生命的化学基础—《生物学》考研笔记

生命的化学基础—《生物学》考研笔记
(一)原子和分子
1.元素
●概念：具有相同核电荷数的一类原子的总称
●必需元素（25种）
●概念：在生物的生活中，不可代替的、不可缺少的元素
●大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
●微量元素（含量少于0.01%）:B、I、Fe、Si……
●同位素
●概念：质子数和电子数都相同，但是中子数不同的原子，它们在周期表中的
位置相同。

●同位素示踪
●利用放射性同位素或者稳定性同位素显示某种原子在生物体内的来踪去
迹的技术
●应用
●放射性同位素
●疾病诊断：如将少量放射性示踪物注入血液内，观察放射性化
合物在尿中出现的情况。

●确定化石年龄：14C用于确定7万年以下的化石，超过7万年
剩下的量就微乎其微了
●稳定性同位素
●化学反应机理的研究：18O常做为示踪原子用于研究CO2中的
O原子来自于糖而非O2
2.化合物
●概念：由元素组成，通过原子之间发生反应形成化合物
●关键：化学键的形成
●离子键：电子的得失
●共价键：电子的共用
●细胞中不可缺少的化合物——水
●特性
●水是极性分子
●水是极好的溶剂
●水分子之间会形成氢键
●液态水中的水分子具有内聚力
●水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化
●冰比水轻
●水能够电离
3.化学反应
注意：不能创造或者破坏原子，只能将原子重组
●实质：破坏已有的化学键，形成新的化学键
(二)组成细胞的生物大分子
1.概念：生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万甚至更多的有机分子，在生
命现象中起着重要作用。

2.组成各种生物大分子的基础：碳
●特点
●重要性
●细胞合成的几乎所有分子都含有碳，活生物体内含碳化合物量仅次于水
●碳原子结构
●碳原子最外层有4个电子，还有4个电子的空位。

所以碳原子极易与其
他原子共用4对电子而形成4个共价键
●含碳化合物
●除一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等少数简单化合物外，含碳化合物统称
为有机化合物
●碳架
●碳骨架是各种有机化合物的基础，其结构排列和长短决定有机化合物的基本
性质
●功能团
●概念：有机化合物中参加化学反应的往往是C、H、O、N等原子组成的原
子团，这类原子团称为功能团。

●重要的功能团（4个）
●羟基（-OH）
●羰基（=CO）
●羧基（-COOH）
●氨基（-NH2）
●4种功能团特点：具有极性
●使得所有含这些基团的化合物都是亲水的（都是水溶性的）→有利于
化合物在含有大量水分子的细胞中稳定存在。

●生物分子可能含有两种及以上的功能团
●举例
●糖分子：羟基+醛基/酮基
●氨基酸：氨基+羧基
3.分类：蛋白质、核酸、多糖（脂质不是），都是多聚体
4.少数种类小分子合成许多生物大分子
●单体和多聚体
●单体：生物体制造多聚体所用的单体都是通用的，都是用同样的20种氨基
酸和同样的4种核苷酸
●多聚体：由相同或者相似的单体组成的长链
●原理
两者互逆
●脱水合成
●单体→多聚体（每加上一个单体便脱去一个H和一个-OH形成了水，多
聚体上产生一个新的共价键）
●水解反应
●多聚体→单体（加入一个水分子使键断裂，即水分子中的H连接到新多
聚体的末端单体上，-OH连接到新释放的单体上）
(三)糖类
1.概念：是指含有多羟基的醛类或酮类化合物，及其产生的缩聚物或衍生物
2.分类
●单糖
●概念：组成多糖的单体是单糖
●常见单糖
●葡萄糖
●醛糖——生物体内最重要的单糖，分子式为C6H12O6
●果糖
●酮糖——分子式为C6H12O6，与葡萄糖为同分异构体
●戊糖（核酸的成分）
●核糖
●脱氧核糖
●蜂蜜是葡萄糖和果糖的混合物，非双糖
●特点
●有许多羟基，所以单糖属于醇类
●有羰基，羰基在分子一端即成为醛基（如葡萄糖），在分子中间则成为
酮基（如果糖）
●结构
●链状结构与环状结构互相转变，达到平衡
●命名
●碳原子数目，12345678——甲乙丙丁戊己庚戌
●如：葡萄糖叫己糖
●双糖
●概念：两个单糖通过脱水合成形成的糖
●常见双糖
●麦芽糖
●葡+葡
●蔗糖
●葡+果
●存在与植物汁液中，如甘蔗茎和甜菜根，是植物体内运送的主要
养分
●乳糖
●葡+半乳
●多糖
●概念：数百个至数千个单糖通过脱水合成而形成的多聚体
●常见多糖
这三个都是葡萄糖聚合而成
●淀粉
●贮存
●植物根茎和其他部位中，如马铃薯、谷物是人类膳食中淀粉主要
来源
●作用
●储存养分供能
●结构
●由葡萄糖的单体聚合而成，由于连接葡萄糖单位的键形成一定的
角度，所以其长链卷曲成螺旋，螺旋可能无分支或有分支。

●糖原
●贮存
●人和其他动物体内贮藏的多糖，人体内的糖原贮存在肝细胞和肌
细胞中
●作用
●在需要时，肝细胞和肌细胞会将糖原水解成葡萄糖。

人的消化系统也能消化食物中的糖原颗粒。

●结构
●糖原的结构和淀粉一样，也形成螺旋，不过分支更多
●纤维素
●贮存
●存在于细胞壁中
●作用
●形成微原纤维，在细胞壁中保护细胞和支持植物体
●结构
●平行线状排列（与淀粉和糖原不同，不发生卷曲，形成不分支的
链）
●甜度比较
●糖浆>果糖＞蔗糖＞葡萄糖>麦芽糖
(四)脂质
1.概念：指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种非极性小分子（疏水），主要
由C、H、O组成
2.注意：严格来讲，脂质不是生物大分子，也不是聚合物
3.常见脂质分类
●脂肪
●概念和结构
●脂质中最常见的是脂肪，脂肪是由甘油和脂肪酸脱水合成而形成的。

脂
肪分子中甘油的3个羟基通常被3个脂肪酸所酯化，因此脂肪又叫做甘
油三酯或者三酰甘油。

脂肪酸的羧基中的-OH与甘油的羟基中的-H结合而失去一分子水，于是
甘油和脂肪酸之间形成酯键
●特点
●脂肪中的3个酰基一般是不同的，来源于C16、C18和其他脂肪酸
●含有多个碳氢链，所以分子含有较多能量
●脂肪酸
●分类
●不饱和脂肪酸
●含有双键
●脂肪为液态
双键的存在使得碳链弯曲，分子不能排列得太紧密，则占的空
间大，因此含有双键的脂肪在常温下士液态
●饱和脂肪酸
●没有双键
●脂肪为固态
●分布及饮食
●动物的脂肪中不饱和脂肪酸很少，植物油中则较多
●膳食中饱和脂肪太多会引起动脉粥样硬化
●磷脂
●概念和结构
●又称磷酸甘油酯，是细胞膜重要的组分，其结构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。

●蜡
●概念和结构
●蜡也是酯，是由长链的醇与长链的脂肪酸形成的酯，疏水性比脂肪更强，
所以可以保护生物体的表面
●类固醇
●概念和结构
●类固醇是一类不同的脂质，它们的碳链折成4个环，3个6元环，1个五
元环。

●常见类固醇
●胆固醇
最常见
●胆固醇是细胞膜重要的成分，也是动物体内合成其他类固醇的原料。

●人体胆固醇太多会引起动脉粥样硬化和心脑血管疾病
●动物的雄、雌性激素
●促蛋白合成类固醇
●人工合成的类似雄性激素的药
●能促进肌肉发达，增强体力，常为运动员所用
●but有副作用，对身心有严重影响，为许多体育组织禁用
(五)蛋白质
1.概念：由氨基酸组成的多聚体，是重要的生物大分子
2.分类（7大类）
根据蛋白质在机体内的功能
●结构蛋白
●组成细胞结构的基础
●哺乳动物的毛发、肌腱、韧带，蚕丝、蜘蛛丝
●收缩蛋白
●与结构蛋白共同起作用
●肌肉的运动需要，和肌腱共同起作用
●贮藏蛋白
●
●动物卵中卵清蛋白，植物种子中贮藏蛋白
●防御蛋白
●
●抗体
●转运蛋白
●负责物质转运
●血红蛋白
●信号蛋白
●将信号从一个细胞传送到另一个细胞
●某些激素（如胰岛素）
●酶
●生物催化剂，本身并不在反应中发生变化
生物体中最重要的蛋白质
●蛋白酶、水解酶
3.组成
●20种氨基酸
●概念：氨基酸是含有氨基和羧基的化合物，蛋白质的结构单体
●
●连接方式
●脱水缩合
●一个氨基酸上的羧基与另一个氨基酸上的氨基脱水缩合形成C-N，即
肽键
●分类
●必需氨基酸
●动物细胞不能合成，必须由食物提供的氨基酸就是必需氨基酸
●成人（8种）
●甲硫氨酸（也叫蛋氨酸）（Met）、缬氨酸（Val)、异亮氨酸
（Ile)、苯丙氨（Phe)、亮氨酸（Leu)、色氨酸（Trp)、苏氨酸
（Thr)、赖氨酸(Lys)
口诀：甲缬异苯亮色苏赖
●儿童（9种)
●加上组氨酸
●根据R基团性质
●疏水的
口诀：甲脯缬丙甘亮异亮，苯色
●非芳香族
●甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、亮氨酸
（Leu）、异亮氨酸（Ile）、脯氨酸（Pro）、甲硫氨酸（Met）
●芳香族
R基团带环的
●色氨酸（Try）、苯丙氨酸（Phe）
●亲水的
口诀：酸天谷，赖精组，谷苏半天丝酪
●酸性（R基团带负电）
●天冬氨酸（Asp），谷氨酸（Glu）
●碱性（R基团带正电）
●赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His）
●其他
●丝氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）、天冬酰胺（Asn）、谷酰
氨（Glu）、酪氨酸（Tyr）（芳香族）、苏氨酸（Thr)
4.结构
●概念
●蛋白质分子的专一形状是由4个层次结构决定的，这4个层次是一级、二级、
三级和四级结构。

前一级结构决定着下一级结构。

●四级
●一级结构
●多肽链中氨基酸的排列顺序
●形成原因：共价键
●二级结构
●一级结构中部分肽链的卷曲或折叠产生二级结构
●形成原因：肽链内或各肽链间的-N-H基团和-C=O基团之间形成氢键
●α-螺旋
●头发中的蛋白质几乎完全由α-螺旋组成
●β-折叠
●β-转角
●无规卷曲
●三级结构
●一条多肽链的总的三维形状
●球状
●纤维状
●四级结构
●两条或多条多肽链组成的蛋白质
组成这种蛋白质的各个多肽，称为亚基
●形成原因：各亚基之间形成键（弱键）
5.蛋白质变性
●概念
●在化学、物理因素等作用下，蛋白质天然空间结构发生改变和破坏，失去了
其专一的三维结构，从而失去生物学活性的现象。

●原因
●热、紫外线、激烈地搅拌、强酸强碱、重金属
●类型
●可逆（可复）
●尿素导致温和变性
●不可逆
●加热
6.蛋白质的等电点
●概念
●当介质中的酸碱度达到一定的PH值时，蛋白质就以中性电解质的状态存在，
此时它即不向负极移动，也不向正极移动，这时的PH值就称为该蛋白质的
等电点。

●分类
●PH<等电点
●蛋白质带正电
●向负极移动
●PH>等电点
●蛋白质带负电
●向正极移动
(六)核酸
1.概念
●由核苷酸脱水合成的多聚体，编码蛋白质的一级结构，是重要的遗传物质
2.组成单体
●核苷酸
3.分类
●DNA
●双链
●磷酸基团+脱氧核糖+含氮碱基（ATCG,A=T,C≡G)
每分子脱氧核糖核苷酸包括
●主要在细胞核中
●DNA双螺旋结构
●提出者
●沃森Watson 和克里克Crick
●概念
●2条脱氧核糖核苷酸长链以碱基配对相连而成的多聚物。

●特点
●（1）多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋转，为
右手螺旋
●（2）多核苷酸链是通过磷酸和戊糖的3`,5`碳相连而成的，
两条多核苷酸链中一条是从3`碳到5`碳，另一条相反
●（3）嘌呤碱和嘧啶碱在双螺旋内部，而磷酸根和核糖则在
外部。

碱基的平面与轴相垂直，糖的平面又与碱基的平面
几乎相垂直。

●（4）螺旋的直径约为2nm,相邻碱基之间相距0.34nm，并
沿轴旋转36°
●（5）两条链是由碱基对之间的氢键连在一起的。

A=T,C≡G
A腺嘌呤，T胸腺嘧啶，C胞嘧啶，G鸟嘌呤，U尿嘧啶
●（6）多核苷酸链中碱基序列不受任何限制。

碱基对的准确
序列携带着遗传信息
●RNA
●单链
●磷酸基团+核糖+含氮碱基（ATUG,A=U,C≡G)
每分子核糖核苷酸包括
●主要在细胞质中
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