《基础生命科学》生命的基本化学组成.ppt

4 生命的基本化学组成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生物具有多样性，但生物体的生物具有多样性，但生物体的化学组成基本相似化学组成基本相似组成生物体的主要元素组成生物体的主要元素包括包括C C、H H、O O、N N、P P、S S、CaCa等，等，以上以上7 7种元素约占生物体的种元素约占生物体的99.35%99.35%，其中，其中C C、H H、O O、N 4N 4种种元素占元素占96%96%。n n 生物体的主要元素生物体都是由蛋白质、生物体都是由蛋白质、核酸、脂类、糖、无机核酸、脂类、糖、无机盐和水组成。盐和水组成。哪一种分子含量最高？哪一种分子含量最高？哪一种分子含量最高？哪一种分子含量最高？n n 生物体的主要生物分子 不同的生物体，其分子组成也大体相同蛋白质、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在生命元素中，碳原子在生命元素中，碳原子具有特别重要的作用，具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或碳原子相互连接成链或成环，形成各种生物大成环，形成各种生物大分子的基本结构。分子的基本结构。n n 有机化合物的碳骨架和功能基团 碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质生物体中的有机化合物生物体中的有机化合物主要含有羟基、羰基、主要含有羟基、羰基、羧基和氨基等功能基团，羧基和氨基等功能基团，这些功能基团几乎都是这些功能基团几乎都是极性基团。功能基团的极性基团。功能基团的极性使得生物分子具有极性使得生物分子具有亲水性，有利于这些化亲水性，有利于这些化合物稳定于有大量水分合物稳定于有大量水分子存在的细胞中。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糖分子含糖分子含C C、H H、O 3O 3种元素，通常种元素，通常3 3者的比例者的比例 为为1:2:11:2:1，一般化学通式为，一般化学通式为(CH(CH2 2O)O)n n 葡萄糖葡萄糖C C6 6H H1212O O6 6,蔗糖蔗糖C C1212H H2222O O1111 脱氧核糖脱氧核糖C C5 5H H1010O O4 4，乙酸，乙酸C C2 2H H4 4O O2 2糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核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酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主要能源要能源糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分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子的多糖4.2 糖类化合物重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等脱氧核糖等n n 单糖 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重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等n n 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重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等n n 多糖 n n 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是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称脂类分子也含脂类分子也含C C、H H、O 3O 3种元素，但种元素，但H:OH:O远大于远大于2 2，有些脂含有些脂含P P和和N N，各种脂类分子的结构可以差异很大，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。大约是糖氧化时的二倍。生物表面的保护层生物表面的保护层/保持体温保持体温/生物活性物质生物活性物质4.3 脂类(lipids)化合物n n 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。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n n 磷脂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 类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分n 类固醇 结构蛋白结构蛋白 伸缩蛋白伸缩蛋白 贮存蛋白贮存蛋白 保护蛋白保护蛋白 运输蛋白运输蛋白 激素蛋白激素蛋白 信号蛋白信号蛋白 酶和辅酶酶和辅酶4.4 蛋白质n 蛋白质的主要种类和功能l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。n 蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子l 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NHl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二肽二肽二肽化合物。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连形成多肽多肽多肽多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位。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。n 蛋白质结构与功能的关系 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构n 蛋白质的空间结构核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核核酸酸包包括括脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸(DNA)(DNA)和和核核糖糖核核酸酸(RNA),(RNA),都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。贮贮存存遗遗传传信信息息的的特特殊殊DNADNA片片段段称称为为基基因因，它它编编码码蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸序序列列，从从而而决决定定蛋蛋白白质质的的功功能能。通通过过蛋蛋白白质质的的作作用用，DNADNA实实际际上上控控制制着着细细胞胞和和生生物体的生命过程物体的生命过程DNADNA控控制制蛋蛋白白质质的的合合成成是是通通过过RNARNA来来实实现现的的，即即遗遗传传信信息息由由DNADNA转转录录到到RNARNA，后后者者决决定定蛋蛋白白质质的的氨基酸序列氨基酸序列4.5 核酸n n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。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。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n脱氧核糖核酸或核糖核酸TTTlDNA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。nDNA双螺旋结构lRNA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。n DNA双螺旋结构的发现n1951年 Watson 23岁n丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 n英国剑桥大学Cavendish实验室 nCrick，31岁 n伦敦大学Kings实验室n女科学家Franklin nWilkins教授 Randall教授 nDNA应该是双螺旋 nA与T、C与G巧妙连接 n符合X衍射数据 DNA的复制n1953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。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。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。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。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（核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)DNA)和核糖核酸和核糖核酸(RNA)(RNA)两类。两类。DNADNA是右是右旋的双螺旋结构。旋的双螺旋结构。DNADNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊DNADNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。片段称为基因，它决定蛋白质的功能。RNARNA是一类单链分子，在是一类单链分子，在蛋白质的合成中起重要作用。蛋白质的合成中起重要作用。19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick建立了建立了DNADNA双螺双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。本章摘要此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！