调节功能）调节功能5）免疫功能）免疫功能6）能源功能）能源功能结构多样性结构多样性功能多样性功能多样性基因多样性基因多样性核酸核酸基本组成单位基本组成单位核苷酸核苷酸化学组成：化学组成：C、H、O、N、P分子组成：分子组成：1磷酸磷酸1五碳糖五碳糖1含氮碱基含氮碱基（1：1：1：1）类型：根据类型：根据五碳糖五碳糖的不同的不同核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖核糖核核糖核苷酸苷酸脱氧核脱氧核糖核苷糖核苷酸酸碱基碱基碱基碱基AGCUAGCT腺嘌呤核苷酸核苷核苷核苷酸DNADNA的化学结构（的化学结构（2 2）AGCT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类DNADNA的化学结构（的化学结构（1 1）脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A G C T基本单位脱氧核苷酸基本单位脱氧核苷酸核酸核酸核苷酸通过核苷酸通过脱水缩合反应脱水缩合反应形成的不分支的链状大分子形成的不分支的链状大分子 化合物。化合物。DNA 与 RNA种类 简称 存在形式组成单位分布功能脱氧核糖核酸核糖核酸DNARNA脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸dAMP、dTMP dGMP、dCMP 核糖核苷酸核糖核苷酸AMP、UMP GMP、CMP主要存在于细胞主要存在于细胞核中，线粒体和核中，线粒体和叶绿体中有少量叶绿体中有少量主要存在于主要存在于细胞质中细胞质中主要的遗传物质主要的遗传物质控制蛋白质控制蛋白质的合成的合成tRNA:转运工具转运工具mRNA:传递遗传传递遗传信息信息rRNA：核糖体的：核糖体的构成成分构成成分通常通常是是“双链双链”单链单链UCAUG A UUAUAADNADNA的化学结构（的化学结构（3 3）连连 接接 ATGCATGCCH2OHCH2OHCH2OHR（疏水）R（疏水）磷酸含氮碱基碱基的结构式碱基的结构式苏氨酸（苏氨酸（-氨基氨基-羟基丁酸）羟基丁酸）6.18 半胱氨酸（半胱氨酸（-氨氨基基-巯基丙酸）巯基丙酸）5.07 酪氨酸酪氨酸-氨氨基基-（对羟苯对羟苯基）丙酸基）丙酸 5.66 天门冬酰胺（-氨基丁酰胺酸）5.41 谷氨酰胺（谷氨酰胺（-氨基戊酰胺酸）氨基戊酰胺酸）5.65 天门冬氨酸（天门冬氨酸（-氨氨基丁二酸）基丁二酸）2.77 谷氨酸谷氨酸（-氨基戊氨基戊二酸）二酸）3.22赖氨酸（赖氨酸（，-二氨二氨基已酸）基已酸）9.74组氨酸组氨酸（-氨基氨基-（4-噗唑基）丙噗唑基）丙酸酸 7.59甘氨酸甘氨酸(-氨基乙氨基乙酸酸)5.97 丙氨酸丙氨酸（-氨基丙酸）氨基丙酸）6.02 缬氨酸（缬氨酸（-甲甲基基-氨基丁酸）氨基丁酸）5.96 亮氨酸（亮氨酸（-甲基甲基-氨基戊酸）氨基戊酸）5.98异亮氨酸（-甲基-氨基戊酸）6.02 脯氨酸（脯氨酸（-羧基羧基四氢吡咯）四氢吡咯）6.30 苯丙氨酸（苯丙氨酸（-苯基苯基-氨基丙酸）氨基丙酸）5.48 色氨酸色氨酸-氨基氨基-（3-吲哚基）吲哚基）丙酸丙酸 5.89 蛋氨酸（蛋氨酸（-氨氨基基-甲硫基丁甲硫基丁酸）酸）5.74 丝氨酸（丝氨酸（-氨酸氨酸-羟基羟基西丙酸）西丙酸）5.68