04-生命的基本化学组成

null4 生命的基本化学组成4 生命的基本化学组成4.1 原子和分子——生命的化学基础 4.2 糖类化合物 4.3 脂类化合物 4.4 蛋白质 4.5 核酸4.1 原子和分子——生命的化学基础4.1 原子和分子——生命的化学基础生物具有多样性，但生物体的化学组成基本相似 组成生物体的主要元素包括C、H、O、N、P、S、K、Na、Ca、等，以上7种元素约占生物体的99.35%，其中C、H、O、N 4种元素占96%。 生物体的主要元素微量元素：铁、铜、锌、锰、钼、钴、镍、镉、锡、硅、碘等。null 1.蛋白质 氨基酸 肽键 2.核酸 核苷酸 磷酸二酯键 生物大分子 3.多糖 单糖 糖苷键 4.脂类 脂肪酸 C-C、双键、羰基等 生物体中的生物分子 不同的生物体，其分子组成也大体相同方向性null 蛋白质、核酸、脂类和多糖是组成生物体最重要的生物大分子，水是生物体内所占比例最大的化学成分。null在生命元素中，碳原子具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或成环，形成各种生物大分子的基本结构。 有机化合物的碳骨架和功能基团 碳碳之间可以不同的键型相结合，形成不同长度的链状、分支链状或环状结构。 碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质null生物体中的有机化合物主要含有羟基、羰基、羧基和氨基等功能基团， 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。生物大分子的基本性质还取决于与碳骨架相连接的功能基团null由生物单体分子合成生物大分子多聚体往往涉及与功能基团相关的脱水反应，又称为脱水缩合反应。使生物大分子多聚体分解为单体的分解反应往往需要有水分子参与，因此又称为水解反应。 水解反应是脱水缩合反应的逆反应脱水缩合反应与水解反应4.2 糖类化合物4.2 糖类化合物糖分子含C、H、O 3种元素，通常3者的比例为1:2:1，一般化学通式为(CH2O)n 葡萄糖C6H12O6,蔗糖C12H22O11 脱氧核糖C5H10O4，乙酸C2H4O2 糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，糖类是细胞重要的结构成分，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 糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分子的多糖null重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等 单糖 null分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为同分异构体 五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成环式结构 null重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等 二糖 麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成null重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等 多糖 4.3 脂类(lipids)化合物4.3 脂类(lipids)化合物 脂类的组成和功能 脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称 脂类分子也含C、H、O 3种元素，但H:O远大于2，有些脂含P和N，各种脂类分子的结构可以差异很大 脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。 脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍。 生物面的保护层/保持体温/生物活性物质null▲ 组成脂类的基本单位：甘油和脂肪酸 一般常温下呈液态的称为油，这一类脂肪酸的羟基多数为不饱和的，而呈固态或者半固态的称为脂肪，其中脂肪酸的羟基多数是饱和的。null 中性脂肪(动物-fat)和油(植物-oil)由甘油醇和脂肪酸结合成的酯。null又称磷酸甘油脂，与脂肪不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其衍生物(如磷酸胆碱)结合，形成卵磷脂 磷脂null卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折 null 类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分 类固醇4.4 蛋白质4.4 蛋白质 结构蛋白 伸缩蛋白 贮存蛋白 保护蛋白 运输蛋白 激素蛋白 信号蛋白 酶和辅酶 蛋白质的主要种类和功能null氨基酸结构的共同特点在于，在与羧基相连的碳原子（-碳原子）上都有一个氨基，另一个R基。 蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子null 不同氨基酸其R基各不相同，R基的结构决定了20种氨基酸的特殊性质NHnull一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱水缩合，形成肽键并生成二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连形成多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。null蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的功能便立即丧失。 蛋白质结构与功能的关系null 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 蛋白质的空间结构4.5 核酸4.5 核酸核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成 核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。 贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码蛋白质的氨基酸序列，从而决定蛋白质的功能。通过蛋白质的作用，DNA实际上控制着细胞和生物体的生命过程 DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的，即遗传信息由DNA转录到RNA，后者决定蛋白质的氨基酸序列null核苷酸每一个核苷酸含有一个戊糖（核糖或脱氧核糖）分子、一个磷酸分子和一个含氮的有机碱（碱基）。 脱氧核糖或核糖上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合，就成为脱氧核苷或核苷，第三位或第五位碳原子再与磷酸结合，就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。null核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分子；一类是嘧啶，是单环分子。 嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)2种 嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3种。DNA的碱基是A、T、G、C，RNA的碱基是A、U、G、C。null多个核糖核苷酸以磷酸顺序相连成长链的多核苷酸分子，即成为核酸的基本结构脱氧核糖核酸或核糖核酸TTTnullDNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成的螺旋状双链分子； DNA主要存在于细胞核内的染色质中，线粒体和叶绿体中也有，是遗传信息的携带者。DNA双螺旋结构nullRNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。null DNA双螺旋结构的发现1951年 Watson 23岁 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 英国剑桥大学Cavendish实验室 Crick， 31岁 伦敦大学King’s实验室 女科学家Franklin Wilkins教授 Randall教授 DNA应该是双螺旋 A与T、 C与G巧妙连接 符合X衍射数据 DNA的复制 1953年2月28日，Waterson 和Crick用金属线又制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。 糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大分子，糖类又是生命活动的主要能源。 脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。 蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)和核糖核酸(RNA)两类。DNA是右旋的双螺旋结构。DNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。RNA是一类单链分子，在蛋白质的合成中起重要作用。1953年 Watson和Crick建立了DNA双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。 糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大分子，糖类又是生命活动的主要能源。 脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。 蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)和核糖核酸(RNA)两类。DNA是右旋的双螺旋结构。DNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。RNA是一类单链分子，在蛋白质的合成中起重要作用。1953年 Watson和Crick建立了DNA双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。本章摘要