生命的化学基础new.pptx

不同类型的细胞结构和功能不同，但化学不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似组成基本相似生命的物质基础生命的物质基础一、一、元素组成元素组成无机界的无机界的 C C、H H、O O、N N、P P、S S二、二、分子组成分子组成1 1、水和无机盐、水和无机盐2 2、糖类、糖类3 3、脂类、脂类4 4、蛋白质、蛋白质5 5、核酸、核酸 一、元素组成一、元素组成生命形式生命形式多样多样，但基本元素构成是，但基本元素构成是基本一致基本一致的的%OCHNPS 其他其他人人 65181081.00.252.75杆菌杆菌 69151181.21.005.00基本元素：基本元素：C，H，O，N，S，P，K，Ca 等占人等占人体体99.35%。其它元素：其它元素：Na，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu，Cl，I等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。因子。偶然存在的元素：偶然存在的元素：V V、MoMo、LiLi、F F、BrBr、SiSi、AsAs、SnSn、等、等Fe Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。Cu Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。Zn Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。Mo Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。（钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。I I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症，缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症，Mn Mn （锰）与酶的活性有关。（锰）与酶的活性有关。Co Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女（钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/0.015mg/每日。每日。V V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。（钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。微量元素F F （氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿（氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿和氟中毒。和氟中毒。Ni Ni （镍）植物中（镍）植物中151555ppm,55ppm,人为人为0.1ppm0.1ppm；急性白血病；急性白血病.25g/ml.25g/mlSn Sn （锡）影响骨钙化速度；（锡）影响骨钙化速度；Si Si （硅）矽肺，（硅）矽肺，SiSi浸润细胞。浸润细胞。Se Se （硒）缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防（硒）缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防 治有关治有关.功能1、构成原生质2、组成多种多样的化合物3、影响生物体的生命活动二、分子组成 不同类型的细胞，分子组成大致相同，不同类型的细胞，分子组成大致相同，但是这些物质的相对含量相差很大。但是这些物质的相对含量相差很大。无 机 物水(water)生命的源泉无机盐(mineral)离子 调节生命的环境细胞渗透压细胞渗透压PHPH酶的活化酶的活化水和无机盐 水水的特性符合生物生存的需要：水的特性符合生物生存的需要：水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面能力；不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面能力；很强的结合能力、最好的极性溶剂，对于物质的运输、生命很强的结合能力、最好的极性溶剂，对于物质的运输、生命中化学反应的进行中化学反应的进行,正常的新陈代谢具有重要意义；正常的新陈代谢具有重要意义；水的比热为水的比热为1cal/g,1cal/g,在温度改变时在温度改变时,热量的需求和释放较大，热量的需求和释放较大，使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定,维持体温；维持体温；固态水比液态水的密度低，有利于水生生物的生存。固态水比液态水的密度低，有利于水生生物的生存。无机盐主要的阴离子有：主要的阴离子有：ClCl、PO4 PO4 3 3 -和和HCOHCO3 3 主要的阳离子有：主要的阳离子有：NaNa+、K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+、CuCu2+2+、CoCo2+2+、MoMo2+2+离子种类在细胞中的作用Fe2+或Fe3+血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的组成成分Na+维持膜电位K+参与蛋白质合成和某些酶促合成Mg2+叶绿素、磷酸酶Mn2+肽酶Cu2+酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶Co2+肽酶Mo2+硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶Ca2+钙调素、肌动球蛋白、ATP酶作用：作用：（1 1）对细胞的渗透压和）对细胞的渗透压和PHPH起着重要作用起着重要作用（2 2）酶的活化因子和调节因子，）酶的活化因子和调节因子，MgMg2+2+，CaCa2+2+（3 3）合成有机物的原料）合成有机物的原料PO4 PO4 3 3 -合成磷脂、核苷酸合成磷脂、核苷酸（4 4）动作电位、肌肉收缩等，）动作电位、肌肉收缩等，NaNa+、K K+、CaCa2+2+内环境稳定：内环境稳定：PHPH值值生物生存生物生存38.538.5，各种生物、各种组织均有适宜的，各种生物、各种组织均有适宜的PHPH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。有 机 物 糖糖糖糖(Carbohydrate)(Carbohydrate)脂类脂类脂类脂类(Lipid)(Lipid)蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质(Protein)(Protein)核酸核酸核酸核酸(Nucleic acid)(Nucleic acid)等等等等1、糖类功能：1.生命活动所需能量来源；2.与生物体的结构有关；3.储藏的养料；4.分子识别作用；5.具有润滑保护作用。组成：C:H:O=1:2:1糖的分类单糖-构成各种糖分子的基本单位寡糖-由少数几个（2-10）单糖分子连接 多糖 大量单糖分子连接形成的糖结合糖糖脂、糖蛋白和蛋白多糖等单糖分类己糖丙糖戊糖丁糖重要的单糖 甘油醛甘油醛 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 半缩醛羟基半缩醛羟基葡萄糖葡萄糖 果糖果糖 半乳糖半乳糖寡 糖（oligosaccharides）-麦芽糖麦芽糖、蔗糖、乳糖麦芽糖、蔗糖、乳糖蔗 糖-D-葡萄糖残基-D-果糖残基 乳糖-D-半乳糖残基D-葡萄糖残基 多糖由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子，如淀粉、糖原、纤维素多糖（polysaccharides）均一多糖 淀粉 植物细胞（谷粒，块根，果实）糖原 动物细胞（如肝细胞中的糖原）纤维素 植物细胞木材-50%纤维素，棉花-90%纤维素非均一多糖 透明质酸 软骨素纤维素3、脂类生命体的重要构件和储能物质由C、H、O组成，H:O远大于2，不溶于水，能溶于非极性溶剂，类别较多，结构差异很大功能:生物膜的组成，磷脂、胆固醇生物膜的组成，磷脂、胆固醇储存能量储存能量生物表面的保护层生物表面的保护层很好的绝缘体，保温很好的绝缘体，保温生物学活性生物学活性 （1）脂肪甘油和脂肪酸结合而成，甘油的每一个-OH和脂肪酸的-COOH结合，形成酯键。+（2）蜡（wax）由长链脂肪酸和长链一元醇脱水而成，皮肤表面，毛、羽、植物叶及果实表面以及昆虫体表（3）磷脂（phospholipids）磷酸甘油脂，甘油的一个-羟基和磷酸结合成酯存在与细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量丰富。卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。（4）其他脂类类固醇 特殊芳香族结构，理化性质与脂肪相近萜类 结构与类固醇相似。如植物细胞中的胡萝卜素如植物细胞中的胡萝卜素维生素维生素E 维生素维生素K 结合脂类4、蛋白质 遗传信息的表达者氨基酸 遗传信息载体蛋白质的结构-多层次蛋白质结构与功能的关系变化多端变化多端变化多端变化多端生物分子信息 细胞细胞分子分子存贮、复制和传递存贮、复制和传递遗传信息的系统遗传信息的系统生物信息的载体生物信息的载体DNA通过自我复制，在生物体的繁衍过通过自我复制，在生物体的繁衍过程中传递遗传信息程中传递遗传信息 基因通过转录和翻译，使遗传信息在生物基因通过转录和翻译，使遗传信息在生物个体中得以表达，并使后代表现出与亲代个体中得以表达，并使后代表现出与亲代相似的生物性状。相似的生物性状。基因控制着蛋白质的合成基因控制着蛋白质的合成 DNARNA蛋白蛋白质质转录转录翻译翻译蛋白质的功能酶的催化作用 运载和贮存 协调动作 机械支持 免疫保护 产生和传递神经冲动 生长和分化的控制 蛋白质的构件分子氨基酸氨基酸的通式氨基酸的分类氨基酸的通式组成蛋白质的常见氨基酸有二十种，通式如下：R不同，组成的 氨基酸就不同氨基酸名称氨基酸名称氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写英文缩写英文缩写简简简简 写写写写氨基酸名称氨基酸名称氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写英文缩写英文缩写简简简简 写写写写甘氨酸甘氨酸GlyGlyGG丝氨酸丝氨酸SerSerS S丙氨酸丙氨酸AlaAlaA A苏氨酸苏氨酸ThrThrT T缬氨酸缬氨酸ValValV V天冬酰胺天冬酰胺AsnAsnN N异亮氨酸异亮氨酸IleIleI I谷酰胺谷酰胺GlnGlnQQ亮氨酸亮氨酸LeuLeuL L酪氨酸酪氨酸TyrTyrY Y苯丙氨酸苯丙氨酸PhePheF F组氨酸组氨酸HisHisH H脯氨酸脯氨酸ProProP P天冬氨酸天冬氨酸AspAspD D甲硫氨酸甲硫氨酸MetMetMM谷氨酸谷氨酸GluGluE E色氨酸色氨酸TrpTrpWW赖氨酸赖氨酸LysLysK K半胱氨酸半胱氨酸CysCysC C精氨酸精氨酸ArgArgR R 20种标准氨基酸的英文简写氨基酸的分类 对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组：疏水性的氨基酸Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro、Trp和Met带电氨基酸Arg、His、Lys（+）和Asp、Glu（-）极性氨基酸Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、Tyr甘氨酸（Gly）的侧链只有一个氢原子，是最简单的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类，也可以归于第一类。含有芳香性侧链Phe、Tyr、Trp、His侧链为醇或酚的氨基酸有 Ser、Thr、Tyr可以形成氢键Arg、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、His、Tyr肽键、肽和多肽不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，形成链状分子，即是肽或多肽，通常分子量在1500以下的为肽，在1500以上的为多肽，-NH2端为N末端写在左，另一端为C末端，写在右。蛋白质的结构层次1、一级结构2、二级结构3、三级结构4、四级结构 蛋白质一级结构肽键肽键肽链肽链氨基酸排列顺序等氨基酸排列顺序等二级结构肽链的主链在空间的走向-螺旋螺旋-折叠折叠-螺旋平行-折叠反平行-折叠-折叠蛋白质的超二级结构（i）环花样（ii）发夹花样环花样（iii）希腊图案花样由四条反平行片组成（iv）花样 -环-环-三级结构亲水基位于球体表面亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内疏水基位于球体内部部球状蛋白溶于水球状蛋白溶于水球蛋白近似球形，表面富含亲水基团，溶于水如：酶、多种蛋白质激素和各种抗体细胞质和细胞膜中的蛋白质纤维蛋白蛋白质分子围绕一个纵向轴缠绕成螺旋状 如：指甲、毛发、真皮、韧带等 三级结构（tertiary structure）在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象胰岛素的三维结构四级结构多亚基构成的寡聚蛋白结构均一寡聚蛋白 由相同亚基构成非均一寡聚蛋白由不同亚基构成四级结构（quanternary structure）组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接：疏水力、氢键、盐键；每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。蛋白质的各级结构氨基酸一级结构二级结构三级结构四级结构血红蛋白蛋白变性可逆变性不可逆变性尿素天然核糖核酸酶硫醇松散核糖核酸酶变性核糖核酸酶天然核糖核酸酶除去硫醇除去尿素除去硫醇除去尿素核酸核酸(nucleic acid)(nucleic acid)以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。带和传递遗传信息。带和传递遗传信息。带和传递遗传信息。DNADNADNADNA（D D D Deoxyriboeoxyriboeoxyriboeoxyribon n n nucleic ucleic ucleic ucleic a a a acid)cid)cid)cid)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 RNARNARNARNA（R R R Riboiboiboibon n n nucleic ucleic ucleic ucleic a a a acid)cid)cid)cid)核糖核酸核糖核酸核糖核酸核糖核酸 5、核酸的化学结构脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）主要存在于细胞核的染色质内，主要存在于细胞核的染色质内，2%2%在线粒体。在线粒体。遗传的物质基础遗传的物质基础核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）主要存在细胞质，主要存在细胞质，10%10%在核仁在核仁 参与生物体内蛋白质的生物合成参与生物体内蛋白质的生物合成根据根据RNARNA的功能，可以分为的功能，可以分为mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA三种。三种。第一节第一节 核酸的化学组成与结构核酸的化学组成与结构一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成核苷酸由核苷酸由核糖、磷酸和含氮碱核糖、磷酸和含氮碱三部分构成三部分构成碱碱碱碱 基基基基 戊糖戊糖戊糖戊糖磷酸磷酸磷酸磷酸 嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶RNARNAG,AG,AC,UC,UR R H H3 3POPO4 4DNADNAG ,A G ,A C ,TC ,TdRdR（一）碱基（一）碱基1 1、嘧啶碱、嘧啶碱2 2、嘌呤碱、嘌呤碱3 3、稀有碱基、稀有碱基（二）戊糖（二）戊糖（三）核苷（三）核苷（四）核苷酸（四）核苷酸（五）多磷酸核苷酸和环化核苷酸（五）多磷酸核苷酸和环化核苷酸二、二、DNADNA分子的结构分子的结构（一）（一）DNADNA分子的大小分子的大小 天然存在的天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在大，一般在1061010。例如例如 大肠杆菌染色体由大肠杆菌染色体由400万碱基对万碱基对(basepair，bp)组成的双组成的双螺旋螺旋DNA单分子。其长度为单分子。其长度为14X106nm，相当于，相当于1.4mm，而，而直径为直径为20nm，相当原子的大小，相当原子的大小黑腹果蝇最大染色体由黑腹果蝇最大染色体由6，2X107bp组成，长组成，长2.1cm多瘤病毒的多瘤病毒的DNA由由5100bp组成组成 ，长，长17nm(17000nm)DNADNA来源来源 A AGGC CT T人胸腺人胸腺30.930.919.919.919.819.829.429.4人肝人肝30.330.319.519.519.919.930.330.3牛胸腺牛胸腺28.228.221.521.521.221.229.429.4牛精子牛精子28.728.722.222.227.227.230.330.3酵母酵母31.331.318.718.717.117.132.932.9（二）（二）DNADNA的碱基组成的碱基组成Erwin Chargaf测定测定1 1）有种的特异性）有种的特异性2 2）没有器官和组织的特异）没有器官和组织的特异性性3 3）各种）各种DNADNA分子中，分子中，A=T,C=G,A+G=C+TA=T,C=G,A+G=C+T4)4)年龄、营养、环境的改年龄、营养、环境的改变不影响变不影响DNADNA的碱基组成的碱基组成（三）（三）（三）（三）DNADNA的一级结构的一级结构的一级结构的一级结构分子较大分子较大dCMP dGMP dAMP dTMPdCMP dGMP dAMP dTMP磷酸二酯键磷酸二酯键线型大分子，无分支线型大分子，无分支一级结构的表示方法一级结构的表示方法化学式化学式线条式线条式文字式文字式（四）（四）DNADNA的二级结构的二级结构 -双螺旋结构模型双螺旋结构模型DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点（DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链核苷酸链(简称简称DNADNA单链单链)组成。组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链两条链方向相反，即其中一条链的方向为的方向为5 533而另一条链的方而另一条链的方向为向为3 355嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成直，糖基环平面与碱基环平面成9090角。角。(五五)超螺旋超螺旋DNADNA大多数原核生物大多数原核生物 1 1）共价封闭的环状双螺旋分子）共价封闭的环状双螺旋分子2 2）再次螺旋化）再次螺旋化超螺旋结构超螺旋结构三、三、DNA的一些性质的一些性质1、紫外吸收特性、紫外吸收特性2 2、DNADNA的变性的变性（DNA denaturation）物理（热）或化学（碱）物理（热）或化学（碱）物理（热）或化学（碱）物理（热）或化学（碱）方法破坏维持方法破坏维持方法破坏维持方法破坏维持DNADNADNADNA分子双分子双分子双分子双链状态的氢键使成为单链状态的氢键使成为单链状态的氢键使成为单链状态的氢键使成为单链的过程。链的过程。链的过程。链的过程。变性的特征变性的特征变性的特征变性的特征：增色效：增色效：增色效：增色效应，黏度下降，沉降系应，黏度下降，沉降系应，黏度下降，沉降系应，黏度下降，沉降系数增加，生物学活性丧数增加，生物学活性丧数增加，生物学活性丧数增加，生物学活性丧失失失失热变性热变性热变性热变性：加热引起的变性。实验室常用的方法加热引起的变性。实验室常用的方法加热引起的变性。实验室常用的方法加热引起的变性。实验室常用的方法增色效应：增色效应：核酸分子加热变性核酸分子加热变性时，其在时，其在260nm260nm处的紫外吸收急处的紫外吸收急剧增加的现象。剧增加的现象。DNADNA解链曲线解链曲线Tm值值：当紫外吸收变化达到最大当紫外吸收变化达到最大变化的半数值时，此时所对应的温变化的半数值时，此时所对应的温度称为熔解温度、变性温度或用度称为熔解温度、变性温度或用TmTm值表示值表示第二节第二节 RNA的分子结构的分子结构（一）（一）RNA的类型的类型三种主要的三种主要的三种主要的三种主要的RNARNARNARNA tRNA rRNA mRNAtRNA rRNA mRNA1 1、mRNAmRNA：占细胞中占细胞中RNARNA总量的总量的3%-5%3%-5%，分子量大，分子量大小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。蛋白质的模板。2 2、rRNArRNA：细胞中含量最多的细胞中含量最多的RNARNA，核糖体的组成，核糖体的组成成分，蛋白质合成的场所。成分，蛋白质合成的场所。3 3、tRNAtRNA：约占细胞中约占细胞中RNARNA总量的总量的15%15%。约由。约由75-9075-90个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸（二）（二）RNARNA的碱基组成的碱基组成 无严格的配对规律无严格的配对规律RNARNA来源来源来源来源A AGGC CU U酵母酵母酵母酵母tRNAtRNAtRNAtRNA19.419.426.626.625.125.120.120.1兔肚兔肚兔肚兔肚tRNAtRNAtRNAtRNA16.616.631.331.327.827.815.915.9大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌tRNAtRNAtRNAtRNA18.318.330.330.330.330.315.915.9大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌rRNArRNArRNArRNA25.225.231.531.521.621.621.721.7大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌mRNAmRNAmRNAmRNA25.125.127.127.124.124.123.723.7不同来源的不同来源的RNARNA的碱基摩尔比例的碱基摩尔比例（三）（三）RNA的一级结构的一级结构1 1、分子较小，为直线型多、分子较小，为直线型多核苷酸链。核苷酸链。2 2、基本单位主要是、基本单位主要是CMP CMP GMP AMPGMP AMP和和UMPUMP四种核苷酸四种核苷酸3 3、磷酸二酯键，、磷酸二酯键，5 5端向端向3 3端延伸端延伸（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构发卡式结构发卡式结构 A-U,C-G配对配对本章结束