生命科学导论3

生命科学与技3. 类固醇 类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分，其碳骨架弯曲形成 3 个六元环和 1 个五元环。
在动物细胞中类固醇也是生成其他甾类或类固醇化合物如雌性和雄性 激素的前体物质。血液中类固醇含量高时易引发动脉血管粥样硬化。 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。脂类可构成生物表面的保护层，如皮肤、羽毛和果实外表的蜡质； 动物皮下脂肪有保持正常体温作用；维生素 A、维生素 D、肾上腺皮质激 素等脂类分子是重要的生物活性物质。
碳骨架结构排列和长短
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第一节 生命的化学基础
（4）生物有机化合物的功能基团 除了碳骨架外，有机化合物的 性质还取决于与碳骨架相连接的某 些含氧、氮、硫、磷的原子团，又 称为功能基团。 这些功能基团包括羟基、羰基、 羧基和氨基等功能基团，这些功能 基团几乎都是极性基团，其中的氧 原子或氮原子都有着较强的吸引共 享电子的能力。它们往往可以引发 有机化合物间特定的化学反应。 功能基团的极性使得生物分子 具有亲水性，有利于这些化合物稳 定于有大量水分子存在的细胞中。
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第二节 糖类化合物
3. 多糖 多糖是几百个或几千个单糖脱水缩合形成的多聚体。多糖与人类生活 关系密切，最重要的多糖是淀粉、糖原和纤维素。一些多糖是生物细胞的 营养贮存成分，在细胞中可以被分解成单糖以维持相关代谢的进行。 （1）淀粉 植物细胞中通常都含有淀粉颗粒，是细胞的糖类贮存库。糖是植物细 胞的能量来源，也是形成其他有机分子的原料。长链淀粉中连接单体的糖 苷键被水解打开，淀粉便水解生成葡萄糖。人和其他动物都能通过其消化 系统水解植物淀粉。 （2）糖原 动物细胞中的多糖是糖原。糖原也是由葡萄糖组成的链状多聚体，它 与淀粉的组成基本相同，但糖原的支链比支链淀粉更多，而分支的长度较 短。大多数糖原以颗粒状贮存于动物的肝脏和肌肉细胞中，需要时糖原可 以被水解释放出葡萄糖。人的消化系统能够水解肉类食物中的糖原。
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第二节 糖类化合物
糖类广布于生物细胞中，所有生物的细胞皆含核糖。动物血液含有葡 萄糖，植物的细胞壁、木质部、棉花等由纤维素组成，粮食（谷类）含丰 富的淀粉。 糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，糖类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。 1. 单糖 糖类的单体称为单糖，单糖是不能水解的最简单糖类。葡萄糖和果糖 是两种最常见的单糖。单糖分子含C、H、O 3 种元素，通常 3 者的比例为 1:2:1，一般化学通式为（CH2O）n。 葡萄糖的分子式为 C6H12O6，果糖的分子式与葡萄糖完全一样，只是 结构式不同。这种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。葡萄糖和果糖都是六碳糖，其他单糖的主要碳骨架可以从 3 个碳到 7 个碳，含 3 个碳原子的单糖名为丙糖，如甘油醛， 含 5 个碳原子的单糖 名为戊糖，如核糖和核酮糖。
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第四节 蛋白质
4. 蛋白质的空间结构 决定功能的蛋白质空间结构可包括四个连续不同的结构水平，每一级 决定了其更高一级的结构特点。 蛋白质的一级结构是指形成 肽链的氨基酸序列的线性结构。 二级结构包括 螺旋和 折 叠两种形式。 三级结构可包括若干个螺 旋和/或折叠，疏水键、氢键和 离子键也参与结构的维持。 许多蛋白质含有两个或更多 的肽链，每一个肽链都是蛋白质 的一个亚单位（亚基），这种由 亚基相互作用并结合形成的整个蛋白质特定的结构，即四级结构。
第三章
生命的物质基础
生 命 科 学 导 论
第一节 生命的化学基础 第二节 糖类化合物 第三节 脂类化合物 第四节 蛋白质 第五节 核酸
生 命 科 学 与 技 术 学 院 袁 明 雄 ymingx@
第一节 生命的化学基础
1. 生物体的主要元素和主要分子 地球上的生物具有多样性，但各种生物体的化学组成却基本相似。 组成生物体的主要元素包括 C、H、O、N、P、S、Ca 等，以上 7 种 元素约占生物体的 99.35％，其中 C、H、O、N 4 种元素约占 96％。
由于与淀粉和糖原中葡萄糖单 体之间连接方式不同，纤维素一般 不能被大多数动物消化水解。植物 的纤维素不能作为人体的营养，但 可刺激肠道蠕动，有助于消化。有 些动物如牛和羊，由于其消化系统 中有水解纤维素的微生物和纤维素 酶，可以从纤维素中获得营养。
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第三节 脂类化合物
1. 脂类的组成和功能 脂类分子含 C、H、O 3 种元素，但 H 与 O 的比值远大于 2，可以说 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，即脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。 中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸 结合成的脂类，对于动物称为脂肪，对 于植物则称为油。 甘油是由 3 个碳原子分别连着 3 个 羟基构成的醇。 脂肪酸是由大约17个碳的烃链与羧 基组成的有机酸。 脂肪酸与甘油的缩合可以形成脂类， 由 3 个脂肪酸与一分子甘油上的 3 个羟 基分别脱水缩合就形成三酰甘油。
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第三节 脂类化合物
2. 磷脂 磷脂又称磷酸甘油酯。磷脂与脂肪不同之处在于甘油的 1 个羟基不是 与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其衍生物结合，如与磷酸胆碱结合形成 卵磷脂。 磷酸胆碱一端为亲水的头，两个脂肪酸一端弯曲为疏水的尾，其中一 个脂肪酸通常含有不饱和双键，因此总是有点弯折。 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。
组成细胞的元素及其相对 % 含量 丰量元素
碳（C）18.0 氢（H）10.0 氧（O）65.0
其
磷（P）1.1 硫（S ）0.25 钙（Ca）2.0
他
必
需
元
素
偶然存在的元素
钨（V） 微量 钼（Mo） 微量 锂（Li） 微量 锶（Si） 微量 砷（As） 微量 锡（Sn）微量
氯（Cl）0.15 镁 （Mg）0.05 铁（Fe） 0.004
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第四节 蛋白质
3. 蛋白质结构与功能的关系 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。蛋白质的外形大体有球状和纤维状二类。 每种蛋白质都具有特定的构象，例如溶菌酶肽键的盘绕和扭曲折叠似 乎是偶然和任意性的，实质上这是一种特定的三维空间构象，正是这一特 定的构象确定了溶菌酶的特殊功能。 几乎所有的蛋白质必须与其他分子相结合才能发挥其功能和作用，例 如，溶菌酶必须首先与细菌表面的一些特殊的分子（又称靶分子）结合， 才能将细菌杀死，而溶菌酶只有在这种特定的空间构象下才能够识别和结 合这些靶分子。 简单的实验就可证明蛋白质的功能是由其特殊结构决定的。通过加热 或化学试剂处理使蛋白质构象发生变化（蛋白质变性），多肽链的盘绕和 折叠被解开，蛋白质空间结构发生改变后其特定的功能便立即丧失。可使 蛋白质发生变性的因素很多，包括改变溶液的盐浓度或 pH 等等。
（1）生物体中没有游离的元素或原子 生物体中没有游离的元素或原子，但是 某些物质可以以离子的形式存在，如 Na+、 K+、Cl－、Mg2+ 、Ca2+、Fe2+ 等。离子浓度 和所携带的电荷决定着细胞环境的渗透压和 电性。 （2）生物分子基本上都是有机化合物 有机化合物是除 CO、CO2 等以外的含 碳化合物。生物体中除了水以外，含碳化合 物是生物体中最普遍的物质。
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第二节 糖类化合物
（3）纤维素 纤维素是地球上数量最多的一类有机化合物，与淀粉和糖原一样，也 是葡萄糖的多聚体，但葡萄糖单体之间糖苷键的连接方向与淀粉、糖原不 同，葡萄糖单体相互连接形成不分支的杆状而不是盘卷成螺旋状，这些长 链分子相互平行排列，上千个纤维素分子再由氢键相互连接，形成了纤维 的一部分。
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人体的元素组成
第一节 生命的化学基础
（3）生物有机化合物的碳骨架 碳原子能与别的原子形成 4 个强共价键。碳原 碳 原 子之间及与其他原子之间以共价键等形式相结合， 子 可以形成大量化学性质与分子质量不同的生物分子。 结 构 碳碳之间可以单键、双键或三键相结合；可以 形成不同长度的链状、分支链状或环状结构。这些结构称为有机化合物的 碳骨架。碳骨架结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质。
钴（Co） 微量 铜（Cu） 微量 锌（Zn） 微量
氮（N）3.0
钾（K）0.35
钠 （Na）0.15
碘（I）0.0004
锰（Mn） 微量
硒（Se） 微量
镍（Ni） 微量 袁明雄
氟（F） 微量
溴（Br） 微量
钡（Ba） 微量
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第一节 生命的化学基础
不同的生物体，其分子组成也大体相同。生物体都是由蛋白质（约15 ％）、核酸（约7％）、脂类（约2％）、糖（约3％）、无机盐（约1％） 和水（约70％）组成。水是生物体内比例最大的化学成分。 2. 生物有机化合物的碳骨架和功能基团
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第四节 蛋白质
酶是生物细胞中催化生物化学反应的一类蛋白质。细胞内的所有反应 都是在酶的作用下进行的，以后将重点讨论酶的结构和功能。 2. 蛋白质是由 20 种氨基酸组成的生物大分子 蛋白质是结构和功能最复杂的一类生物大分子，这种复杂性首先在于 组成蛋白质的 20 种氨基酸可以以无限制的方式排列与组合。 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸 的羧基脱水缩合，形成了新的共价键， 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。肽链的长短 可以差异很大，从几个到成千上万个氨 基酸不等。 每一条肽链都有特定的氨基酸序列， 并在蛋白质中具有特定的三维空间构象。 有的蛋白质由一条以上的多肽链组成，多肽链是蛋白质分子的亚单位。
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第二节 糖类化合物
2. 二糖 在生物细胞中，两分子的单糖可以经过脱水缩合作用形成以糖苷键连 接的二糖。二糖水解后又可形成两分子的单糖。重要的二糖包括人们经常 食用的蔗糖、麦芽糖和乳糖。 由两分子葡萄糖单体形成麦芽糖的反应是， 其中一个葡萄糖脱下一个-OH 与另一个葡萄糖 分子的 H结合形成水分子，留下的氧原子以共 价键的形式将两个单体连接起来，形成麦芽糖。 麦芽糖存在于发芽的种子中，是制造啤酒的原 料。 像麦芽糖一样，一分子葡萄糖和一分子果 糖经过脱水缩合作用形成蔗糖。从甘蔗中人们 可以提取许多蔗糖。蔗糖是食品和饮料业最常用的原料。乳糖由一分子葡 萄糖和一分子半乳糖缩合而成，存在于人和动物的乳汁中。