最新《基础生命科学》生命的基本化学组成 (3)
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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、 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
有机化合物的碳骨架和功能基团
在生命元素中，碳原子 具有特别重要的作用， 碳原子相互连接成链或 成环，形成各种生物大 分子的基本结构。
DNA双螺旋结构的发现
1951年 Watson 23岁 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 英国剑桥大学Cavendish实验室 Crick， 31岁 伦敦大学King’s实验室 女科学家Franklin Wilkins教授 Randall教授 DNA应该是双螺旋 A与T、 C与G巧妙连接 符合X衍射数据 DNA的复制 1953年2月28日，Waterson 和Crick用金属线又制出了新的 DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。
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。
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。
4.3 脂类(lipids)化合物
脂类的组成和功能
➢ 脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称 ➢ 脂类分子也含C、H、O 3种元素，但H:O远大于2，
有些脂含P和N，各种脂类分子的结构可以差异很大 ➢ 脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。 ➢ 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。 ➢ 生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质
➢ 核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分 子；一类是嘧啶，是单环分子。
➢ 嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)2种 ➢ 嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3种。
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
类固醇
类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分
4.4 蛋白质
蛋白质的主要种类和功能
• 结构蛋白 • 伸缩蛋白 • 贮存蛋白 • 保护蛋白 • 运输蛋白 • 激素蛋白 • 信号蛋白 • 酶和辅酶
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。
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。
RNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进 入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质
生物大分子的基本性质还 取决于与碳骨架相连接的 功能基团
生物体中的有机化合物 主要含有羟基、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。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。
➢ DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的，即 遗传信息由DNA转录到RNA，后者决定蛋白质的 氨基酸序列
核苷酸
➢ 每一个核苷酸含有一个戊 糖（核糖或脱氧核糖）分 子、一个磷酸分子和一个 含氮的有机碱（碱基）。
➢ 脱氧核糖或核糖上第一位 碳原子与嘌呤或嘧啶结合， 就成为脱氧核苷或核苷， 第三位或第五位碳原子再 与磷酸结合，就成为脱氧 核糖核苷酸或核糖核苷酸。
• 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
• 五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成环式结构
二糖
• 重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等
麦芽糖由两分子葡萄糖 单体脱水缩合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和 一分子果糖缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和 一分子半乳糖缩合而成
多糖
• 重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等
《基础生命科学》生命的基 本化学组成 (3)
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、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 元素占96%。
生物体的主要生物分子
葡萄糖C6H12O6,蔗糖C12H22O11 脱氧核糖C5H10O4，乙酸C2H4O2
➢ 糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核 酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主 要能源
➢ 糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分 子的多糖
单糖
• 重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、
脱氧核糖等
脱水缩合反应与水解反应
由生物单体分子合成生 物大分子多聚体往往涉 及与功能基团相关的脱 水反应，又称为脱水缩 合反应。
使生物大分子多聚体分 解为单体的分解反应往 往需要有水分子参与， 因此又称为水解反应。
水解反应是脱水缩合反 应的逆反应
4.2 糖类化合物
➢ 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
➢ 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的 功能便立即丧失。
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蛋白质的空间结构
一级结构 二级结构 三级结构
四级结构
4.5 核酸
➢ 核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成
➢ 核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都 是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。
➢ 贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码 蛋白质的氨基酸序列，从而决定蛋白质的功能。 通过蛋白质的作用，DNA实际上控制着细胞和生 物体的生命过程
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
• 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一
端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其 中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折
生物体都是由蛋白质、 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
有机化合物的碳骨架和功能基团
在生命元素中，碳原子 具有特别重要的作用， 碳原子相互连接成链或 成环，形成各种生物大 分子的基本结构。
DNA双螺旋结构的发现
1951年 Watson 23岁 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 英国剑桥大学Cavendish实验室 Crick， 31岁 伦敦大学King’s实验室 女科学家Franklin Wilkins教授 Randall教授 DNA应该是双螺旋 A与T、 C与G巧妙连接 符合X衍射数据 DNA的复制 1953年2月28日，Waterson 和Crick用金属线又制出了新的 DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。
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。
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。
4.3 脂类(lipids)化合物
脂类的组成和功能
➢ 脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称 ➢ 脂类分子也含C、H、O 3种元素，但H:O远大于2，
有些脂含P和N，各种脂类分子的结构可以差异很大 ➢ 脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。 ➢ 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。 ➢ 生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质
➢ 核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分 子；一类是嘧啶，是单环分子。
➢ 嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)2种 ➢ 嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3种。
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
类固醇
类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分
4.4 蛋白质
蛋白质的主要种类和功能
• 结构蛋白 • 伸缩蛋白 • 贮存蛋白 • 保护蛋白 • 运输蛋白 • 激素蛋白 • 信号蛋白 • 酶和辅酶
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。
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。
RNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进 入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质
生物大分子的基本性质还 取决于与碳骨架相连接的 功能基团
生物体中的有机化合物 主要含有羟基、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。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。
➢ DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的，即 遗传信息由DNA转录到RNA，后者决定蛋白质的 氨基酸序列
核苷酸
➢ 每一个核苷酸含有一个戊 糖（核糖或脱氧核糖）分 子、一个磷酸分子和一个 含氮的有机碱（碱基）。
➢ 脱氧核糖或核糖上第一位 碳原子与嘌呤或嘧啶结合， 就成为脱氧核苷或核苷， 第三位或第五位碳原子再 与磷酸结合，就成为脱氧 核糖核苷酸或核糖核苷酸。
• 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
• 五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成环式结构
二糖
• 重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等
麦芽糖由两分子葡萄糖 单体脱水缩合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和 一分子果糖缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和 一分子半乳糖缩合而成
多糖
• 重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等
《基础生命科学》生命的基 本化学组成 (3)
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、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 元素占96%。
生物体的主要生物分子
葡萄糖C6H12O6,蔗糖C12H22O11 脱氧核糖C5H10O4，乙酸C2H4O2
➢ 糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核 酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主 要能源
➢ 糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分 子的多糖
单糖
• 重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、
脱氧核糖等
脱水缩合反应与水解反应
由生物单体分子合成生 物大分子多聚体往往涉 及与功能基团相关的脱 水反应，又称为脱水缩 合反应。
使生物大分子多聚体分 解为单体的分解反应往 往需要有水分子参与， 因此又称为水解反应。
水解反应是脱水缩合反 应的逆反应
4.2 糖类化合物
➢ 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
➢ 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的 功能便立即丧失。
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蛋白质的空间结构
一级结构 二级结构 三级结构
四级结构
4.5 核酸
➢ 核酸贮存遗传信息，控制蛋白质的合成
➢ 核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都 是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。
➢ 贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码 蛋白质的氨基酸序列，从而决定蛋白质的功能。 通过蛋白质的作用，DNA实际上控制着细胞和生 物体的生命过程
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
• 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一
端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其 中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折