《基础生命科学》生命的基本化学组成41页PPT

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生物界与非生物界的关系
1. 统一性 2. 差异性
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• 小分子 • 单糖 • 氨基酸 • 核苷酸 • 脂类
生物小分子
大分子 多糖 蛋白质 核酸
复合大分子 糖蛋白 糖脂 脂蛋白
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1 水 对生物体非常重要
• 水占生物体的60-70%以上的重量 • 地球上生命起源于水中，陆生生物
生命的化学组成
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一、组成生物体的化学元素
• 1、种类：常见的有20多种，不同生物的 元素种类大体相同
• 2、含量：不同生物的同种元素的含量不 同，同种生物不同元素含量不同。
• 常量元素：含义、种类 • 微量元素：含义、种类
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岩石圈的成分%
人体的成分%（鲜重）
氧
47
氢
63
硅
28
氧
25.5
铝
7.9
碳
9.5
铁
4.5
氮
1.4
钙
3.5
钙
0.31
钠
2.5
磷
0.22
钾
2.5
氯
0.03
镁
2.2
锌
0.06
钛
0.46 硫
0.05
氢
0.22 钠
0.03
碳
0.19 镁
0.01
所有其它 ﹤0.1 完整版所课有件pp其t 它 ﹤0.1
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维生素D：促进骨骼对钙的吸收和沉积。 佝偻病和成人骨质软化症。人体皮肤含

蛋白质是由20种氨基酸组成的生物大分子
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。
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
NH
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。
生命的基本化学组成
4.1 原子和分子——生命的化学基础
生物体的主要元素
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、，其中 C、H、O、N 4种元素占96%。
微量元素：铁、铜、锌、锰、钼、 钴、镍、镉、锡、硅、碘等。
DNA的碱基是 A、T、G、C， RNA的碱基是 A、U、G、C。
脱氧核糖核酸或核糖核酸
T
T
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
T
DNA双螺旋结构
DNA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。
▲ 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。
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。
磷脂
• 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

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 因子。
偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、 Sn、等
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4
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0.015mg/每日。 V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。
Mo2+
Mo2+
肽酶 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶 肽酶 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶
Ca2+
钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
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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， Mg2+ ， Ca2+ – （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+、Ca2+
1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4、蛋白质 5、核酸
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一、元素组成
生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的
% OC H N 人 65 18 10 8 杆菌 69 15 11 8
P S 其他 1.0 0.25 2.75 1.2 1.00 5.00
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基本元素：C，H，O，N，S，P，K，Ca 等占人 体99.35%。
内环境稳定：PH值 – 生物生存3~8.5，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。

第一节
构成生命的元素
微量元素（14种）＜0.01%
Fe血红蛋白的重要成分
Mn，Zn一些酶的必要成分 I甲状腺素的必要成分

第一节
构成生命的元素
铬Cr—葡萄糖耐量因子（GFT）的必要成分，是胰岛素的 辅助因子，可增加胰岛素的效能，促进机体利用葡萄糖。 相当一部分Ⅱ型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）患者， 是因为铬摄入不足或利用不良，表现出糖尿病症。

一、糖 类 一、糖类
主要由C、H、O组成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示，旧称 碳水化合物。
乳酸CH3CHOHCOOH 可写成C3(H2O)3 ，但不是糖； 而鼠李糖C6H12O5，脱氧核糖C5H10O4，但却是糖。

4
OH
OH
H
5 6
3
H
2
OH
CH2OH
有还原性

一、糖 类
2、寡糖：由2～10个单糖组成的聚糖，可以水解为 单糖。
单糖的半缩醛羟基与另一配体（可以是糖也可以是非糖）的 羟基缩合而成的化合物称为糖苷，其间的连接键称为糖苷键。
两个单糖通过糖苷键连接成双糖，三个单糖可以缩合为三糖。 常见的双糖有麦芽糖、乳糖、蔗糖。
OH O CH CH2OH 2OH CH2OH O OH OH O O O O O
CH 2OH O O CH 2OH CH 2OH O O
O
α-1,6-糖苷键
O CH 2OH CH 2O O O
CH 2
CH 2OH O O
O CH 2OH
O CH 2OH
O O
OH
O OH
α-1,4-糖苷键
还原性末端
二、脂 类 二、脂 类

直链淀粉〔α-1，4糖苷键〕
〔1〕、直链淀粉(amylose) 含有1000个以上葡萄糖构造单位，每一个单位由a-1,4糖苷 键相连。
CH2OH
H H
OH
O
HH
HC
O
H OH
CH2OH
H OH
O OH H CH
HO
n
H OH
n>1000 a-1,4糖 苷 键
直链淀粉的形状并不是伸展状态的直链，而是有规律的卷曲 成螺旋状，每一螺旋圈约有 6个葡萄糖构造单位。螺旋中有 空穴，空穴正好允许碘分子进入其中，碘分子与淀粉之间形 成碘-淀粉复合物，从而改变了碘原来的颜色。
• 常量元素又称宏量元素，有11种。 它们共占人体总质量的99.25%。它 们是：O，C，H，N，Ca，P，S， K，Na，Cl，Mg
• 微量元素14种，它们是：〔Fe，F， Zn，Cu，V，Sn，Se，Mn，I， Mo，Cr，Co，Si，B)。必需的微量 元素在生物体内的作用很大。如碘缺 乏。
碘缺乏症
HO H H
H H O OH H OH H
H O O H H H H+ 为成能2、O A O醛为基H H二g 基酮可+ 者(〔基分N 是葡〔为H 同3 萄果醛)分O 糖糖糖异H H 〕〕和构O H H -，，酮体在所糖C C C，分以。其H O O 子单H H 区中糖别间按仅H 的功O H H 在，
OH H
OH H
OH H
OH H
五、多糖 (Trisaccharides)
多糖是由成百上千个单糖通过脱水合成而形成的多聚体。这些天然高分子化合 物，都是葡萄糖通过糖苷键相连而成的多聚体。 多糖分为两类：一类是营养储藏多糖，如：淀粉和糖原；

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（三）生物体的主要生物分子
不同的生物体，其分子组成 大体相同。
பைடு நூலகம்物体都是由蛋白质、核酸、 脂类、糖、无机盐和水组成。
哪一种分子含量最高？
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。
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1、生命之源——水
生命起源于水； 物质的溶解、运输和利用需要水； 许多生化反应中水是底物或产物； 关节的润滑； 肺泡的生理功能； 毛细管作用——植物根系吸收水分。
定
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1、生命元素的分类
按作用分
必需元素：生命过程的某一环节（一个或一组反应）需要该元素的参 与，即该元素存在于所有健康组织中；生物体具有主动摄入并调节其 体内分布和水平的元素；是体内的生物活性化合物的有关元素；缺乏 该元素时会引起生理生化变化，当补充后即能恢复
有益元素：没有这些元素时，生命尚可维持，但不能认为是健康的， 有钒(V)、铬(Cr3+)、镍(Ni)、硒(Se)、锡(Sn)、硅(Si)、氟 (F)、硼 (B)
自然界中C、H和N三种元素的总 和不到总元素的1%。
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由于较重的元素已被压到行星熔融的核心之中，所以生命主要是由周期表中较轻的
元素所组成的。
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在地球表面，硅的丰度146倍于碳， 为什么大自然选择碳而不是硅作为生 命的主要元素？
二氧化碳稳定 二氧化碳在水中溶解度大 碳原子形成-C-C-C-环和链的能力（C-C键比Si-Si键稳
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水的独特性质
水是唯一天然存在的无机液体； 水是以三种形态：固体、液体、气体存在于自然界的唯一化合物； 水具有特别高的比热，能作为一种热缓冲剂，减少环境温度波动对生物

三、有机物
1、糖类 1）分类：单糖、双糖、多糖 2）单糖：葡萄糖是生命活动的主要能源物
质
3）双糖：两个单糖连接而成，例如：蔗糖 4）多糖：纤维素，淀粉，糖原
3、蛋白质 1）含量：干重的50%以上 2）结构：
基本单位：氨基酸 氨基酸连接成肽链 一条或几条肽链组成蛋白质
• 氨基酸的结构
1）结构特点：中心是一个碳原子，并且至 少有一个氨基（—NH2），一个羧基（— COOH），一个氢原子（—H）和它直接 相连。
2）结构通式：
R：不定基团
R
氨基
NH2 —C—COOH 羧基 H
•氨基酸的连接
H
羟基
H
H—N —C— C—OH + H—N —C— C—OH
H R1 O
H R2 O
H 肽键 H H2O + NH2 —C —C—N— C—COOH （二肽）
R1 O H R2
•三肽的形成
H
H
H
NH2 —C —C—N— C—COOH + NH2 —C—COOH
R1 O H R2
R3
H
H
H
NH2 —C —C—N— C—C—N—C—COOH R1 O H R2 O H R3
练习：
CH3 NH2 —C—COOH
NH2
CH3CH3 NH2—C —C—COOH
HH
COOH CH3
NH2—C———C— CH3
H
H
•多肽（肽链）的结构
结论：组成肽链的氨基酸个数比肽键 个数多一个
4、核酸 1）脱氧核糖核酸（DNA），存在于细胞核
中。
2） 核糖核酸（RNA），存在于细胞质中。 3）功能： 5、生命物质的主要成分：

蛋白质代 谢：生物 体通过蛋 白质代谢 将蛋白质 转化为能 量和物质
核酸代谢： 生物体通 过核酸代 谢将核酸 转化为能 量和物质
信息传递：细胞通过信号分子进行信息传递 信号转导：细胞接收信号后通过信号转导途径将信号转化为生物效应 信号分子：包括激素、神经递质、细胞因子等 信号转导途径：包括受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体、核受体等 信号转导的调控：包括信号放大、信号整合、信号终止等 信号转导与疾病的关系：信号转导异常可能导致疾病如癌症、糖尿病等
水：是生命的重要溶剂和介 质
离子键：原子间通过离子交 换形成的化学键
共价键：原子间通过共享电 子对形成的化学键
化学键：原子间通过共用电 子对形成的相互作用
范德华力：分子间通过瞬时 偶极矩相互作用形成的作用
力
氢键：分子间通过氢原子与 电负性原子形成的特殊作用
力
疏水作用：非极性分子间通 过疏水作用形成的作用力
二糖包括蔗糖、麦芽糖 和乳糖等
多糖包括淀粉、纤维素 和糖原等
糖类在生命活动中具有 重要作用如提供能量、 构成细胞壁等
脂质是生物膜的主要成分包括磷脂、胆固醇等 脂质在细胞信号传导、能量储存和代谢调节等方面发挥重要作用 脂质与疾病的发生和发展密切相关如心血管疾病、糖尿病等 脂质在生物技术、药物应、构成细胞结构、调节细胞 活动等
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蛋白质由氨基酸组成氨基酸通过 肽键连接形成多肽链多肽链再通 过空间折叠形成蛋白质
蛋白质的合成和降解受到基因的 调控是生命活动的重要环节
糖类是生命的基本化学 组成之一
糖类包括单糖、二糖和 多糖
单糖包括葡萄糖、果糖 和半乳糖等
DN复制：DN双螺旋解开以每条链为模板合成新的DN分子 遗传信息的传递：DN复制过程中遗传信息从亲代传递给子代 DN复制的机制：半保留复制保证遗传信息的准确性 DN复制的调控：通过酶、蛋白质等调控因子保证DN复制的精确性和效率

➢ 这81种元素按其在人体所占质量的比例是否大 于0.01%可划分常量元素和微量元素。
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常量元素
❖ 11种：O，C，H， N，Ca，P，S，K， Na，Cl，Mg。
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微量元素
❖ 14种：镍、铬、铜、钴、氟、碘、铁、 锰、钼、硒、硅、锌、钒、锡。
❖ Ni， Cr， Cu， Co， F， I， Fe， Mn， Mo， Se， Si，Sn， V， Zn
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2.2.3 多糖
❖ 由数百个至数千个单糖(如葡萄糖) 通过脱水作用而形成的多聚体。
❖ 淀粉 ❖ 糖原 ❖ 纤维素
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淀粉
❖ 存在于谷粒、块茎等部位。 ❖ 由直链淀粉和支链淀粉组成。 ❖ 淀粉遇碘变为蓝色。 ❖ 淀粉水解，先成为糊精（遇碘变为红
色），再成麦芽糖，最后成葡萄糖。
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植物淀粉粒图
8种必需氨基酸为：亮氨酸、异亮氨酸、赖氨 酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苯丙氨酸、缬氨 酸、苏氨酸、色氨酸。
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蛋白质是氨基酸的聚合体
❖ 一个氨基酸分子中的α-氨基，与另一氨基酸分子中的α羧基脱水缩合，形成肽键，生成的化合物称为二肽。
❖ 二肽再和一个氨基酸以肽键相连，就形成三肽。 ❖ 肽：相对分子量在1500以下的称为肽。 ❖ 几个至十几个氨基酸连接而成的肽链称为寡肽。 ❖ 多肽：相对分子量在1500以上的称为多肽。
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几种多糖
淀粉
肌糖原
纤维素
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2.3 脂质
❖ 脂质是生命体的重要构件和储能物质。
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脂肪
❖ 脂质中最常见是脂肪(fat)，由甘油和脂肪酸脱水结 合而成
❖ 脂肪分子中甘油的3个羟基通常为3个脂肪酸所酯化， 所以叫脂肪为甘油三脂或三酰甘油。