生命的化学基础资料

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2.1.1 人的生命需要25种元素
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表 2-1 人体中存在的元素
符号 O C H N Ca
元素 氧 碳 氢 氮 钙
占体重的百分数/％ 65.0 18.5 9.5 3.3 1.5
P
磷
1.0
K
钾
0.4
S
硫
0.3
Na钠0.2 NhomakorabeaCl氯
0.2
Mg
镁
0.1
微量元素：硼(B)，铬(Cr)，钴(Co)，铜(Cu)，氟(F)，碘(I)，铁(Fe)，锰(Mn),
• 糖类、蛋白质、核酸和脂质在生命现 象中起重要作用，分子极其巨大，被称
为 生物大分子。
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2.2.1 碳是组成细胞中各种大分子的基础
☆ 碳最外层有4个电
子空位，极易形成4
个共价键; ☆ 碳架结构排列和 长短决定有机化合物 的基本性质。
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☆ 生物体中主要有羟基 （－OH） 、羰基（－ CO） 、羧基（－COOH） 和氨基（－NH2）等功能基 团，这些基团几乎都是极性 基团。 ☆ 功能基团的极性使生物
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冷冻蚀刻技术示意图
箭头 双层核膜； 三角 核孔复合体 Mi 线粒体
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人类精8子
将电子显微术、电子衍射与计算机 图像处理相结合形成具有重要应用前景
的一门新技术——电镜三维重构技术，
适用于分析难以形成三维晶体的膜蛋白 以及病毒和蛋白质-核酸复合物等大的 复合体的三维结构。
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二十世纪七十年代 Taylor K 和
细胞中水含量占 70%－80%
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● 水的特性
① 水是极性分子； ② 分子之间形成氢键； ③ 水有较强的内聚力和
表面张力。
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● 水的特性
④ 水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化 细胞的温度和代谢速率保持稳定; 动、植物维持相对恒定的体温。
⑤ 冰比水密度低
有利于水生生物的生存。
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● 水的特性
第二章 生命的化学基础
2.1 原子和分子 2.2 组成细胞的大分子
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2.1 原子和分子
• 已知自然界中存在的元素有92种；
• 除He，Ne，Ar，Kr，Xe，Fr，At，Ac， Pa，Tc外，其他元素在人体中都曾被发 现；
• 人体中的元素按其在人体所占质量的比
例是否大于0.01%分常量元素和微量 元素。
(少于0.01％) 钼(Mo)，硒(Se)，硅(Si)，锡(Sn)，钒(V)，锌(Zn)
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• 25种元素中常量元素 11种，其中C、 H 、 O、 N、 P、S、Ca，占 99.35%；
• C、H、O、N 占 96.3%
• 微量元素有14种，人体必需，只是需要量 极少，但作用很大。
• 举例：碘（I）
● 生物分子与生命现象 ◆各种生物分子 → 特有方式组合 → （细胞）生命现象； ◆任何生物分子 即使核酸、蛋白质等关键性大分子， 离开生物体就没有生命现象；
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● 了解生命分子 是了解生命本质的基础； 所以，在介绍细胞之前， 先介绍组成生物的分子。
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————————普通生物学 • 第1 篇 细胞• 第2章 生命的化学基础
Glaeser RM开创了低温电子显微镜技 术，样品不经固定、染色和干燥，直接
包被在约100nm厚的冰膜中，在电镜内160℃低温下成像。可以更真实地展示 生物大分子及其复合物表面和内部的空 间结构，且具有更高的分辨率。
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分级分离技术用于研究活的样本 细胞分级分离：
细胞破碎后将各种细胞器分开， 可分别研究它们的功能。
⑥ 水是极好的溶剂。
水是生命所需物质的
良好溶剂，也是生命系 统中各种化学反应的理 想介质。
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⑦ 水能够电离。
水分子可以电离成氢离子（H+）和羟离子(OH-)。
水解反应 脱水合成反应 生物体内H+ 和OH-必须处于平衡状态。溶 液中H+、 OH-的多少决定了溶液的酸碱性。 大多活细胞的pH近于7，细胞中pH的微小 变化对细胞都有害。
★ 一切植物、动物都由细胞组成， 细胞是一切动植物的基本单位。
施万提出 “细胞学说”
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电子显微镜：加速的电子束代替可见光，
分辨率提高至0.2nm，进一步揭示了细胞 的微观领域。
种类：透射电镜（TEM）——内部结构
扫描电镜（SEM）——表面结构 电镜样本需经过加工，不能观察活的样本。
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动物细胞的超微结构
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2.1.4 化学反应使原子重组
• 新陈代谢包括无数的化学反应，使生物体 内的众多物质千变万化。
• 原子化合成分子和简单分子形成复杂分子 时，出现新的性质。
• 生物体内通过化学键的破坏与形成发生各 式各样的重要反应。
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2.2 组成细胞的生物大分子
• 细胞都由水、蛋白质、糖类、脂质、核 酸、盐类和各种微量的有机化合物组成。
☆ 原子之间怎样发生反应形成化合物？ 电子的共用和得失——形成化学键。
电子得失——形成离子键。
电子对共用——形成共价键
生物大分子化学键的主要形式。
水：两个氢原子分别与氧共用一对电子，通过两个
共价键连接形成。 26
2.1.3 水是细胞中不可缺失的物质 地球上的生命起源于水，水是生命的
介质，陆生生物体内细胞也生活在水环 境中。
—————————————————————普通生物学 • 第一篇 • 细胞
第一篇
细胞
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人肉眼分辨力为0.1mm； 细胞直径一般小于0.1mm； 光学显微镜：0.2um
胡克（Robert Hook，英国） 及其发明的显 微镜
列文虎克（A. van Leeuwenhoek 荷兰）的显微镜
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19世纪30年代，德国 施莱登、施万提出：
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Differential centrifugation
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生命体是多层次、非线性、 高度动态的耗散性结构体系，而
细胞是生命体结构与功能的基本
单位，有了细胞才有完整的生命 活动。
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第二章 生命的化学基础 第三章 细胞结构与细胞通讯 第四章 细胞代谢 第五章 细胞的分裂和分化
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生物界是一个多层次的组构系统：
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碘缺乏症
甲状腺肿 呆小症
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☆ 元素由原子组成，原子是物质的最小 单位，半径 (2-3)×10-8cm
质子
原子 电子
中子
原子序数：每一种原子中质子的数
目称为该原子的原子序数，是该原子 所特有。
同位素：质子数和电子数相同，中
子数不同的原子称为同位素。
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2.1.2 化合物由元素组成
☆ 电子决定原子的化学性质；最外层的电子 数决定原子的化学特性。
分子具有亲水性，有利于
这些化合物稳定存在于含有 大量水分子的细胞中。