初一英语6生命化学基础.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,#,第四讲 生命的物质基础,孙 啸,程 璐,生命的形式多种多样,生命的形态多变,但是化学成分是同一的,元素：无机界的,C,、,H,、,P,、,N,、,P,、,S,分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素,认识生命,认识组成生命的物质,生命的基本单位,细胞,不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似生命的物质基础,一、,元素组成,二、,分子组成,1、水和无机盐,2、糖类,3、脂类,4,、蛋白质,5,、核酸,基本元素：,C，H，O，N，S，P，Ca,等占人体99.35%。,其它元素：,Na，K，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因子。,偶然存在的元素：,V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Sn、,等,一、元素组成,“反自然”现象,自然界：,C,、,H,、,O,总和,96%,生命体与普通物质的不同,微量元素,Fe,氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。,Cu,发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。,Zn,在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。,Mo,（钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。,I,缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症，,Mn,（锰）与酶的活性有关。,Co,（钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015,mg/,每日。,V,（钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。,Zn,（锌）,在青少年的发育生长，癌症等的,发病和防治起有作用。,Ni,（镍）植物中1555,ppm,人为0.1,ppm；,急性白血病.25,g/ml,Sn,（锡）影响骨钙化速度；,Si,（硅）矽肺，,Si,浸润细胞。,F,（氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿和氟中毒。,Se,（硒）缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防治有关.,%OCHNPS,其他,人 65181081.00.252.75,生命形式,多样,，但基本元素构成是,基本一致,的,；,杆菌 69151181.21.005.00,为什么是这20多种元素参与生命组成？,这个问题现在没有确切的答案。天然存在的90种元素中，有65种元素不参与生物体组成。从地球表面元素的丰度来看，排在前几位的是,O（,占47%），,Si（,占38%），,Al（,占7.9%），,Fe（,占4.5%），,Cu（,占3.5%），可是在生物体内，都是,C,占的比重最大，,O,排在第三位，,Ca,在第五位，而,Fe,和,Al，Si,仅以极微量存在于生物体中。,C,在生物体结构组成中的重要地位，,P,在生物体能量代谢中的特殊地位，引人注目。,已有一些文章试图从它们的外层电子能量和元素化学性质来分析。,Why,C、H、N、O?,H、O、N、C,分别是共用1，2，3，4个电子对，是可获得稳定构型的最小原子,能形成稳定的分子,比具有同样原子价数的其它元素更稳定,O、N、C,是仅能形成多价的元素,H,2,O,2,O,2,H,2,O,O,2,O,是次于,F、Cl,的第三个跟原子有亲和力的原子是很强的电子受体，得到电子，释放能量,人体的元素成分,说明：日推荐量乃是美国,FDA,建议的每种微量元素每日摄入量。在生物体中，碳，氢，氧，氮，磷，硫，氯等几种非金属元素，含量比较多，钠，钾，镁，钙等金属元素，含量也比较多，以上统称常量元素。写在表的右侧的铁，锌等金属元素和硅，硒等非金属元素，在生物体内 含量甚少，称为微量元素。碳，氢，氧，氮，磷，硫这几种元素，是构成如蛋白质，核酸，糖类，脂类等生物分子的重要原料，氯，钠，钾等参与体内水盐平衡；碘是甲状腺素的重要成分；而镁，钙，铁，锌等配合体内蛋白质成分，参与酶活性调节，氧的输送等重要功能。,二、分子组成,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。,有 机 物,蛋白质(,Protein),核酸(,Nucleic acid),糖(,Carbohydrate),脂类(,Lipid),等,其中,蛋白质,是由,氨基酸,(,amino acid),构成的,核酸,是由,核苷酸,(,nucleotide),构成,因此氨基酸、核苷酸被称为,构件分子,(,building block molecule),各种生物的构件是相同的,几类重要的生命物质,遗传信息的存储和传递者核酸,生命信息载体,遗传信息的表达者蛋白质,生命机器,生命过程的催化剂（,酶）,生物体主要供能物质,糖类,生命过程的能源,生物体的重要构件和储能物质脂类,构件、,储能,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,PH,酶的活化,1,、水和无机盐,水,生命来自海洋，生物离不开水。,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、生命中化学反应的进行，正常的新陈代谢具有重要意义；,水的比热为1,cal/g,在温度改变时，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，维持体温；,固态水比液态水的密度底，有利于水生生物的生存。,无机盐,一般以离子状态存在，,Na,+,、K,+,、Ca,2+,、Mg,2+,、Cl,-,、HPO4,2-,作用：,（1）对细胞的渗透压和,PH,起着重要作用,（2）酶的活化因子和调节因子，,Mg,+,Ca,+,（3）,合成有机物的原料,PO4,3,-,合成磷脂、核苷酸,（4）动作电位、肌肉收缩等，,Na,+,、K,+,、Ca,2+,内环境稳定：,PH,值,生物生存38.5，各种生物、各种组织均有适宜的,PH,范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。,2,、,糖类,生命活动所需能量来源；,重要的中间代谢产物；,构成生物大分子；,分子识别作用。,组成：,C:H:O=1:2:1,功能：,糖的分类,单糖,-,构成各种糖分子的基本单位,寡糖,-,若少数几个（,2-6,）单糖分子连接,多糖,大量单糖分子的连接,结合糖,单糖分类,己糖,丙糖,戊糖,丁糖,重要的单糖,甘油醛 核糖 脱氧核糖,半缩醛羟基,半缩醛羟基,葡萄糖 果糖 半乳糖,寡糖,麦芽糖(,maltose),两分子葡萄糖由糖苷键连接，具还原性,蔗糖(,sucrose),由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成，无还原性,食用的糖主要是蔗糖,乳糖(,lactose),半乳糖和葡萄糖结合而成,存在于哺乳动物的乳汁中,寡 糖（,oligosaccharides）,双糖：麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖等,-,麦芽糖,多糖,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,多糖（,polysaccharides）,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,纤维素,-,葡萄糖,3,、,脂类,生命体的重要构件和储能物质,中性脂肪,(,fat),和,油(,oil),由甘油和脂肪酸结合而成,类脂(,lipoid),磷脂；糖脂；固醇；萜类,脂 类,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,储存能量,生物表面的保护层,很好的绝缘体，保温,生物学活性，维生素,Va、Vd，,激素：前列腺素,（,1,）中性脂肪(,Fat),和油(,Oil),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。,结构特征：亲水头 疏水长链,磷脂类,细胞膜的主要结构成分,有极性的头部和两条疏水的尾部,磷脂和细胞膜,磷脂,脂双分子层,磷酸基团,疏水脂肪酸链,（,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,维生素,E,维生素,K,结合脂类,固 醇,维生素,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,生物分子信息,细胞,分子,存贮、复制和传递,遗传信息的系统,生物信息的载体,DNA,通过自我复制，在生物体的繁衍过,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,个体中得以表达，并使后代表现出与亲代,相似的生物性状。,基因控制着蛋白质的合成,DNA,RNA,蛋白,质,转录,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,英文缩写,简 写,氨基酸名称,英文缩写,简 写,甘氨酸,Gly,G,丝氨酸,Ser,S,丙氨酸,Ala,A,苏氨酸,Thr,T,缬氨酸,Val,V,天冬酰胺,Asn,N,异亮氨酸,Ile,I,谷酰胺,Gln,Q,亮氨酸,Leu,L,酪氨酸,Tyr,Y,苯丙氨酸,Phe,F,组氨酸,His,H,脯氨酸,Pro,P,天冬氨酸,Asp,D,甲硫氨酸,Met,M,谷氨酸,Glu,E,色氨酸,Trp,W,赖氨酸,Lys,K,半胱氨酸,Cys,C,精氨酸,Arg,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,Ala,、,Val,、,Leu,、,Ile,、,Phe,、,Pro,和,Met,带电氨基酸,Arg,、,Lys,（,+,）和,Asp,、,Glu,（,-,）,极性氨基酸,Ser,、,Thr,、,Cys,、,Asn,、,Gln,、,His,、,Tyr,、,Trp,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,及,Trp,氨基酸的性质,两性解离性质,紫外吸收特性：,紫外吸收(紫外分光光度法的基础),Tyr,max,=278nm,Trp,max,=279nm,phe,max,=259nm,肽键、肽和多肽,不同数目的,aa,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，-,NH,2,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,肽链,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,-,折叠,-,转角,无规卷曲,无序结构,-,螺旋,多肽主链骨架围绕一个轴螺旋上升。,螺旋最为常见，每一圈3.6个残基，螺距0.54,nm，,残基高度0.15,nm,螺旋半径0.23,nm,氢键封闭环包含13个原子,每一个,=-57,o,=-47,o,-,折叠,平行,-,折叠,反平行,-,折叠,折叠:,较,螺旋伸展的构象，两条或多条肽链间互相以氢键连接起来的成片层状结构，平行或反平行两种类型。,转角：,4个连续的,aa,残基组成，主链骨架以180返回折叠，第,n,个残基的羰基氧原子与,n+3,个残基上的亚氨基氢原子之间形成氢键。,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,疏水基位于球体内部,球状蛋白溶于水,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,。,球蛋白：,螺旋+不规则的不成,螺旋的部分，并折叠成球形。,酶、蛋白质激素、抗体以及细胞质和细胞膜中的蛋白质。,三级结构,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,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、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,蛋白质的空间作用力,氢键,盐键(离子键),疏水键,范德华力,二硫键,脂键,盐键,(离子键,）,氢键,二硫键,疏水键,氢键,氢键,疏水键,蛋白质的空间作用力,蛋白质结构与功能的关系,一级结构与功能的关系,序列分析,空间结构与功能的关系,结构分析,一级结构,即氨基酸顺序,高级结构,生物学功能,正常红细胞 镰刀型红细胞,镰刀型红细胞,正常红细胞,空间结构与功能的关系,DNA,聚合酶活性位点,聚合酶,DNA,蛋白变性的特点：,蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，粘度增加。,可逆变性,不可逆变性,空间结构与功能的关系,N,U,去折叠,重折叠,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,蛋白质结构测定,1,、,X,射线衍射结构分析,2,、核磁共振结构分析,生命过程的催化剂酶,酶的概念,是一类具有生物催化活性的蛋白质分子，它可以提高反应速率。,生物分子处于不断变化之中，很少反应没有酶参与,补充定义,酶的作用机理,特异的结构,与底物复合,酶的作用特点,只催化热力学允许的反应,只加快反应速度,不改变反应平衡点,对正逆反应催化作用相同,降低反应活化能,酶的催化特点,反应条件温和,高效,专一,多样,催化活性受多因素影响,反应物,生成物,无酶时的活化能,有酶时的活化能,反应焓变,酶降低反应活化能,酶的作用机理,A+B+E C+D+E,S+E SE P+E,邻近与定向,酸碱催化,共价催化,底物形变,微环境的影响,酶,底物,酶-底物复合物,酶+产物,酶的作用机理,酶的生理意义,生物体内绝大多数反应都在酶的作用下进行,各种反应的综合就是生命,5,、,核酸,遗传信息的存储和传递者,核酸的化学结构,核酸的分类,DNA,的结构,RNA,的结构特点,碱基+戊糖,核苷 +磷酸,核苷酸,poly,聚合,核酸,(核苷酸之间通过3.5磷酸二脂键连接),核酸的化学结构,碱基,戊糖,磷酸,碱 基,腺嘌呤,A,尿嘧啶,U,胞嘧啶,C,鸟嘌呤,G,胸腺嘧啶,T,戊 糖,核糖,脱氧核糖,核酸的,分类,核酸分为：,脱氧核糖核酸,(,Deoxyribonucleic acid,DNA),DNA,含,G.A.C.T,四种碱基和脱氧核糖,核糖核酸,(,Ribonucleic acid RNA)，,RNA,含,G.A.C.U,四种碱基和核糖,DNA,RNA,碱基,腺嘌呤,(adennine,A),鸟嘌呤,(guanine,G),胞嘧啶,(cytosine,C),胸腺嘧啶,(thymine,T),腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,尿嘧啶,(Uracil,U),戊糖,脱氧核糖,核糖,磷酸,磷酸,磷酸,DNA,的结构,DNA,的碱基组成,DNA,的一级结构,DNA,的二级结构(双螺旋),DNA,分子结构的某些特征,DNA,的碱基组成,A+G=C+T,G=C,A=T,同种生物的不同组织的碱基组成相同,不同生物的同种组织的碱基组成不同,年龄,营养,环境不影响碱基组成,DNA,的一级结构,5-,磷酸,3-,羟基,一种十分稳固的结构,DNA,双螺旋,碱基堆积力,H,键,离子键,DNA,的二级结构(双螺旋),模型一九五三年.,Watson&Crick,提出,小沟,大沟,DNA,的两种二级结构,Z-DNA,B-DNA,大沟,大沟,小沟,DNA,双螺旋的意义,有效的解决了遗传信息的储存、传送和自我复制,提出了遗传信息的流动过程,复制,DNA,转录,RNA,翻译蛋白质,DNA,分子结构的特征,原核生物,DNA,分子中有,基因重叠,现象,真核生物,DNA,分子中普遍存在,插入顺序,(内含子),编码的核苷酸顺序就携带着遗传信息,。,ATGCCGAGTCAGACTACGA,GENE1,GENE2,插入顺序,编码区,DNA:ACGTGGCCAGCC,Thr,Trp,Pro,Ala,AA:,RNA,的结构,单链，不存在碱基比例关系,局部能形成碱基对，出现双螺旋，不 配对区域形成突起(环),核糖核酸(,RNA),分为,信使,RNA(mRNA)-,转录遗传信息,转运,RNA(tRNA)-,运载氨基酸,核糖体,RNA(rRNA,）,-,蛋白质合成,mRNA,结构特点,线形单链结构，携带,DNA,信息，作为指导合成蛋白质的,模板,5,-,端有,甲基化结构,，抗水解,有,前导序列,3,-,polyA,结构,半衰期短(几分钟到几小时),四环四臂,aa,臂与反密码臂是识别,aa,与密码的重要结构,tRNA,的结构,T,C,环,D,环,反密码环,rRNA,的结构,真核生物的核糖体,5,S,5.8S,18S,23S,28S,r,RNA,原核生物的核糖体,16,S,23S,5SrRNA,大肠杆菌的,rRNA,的结构,核糖体,亚单位,亚单位,蛋白质,蛋白质,尿素,尿素,rRNA mRNA tRNA,反密码子,氨基酸,新生肽链,核糖体,mRNA,思考题,1、,写出氨基酸的基本通式。,2、生物大分子有哪些特性？,3、具体写出蛋白质的一至四级结构代表什么？,4、,DNA,结构的特点与功能？,