化学与生命
第七章 化学与生命
（2）.维持生物体的生命活动
• 如Ca2+：哺乳动物如果缺乏，则会出现 肌肉抽搐； • 一定浓度的无机盐离子有利于维持细 胞的渗透压和酸碱平衡； • 体内缓冲对可调节体液pH值平衡； • 如：H2CO3/HCO3和 HPO42-/H2PO4- 是 细胞内重要的两个缓冲对；
二.糖类（碳水化合物）
• 1.糖类定义
3.蛋白质
• 从原则上说，生物的各种性状都是由基因决 定的，但生命活动的真正执行者是蛋白质。 （1）定义 蛋白质是指由许多相同或不同的氨基酸，按 照一定的顺序，通过酰胺键（即肽键）缩合而 成，具有较稳定的构象和一定生物功能的生物 大分子。
蛋白质元素组成：C、N、H、O、S、P等。
（2）蛋白质的结构
• 蛋白质的结构分为四级。
一级结构：肽链中氨基酸的连接顺序。 二级结构：肽链在空间的伸展方式； 三级结构：肽链中所有原子空间的排布方式； 四级结构：肽链（亚基）与肽链之间的结合方式； 一级结构称为化学结构，其它称为高级结构。
蛋白质的二级结构图示
4.蛋白质的生物功能
• 1.催化作用。大多数酶是蛋白质。 • 2.某些蛋白质参与细胞结构建成。 • 3.具有一定的调节功能。某些蛋白质 是激素。 • 4.在高等动物机体免疫机制中起作用。 某些蛋白质是抗体。
醛糖谱系
酮糖谱系
（2）多糖
• 它是由多个单糖分子缩合、失水而成。 • 水解后产生单一形式的单糖的叫均一多糖。 如淀粉、糖元和纤维素，水解后产生葡萄 糖；菊粉水解后产生果糖。 • 水解后产生多于一种形式的单糖或单糖衍 生物的叫不均一多糖。如植物产物中的半 纤维素和树胶，动物产物中的粘多糖（含 透明质酸、硫酸软骨素和肝素）。
三.蛋白质、肽、氨基酸
• 1.氨基酸
化学与生命科学
化学与生命科学引言：化学与生命科学在很多方面都有着千丝万缕的联系。
从DNA的复制到细胞中的代谢过程，都需要化学反应来推动。
因此，深入了解和掌握化学与生命科学的关系，对于我们认识和探索生命奥秘有着深远的意义。
一、化学反应在生命科学中的应用1. 多肽类药物的开发多肽类药物是指由两个以上氨基酸残基组成的小分子化合物。
这种化合物对于一些特定的疾病治疗非常有效。
针对不同疾病所需的多肽类药物是不同的，因此多肽类药物的研发需要大量的化学反应来推动。
例如，利用多肽类药物就可以治疗一些重大疾病，如癌症、HIV等。
2. DNA复制与RNA合成DNA复制和RNA合成都是生命科学中最基本和关键的过程。
这两个过程都是化学反应的结果。
在细胞中，DNA复制是使细胞可以分裂繁殖的关键过程，并且RNA合成则是使DNA存储的信息能够传递到蛋白质中的基础。
通过化学反应来推动这两个过程，对于理解细胞如何工作及遗传相关领域中的进展都具有非常重要的价值。
3. 代谢过程代谢作用是指细胞进行生命活动所必需的一系列化学反应。
这些化学反应具有高度的复杂性，通过调整代谢过程中的不同化学反应，细胞可以驱动分子的剥离和重新组合。
这种过程极富流程性和控制性，一旦出现任何问题，就会对细胞和生命过程产生重大影响。
二、化学革命对生命科学的影响1. 良好的实验室技术化学革命对生命科学产生影响最直接的方式就是创造了许多新的实验室技术。
例如，利用化学革命的成果可以大量生产X光晶体，在研究细胞中的蛋白质结构时，X光晶体就起着重要的作用。
化学制剂的发展也使得生物科学家们在实验室中能够更加准确、精密地控制反应、测量反应，从而提高发现新物质的效率和精确性。
2. 合成化学的发展它是化学革命对生命科学产生深远影响的另一方面。
合成化学使得科学家们可以按照特定的要求进行合成，从而创造出全新的生物分子和化合物。
利用这种方法，可以精确定制一系列药品，这些药品不仅可以缓解疾病，还能查明疾病对分子水平的影响。
化学与生命科学专业
化学与生命科学专业
化学与生命科学专业，也被称为生物化学或生物化学与分子生物学专业，是一门涉及化学与生命科学交叉领域的学科。
该专业主要研究生物大分子（如蛋白质、核酸和多糖）的结构、功能、合成以及其与生命体系之间的相互作用。
学生在该专业将接受化学、生物学、分子生物学、生物物理学等相关学科的综合培养。
他们将学习如何使用化学的原理和方法来研究和解读生物大分子的结构与功能，以及探索生命过程中的化学机制。
该专业的课程设置包括有机化学、生物化学、细胞生物学、遗传学、生物物理学、微生物学等基础课程，以及进阶课程如蛋白质化学、核酸化学、酶学、生物分析化学等。
学生还将接受实验室技能培训，学习如何操作仪器设备和进行实验设计与分析。
在就业方面，化学与生命科学专业的毕业生可以选择从事医药研发、生物技术研究与开发、环境保护、食品工业、化学工业、科学教育等领域的工作。
他们可以在制药公司、生物技术公司、研究机构、大学等单位找到就业机会。
此外，一些毕业生也选择继续深造，攻读相关的研究生或博士学位。
化学与生命现象一人体中的化学
元素
生 理 功 能
来 源
铁
构成血红素的主要成分，主要功能是把氧气输送到全身各个细胞并把CO2排出体外，缺铁会引起贫血症
动物肝脏、蛋黄、海带、紫菜、菠菜
磷
主要分布于骨骼、牙齿、血液、脑、三磷酸腺苷中，其中三磷酸腺苷是人体能量仓库
大豆、其它豆类、鱼类、大蒜、肉类、洋葱和酸奶
色氨酸 TRY
有助于减轻焦躁不安感；促进睡眠；可控制酒精中毒
巧克力、燕麦、香蕉、牛奶、奶酪、肉类、花生
（4）性质
a-氨基酸都是无色晶体，熔点较高。易溶水，难溶于无水乙醇、乙醚等有机溶剂。因为氨基酸既含有氨基又含有羧基，与酸或碱作用都可以形成盐，所以氨基酸是两性物质。
性质
蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸、碱作用都能生成盐。 大多数蛋白质可溶于水或其他极性溶剂，而不溶于有机溶剂。 蛋白质很容易水解，在酸、碱、酶的催化作用下，可逐步水解分子量较小的蛋白眎、蛋白胨、多肽、最后的水解产物是各种不同的氨基酸的混合物。
（3）生理功能
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构造人的身体：人体的每个组织，毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成 。
（4）蛋白质的结构
牛胰岛素结构（A、B双链两个二硫键相连，21＋30氨基酸） 牛胰岛素分子结构点线模型 我国1965年人工合成牛胰岛素结晶
牛胰岛素是牛胰脏中胰岛β-细胞所分泌的一种调节糖代谢的蛋白质激素，是一种多肽。其一级结构1955年由英国桑格（S.Sanger）测定。牛胰岛素在医学上有抗炎、抗动脉硬化、抗血小板聚集、治疗骨质增生、治疗精神疾病等作用。中国是第一个合成人工牛胰岛素的国家。1965年，中国科学院上海生物化学研究所在所长王应睐的组织领导下，与北京大学和中国科学院上海有机化学研究所的科学家通 力合作，在经历了多次失败后，终于在世界上第一次用人工方法合成出具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。人工牛胰岛素的合成，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出了重要的一步。 1953年，英国人F. SangerSanger由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。
化学在生命科学中的作用
化学在生命科学中的作用摘要：化学贯穿于人类活动与环境的相互作用之中，与能源、材料、环境、生命和人类生活紧密相连。
生命过程中的大量化学问题亟待化学知识的协助和解决。
本文对化学在生命科学中起到的至关重要的作用进行了初步的探索，并从能源、材料、环境、生命和人类生活等方面进行了全面的讨论，阐述了化学与生命科学的密切结合将促进和推动化学和生命科学的共同发展。
正文：近年来，随着科学技术的飞速发展，化学与生命科学之间的联系日趋紧密，产生了许多分支学科，化学在生命科学中也越来越重要。
一些著名的科学家在论述今后发展的趋势时，提出了“化学是中心科学”的论点。
化学是在分子水平上研究物质世界的科学，说它是中心科学，是因为它联系着物理学和生物学、材料科学和环境科学、农业科学和医学，它是所有处理化学变化的科学的基础。
而生物学在20世纪取得了巨大的进展，以基因重组技术为代表的一批新成果标志着生命科学研究进入了一个崭新的时代，人们不但可以从分子水平了解生命现象的本质，而且可以从更新的高度去揭示生命的奥秘。
生命科学的研究从宏观向微观发展，从最简单的体系去了解基本规律，从最复杂的体系去探索相互关系。
在这一切的背后，化学扮演着重要的角色。
可以说，化学为生命科学提供了一种可以精确描述生命过程的化学语言，从而使生物学从描述性科学成为精确的定量科学，使生物学能利用生物体内的化学反应阐述生命过程的种种现象。
由于现代工业、农业的发展，产生了许多新的威胁人类生存的重要问题，如能源、资源、环境、粮食与农业、人口与健康、等。
这些问题很大程度上要依靠生命科学和化学技术的融合。
第一，化学与能源。
近年来，技术和经济的发展以及人口的日趋增长，使得人们对能源的需求越来越大。
目前以石油, 煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源。
生命科学和化学的交叉研究及其应用
生命科学和化学的交叉研究及其应用当我们思考科学领域的发展和进步时，生命科学和化学这两个领域的交叉研究往往不会被遗忘。
这两个领域分别研究生命和物质的本质，然而，事实上二者之间存在着紧密的联系和互相配合的重要性。
在这篇文章中，我们将探讨生命科学和化学领域的交叉研究带来的新颖应用以及对人类健康和医疗领域带来的影响。
一、生命科学和化学的本质生命科学的研究集中于生物学元素的研究，包括生物体的生长、繁殖、进化、营养消耗以及细胞的基本结构和功能等等。
与此同时，化学研究则围绕着化学元素、分子、离子以及化学反应等内容展开，研究化学物质之间的相互作用。
尽管这两个领域在研究方向和方法上存在一定的差异，但是两者之间又有着非常重要的联系。
从分子结构的角度来看，很多生物体的结构和功能是由大量复杂的分子组成而成的，而这些分子本身都是由化学元素组成的。
此外，生命科学和化学研究的目标都是在理解和探索物质的性质和行为的基础上，进一步开发出新的治疗和预防疾病的方法。
二、生命科学和化学的交叉研究1. 生物大分子的分析在生物大分子的研究中，化学分析技术和仪器得到了广泛应用。
例如，结构生物学家可以使用X射线晶体学的技术来确定蛋白质的结构，这同样依赖于我们对化学原理的理解。
2. 化合药物的研究许多重要的药物都是由化合物构成的。
通过了解化学元素和分子的基本属性，医药研究人员可以开发出不同种类的化合药物来治疗各种疾病。
例如，可以通过化学反应合成不同的制剂来用于治疗感染性疾病，其中就有很多是来自于化学知识的灵感和帮助。
3. 代谢物的研究化学物质和代谢物的量和质的分析对于生命科学来说非常重要。
例如，通过研究人体的代谢物可以检测疾病，并进一步了解人体的生化反应。
研究代谢物需要了解化学分析技术以及其原理和使用。
三、这些研究带来的实际应用生命科学和化学的交叉研究所带来的新颖应用已经超出了我们的想象。
这些应用不仅涉及到医疗领域，也改变着我们对健康和生命的看法和处理方式。
化学与生命的起源
化学与生命的起源生命是地球上最为神秘和奇妙的存在，而生命的起源也是科学家们一直以来都想要解开的难题。
目前，最为流行的生命起源理论是化学进化论，即生命是从化学物质演化而来的。
本文将从化学的角度探讨生命的起源。
1.前生命时期：早期地球环境和有机物的合成在地球4.5亿年的漫长历史中，存在一个被称为前生命时期的阶段。
当时的地球大气成分和生命诞生之后大相径庭，以二氧化碳、氨、甲烷等为主。
此时，由于电磁辐射、原始电池等因素，这些非生命有机物经历了一系列化学反应，逐渐演化成生命的前体，包括一些有机分子，如糖、脂质、核酸等。
那么，这些有机物是如何形成的呢？日常生活中，我们接触到的有机物绝大多数都是由植物、动物等有机生物合成的，但在前生命时期，没有任何生命体存在，那它们是怎么出现的呢？早期的科学家和化学家认为，大自然中的所有有机物都是由生物或其他生命体产生的，但20世纪初叶的愈发广阔的化学研究与反应的发现，却证明了一种新的理论，即外星物质、地球原材料以及地球上的外部能量源可以在没有生物参与的情况下产生有机物。
1952年，美国科学家米勒在实验室中再现了地球早期的大气环境，将水蒸气、氨气、甲烷、氢气等反应，形成了一些有机化合物，如氨基酸、糖等。
这一实验被称为“米勒—尤里实验”，是有关生命起源方面的一个经典实验。
2.生命的起源：RNA世界假说生命的起源与进化是一个复杂而神秘的过程，涉及到化学、生物学、天文学、地质学等多个学科，其中最值得关注的理论便是RNA世界假说。
RNA是核酸的一种，是DNA的亲戚，其由核糖分子和五种不同的碱基组成，可以在现代生命中充当多种角色。
RNA世界假说认为，在生命起源的阶段，RNA先于DNA出现并扮演了至关重要的角色。
在RNA世界中，原有的单核苷酸可以通过不同的化学反应产生，而这些反应有可能发生在天体环境之中，具体机制则需要进一步的探索。
DNA的出现则是在RNA分子复制的基础上逐渐演变而来，这个过程可能经历了大量的化学变化和许多困难。
化学与生命
基因工程的操作过程
酶切 连接 转化
目的基因的获取
克隆载体的构建
外源基因与载体的 连接 （体外重组）
扩增
检测
克隆基因的表达
转化子的筛选和鉴定
转基因食品
• 转基因食品（Genetically Modified Foods，GMF） 是利用现代分子生物技术， 将某些生物的基因转移到 其他物种中去，改造生物 的遗传物质，使其在形状、 营养品质、消费品质等方 面向人们所需要的目标转 变。以转基因生物为直接 食品或为原料加工生产的 食品就是“转基因食品”。
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• 第一类，植物性转基因食品 第一类， • 番茄是一种营养丰富、经济价值 很高的果蔬，但它不耐贮藏。为了解 决 转基因食品——西红柿 • 番茄这类果实的贮藏问题，研究者 发现，控制植物衰老激素乙烯合成的 酶基因，是导致植物衰老的重要基因， 如果能够利用基因工程的方法抑制这 个基因的表达，那么衰老激素乙烯的 生物合成就会得到控制，番茄也就不 会容易变软和腐烂了。美国、中国等 国家的多位科学家经过努力，已培育 出了这样的番茄新品种。这种番茄抗 衰老，抗软化，耐贮藏，能长途运输， 可减少加工生产及运输中的浪费。
• 核酸的二级结构 • 即著名的DNA双螺旋结构模型 双螺旋结构模型 即著名的
DNA双螺旋结构由 双螺旋结构由 单链成， 两 条DNA单链成， 单链成 两条链沿着同一根轴 平行盘绕， 平行盘绕，形成右手 双螺旋结构， 双螺旋结构，两条链 方向相反
•
DNA分子中两条单链及形成双螺 分子中两条单链及形成双螺 旋的作用力是链之间的碱基对所 形成的氢键。碱基的相互配对具 形成的氢键。 有严格的配对规律。 有严格的配对规律。螺旋横截面 的直径约为2nm，每条链相邻的 的直径约为 ， 两个碱基平面之间的距离为0.34 两个碱基平面之间的距离为 nm，每10个核苷酸形成一个螺 ， 个核苷酸形成一个螺 旋，螺旋旋转一圈高度为3.4nm。 螺旋旋转一圈高度为 。 DNA双螺旋结构在生理条件下很 双螺旋结构在生理条件下很 稳定， 稳定，这种稳定主是由于两条链 见的氢键、 见的氢键、介质中的阳离子与磷 酸基团的负电荷形成离子键以及 范德华力。 范德华力。 .
从化学角度研究生命现象
从化学角度研究生命现象生命是一个神秘而又复杂的课题，在科学界一直备受关注。
为了更深入地研究生命现象，许多科学家都从不同的角度来探究这一问题。
在其中，化学角度尤为重要，因为化学是生命现象产生的根本原因。
一、生命的化学成分人们对生命的认识一直在不断发展，但目前对于生命的最新认识是，生命是由化学物质构成的。
生命体中含有很多种不同的化合物，例如碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸等。
其中，碳水化合物是人体能量来源的重要物质，而蛋白质则是构成人体的主要成分。
生命体的基本单位是细胞，而细胞本身也是由化学物质构成的。
细胞膜是细胞中最外层的一层，它是由脂质和蛋白质组成的。
而水是组成细胞的另一个重要成分。
二、生命的化学反应除了生命的化学成分外，生命还与化学反应密不可分。
生命体中的各种化合物不断进行代谢和调节，这些化学反应都非常复杂，需要借助于酶等协助物质来完成。
例如，当人们吃了一口食物时，这些食物中的碳水化合物、蛋白质和脂肪会在体内发生化学反应，产生能量。
这些能量在细胞中会被进一步利用，帮助细胞完成不同的生命活动。
另外，在生命的过程中，还涉及到细胞分裂、DNA复制和蛋白质合成等化学反应。
这些反应都是由一系列化学物质的相互作用来完成的。
三、生命的化学能量生命体中的化学反应需要能量的支持。
在化学反应中，常见的形式是化学能量的转化，例如，当食物被消化时，其中的机械能转化为化学能。
而在细胞内，生物通过ATP（三磷酸腺苷）将化学能转化为生命活动所需的能量。
四、生命的化学控制生命活动中的化学反应需要受到一定的控制，否则将会导致生命体失控。
例如，在代谢过程中，许多酶的功能都需要在一定的pH值和温度范围内才能发挥作用。
一旦这些条件不满足，酶就会失去活性，进而导致代谢紊乱。
另外，许多生物体还利用激素等化学物质来对生命活动进行控制。
例如，甲状腺素可以调节代谢速度，胰岛素可以控制血糖水平，使生命体内的化学反应居于一个平衡状态。
总之，从化学角度来研究生命现象，可以更深入地理解生命的本质和构成。
化学与生命科学的关联
化学在生命科学研究中的应用实例
药物研发：化学家通过合成和筛选化合物， 发现具有生物活性的药物，用于治疗各种 疾病。
蛋白质结构研究：化学家利用化学合成 和修饰技术，研究蛋白质的结构和功能， 为药物设计和生物医学研究提供重要信 息。
基因编辑：通过化学手段对基因进行精确 的编辑和调控，为遗传病治疗和基因疗法 提供了新的途径。
基因编辑技术： CRISPR-Cas9 等基因编辑工具 在生命科学研究 中的应用，有望 治疗遗传性疾病
和癌症。
人工智能与机器 学习：在药物研 发、疾病诊断和 治疗方案制定等 方面发挥重要作 用，提高医疗效
率和精度。
合成生物学：通 过设计和构建人 工生命系统，实 现新功能或优化 现有功能，为药 物开发、生物燃 料和环保等领域
提供新途径。
纳米技术：在药 物传输、癌症治 疗和组织工程等 方面具有巨大潜 力，可实现精准 医疗和个性化治
疗。
未来生命科学研究中的化学研究重点
合成生物学：设计和构建人工生物系统，以揭示生命本质和实现生物技术应用。
蛋白质组学：研究蛋白质的合成、修饰、功能和相互作用，以深入了解生命过程和疾病机制。
化学生物学：利用化学原理和技术，研究生物大分子的结构和功能，以发现新的药物和治疗 方法。
生物体内的化学平衡与调控
生物体内的化学平衡是生命 活动的基础，如酸碱平衡、 渗透压平衡等。
生物体通过调节化学物质的 浓度和分布，实现化学平衡
的维持和调控。
生物体通过各种化学反应维 持生命活动，如呼吸、代谢 等。
化学平衡的失调会导致生物 体出现各种疾病和异常生理
现象。
Part Four
生命科学中的化学 研究方法
化学与生命科学的关联
化学与生命论文
化学创造了人类发展的最基本的生活资料。
其生产的药物，极大地延长了人类的平均寿命，在以前人类得病之后无法生产出适合这种病状的药物导致人类寿命比之现在大大减少，而现在这样的问题已经不用担心。
如果没有合成纤维的化学技术，那世界上大多数人就要挨冻了，因为有限的天然纤维根本就不够用。
我国1995年的化学纤维产量为330万吨，其中90%是合成纤维。
何况纯棉纯毛等天然纤维也是棉花、羊毛经化学处理制成的。
再有就是合成橡胶，少了合成橡胶，世界上60亿人口又有多少亿人要穿草鞋过冬啊?合成染料更使世界多了一道多彩缤纷的亮丽风景线。
所谓“丰衣足食”，是生命得以延续的保证。
没有了化学，就没了保证。
再看我们住的房子，石灰、水泥、钢筋，窗户上的铝合金、玻璃、塑料等材料，哪件不是化学制品?离得了铝合金的木制的窗户，也离不开化学制品油漆;就算不用玻璃吧，像一些贫穷人家用的尼龙布甚或用的报纸，不是化学制品又是什么?还有我们的日常生活用品，如牙刷、牙膏、香皂、化妆品、清洁用品等等无一不跟化学沾边，都是化学制剂。
我们面临的环境问题不仅仅如此，还有水体富营养化，核污染、工业三废的不合理排放，光化学烟雾，沙尘暴等许许多多的环境问题，对此我们更应该提倡保护环境，让我们的子孙后代有更好的生活栖息地--地球。
保护环境，人人有责。
保护环境，迫在眉捷，让我们赶快行动起来，不要让我们的地球再受到更加严重的精神创伤。
出了门，我们踏在水泥铺成的街道上，看到的是钢筋水泥做的高楼大厦，用以代步的是各种塑料、橡胶、玻璃以及各种合金做的交通工具。
这些交通工具还离不开汽油、柴油，各种汽油添加剂、防冻剂和各种润滑油。
如此种种，都是化学制品。
现代人类根本无法离开人造化学品，我们每天24小时都被人造化学品所包围着算经济帐更要算生态帐,据1996年到1996年的粗略估算，我国酸雨污染较为严重的江苏、浙江、安徽等11个南方省区，因森林木材蓄积量减少造成的直接经济损失就达40亿元。
化学与生命健康
03
化学与人体健康
营养物质与人体代谢
营养物质
人体需要各种营养物质来维持正常的生理功能，如蛋白质、 脂肪、碳水化合物、维生素பைடு நூலகம்矿物质等。这些营养物质在人 体内经过代谢转化，为生命活动提供能量和构建组织。
人体代谢
人体代谢是指人体从食物中摄取营养物质，经过消化、吸收 、转运、利用和排泄等过程，以维持生命活动的正常进行。 营养物质在人体内经过一系列的化学反应，转化为能量和生 物活性物质，支持人体的生理功能。
环境污染物与健康风险
环境污染物
环境污染物是指人类活动排放到环境中的有毒有害物质，如空气污染物、水污 染物和土壤污染物等。这些污染物可能对人体健康产生负面影响，如引发呼吸 系统疾病、心血管疾病和癌症等。
健康风险
健康风险是指环境污染物对人体健康产生的潜在危害。了解健康风险有助于评 估环境污染对人类健康的危害程度，制定相应的环境保护政策和措施，以降低 环境污染对人类健康的负面影响。
合成生物学与人工生命体系
人工基因组合成
合成生物学通过人工设计和构建基因组，实现人工生命的创造，为 科学研究提供全新的实验体系。
细胞工厂
利用合成生物学技术构建细胞工厂，实现微生物细胞的高效生产， 为制药、生物能源等领域提供可持续的生产方式。
生物安全与伦理问题
随着合成生物学技术的不断发展，生物安全和伦理问题日益凸显，需 要关注和制定相应的规范和政策。
域
化学生物学的发展前景
1 2
揭示生命过程
化学生物学通过研究生物大分子的结构和功能， 揭示生命过程中的化学机制，为疾病诊断和治疗 提供新思路。
创新药物研发
《生命与化学》课件
进化理论的发展和相关证据
戈尔丁和达尔文等科学家的研究为进化理论奠定 了基础，而化石和生物形态学分析等证据也加强 了其有效性。
生命的应用：生物技术
基因工程和克隆技术
基因工程能够修改影响特征的基因，而克隆技术能 够制造基因完全相同的复制品。
生物制药和人类健康
许多药物和医疗应用从自然界中提取活性成分或用 基因技术改造某些生物，如胰岛素可以从基因改造 细菌制成。
结语
1 生命和化学的关系再探讨
生命和化学是紧密相关的，化学理论为生命科学奠定了基础。
2 未来生命科学的发展趋势
未来，生命科学将向更加精准的分子水平研究、基因编辑和定制医疗的方向发展。
生命的基本单位：细胞
细胞的组成和结构
细胞是生命的基本单位，由细胞膜、细胞质、细胞 核等组成，不同类型的细胞功能不同。
细胞在生命过程中的作用
细胞不仅在生命起源中发挥了重要作用，它们支持 着生命的某些最重要的过程，如繁殖、呼吸和能量 生产。
生命的基础：有机化合物
1 有机化合物的定义和特征
有机化合物包含碳，通常也含有氢和其他元 素，它们是构成生命体的分子基础。
2 重要的有机化合物
如蛋白质、碳水化合物、核酸和脂质等是生 命活动所必需的物质。
生命的重要过程：代谢
1
代谢的定义和类型
代谢是指细胞内化学反应的总和，分为两类：异养代谢和自养代谢。
2
代谢过程中化学反应的类型和特点
代谢过程中的反应类型通常是水解、水合、加成、共轭和氧化还原。
3
代谢的重要性
代谢过程为生命的正常效能提供了能量和物质，也支撑着新陈代谢的基础活动。
《生命与化学》PPT课件
本课程将介绍生命和化学如何息息相关，探究细胞、有机化合物、代谢、遗 传物质、进化以及生物技术等方面。
化学和生命科学——化学和生物学之间相互作用的研究
化学和生命科学——化学和生物学之间相互作用的研究化学和生命科学之间的紧密联系是人类探索和理解自然界的一个重要方面。
化学是一门科学，其主要研究物质的组成、性质、结构和变化规律，而生命科学则涉及到对生物体和生命现象的研究。
二者之间的相互作用是非常密切的，化学的概念和技术的发展对生命科学的研究和进展产生了很大的推动作用，而生命科学又为化学提供了更广阔和深入的研究领域。
一、生命界面的化学研究生命界面是生命科学和化学之间的联系部分。
其中必须涉及到化学分子和生物分子之间的相互作用。
因此，生命界面的化学研究涉及到了生物化学、生物物理化学、生物有机化学、化学生物学等多个学科领域，它们为理解和研究生命作用和发展提供了重要的基础。
1、生物化学生物化学是研究生物分子如何结合、转化和调控生命过程以及如何控制生命进程的一个学科。
它在解释和研究细胞作用、代谢、蛋白质结构和功能方面起着关键作用。
生物化学分子包括细胞分子、蛋白质、核酸和碳水化合物等。
生物化学的研究通常会和其他学科领域如生物物理化学紧密结合，使用一系列化学手段进行实验和探索。
2、生物物理化学生物物理化学是将物理化学原理应用于生物学领域的一个学科，研究生物分子的结构、功能和相互作用。
它使用一系列物理技术方法来研究细胞、组织和系统生物学。
这些技术方法包括光谱学、电泳、表面等离子体共振、热力学、扫描电子显微术、透射电子显微术等。
3、生物有机化学生物有机化学是将有机化学的基本原理应用到生物体内的过程和化合物的研究中。
它是研究生物大分子、生物分子电子、化学平衡和动力学研究的一种学科。
在生物有机化学的研究中，一些基本化合物的结构和功能以及其在生命过程中的作用也得到了深入的探究。
4、化学生物学化学生物学是涉及到极小生物体结构的一个重要领域。
化学生物学主要研究有关生命过程中的分子机制、物理层面、结构和反应。
该领域涉及到生物分子，例如酶、酰基辅酶、蛋白质和核酸，以及与它们相互作用的小分子。
化学与生命健康
化学元素按照其性质和作用可以 分为必需元素和非必需元素，生 命体需要从外界环境中获取必需 元素来维持正常的生理功能。
化学键与分子结构
化学键是原子或分子之间相互作用的方式，可以分为共价键、离子键和金属键等类 型。
分子结构是指分子中原子之间的排列方式和相互连接方式，分子的结构决定了其性 质和功能。
生命体中的大分子化合物如蛋白质、核酸和多糖等都是由各种化学键连接而成的复 杂分子结构。
化学反应与能量转化
化学反应是指分子之间发生的 化学变化，反应前后元素的种
类和数量保持不变。
化学反应中能量的转化和转 移是常见的现象，如放热反
应、吸热反应等。
在生命体中，能量的转化和转 移是至关重要的，如光合作用、 呼吸作用等过程中能量的转化
饮食习惯
良好的饮食习惯是实现营养平衡的关键，应遵循 多样化、适量、均衡的原则，合理搭配食物。
药物与疾病治疗
01
02
03
药物作用机制
药物通过特定的作用机制 发挥治疗作用，如抑制酶 活性、调节免疫反应等。
药物副作用
药物在发挥治疗作用的同 时，也可能产生副作用， 如头痛、恶心、过敏等。
合理用药
医生应根据患者的病情和 身体状况，制定合理的用 药方案，同时患者应遵医 嘱用药，避免滥用。
药物靶点发现
通过化学手段，发现和确定药物的作用靶点，为 新药研发提供理论依据。
药物设计与优化
基于药物靶点和生物活性，进行药物分子设计， 并通过化学合成实现药物分子的优化和筛选。
药物合成工艺
研究药物的合成路线、工艺条件和质量控制，实 现药物的规模化生产和质量控制。
生物医学成像技术
光学成像
利用光学原理，如荧光、生物发光等，实现生物组织的可视化。这种成像技术具有高灵敏 度和高分辨率的特点。
生命的化学知识点总结
生命的化学知识点总结生命是一个复杂而神秘的现象，关于生命的起源和功能的探索一直是人类不懈的努力。
化学作为生命科学的基础，对于生命的起源、组成和生理功能有着重要的意义。
下面将从生命的化学组成、生命的化学反应、生物分子的结构和功能以及生物化学在生命科学中的应用等方面对生命的化学知识进行总结：一、生命的化学组成1. 生物元素：生命体内含有多种元素，其中主要的生物元素包括碳、氢、氧、氮、磷和硫。
这些元素在生命体内以有机分子的形式相互组合，构成了生物体内的各种生物分子。
2. 生物分子：生命体内的主要生物分子包括碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。
这些生物分子在生物体内参与了多种生理功能，是生命的基本组成部分。
3. 细胞的组成：生命的最基本单位是细胞，细胞的主要组成物质包括细胞膜、细胞质和细胞核。
细胞内含有多种细胞器，这些细胞器也参与了细胞的代谢和功能。
4. 生命体内的化学平衡：生命体内的各种生物分子和化学反应都要保持一定的平衡状态，否则会影响生命体的正常功能。
生物体内的调节机制可以维持生物体内的化学平衡。
二、生命的化学反应1. 新陈代谢：新陈代谢是生物体内的一系列化学反应过程，包括有氧呼吸和无氧呼吸等。
这些化学反应提供了生物体生存所需的能量。
2. 合成代谢：生物体内的合成代谢包括糖原的合成、脂肪的合成、蛋白质的合成等，这些反应使得生物体能够合成各种生物分子，满足生物体的生长和维持生命所需。
3. 分解代谢：生物体内的分解代谢包括糖原的分解、脂肪的分解、蛋白质的分解等，这些反应使得生物体能够分解各种生物分子，并产生能量。
4. 光合作用：植物和一些微生物能够通过光合作用将阳光能转化为化学能，合成有机物质。
这是生物体内一种重要的化学反应过程。
三、生物分子的结构和功能1. 碳水化合物：碳水化合物是生物体内的能量储存分子，同时也是生物体的结构分子。
其中葡萄糖是生物体内最重要的能量来源，而纤维素和淀粉则是植物细胞壁的重要组成物质。
化学与生命科学的联系
化学与生命科学的联系化学和生命科学是息息相关的学科领域。
化学的基本原理和理论对于生命的起源、结构和功能具有重要影响。
本文将探讨化学与生命科学之间的联系，并说明它们如何相互促进和影响。
一. 化学与生物分子的组成化学是研究物质组成、性质和变化的学科，而生命科学则关注生物体及其组成部分的结构、功能和相互关系。
生命体的基本组成都是生物分子，而这些生物分子又都是由化学元素和化学键连接而成的。
换句话说，生命科学研究的对象就是各种由化学反应构建起来的生物分子。
生命中最重要的分子之一就是DNA，而DNA又是由化学元素和化学键连接而成的。
通过研究和理解DNA的结构和功能，化学家们能够揭示细胞复制、遗传信息传递、变异等生命过程的本质。
此外，细胞内还存在着蛋白质、碳水化合物等其他重要的生物分子，它们的结构和功能也受到化学原理的影响和控制。
二. 化学反应与生命活动化学反应是研究化学变化的核心内容，而生命活动也是由一系列的化学反应组成的。
例如，食物的消化过程就涉及到多种复杂的化学反应，这些反应使得食物中的营养物质被分解、吸收和利用。
同时，细胞内发生的代谢反应也是一系列的化学反应，它们包括蛋白质合成、脂肪代谢、氧化还原反应等。
这些化学反应涉及到各种酶的催化作用，而酶本身就是一种生物催化剂，是由蛋白质组成的。
化学反应对于维持生命的平衡和进行正常的生理功能发挥着重要作用。
例如，人体内许多重要的化学反应需要适宜的pH值和温度条件才能进行，一旦这些条件发生改变，生理功能就会受到影响甚至出现病变。
因此，化学平衡在维持生命活动中具有不可忽视的作用。
三. 化学技术与生命科学研究化学技术的不断发展也为生命科学研究提供了强大的工具和手段。
例如，分析化学技术可以帮助生命科学家们研究生物分子的结构和相互关系，从而深入了解生命过程的本质。
生物化学技术则可以帮助研究者们从细胞中提取和纯化特定的生物分子，进一步揭示其功能和作用机制。
而生物技术的发展则使得人们能够通过基因工程等手段来改变生物体的遗传信息，甚至创造新的生物体。
化学物质和生命之间的相互联系
化学物质和生命之间的相互联系化学物质和生命的关系是一个既复杂又神奇的话题。
从最基本的元素到复杂的有机分子，都为生物学提供了研究的基础。
我们可以通过了解生命的化学组成和生物学过程来更好地理解这个话题。
分子、元素和原子生命从分子开始，分子从元素开始。
地球上常见的元素有92种，其中26种被认为是生命所需的元素。
这些元素包括碳、氢、氮、氧、磷和硫等。
这些元素组成了生物体内的分子，例如蛋白质、核酸、脂质和多糖等。
所有元素都由原子组成。
原子是化学元素的最小单位，由质子、中子和电子组成。
质子和中子在原子核中，而电子绕着原子核运动。
原子中的电子数不同，就会产生不同的元素。
例如，碳原子有6个电子，氧原子有8个电子。
生命的化学组成生物体内最基本的单位是细胞。
细胞内有许多分子，这些分子通过复杂的化学反应网络实现细胞内的各种功能。
一些常见的生命有机分子包括：蛋白质：由氨基酸组成，它们形成了生物体内酶、肌肉、组织以及其他功能性蛋白质。
核酸：DNA和RNA是构成基因的核酸。
它们是由核苷酸组成的，由碱基、糖分和磷酸组成。
脂质：脂质包括脂肪酸和甘油。
它们是许多细胞膜和组织的重要成分。
多糖：多糖是由许多单糖分子组成的，例如葡萄糖等。
它们在生命过程中起到了储存能量以及提供结构支持的作用。
生物分子之间的相互作用生命中的每个分子都有对其他分子的特定相互作用。
这些相互作用可以是共价键、离子键、氢键、疏水作用等。
这些作用决定了分子之间的结构和相互作用方式。
蛋白质是细胞内最复杂的生物有机物之一。
蛋白质具有多种功能，包括催化化学反应、提供结构支持和在细胞信号传递中起作用。
蛋白质与其他分子的作用方式为“锁-键”，即只有特定的配体才能与蛋白质的激活位点结合。
DNA和RNA也是生物体内极其重要的生物有机物。
DNA保存了生命的遗传信息，RNA参与了蛋白质合成过程。
核苷酸与其他分子相互作用的方式为氢键。
脂质是生物体内结构和功能的重要成分。
细胞膜是脂质的一种重要形式，它由许多疏水作用强的脂质分子组成。
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在生物体内,存在着一类能推动新陈代谢、促使一切与生命 有关的化学反应顺利进行的物质,这种物质就是酶。酶有一个十 分庞大的家族,目前已知的酶约有2000多种,而人体中就含有700 多种,遍布在人的口腔、胃肠道、胰腺、肝脏、肌肉和皮肤里。 例如,淀粉酶能使淀粉分解,蛋白酶只能使蛋白质水解,脂肪酶能 分解脂肪。胃分泌的胃液其主要功能是消化蛋白质;胰分泌的胰 液中除含蛋白酶外,还含有淀粉酶、脂肪酶,故胰液既能消化蛋白 质,又能消化淀粉和脂肪等等 有的人可以喝很多酒，而有的人沾酒就醉，有的人连牛奶都不能 喝，这是为什么呢？ 1、导致酒量差异的是乙醛脱氢酶，（乙醛脱氢酶参与酒精代谢， 酒精在体内降解为乙醛后，由乙醛脱氢酶进行酸化，分解为二 氧化碳和水。 ） 2、乳糖酶不足的人则不能喝牛奶。
• 新DNA分子中有一半直接来源于亲代。
33
图示
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§9.3 糖
糖类的来源： 糖类是绿色植物光合作用的产物 糖类在人体中的作用： 主要提供能量。人们每天摄取的热能中大约有75%来自糖类。
食物 蔗糖 含糖量 100%
表1-1 含糖食物与含糖量
粉丝等
大米、面粉、 玉米等
85%~95% 70%~80%
加热,紫外线,浓HNO3等，都会对蛋白质产生作用.
蛋白质的性质
（1）两性—由于蛋白质分子中含有氨基和 羧基，与氨基酸相似
（2）盐析—蛋白质溶液
加入浓无机盐溶液 加水
蛋白质析出 （盐析）
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（3）变性— 在热、酸、碱、重金属盐、甲醛、酒精 等作用下，蛋白质发生性质上的改变而凝结，这样的凝 结不可逆，这种变化叫变性。
23
酶的一些应用
•
木瓜蛋白酶：是利用未成熟的番木瓜果实中的
乳汁，提炼而成的纯天然生物酶制品。
可利用酶促反应，使食品大分子的蛋白质水解成 小分子肽或氨基酸；具有独特的美白嫩肤、美颜保健 、祛斑除污垢、促进血液循环、改善肌肤等功效
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• 加酶洗衣粉：这些酶制剂不仅可以有效地清除 衣物上的污渍,而且对人体没有毒害作用,并且这些酶 制剂及其分解产物能够被微生物分解,不会污染环境 。
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二、葡萄糖是怎样供给能量的
葡萄糖的分子式是C6H12O6，是一种白色晶体， 有甜味，能溶于水。
自然界中哪些物质富含葡萄糖？怎样用实验证明？
1、葡萄糖的性质——还原性
能跟银氨溶液反应生成光亮的银镜；能
使新制的Cu(OH)2生成砖红色沉淀。 银氨溶液的制备：
AgNO3+2NH3·H2O=Ag(NH3)2OH+H2O+HNO3
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1.核酸的组成
• 组成核酸的分子片（单元）：核苷酸； • 核苷酸是由核苷和磷酸根组成； • 核苷是由核糖（即戊糖）和含氮碱基构成。 • 核糖：D-核糖；2’-D-脱氧核糖。 • 碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸限嘧啶、胞嘧啶（DNA
中）、尿嘧啶（RNA中）
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2.核酸及核苷酸的主要生理功能
• a. DNA是遗传信息的储存者和传递者。 • b. 核酸与蛋白质的合成有关。 • c. RNA是生物酶之一。某些核苷酸是酶的辅因子
本课程的配套教材：《工程化学》（第2版），宿辉 白青子 主编， 北京大学出版社，高等院校化学与化工类专业“互联网+”创新规 划教材
本章学习要点
知识要点
掌握程度
相关知识
熟悉氨基酸、肽和蛋白质的 蛋白质与酶 基本概念、组成与结构，熟 氨基酸、肽、蛋白质和酶
悉酶的催化反应特性。
核酸
熟悉核酸的基本概念和化学 组成，了解DNA和RNA的结
一定条件
nC质H2COOH
[NCH2C ]n + nH2O
是
N生H2
HO
多肽与蛋
其命中：—C—N— 叫肽键，氨基酸白发质生之缩间聚反应
的
OH
没有严格
物
的界限！
时键质基形 中成 的肽C—键N中键的. C—N键，蛋白质水解时断裂肽
氨础基酸 缩合 二肽 缩合 多肽 缩合 蛋白质
水解
水解
水解
❖ 从身边的例子可我们可以感受到:浓食盐水,重金属,
• 溶脂酶：一种多肽类生物活性物质。促进储存 脂肪的水解，使血中游离脂肪酸的浓度 增加， 供机体能量消耗
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§9.2 核酸
• 核酸是一类多聚核苷酸，是一类重要的生物大分 子，核酸的相关知识是研究遗传规律、生物技术 等的必需基础。
• 核酸根据含糖的种类分为： • 核糖核酸（RNA) • 脱氧核糖核酸（DNA）
氨基酸的结构通式：是一类含有羧基并在与羧基相连的碳 原子下连有氨基的有机化合物。
8
蛋白质与氨基酸在人体内的变化及作用
蛋白质
胃蛋白酶和胰蛋白酶 水解
重新合成 人体蛋白
多种α-氨基酸
人体必须的8种氨基酸： 指人体（或其它脊
椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需
要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需
6
概念：
由α-氨基酸通过肽键而形成的高分 子化合物。
组成元素：
C H O N S P Fe Zn Mo… 属于天然高分子化合物。
7
1、氨基酸是组成蛋白质的基石
《新科学家》杂志网站2009年8月17日报道称，美研究人员第一次在彗星尘埃样 品中发现了甘氨酸——一种结构最为简单的氨基酸。该发现证实，早期地球生命的 部分构成元素来自于太空。
构及复制机制。
核苷酸、DNA、RNA和 DNA复制与基因表达
糖
熟悉糖的组成、分类和结构； 单糖、寡糖和多糖
维生素 生命元素
了解维生素的种类、生理功 能及其与人体健康的关系。
了解人体内常见元素和微量 元素的生理功能及其与人体
健康的关系。
维生素A、维生素B、维生 素C、维生素D、维生素E
和维生素K
常见元素和微量元素
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（1）DNA二级结构的理论模型
• 1953年由Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构。 • 其基本要点如下：
a.两条反平行的核苷酸链构成右手螺旋结构，旋转形成 大凹槽和小凹槽。 b.两个相邻碱基的距离是3.4埃，每10个碱基构成完整的 一段螺旋结构（一个周期）。螺距3.4nm，直径约2nm； c.互补的碱基通过特殊的氢键连接出现在螺旋结构的内 部，碱基平面垂直于螺旋轴。磷酸根在链外； d.DNA分子内碱基配对为：A-T、G-C
•
⑤苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；
•
⑥异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以
及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；
•
⑦亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；
•
⑧缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。
11
8种人体必需氨基酸的记忆口诀：
笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）来（赖氨酸 ）宿（苏氨酸）舍（色氨酸），晾（亮氨 酸)一晾（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）
12
味精－谷氨酸钠(α—氨基戊二酸钠)：
HOOC—CH2—CH2—CH—COONa
NH2
海带
含谷氨酸钠的天然食品：
“强力味精”，少量乌苷酸钠（蘑菇成分）掺到味精里制得， 比味精要鲜上160倍
“超鲜味精”， 2—甲基呋喃苷酸，它比味精要鲜上600多倍
13
氨基酸中的氨基具碱性,羧基具有酸 性,因此,氨基酸属两性化合物.
2Ag(NH3)2OH+CH2OH(CHOH)4CHO→2Ag↓
+CH2OH(CHOH)4COONH4+3NH3↑+H2O
葡萄糖酸铵
结构简式：
多羟基醛
CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO
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二、葡萄糖是怎样供给能量的
2、葡萄糖是人体内最重要的供能物质
1g葡萄糖完全氧化，放出约15.6kJ的能量。
本章主要内容
9.1 蛋白质与酶 9.2 核酸 9.3 糖 9.4 维生素 9.5 生命元素
❖ 生命起源于化学
元
素
合成有机物的元素
形
H 、N、 O、 C、S、P 等
成
简单有机物和其它化合物
化
HCHO、CH4、NH3、CO2、CO、H2S、H2O 等
学
进
复杂的有机物
化
氨基酸、糖类、核苷酸、甘油、脂肪酸等
苹果、桃、葡 萄等
9%~12%
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1、糖类：
糖类的概念、结构和分类
由C、H、O三种元素组成的一类有机化合物
2、通式：
Cm(H2O)n
因为糖类的组成大多数符合上述通式，所以糖类也称为
碳水化合物。
例如：葡萄糖(C6H12O6)、蔗糖(C12H22O11)、淀粉 (C6H10O5)n和纤维素(C6H10O5)n
C6H12O6（s）+6O2（g）→6CO2（g）+6H2O（l）
葡萄糖在人体内的代谢过程
+O2(氧化) CO2+H2O+能量
葡萄糖
合成 分解
肝糖元
合成
肌糖元
转变
脂肪
常识：血液中的葡萄糖称为血糖，正常人的血液中
前细胞生命体、团聚体、微球体等
生
物
具备生命特征的细胞
进
化
多细胞生物
现代生物
• 自然界的生命可以划分为不同的层次或组织水 平，下图可见化学与生命的内在联系。
质子
原子核
中子
原子 分子 大分子 细胞 组织
电子
器官 生命个体
化
生物
学
学
生命共同的分子基础主要有：糖、脂、蛋白质（氨基酸、 肽）、酶、核酸、维生素、无机盐（矿物元素）、水等。
注 1、有些糖不符合通式，如：鼠李（C6H12O5） 意 2、有些符合通式的却不属于糖类，例如：甲醛
（CH2O）、乙酸（C2H4O2）