化学与生命健康.ppt

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1、第第9 9章章 化学与生命健康化学与生命健康自然界可以分为有机界（生命的）和无机界自然界可以分为有机界（生命的）和无机界（无生命的）。而生命的本质正是生命学科研究（无生命的）。而生命的本质正是生命学科研究的核心。生物体系以生命物质为基础构成，生命的核心。生物体系以生命物质为基础构成，生命过程本身就是无数过程本身就是无数化学变化化学变化的综合表现。一个活的综合表现。一个活的机体必须有储存和传递信息、繁衍后代、对内的机体必须有储存和传递信息、繁衍后代、对内调节和对外适应、合理而有效地利用环境的物质调节和对外适应、合理而有效地利用环境的物质与能量等等功能。与能量等等功能。从分子水平看，这些功能正是许

2、多有生物活性从分子水平看，这些功能正是许多有生物活性分子之间的有组织的分子之间的有组织的化学反应化学反应的表现。在这些反的表现。在这些反应中，一种反应的产物成了另一种反应的起点。应中，一种反应的产物成了另一种反应的起点。生命是以一套在细胞内外发生的为整体生物所调生命是以一套在细胞内外发生的为整体生物所调控的动态控的动态化学过程化学过程为基础，当这些过程停止时，为基础，当这些过程停止时，生命就停止。生命就停止。生命的停止不意味着一切生命的停止不意味着一切化学反应化学反应的终结，而的终结，而是生物体的分解降解全部变成无机物的另一套过是生物体的分解降解全部变成无机物的另一套过程的开始。在研究生物体的

3、物质基础和生命活动程的开始。在研究生物体的物质基础和生命活动基本规律的领域里，化学不仅提供方法和材料，基本规律的领域里，化学不仅提供方法和材料，而且在提供理论、观点、技术等方面发挥着重要而且在提供理论、观点、技术等方面发挥着重要作用。作用。生命科学以生物体的生命过程为研究对象，是生命科学以生物体的生命过程为研究对象，是生物学、化学、物理学、数学、医学、环境科学生物学、化学、物理学、数学、医学、环境科学等学科之间相渗透形成的交叉学科，而生命科学等学科之间相渗透形成的交叉学科，而生命科学的研究在解决粮食、能源、人体健康等人类社会的研究在解决粮食、能源、人体健康等人类社会主要问题中有重要作用。主要问

4、题中有重要作用。21 世纪是生命科学的世世纪是生命科学的世纪。因此对生命科学，特别是对构成生命的糖类、纪。因此对生命科学，特别是对构成生命的糖类、蛋白质、核酸等基本物质以及与生命现象有关的蛋白质、核酸等基本物质以及与生命现象有关的化学有一个粗略的了解化学有一个粗略的了解，是十分必要的。，是十分必要的。9.1 9.1 生命体中的重要有机化合物生命体中的重要有机化合物9.1.1 9.1.1 糖类糖类糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物光合作用形成的。这化合物。它主要是由绿色植物光合作用形成的。这类物质主要由类物质主要由C，H 和

5、和O 所组成，其化学式通常以所组成，其化学式通常以Cn(H2O)n 表示，其中表示，其中C、H、O 的原子比恰好可以的原子比恰好可以看作由碳和水复合而成，所以有碳水化合物之称，看作由碳和水复合而成，所以有碳水化合物之称，其实糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化合物。常其实糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化合物。常见的葡萄糖和果糖是最简单的糖类。此外，植物体见的葡萄糖和果糖是最简单的糖类。此外，植物体内的淀粉、纤维素，动物体内的糖原、甲壳素等也内的淀粉、纤维素，动物体内的糖原、甲壳素等也都属于糖类。都属于糖类。单糖单糖 凡不能被水解的多羟基醛糖或多羟基酮糖，例如凡不能被水解的多羟基醛糖或多羟基酮糖，例

6、如葡萄糖葡萄糖和和果糖果糖称为单糖。单糖不仅有链状结构，还称为单糖。单糖不仅有链状结构，还有环状结构。有环状结构。寡糖寡糖 凡能水解成少数（凡能水解成少数（26 个）单糖分子的称为寡糖个）单糖分子的称为寡糖（又称低聚糖），其中以双糖存在最为广泛，人们（又称低聚糖），其中以双糖存在最为广泛，人们食用的食用的蔗糖蔗糖（来自甘蔗和甜菜）就是由葡萄糖和果（来自甘蔗和甜菜）就是由葡萄糖和果糖形成的双糖，甜度较差的糖形成的双糖，甜度较差的麦芽糖麦芽糖（来自淀粉）可（来自淀粉）可用做营养基和增养基来自乳汁的乳糖甜度适中，用用做营养基和增养基来自乳汁的乳糖甜度适中，用于食品工业和医药工业，它们也都是双糖。于食

7、品工业和医药工业，它们也都是双糖。多糖多糖 凡能水解为很多个单糖分子的糖为多糖。多糖广凡能水解为很多个单糖分子的糖为多糖。多糖广泛存在于自然界，是一类天然的高分子化合物。多泛存在于自然界，是一类天然的高分子化合物。多糖在性质上与单糖、低聚糖有很大的区别，它没糖在性质上与单糖、低聚糖有很大的区别，它没有甜味，一般不溶于水。有甜味，一般不溶于水。淀粉淀粉 是葡萄糖的高聚体，完全水解后得到葡萄糖。淀是葡萄糖的高聚体，完全水解后得到葡萄糖。淀粉有直链淀粉和支链淀粉两类。粉有直链淀粉和支链淀粉两类。糖原糖原 又称动物淀粉，是动物的能量贮存库又称动物淀粉，是动物的能量贮存库。糖在动。糖在动物的肝脏和肌肉中

8、含量最大，当动物血液中葡萄糖物的肝脏和肌肉中含量最大，当动物血液中葡萄糖含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中，当含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中，当葡萄糖含量降低时，糖原就可分解成葡萄糖而供给葡萄糖含量降低时，糖原就可分解成葡萄糖而供给机体能量。机体能量。纤维素纤维素 是自然界中最丰富的多糖。它是没有分支的链状是自然界中最丰富的多糖。它是没有分支的链状分子，与直链淀粉一样，是由分子，与直链淀粉一样，是由D葡萄糖单位组成。葡萄糖单位组成。光合作用光合作用 是一个很复杂的过程，其总反应为是一个很复杂的过程，其总反应为CO2 和和H2O 在叶在叶绿素的作用下吸收太阳能转化为高能的糖类。绿素的

9、作用下吸收太阳能转化为高能的糖类。6CO2+6H2O+能量（太阳光）能量（太阳光）叶绿素叶绿素 C6H12O6+6O2在光合作用中，在光合作用中，CO2 被还原为糖，而被还原为糖，而H2O 被氧化成被氧化成O26CO2+24H+24e-C6H12O6+6H2O9.1.2 蛋白质、氨基酸、肽键蛋白质、氨基酸、肽键 蛋白质是细胞里最复杂的、变化最大的一类大分蛋白质是细胞里最复杂的、变化最大的一类大分子，它存在于一切活细胞中。所有的蛋白质都含子，它存在于一切活细胞中。所有的蛋白质都含C，N，O，H 元素。蛋白质水解时产生的单体叫氨基酸元素。蛋白质水解时产生的单体叫氨基酸,氨基酸是构成蛋白质的基础。氨

10、基酸是构成蛋白质的基础。氨基酸氨基酸 构成蛋白质的氨基酸是构成蛋白质的氨基酸是-氨基酸，简称氨基酸。氨基酸，简称氨基酸。氨基酸中的氨基酸中的R 基侧链是各种氨基酸的特征基因。最简基侧链是各种氨基酸的特征基因。最简单的氨基酸是甘氨酸，其中的单的氨基酸是甘氨酸，其中的R 是一个是一个H 原子。原子。人体内的主要蛋白质大约由人体内的主要蛋白质大约由20 种氨基酸组成，它们的种氨基酸组成，它们的R 基团如表基团如表91所示。所示。*代表必需氨基酸；精氨酸和组氨酸对儿童为必需氨基酸，但对成人却不是必需氨基酸。肽键肽键 氨基酸的氨基，通过脱水，形成一个酰胺键，新氨基酸的氨基，通过脱水，形成一个酰胺键，新生

11、成的化合物成为肽，肽分子中的酰胺键亦成为肽键生成的化合物成为肽，肽分子中的酰胺键亦成为肽键。最简单的肽由两个氨基酸组成，称为最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽二肽。例如。例如两个甘氨酸分子缩合成二肽，甘氨酰两个甘氨酸分子缩合成二肽，甘氨酰-甘氨酸甘氨酸 蛋白质蛋白质多个氨基酸失水形成的肽称为多肽，多肽一多个氨基酸失水形成的肽称为多肽，多肽一般是链状化合物。蛋白质分子是由一条或多条多般是链状化合物。蛋白质分子是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。肽链构成的生物大分子。蛋白质的种类蛋白质的种类 按功能分按功能分:活性蛋白活性蛋白 非活性蛋白非活性蛋白 按分子形状分按分子形状分:球蛋白球蛋白 纤维

12、蛋白纤维蛋白(头发和指甲里的角蛋白头发和指甲里的角蛋白)按化学组成分按化学组成分:简单蛋白简单蛋白(只由多肽链组成只由多肽链组成)复合蛋白复合蛋白(由多肽链和辅基组成，辅基包括核由多肽链和辅基组成，辅基包括核 苷酸、糖、苷酸、糖、脂、色素脂、色素 和金属配离子等和金属配离子等)催产素（促进子宫肌肉收缩）、加压素（增加血压）、舒缓激肽（调节血压）蛋白质的作用蛋白质的作用 蛋白质广泛而又多变的功能决定了它们在生理上的蛋白质广泛而又多变的功能决定了它们在生理上的重要性。来自食物的蛋白质是身体的氮和硫的主要来重要性。来自食物的蛋白质是身体的氮和硫的主要来源。除催化功能和结构功能外，还构成了肌肉收缩的源

13、。除催化功能和结构功能外，还构成了肌肉收缩的体系。作为抗体，它们是身体的防卫系统，而作为激体系。作为抗体，它们是身体的防卫系统，而作为激素，则能够调节身体的腺体的活动。在血液中它们维素，则能够调节身体的腺体的活动。在血液中它们维持体液平衡，是凝血机制的一部分，能输送氧气和类持体液平衡，是凝血机制的一部分，能输送氧气和类脂物等。脂物等。9.1.3 酶酶 人类从发明酿酒、造醋、制酱、发面时起，就对生物催化人类从发明酿酒、造醋、制酱、发面时起，就对生物催化作用有了初步的认识，不过当时并不知道有酶这类生物催化剂。作用有了初步的认识，不过当时并不知道有酶这类生物催化剂。1926 年第一次成功地从刀豆中提

14、取了脲酶的结晶，并证明每种年第一次成功地从刀豆中提取了脲酶的结晶，并证明每种结晶具有蛋白质的化学本质，它能催化尿素分解为结晶具有蛋白质的化学本质，它能催化尿素分解为NH3 和和CO2。尔后，相继分离出许多酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）的晶体。尔后，相继分离出许多酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）的晶体。科学实验证明了酶的化学组成同蛋白质一样，也是由氨基酸组科学实验证明了酶的化学组成同蛋白质一样，也是由氨基酸组成的，它们都具有蛋白质的化学本性。成的，它们都具有蛋白质的化学本性。酶酶 是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物成分的、具有催化活性

15、的生物催化剂催化剂。酶催化作用的主要特点：（1）酶是由生物细胞产生的，其主要成分是蛋）酶是由生物细胞产生的，其主要成分是蛋白质，因而对周围环境的变化比较敏感，若遇到高白质，因而对周围环境的变化比较敏感，若遇到高温、强酸、强碱、重金属离子、配位体或紫外线照温、强酸、强碱、重金属离子、配位体或紫外线照射等因素的影响时，易失去它的催化活性。射等因素的影响时，易失去它的催化活性。（2）酶催化反应都是在比较温和的条件下进行的。）酶催化反应都是在比较温和的条件下进行的。例如在人体中的各种酶促反应，一般是在体温例如在人体中的各种酶促反应，一般是在体温（37）和血液）和血液pH 约为约为7 的情况下进行的。的

16、情况下进行的。（3）酶具有高度的专一性，即某一种酶仅对某一类物）酶具有高度的专一性，即某一种酶仅对某一类物质甚至只对某一种物质的给定反应起催化作用，生成质甚至只对某一种物质的给定反应起催化作用，生成一定的产物。如麦芽糖酶是一种只能催化麦芽糖水解一定的产物。如麦芽糖酶是一种只能催化麦芽糖水解为两分子葡萄糖的催化剂，这是由于麦芽糖酶的活性为两分子葡萄糖的催化剂，这是由于麦芽糖酶的活性部位（即反应发生的位置）能准确地结合一个麦芽糖部位（即反应发生的位置）能准确地结合一个麦芽糖分子，当两者相遇时，使两个单糖单位相连接的链合分子，当两者相遇时，使两个单糖单位相连接的链合变弱，其结果是水分子的进入并发生水

17、解反应。麦芽变弱，其结果是水分子的进入并发生水解反应。麦芽糖酶不能使蔗糖水解，使蔗糖水解的是蔗糖酶。糖酶不能使蔗糖水解，使蔗糖水解的是蔗糖酶。早年提出早年提出“一把钥匙开一把锁一把钥匙开一把锁”的酶催化锁钥模型如的酶催化锁钥模型如图图97 所示。所示。这是一个过于简单化的比喻，但它说明了一这是一个过于简单化的比喻，但它说明了一个重要的问题，通过减少开始这项工作所需要的个重要的问题，通过减少开始这项工作所需要的能量，酶使得这项困难的工作变容易了。就像钥能量，酶使得这项困难的工作变容易了。就像钥匙只能适合于特殊钥匙孔的形状一样，酶在活性匙只能适合于特殊钥匙孔的形状一样，酶在活性部位具有只允许对某些

18、分子起作用的特殊的结构。部位具有只允许对某些分子起作用的特殊的结构。（4）酶促反应所需要的活化能低，而且催化效）酶促反应所需要的活化能低，而且催化效率非常高。率非常高。人体对食物的消化、吸收，通过食物获取能人体对食物的消化、吸收，通过食物获取能量，以及生物体内复杂的代谢过程都包含许多量，以及生物体内复杂的代谢过程都包含许多化学反应，必须有各种不同的酶参与作用。这化学反应，必须有各种不同的酶参与作用。这些专一性的酶组成一系列酶的催化体系，维持些专一性的酶组成一系列酶的催化体系，维持生物体内各种代谢过程有规律的进行。生物体内各种代谢过程有规律的进行。目前酶学研究中的新领域包括：酶合成的遗传目前酶学

19、研究中的新领域包括：酶合成的遗传控制与遗传病、许多酶系统的自我调节性质、生控制与遗传病、许多酶系统的自我调节性质、生长发育及分化中酶的作用与肿瘤及衰老的关系、长发育及分化中酶的作用与肿瘤及衰老的关系、细胞相互识别过程中酶的作用等等。细胞相互识别过程中酶的作用等等。9.1.4 核酸核酸 核酸是一类多聚核苷酸，核酸是由核苷酸组成核酸是一类多聚核苷酸，核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。的，而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。核酸的分类是根据核酸中所含戊糖种类不同而核酸的分类是根据核酸中所含戊糖种类不同而分为核糖核酸（分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（）和脱氧核糖核酸（DNA）

20、两大类。两大类。RNA 中的碱基主要有四种：腺嘌呤、鸟嘌呤、中的碱基主要有四种：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶。胞嘧啶、尿嘧啶。DNA 中的碱基主要也是四种，三种与中的碱基主要也是四种，三种与RNA 中中的相同，只是胸腺嘧啶代替了尿嘧啶。的相同，只是胸腺嘧啶代替了尿嘧啶。DNA 的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸糖核苷酸(即：脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷即：脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸)所组成。这四种核苷酸的排列顺序所组成。这四种核苷酸的排列顺序（序列）正是

21、分子生物学家多年来要解决的问题。因（序列）正是分子生物学家多年来要解决的问题。因为生物的遗传信息贮存于为生物的遗传信息贮存于DNA 的核苷酸序列中，生物的核苷酸序列中，生物界物种的多样性即寓于界物种的多样性即寓于DNA 分子四种核苷酸千变万化分子四种核苷酸千变万化的不同排列之中。的不同排列之中。核酸是遗传信息的携带者与传递者核酸是遗传信息的携带者与传递者:核酸有着几乎多得无限的可能结构，而生物体的核酸有着几乎多得无限的可能结构，而生物体的遗传特征就反映在遗传特征就反映在DNA 分子的结构上，即分子的结构上，即DNA 的结的结构携带着遗传的全部信息，就是通常所说的构携带着遗传的全部信息，就是通常

22、所说的DNA 携携带着带着遗传的密码遗传的密码。生物体的遗传信息以密码的形式编码在生物体的遗传信息以密码的形式编码在DNA 分分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA 的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自遗传信息自DNA转录给转录给RNA，然后翻译成特异的蛋白，然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。的遗传性状。所谓复制，就是指以原来所谓复制，就是指以原来DNA 分子为模板合成出分子为模板合成出

23、相同分子的过程。所谓转录，就是在相同分子的过程。所谓转录，就是在DNA 分子上合分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的成出与其核苷酸顺序相对应的RNA 的过程。而翻译的过程。而翻译则是在则是在RNA 的控制下，从的控制下，从DNA 得来的核苷酸顺序合得来的核苷酸顺序合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。由于成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。由于生命活动是通过蛋白体来表现，所以生物的遗传特征生命活动是通过蛋白体来表现，所以生物的遗传特征实际上是通过实际上是通过DNARNA蛋白质过程传递的，蛋白质过程传递的，遗传工程遗传工程 从狭义上理解就是指从狭义上理解就是指DNA 重组技术。即提取或

24、重组技术。即提取或合成不同生物的遗传物质（合成不同生物的遗传物质（DNA），在体外切割、），在体外切割、拼接和重新组合，然后通过载体将重组的拼接和重新组合，然后通过载体将重组的DNA 分子引入受体细胞，使重组分子引入受体细胞，使重组DNA 在受体细胞在受体细胞中得以复制与表达。中得以复制与表达。从遗传工程的概念看，遗传工程的直接目的就从遗传工程的概念看，遗传工程的直接目的就是改造生物，从而使其更好地为人类服务。是改造生物，从而使其更好地为人类服务。例如，作为人类主要食物的谷类作物含有大量糖例如，作为人类主要食物的谷类作物含有大量糖类，而人体所必需的蛋白质、氨基酸与维生素的含类，而人体所必需的蛋

25、白质、氨基酸与维生素的含量却很少。有些微生物可以产生这些物质，用大规量却很少。有些微生物可以产生这些物质，用大规模发酵的方法培养微生物，进而提取这些物质，就模发酵的方法培养微生物，进而提取这些物质，就可以进行工业化生产。采用可以进行工业化生产。采用DNA 重组及细胞融合等重组及细胞融合等技术改造了苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生技术改造了苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生产菌，与原始菌株相比，氨基酸的含量提高了几十产菌，与原始菌株相比，氨基酸的含量提高了几十倍，且生产成本下降。这些氨基酸产品广泛用于营倍，且生产成本下降。这些氨基酸产品广泛用于营养食品、助鲜及饲料添加剂等生产，从而部分代替养食

26、品、助鲜及饲料添加剂等生产，从而部分代替了粮食产品。了粮食产品。又如，生物固氮生物固氮的遗传工程研究是一个令人神往的重要领域，其目的就是培养出能自行供氮的作物。一切植物的生长都需要氮元素，大气中虽有80%的氮气，但除了豆科植物外，都不能直接利用空气中的分子态的N2。与豆科植物根部共生的根瘤菌可以固定分子态氮并转化成能被植物吸收的状态。如果把根瘤菌根瘤菌的固氮基因转移到水稻、小麦、玉米等作物细胞中，就有可能使这些作物直接利用空气中的氮，这不仅可提高产量，增加谷类作物的蛋白质含量，而且能大大节省化肥，从而降低生产成本，减轻环境污染。遗传工程研究的开展，将为解决人类面临的食品与营养、健康与环境、资源

27、与能源等一系列重大问题开辟了新途径，也具有极大的经济潜力。9.2 基因、遗传信息基因、遗传信息 基因是具有遗传功能的单元，一个基因是基因是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA 片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质的遗传信息。蛋白质的遗传信息。人们形象的将人们形象的将DNA 碱基序列称为遗传编码，碱基序列称为遗传编码，DNA 序列分析是揭开遗传密码的关键，也是基因研序列分析是揭开遗传密码的关键，也是基因研究的基础。究的基础。基因每个每个DNA 分子含有很多基因，这些基因按一定顺序排列，分子含有很多基因，这些基因按一定顺序排列，就成为创造蛋

28、白质的图纸和指挥复制的命令。基因是控制生就成为创造蛋白质的图纸和指挥复制的命令。基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA 片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸。片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸。基因对性状的决定性作用是通过基因对性状的决定性作用是通过DNA 控制蛋白质的合成来控制蛋白质的合成来实现的。核酸是遗传信息的携带者与传递执行者，遗传信息实现的。核酸是遗传信息的携带者与传递执行者，遗传信息由由DNARNA蛋白质的表达过程，也称基因表达，是分蛋白质的表达过程，也称基因表达，是分子生物学（分

29、子遗传学）研究的核心。子生物学（分子遗传学）研究的核心。人体细胞约有10 万个基因万个基因，迄今弄清楚的不到不到5%。科学家们预言，将用1015 年年测定出人类基因组30 亿亿个碱基对（遗传密码遗传密码）的全序列。一旦破译工作全部完成，就能掌握人类遗传信息，建立起完整的遗传信息库，由此危害人类健康的5000 多多种遗传病以及与遗传密切相关的癌癌症、心血管疾病和精神疾患症、心血管疾病和精神疾患等，可以得到预测、预防、早期诊断与治疗。今后必将继续发现大量新的重要基因，如控制记忆与行为的基因，控制细胞衰老与程序性死亡的基因，新的癌基因与抑癌基因，以及与大量疾病有关的基因。这些成果将被用来为人类健康服

30、务。遗传信息遗传信息指生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子指生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代、或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息。代、或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息。常言道“种瓜得瓜，种豆得豆”，这简练而又朴素的语言真切地反映了生物界物种代代相传的普遍规律。人们早就发现生物（包括植物和动物乃至人类）的性状可从上一代传至下一代，这就是遗传遗传现象，也是为什么儿女的肤色、像貌、高矮等总是与父母相像的原因。普遍存在于色彩斑斓的生物界中，神秘的遗传现象必定有其物质基础，它就是存在于细胞核中的核酸核酸。核酸又和蛋白质核酸又和蛋白质一起组成了染色体染色体，人体的每一个成熟

31、细胞的核中含有23对或46条染色体，人体拥有数以万计的遗传信息就蕴藏在这无法用肉眼直接见到的极其微小甚乎其微的染色体中。核酸是遗传信息的载体，也是遗传核酸是遗传信息的载体，也是遗传的物质基础。的物质基础。RNA 分子既有遗传信息功能又有酶的功能。在下一个世纪，人们将试图在实验室人工合成生命体，已有可能利用生物技术将保存在特殊环境中的古生物或冻干的尸体的DNA 扩增，揭示其遗传密码，建立已绝灭生物的基因库，研究生物的进化与分类问题。在生物医学发展激流中，对人类基因治疗的意义、策略、前在生物医学发展激流中，对人类基因治疗的意义、策略、前景等的研究不断取得进展。目前基因治疗已试用于多种疾病，如景等的

32、研究不断取得进展。目前基因治疗已试用于多种疾病，如遗传病基因治疗、爱滋病的基因治疗、肿瘤基因治疗等。肿瘤的遗传病基因治疗、爱滋病的基因治疗、肿瘤基因治疗等。肿瘤的发生被认为是基因表达调控失常以及与其周围组织相互作用关系发生被认为是基因表达调控失常以及与其周围组织相互作用关系的紊乱所致。一个正常细胞变成恶性细胞都涉及抗癌基因的丢失的紊乱所致。一个正常细胞变成恶性细胞都涉及抗癌基因的丢失或失活，原癌基因被激活等步骤。从理论上推测，原癌基因和抗或失活，原癌基因被激活等步骤。从理论上推测，原癌基因和抗癌基因相对应，在特定条件下它们对细胞分裂起正负调控作用，癌基因相对应，在特定条件下它们对细胞分裂起正负

33、调控作用，因此通过抗癌基因调变基因表达，使肿瘤细胞逆转而恢复正常，因此通过抗癌基因调变基因表达，使肿瘤细胞逆转而恢复正常，是治疗肿瘤的理想途径。是治疗肿瘤的理想途径。9.3 生物膜生物膜 生物膜生物膜 是一个具有特殊结构和功能的半透性膜是一个具有特殊结构和功能的半透性膜，它的主要功能：能量转换、物质运送、信息识别与传递。细胞细胞是人体和其他生物体一切生命活动结构与功能的基本单位。一切动物细胞都被一层薄膜所包裹，这称作细胞膜，为生物膜的一切动物细胞都被一层薄膜所包裹，这称作细胞膜，为生物膜的一种，一种，它把细胞内容物和细胞的周围环境分割开来。它使细胞能够独立于环境而存在，靠通过生物膜与周围环境进

34、行有选择的物质交换而维持生命活动。显然，细胞要维持正常的生命活动，不仅细胞的内容物不能流失，且其化学组成必须保持相对稳定，这就需要在细胞和它的环境之间有某种屏障存在。同时细胞在不断进行新陈代谢过程中，又需要经常由外界得到氧气和营养物质，排出代谢产物和废物，使细胞保持动态的恒定，这对维持细胞的生命活动极为重要。因此生物膜是一个具有特殊结构和功能的半生物膜是一个具有特殊结构和功能的半透性膜透性膜，它的主要功能可归纳为：能量转换、物质运送、信息识别与传递。生物膜可使细胞内 K+Na+Ca2+离子维持一定浓度。9.49.4 氧自由基与人体健康氧自由基与人体健康 自由基自由基 所谓自由基，是指带有未成对

35、电子的分子、原所谓自由基，是指带有未成对电子的分子、原子或离子，未成对电子具有成双的趋向，因此常易子或离子，未成对电子具有成双的趋向，因此常易发生失去或得到电子的反应而显示出较活泼的化学发生失去或得到电子的反应而显示出较活泼的化学性质。性质。氧自由基氧自由基 氧气维持着地球上绝大多数生物的生命。虽然氧对需氧生物是有用的，但氧也有对生物不利的一面。氧分子可以通过单电子接受反应，依次转变为O2-,HOOH与OH等中间产物。由于这些物质都是直接或间接地由分子氧转化而来，而且具有较分子氧活泼的化学反应性，遂统称为活性氧活性氧，亦称氧自由基氧自由基。氧自由基的产生氧自由基的产生1.1.组织细胞的组织细胞

36、的 新陈代谢新陈代谢2.2.外界的紫外线和各种辐射、吸烟、酗酒、工作压外界的紫外线和各种辐射、吸烟、酗酒、工作压 力、生活不规律。力、生活不规律。3.3.组织器官损伤、发生炎症等。组织器官损伤、发生炎症等。氧自由基与人体健康的关系氧自由基与人体健康的关系 在正常情况下，生物体内氧自由基可以保护身在正常情况下，生物体内氧自由基可以保护身体免受细菌、微生物等有害物质的侵害。生物体体免受细菌、微生物等有害物质的侵害。生物体内氧自由基不断产生不断利用内氧自由基不断产生不断利用 又不断被清除，处又不断被清除，处于动态平衡。只有当氧自由基的浓度失去控制时于动态平衡。只有当氧自由基的浓度失去控制时才会造成伤

37、害。才会造成伤害。过多的氧自由基，对人体有哪些危害呢？过多的氧自由基，对人体有哪些危害呢？例如，氧自由基攻击细胞的例如，氧自由基攻击细胞的D N A，可以使它发生，可以使它发生突变，成为癌变的前奏曲。还有很多化学性的致癌物突变，成为癌变的前奏曲。还有很多化学性的致癌物质，在体内也可以转变为氧自由基，作用于细胞、组质，在体内也可以转变为氧自由基，作用于细胞、组织，使它们发生癌变。织，使它们发生癌变。再如，血管中的氧自由基攻击血液中的胆固醇，使它破裂再如，血管中的氧自由基攻击血液中的胆固醇，使它破裂产生黏性物质，黏附在动脉或静脉的血管壁上，使管壁狭窄；产生黏性物质，黏附在动脉或静脉的血管壁上，使管

38、壁狭窄；红细胞膜受到自由基的攻击，会造成细胞粘连并形成血流中的红细胞膜受到自由基的攻击，会造成细胞粘连并形成血流中的凝块。好比自来水管管壁被水垢覆盖，而使水流不畅一样，血凝块。好比自来水管管壁被水垢覆盖，而使水流不畅一样，血液的管径变小，血液流动的速度减慢，甚至出现堵塞现象。这液的管径变小，血液流动的速度减慢，甚至出现堵塞现象。这样一来，血循环系统周围的组织就不能获得正常的供给，这种样一来，血循环系统周围的组织就不能获得正常的供给，这种现象出现在心脏的冠状动脉，会使人患上冠心病；如果出现在现象出现在心脏的冠状动脉，会使人患上冠心病；如果出现在脑血管则会发生中风；它可使血管丧失弹性，变脆，也容易

39、造脑血管则会发生中风；它可使血管丧失弹性，变脆，也容易造成视网膜出血而影响视力。成视网膜出血而影响视力。氧自由基的清除 现阶段人类仍无法解决氧自由基的产生问题，但可有效现阶段人类仍无法解决氧自由基的产生问题，但可有效的分解它。目前已发现许多种氧自由基清除剂或抑制剂，其的分解它。目前已发现许多种氧自由基清除剂或抑制剂，其作用机理有的是直接提供电子使氧自由基还原，有的是增强作用机理有的是直接提供电子使氧自由基还原，有的是增强抗氧化酶活性迅速消灭自由基。抗氧化酶活性迅速消灭自由基。SOD（是超氧化物歧化酶英文名称的缩写）是一种具有（是超氧化物歧化酶英文名称的缩写）是一种具有特定生物催化功能的蛋白质，

40、由蛋白质和金属离子组成，广特定生物催化功能的蛋白质，由蛋白质和金属离子组成，广泛存在于自然界的动、植物和一些微生物体内。它也是存在泛存在于自然界的动、植物和一些微生物体内。它也是存在于人体的正常组织中的清除氧自由基的重要酶系统。于人体的正常组织中的清除氧自由基的重要酶系统。最近研究发现，经常食用最近研究发现，经常食用新鲜黄、绿色蔬菜与水果新鲜黄、绿色蔬菜与水果，有，有延缓衰老的作用，可降低肿瘤，特别是消化道肿瘤的发病率。延缓衰老的作用，可降低肿瘤，特别是消化道肿瘤的发病率。因为蔬菜可以清除氧自由基的主要产物超氧负离子，超氧负因为蔬菜可以清除氧自由基的主要产物超氧负离子，超氧负离子减少，氧自由基

41、也就相应减少。由此也就可以延缓人的离子减少，氧自由基也就相应减少。由此也就可以延缓人的衰老。最近有营养学家研究发现，日常的水果、蔬菜多数都衰老。最近有营养学家研究发现，日常的水果、蔬菜多数都具有清除超氧负离子的活力。蔬菜当中以青菜、蒜头、黄芽具有清除超氧负离子的活力。蔬菜当中以青菜、蒜头、黄芽菜为最强。另外，常吃富含菜为最强。另外，常吃富含维生素维生素A的胡萝卜、菠菜、甘薯，的胡萝卜、菠菜、甘薯，富含富含维生素维生素C的葡萄、桔子、青椒，含的葡萄、桔子、青椒，含维生素维生素E的柠檬、豌的柠檬、豌豆、未加工的麦胚芽、葵花籽和含硒的卷心菜、洋葱、海产豆、未加工的麦胚芽、葵花籽和含硒的卷心菜、洋葱、

42、海产品等品等对抗氧自由基对抗氧自由基都是大有帮助的。都是大有帮助的。9.5 药物设计药物设计 化学理论的进展对于整个化学学科的影响，集中表现在化学理论的进展对于整个化学学科的影响，集中表现在分子设计的思想贯穿于整个学科。化学研究的主线是分子设计的思想贯穿于整个学科。化学研究的主线是制备、制备、性能与结构性能与结构三者关系的研究。传统的研究，主要依靠实验，三者关系的研究。传统的研究，主要依靠实验，通过筛选和试测来发现新的化合物、化合物新的性能，从而通过筛选和试测来发现新的化合物、化合物新的性能，从而得出新的合成方法。科学技术的发展，既积累了许多理论的得出新的合成方法。科学技术的发展，既积累了许多

43、理论的规律，又有了电子计算机技术可以实现高效的运算，因而可规律，又有了电子计算机技术可以实现高效的运算，因而可以进行分子设计。以进行分子设计。分子设计 分子设计的思想，就是从所需要的性能出发，设计出具有分子设计的思想，就是从所需要的性能出发，设计出具有某种性能的结构，然后再设法合成得到产物。分子设计的基础某种性能的结构，然后再设法合成得到产物。分子设计的基础除了与计算机技术密切相关的因子分析、多因素优化、模式识除了与计算机技术密切相关的因子分析、多因素优化、模式识别、数据库技术、图像显示技术外，主要就是定量的结构与性别、数据库技术、图像显示技术外，主要就是定量的结构与性能的关系。有机化学和无机

44、化学中已形成了许多分子设计方法，能的关系。有机化学和无机化学中已形成了许多分子设计方法，其集中表现在化合物分子设计、催化剂设计、材料设计、生物其集中表现在化合物分子设计、催化剂设计、材料设计、生物活性物质设计和药物设计等方面。活性物质设计和药物设计等方面。人工设计与合成新的药物是现代医药的基石，也是推动现代人工设计与合成新的药物是现代医药的基石，也是推动现代医药不断发展的主要动力。医药不断发展的主要动力。药物设计的发展药物设计的发展近近20 年来，随着物理有机化学和量子生物化学的年来，随着物理有机化学和量子生物化学的发展，精密分析测试仪器的出现和电子计算机的广泛发展，精密分析测试仪器的出现和电

45、子计算机的广泛应用，药物定量构效关系（应用，药物定量构效关系（QSAR）的研究方法，即）的研究方法，即通过较少数的化合物，建立一个系列化合物构效关系通过较少数的化合物，建立一个系列化合物构效关系的数学模型，用以指导新药设计、预测其生物活性，的数学模型，用以指导新药设计、预测其生物活性，并推论药物作用的机理，已取得一定进展。并推论药物作用的机理，已取得一定进展。复习题复习题1.构成生命的基本物质是哪几类有机化合物？构成生命的基本物质是哪几类有机化合物？2.请列举糖类在生物体内的功能。请列举糖类在生物体内的功能。3.淀粉与纤维素有何不同？淀粉与纤维素有何不同？4.什么是蛋白质的基本结构单位？什么是蛋白质的基本结构单位？5.（1）以大米为主的饮食是不是适宜饮食？为什么？）以大米为主的饮食是不是适宜饮食？为什么？（2）为以玉米为主的饮食补充适宜蛋白提出几条建议。）为以玉米为主的饮食补充适宜蛋白提出几条建议。6.酶是生物催化剂与一般催化剂有何不同？酶是生物催化剂与一般催化剂有何不同？7.你能简单阐述核酸与蛋白质的关系吗？你能简单阐述核酸与蛋白质的关系吗？本章完本章完