《生命的化学》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 生命的化学生命的化学2.1 生命的元素构成生命的元素构成其它的还有：其它的还有：P S Ca K Na Cl Mg FeP S Ca K Na Cl Mg FeI Mn Co Cu Zn Se Ni B SiI Mn Co Cu Zn Se Ni B Si等元素等元素99%99%以上以上C(18%)H(10%)O(65%)N(3%)C(18%)H(10%)O(65%)N(3%)2.2 细胞的分子组成细胞的分子组成物质物质含量含量(%)物质物质含量含量(%)水水85脂类脂类2无机盐无机盐1.5蛋白质蛋白质10糖类及其糖类及其它有机物它有机物0.4核酸核酸1.1 地球上之所以有生命是

2、由于水的广泛分地球上之所以有生命是由于水的广泛分布，其它的星球也可能存在水布，其它的星球也可能存在水:气态气态(金星金星，Venus)冰雪冰雪(火星火星，Mars)游离水：游离水：广谱的溶剂广谱的溶剂；物质运输的载体；物质运输的载体；结合水：结合水：结构物质结构物质维持温度稳定；维持温度稳定；2.2.1 水和水和无机盐无机盐水水参与反应参与反应水分子是极性分子，具有非均等共享的水分子是极性分子，具有非均等共享的共价键，与非极性分子的平等共享不同共价键，与非极性分子的平等共享不同水分子间存在氢键，单个较弱的氢键成水分子间存在氢键，单个较弱的氢键成千上万在一起变得相当强，水分子间因千上万在一起变得

3、相当强，水分子间因而具有很强的相互连接特性而具有很强的相互连接特性维持细胞的渗透压和维持细胞的渗透压和pHpH值、酶活值、酶活化和调节、结构成分化和调节、结构成分通常以离子状态存在通常以离子状态存在无机盐无机盐pH of some common items柠檬柠檬唾液唾液镁镁氨水氨水2.2.2 生物分子简介生物分子简介1)通过生命活动形成通过生命活动形成 特征特征2)具有炭架具有炭架糖类、脂类、蛋白质、核酸糖类、脂类、蛋白质、核酸糖蛋白、糖脂、核蛋白、脂蛋白糖蛋白、糖脂、核蛋白、脂蛋白生物分子生物分子生物大分子结合物生物大分子结合物生物分子结构中常见的原子生物分子结构中常见的原子Hydroge

4、n(H)Oxygen(O)共有的共有的 特定生物分子中所有的特定生物分子中所有的Nitrogen(N)Sulfur(S)Phosphorus(P)Carbon(C)碳有碳有4个外层电子，最多可以连接个外层电子，最多可以连接4个其个其它原子它原子(通常是通常是 H,O,N,或者另一个或者另一个 C).由于碳可以和另外的碳原子形成共价键，由于碳可以和另外的碳原子形成共价键，这就使得作为生物分子骨架的碳链或者碳这就使得作为生物分子骨架的碳链或者碳环得以可能形成环得以可能形成碳原子的四个结碳原子的四个结合位合位C=C双键双键甲烷甲烷单体单体(Monomer)可以结合形成可以结合形成 聚合体聚合体(po

5、lymers)(3个以上单体组成个以上单体组成)C-C Kcal/moleC=C 147 Kcal/mole.实验式实验式(Empirical formula)表明了构成分子的原子种类表明了构成分子的原子种类表明了原子的排列和在分子内的连接表明了原子的排列和在分子内的连接结构式结构式(Structural formula)实验式相同结构式不同的分子实验式相同结构式不同的分子异构体异构体(Isomers)Structural formula?甘露糖山梨糖功能团功能团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具有特定结构和功能的原子簇具有特定结构和功能的原子簇生物分子生物分子中

6、的部分中的部分功能团功能团一般是脱水合成，常常会脱掉一分子水一般是脱水合成，常常会脱掉一分子水(dehydration)并形成一个新的化学键并形成一个新的化学键(synthesis)与缩合反应相反，它是多聚物的断裂过与缩合反应相反，它是多聚物的断裂过程：水分子的程：水分子的-OH和和-H分别连接到水解分别连接到水解产物上产物上缩合反应缩合反应(Condensation)水解水解(Hydrolysis,Hydration)生物小分子和生物大分子的关系生物小分子和生物大分子的关系 小分子小分子 大分子大分子 复合大分子复合大分子 单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂类

7、 （由小分子到大分子）2.2.2.1 碳水化合物碳水化合物 一般表示式一般表示式CH2On功能功能短时间的能量储存短时间的能量储存(单单糖糖)较长时间的能量储存较长时间的能量储存(淀粉，淀粉，starch 和糖和糖元元 glycogen)细胞的结构组成细胞的结构组成【植物和许多原生生物【植物和许多原生生物(protist)细胞壁的纤维素细胞壁的纤维素(cellulose)】单糖单糖(Monosaccharides)核糖核糖(C5H10O5),葡萄糖葡萄糖(C6H12O6),果糖果糖(fructose)根据碳原子数分根据碳原子数分昆虫和其它节肢动物昆虫和其它节肢动物(arthropod)外骨骼外

8、骨骼(exoskeleton)的甲壳素的甲壳素(chitin)分类分类根据功能团分根据功能团分重要单糖重要单糖:醛基醛基(-OH)Glucose酮基酮基(=O)代表性糖类的链式代表性糖类的链式(left)和环状和环状(center and right)结构式结构式甘油醛甘油醛D-Glucose 的模式图的模式图和链式结和链式结构式构式二糖二糖(Disaccharide)2个单糖分子通过脱水缩合将化学键联合个单糖分子通过脱水缩合将化学键联合在一起形成二糖在一起形成二糖蔗糖蔗糖乳糖乳糖半乳糖半乳糖麦芽糖麦芽糖多糖多糖(Polysaccharide)由许许多多的单糖组成由许许多多的单糖组成(a a

9、和和 b b glucoses等等)直链淀粉直链淀粉(Amylose)和支链和支链淀粉淀粉(amylopectin)脊椎动物肝脏中的糖元脊椎动物肝脏中的糖元纤维素和角质素仅仅由纤维素和角质素仅仅由 b b 葡萄糖葡萄糖构成【人类构成【人类不能够消化，但是反刍动物不能够消化，但是反刍动物(ruminant)和白和白蚁蚁(termite)能够消化，因为这些生物的消化能够消化，因为这些生物的消化道中有特别的微生物】道中有特别的微生物】能够抵抗淀粉酶能够抵抗淀粉酶(amylase)的作用的作用植物细胞壁的纤植物细胞壁的纤维素的结构维素的结构打印纸的扫描电打印纸的扫描电镜图镜图(x1,080)多糖模式图

10、多糖模式图一条多糖链的两端有不同结构和性质：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一端的糖基有游离的半缩醛羟基半缩醛羟基，称，称还原还原端端；另一端的糖基没有游离的；另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基半缩醛羟基，称称非还原端非还原端。主要参与能量的长期储存主要参与能量的长期储存2.2.2 脂类脂类(Lipids)功能功能 细胞结构组分细胞结构组分(磷脂，磷脂，phospholipids)常常是常常是3个脂肪酸分子与个脂肪酸分子与1个三碳个三碳的丙三醇共价连接的丙三醇共价连接充当信使物充当信使物(细胞内和细胞间通信的激素细胞内和细胞间通信的激素)组成组成(Composed)部分植物将

11、过剩的能量在种子和果实中部分植物将过剩的能量在种子和果实中以油的形式储存以油的形式储存【(玉米油玉米油,花生油花生油,棕榈棕榈油油,向日葵油向日葵油(sunflower oil)】脂肪脂肪(fat)固体固体油（油（oil）液体液体大多不饱和大多不饱和多数是饱和的多数是饱和的.动物将多余的糖转化为脂肪动物将多余的糖转化为脂肪起绝缘起绝缘(insulator)和衬垫和衬垫(cushions)作用作用 皮下组织皮下组织中性脂肪中性脂肪饱和脂饱和脂肪酸肪酸不饱和不饱和脂肪酸脂肪酸C18:1 9棕榈酸棕榈酸硬脂酸硬脂酸油酸油酸C18:2 9，12人体不能够制造，必需从食物中摄取人体不能够制造，必需从食物

12、中摄取的脂肪酸的脂肪酸 亚亚油酸和油酸和亚亚麻酸麻酸必需脂肪酸必需脂肪酸(Essential fatty acid)参与前列腺素参与前列腺素(prostaglandin)的合成，的合成，是细胞生长和特化必需的是细胞生长和特化必需的关键作用关键作用:亚油酸亚油酸动物组织中储存的脂肪动物组织中储存的脂肪95以甘油三酸脂以甘油三酸脂(Triglycerides)的形式存在【的形式存在【2个不饱和脂个不饱和脂肪酸肪酸(亚油酸，亚油酸，linoleic acid)和和1个饱和脂肪个饱和脂肪酸酸(硬脂酸，硬脂酸，stearic acid)】甘甘油油三三酯酯分分子子结结构构1个磷酸基团与脂个磷酸基团与脂肪酸

13、相联肪酸相联磷脂磷脂极性的头部极性的头部非极性的尾部非极性的尾部 亲水的(Hydrophobic)疏水的(Hydrophobia)类脂类脂蜡蜡在血液中，与动脉硬化在血液中，与动脉硬化(atherosclerosis)和心脏病有关和心脏病有关胆固醇胆固醇(Cholesterol)和类固醇和类固醇(steroids)存在于细胞膜存在于细胞膜 构成某些神经细胞的鞘构成某些神经细胞的鞘皮肤中的胆固醇在紫外线的作用下形成维皮肤中的胆固醇在紫外线的作用下形成维生素生素(Vitamin D),参与骨和牙齿的发育参与骨和牙齿的发育4种固醇类种固醇类物质的结构物质的结构睾丸激素睾丸激素可的松可的松固醇类的内核由

14、 4 个环组成可的松(一种激素,提取自肾上腺或若干种热带植物中，用于关节病)催化作用(Catalysts),酶(enzymes)2.2.3 蛋白质蛋白质功能功能细胞膜等的结构组分其它分子(比如氧)的转运载体引发运动化学信使,例如蛋白激素(proteinaceous hormone)结构蛋白结构蛋白调控蛋白调控蛋白 运输蛋白运输蛋白分类分类 寡肽：含有 10 左右氨基酸残基 (如二肽、五肽、八肽)多肽：含 1020 个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基微管微管(Microtubules),球状结构蛋白组成，球状结构蛋白组成，在细胞分裂以及鞭毛在细胞分裂以及鞭毛(flagella)和纤毛和纤毛(

15、cilia)构成中起重要作用构成中起重要作用胶原质胶原质(Collagen),在生物体的腱在生物体的腱(tendons)、皮革、皮革(hide)、奶牛的角膜、奶牛的角膜(corneas)等大量存在等大量存在角蛋白角蛋白(Keratin),在指甲在指甲(fingernails)、羽毛、头发和犀牛角、羽毛、头发和犀牛角(rhinoceros horns)等存在等存在氨基酸氨基酸 结构结构1个氨基个氨基(-NH2)和和1个羧基个羧基(-COOH)变化的变化的R基基(R-group)一条肽链的两端有不同结构和性质：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，称一端的氨基酸残基带有游离

16、氨基，称氨基氨基端端 另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧羧基端基端精氨酸精氨酸天天(门门)冬氨酸冬氨酸谷氨酸谷氨酸天冬酰胺天冬酰胺半胱氨酸半胱氨酸丙氨酸丙氨酸异亮异亮氨酸氨酸苯丙氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸缬氨酸缬氨酸肽键的形成肽键的形成 折叠折叠The primary structureCoil or pleat due to H-bonding between R-groups within the same molecules.蛋白质的功能与其立体结构密切相关蛋白质的功能与其立体结构密切相关肌球蛋白肌球蛋白(Myoglobin)Formed from one

17、 or more polypeptides一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构螺旋螺旋折叠折叠胰岛素胰岛素(insulin)结构结构蛋白质结构与功能密切相关蛋白质结构与功能密切相关 镰刀性白血病镰刀性白血病(sickle anemia)HIV p17 蛋白的蛋白的结构，与伽马干结构，与伽马干扰素扰素(gamma interferon)相似相似蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用高温、高温、X射线、紫外线、强酸、射线、紫外线、强酸、强碱、重金属盐强碱、重金属盐蛋白质变性因子蛋白质变性因子二级以上结构破坏，空间排列发生变二级以上结构破坏，空间排列发生变化，原有性质部分或者全

18、部丧失。最化，原有性质部分或者全部丧失。最显著的表现是溶解度降低显著的表现是溶解度降低2.2.3 核酸核酸(Nucleic acids)功能功能核苷酸核苷酸(Nucleotides)组成组成信息储藏信息储藏(DNA)蛋白质合成蛋白质合成(RNA)能量转换能量转换(ATP，GTP，NADP，FADP)核糖核糖(ribose)或者脱氧核糖或者脱氧核糖(deoxyribose)磷酸基团磷酸基团嘧啶嘧啶(Pyrimidines)嘌呤嘌呤(Purines)含氮碱基含氮碱基(Nitrogenous base)5 碳糖碳糖Double-ring structures(A,G)Single-ring stru

19、ctures(C,T,U)2大类核苷酸的结构大类核苷酸的结构Ribose Deoxyribose Phosphate group A G C U T 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid)Information storageFunctions99%DNA的编码链和的编码链和非编码链非编码链核糖核酸核糖核酸(Ribonucleic acid)nucleus,cytoplasm,also the ribosomes on the rERmRNArRNA tRNA 思思 考考 题题2.细胞中有数千种蛋白质，这些蛋白质在细胞中有数千种蛋白质，这些蛋白质在结构上最根本的

20、区别是什么？结构上最根本的区别是什么？3.3.说明说明DNA的化学组成与结构。的化学组成与结构。4.简述蛋白质在生命存在和延续中的主要简述蛋白质在生命存在和延续中的主要作用？作用？1.单糖、双糖及多糖有什么不同？单糖、双糖及多糖有什么不同？并举例说明。并举例说明。1.The chemical reaction where water is removed during the formation of a covalent bond linking two monomers is known as _.a)dehydration;b)hydrolysis;c)photosynthesis;d)

21、protein synthesis 2.The monomer that makes up polysaccharides is _.a)amino acids;b)glucose;c)fatty acids;d)nucleotides;e)glycerol 3.Proteins are composed of which of these monomers?a)amino acids;b)glucose;c)fatty acids;d)nucleotides;e)glycerolReview questions 4.Which of these is not a function of li

22、pids?a)long term energy storage;b)structures in cells;c)hormones;d)enzymes;e)sex hormones5.All living things use the same _ amino acids.a)4;b)20;c)100;d)64 6.Which of these is not a nucleotide base found in DNA?a)uracil;b)adenine;c)guanine;d)thymine;e)cytosine 7.A diet high in _ is considered unheal

23、thy,since this type of material is largely found in animal tissues.a)saturated fats;b)testosterone;c)unsaturated fats;d)plant oils8.The form of RNA that delivers information from DNA to be used in making a protein is _.a)messenger RNA;b)ribosomal RNA;c)transfer RNA;d)heterogeneous nuclear RNA 9.The energy locked inside an organic molecule is most readily accessible in a _ molecule.a)fat;b)DNA;c)glucose;d)chitin;e)enzyme 10.Phospholipids are important components in _.a)cell walls;b)cytoplasm;c)DNA;d)cell membranes;e)cholesterol