第2章 生命的化学特征
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脂 酸 肪 + HS CoA 脂 CoA合 酶 酰 成 Mg 2+ ATP AMP 脂 酰
~ SCoA + PPi
三磷酸酰苷（ATP）：用于贮存和 转移化学能。
8
（3）K、Na、Cl、Ca、Mg
维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细 胞电位。 Na＋、K＋离子：渗透压的平衡，神经肌肉 正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢。 Mg＋：300多种酶的辅因子。 Ca2＋：骨骼的主要成分，参与广泛的细胞 生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝固，是 细胞信号传导的第二信使等。
13
（3）核酸、蛋白质和多糖等主要生物大分子
14
蛋白质的功能
催化功能 储存运输功能 防御功能 结构组成 运动功能 营养功能 遗传信息
15
调节功能
（4）类脂 类脂（如磷脂）是富含碳氢元素的一 族生物小分子，其在水溶液中溶解性较差、
兼具亲水和亲脂特性。
细胞的膜结构就是大量磷脂分子的聚
合体。
16
17
34
（4）细胞是一个高效率的能量转换器 细胞是一个高效率的能量转换器， 生命有机体中的能量转换是通过电子流 动来实现的。 光合细胞 非光合细胞
35
（5）水是生命的介质
水是生命有机体中含量最多的物 质，一般占体重的60%-70%。 水有自由水和结合水，前者流动 性大，含量可变，后者主要存在在胶 体中，相对稳定。
血红蛋白的空间结构
11
生物大分子通过组成它们的单体之 间的非共价相互作用，形成特定的空间 结构，从而具有了不同的生物学功能。 生物大分子是表现生命特征的基本 物质。
12
（2）有机小分子 细胞中还存在许来自百度文库具有独特功能的 有机小分子物质,也是合成较大分子的前
体。
核苷酸、氨基酸、葡萄糖
脂肪酸、胆碱、甘油等
ATP具有较高的磷酸基团转移潜势
29
有一些反应需要UTP、CTP和GTP
ATP + UDP
ATP + CDP
ADP + UTP（三磷酸尿苷）
ADP + CTP（三磷酸胞苷）
ATP + GDP
ADP + GTP（三磷酸鸟苷）
30
31
ATP循环 ATP是生物界普遍使用的供能物质， 有“通用货币” （general currency of ener gy）之称。 ATP水解为ADP并供出能量之后，又 可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成 ATP循环。
P-O
C-H C-O C-C S-H
416
413 350 346 338
C=C
P=O 三键** C≡C
608
500 813
C-N
C-S N-O S-S
297
258 220 212
7
（2）S和P
可以形成相对比较弱的化学键， 在化学基团和能量转移中有重要作用。 巯基（-SH）:用于携带和转移脂 酰基。
41
思考题
1 生物大分子，生物能量学，高能磷酸化 合物的概念。 2 生物分子中的化学键有哪些，有何作用。 3 生物化学反应的特点。 4 为什么没有水就没有生命。
42
18
（2）离子键（ionic bonds） 正、负电荷之间的静电引力 （3）范德瓦尔力（Van der Waals bonds） 一定距离内（0.3-0.4nm）的原子之间通 过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力。
19
（4）疏水力（hydrophobic interaction） 非极性分子或基团在水相环境中相互 吸引、聚集的作用力。蛋白质折叠、生物 膜形成、酶对底物的催化。 （5）二硫键（disulfide bond） 指2个硫原子之间的共价键，对稳定蛋 白质的构象起重要作用。
20
4 种非共价作用力的示意图
21
22
4.生物能量学（bioenergetics）
生物能量学：研究生命有机体传递 和消耗能量的过程，阐明能量的转换和 交流的基本规律。 氧化方式吸收能量 太阳光吸收能量
23
(1) 自由能
自由能（G）:指在一个体系的总能量中，在 恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。 自由能是一种状态函数，但变化（ΔG）: A B ΔG= GB – GA
ΔG< 0，放能，可以做功，自发进行。 ΔG >0，吸能，非自发进行，必须供能才能进行。 ΔG =0，平衡状态。
24
体内能量的产生、转移和利用
25
（2）ATP（腺苷三磷酸）
分解代谢释放的能量并不能直接被 细胞利用，必须经一类高能物质，其中 最主要的是ATP暂时储存（能量载体和 递体）起来，用于细胞的生命活动。
3.生命有机体中的化学键
在生物大分子之间主要存在的非共价的相互 作用力包括氢键、离子键、范德瓦尔力、疏水力。 （1）氢键（hydrogen bonds）： 存在于带电荷的和不带电荷的分子之间。由 两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性， 一个是氢供体（O、N），另一个是氢受体（带部 分负电荷）。
细胞直能接利用的是腺苷三磷酸 ( ATP ) 中所储存的能量。
26
NH
2
ATP在3个磷酸基团中含有两 个磷酸酐键，成为高能分子
O γ
C
N HC N C C
N
CH
N
O
O β α
O
P ~O
P ~O
-
P
OCH
2
-O
-O
-O
H
O H H
H
HO ATP ADP AMP
OH
（A-P~P~P），
27
ATP的水解
4
（1）C、H、O和N
是组成生命体最基本的元素，生命 体总质量的99％，是构成糖类、脂类、 蛋白质和核酸的主要元素。
外层轨道上有一个或1个以上未成 对电子，可以形成单键、双键和三键。
5
6
生物分子中的共价键与键能
类型 单键 O-H H-H 458 433 键能（kJ/mol） 类型 双键 C=O C=N 708 612 键能* （kJ/mol）
① ATP的三个磷酸基团，使它 pH7.0时带有4个负电荷（ATP4－）， 由负电荷相距较近，形成斥力，使磷 酰基团易于水解。
ATP水解ADP和Pi，AMP和PPi
28
② 当ATP水解为ADP3-和HPO42时，斥力得到缓和，电子可降到最低 能水平而促使ATP释放较多的自由能 （共振稳定性）。 ATP＋H2O ADP + Pi
36
水分子是极性分子，既是氢 键的受体，又是氢键的供体。 水分子的极性和形成氢键的 能力使其具有高度反应性。
37
水有高的介电常数（80），因此是 众多反应物的优良的溶剂，使其自由扩 散或发生相互作用。 没有水就没有生命。
38
水分子竞争羰基氧与亚氨基氮之间的氢键
39
水溶液中的离子
40
小结：
1 2 3 4 构成生命物质的主要元素 主要的化学键 生物能量学 水的生物学意义
9
（4）其它的微量元素
主要有铁与铜：化学价可（Cu2+/Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电 子递体，是许多酶的辅因子。
10
2 生物分子（biological macromolecules）
（1）生物大分子
参与生命有机体活动的
许多分子是非常巨大的，我 们把生物机体中这些巨大的 分子称为生物大分子。
第2章 生命的化学特征
Chemical Properties of Life
1
本章主要内容
1.组成生命有机体的元素 2.生物大分子 3.生命有机体中的化学键 4.生物能量学 5.水在生命化学中的作用
2
重点与难点： 生物大分子与化学键 生物能量学
3
1.生命中的元素
生命与非生命物质在化学组成上 有很大的差异，然而组成生命物质的 元素都是存在于非生命界的元素。 天然存在的90多种大约30多种是 生命所必须的。
32
ATP循环
ATP
肌酸 磷酸 肌酸
~P
氧化磷酸化 底物水平磷酸化
ADP
~P
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
33
（3）能量偶联反应
在生命有机体中一个放能的反应可以与一 个耗能的反应偶联以推动原本不能进行的反应。 葡萄糖+磷酸 葡萄糖-6-磷酸（耗能,ΔG>0,为 14kJ/mol） ATP ADP+Pi（放能,ΔG<0,为 -31 kJ/mol） 葡萄糖+ATP 葡萄糖-6-磷酸 + ADP（放 能,ΔG<0,为 -17 kJ/mol）
~ SCoA + PPi
三磷酸酰苷（ATP）：用于贮存和 转移化学能。
8
（3）K、Na、Cl、Ca、Mg
维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细 胞电位。 Na＋、K＋离子：渗透压的平衡，神经肌肉 正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢。 Mg＋：300多种酶的辅因子。 Ca2＋：骨骼的主要成分，参与广泛的细胞 生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝固，是 细胞信号传导的第二信使等。
13
（3）核酸、蛋白质和多糖等主要生物大分子
14
蛋白质的功能
催化功能 储存运输功能 防御功能 结构组成 运动功能 营养功能 遗传信息
15
调节功能
（4）类脂 类脂（如磷脂）是富含碳氢元素的一 族生物小分子，其在水溶液中溶解性较差、
兼具亲水和亲脂特性。
细胞的膜结构就是大量磷脂分子的聚
合体。
16
17
34
（4）细胞是一个高效率的能量转换器 细胞是一个高效率的能量转换器， 生命有机体中的能量转换是通过电子流 动来实现的。 光合细胞 非光合细胞
35
（5）水是生命的介质
水是生命有机体中含量最多的物 质，一般占体重的60%-70%。 水有自由水和结合水，前者流动 性大，含量可变，后者主要存在在胶 体中，相对稳定。
血红蛋白的空间结构
11
生物大分子通过组成它们的单体之 间的非共价相互作用，形成特定的空间 结构，从而具有了不同的生物学功能。 生物大分子是表现生命特征的基本 物质。
12
（2）有机小分子 细胞中还存在许来自百度文库具有独特功能的 有机小分子物质,也是合成较大分子的前
体。
核苷酸、氨基酸、葡萄糖
脂肪酸、胆碱、甘油等
ATP具有较高的磷酸基团转移潜势
29
有一些反应需要UTP、CTP和GTP
ATP + UDP
ATP + CDP
ADP + UTP（三磷酸尿苷）
ADP + CTP（三磷酸胞苷）
ATP + GDP
ADP + GTP（三磷酸鸟苷）
30
31
ATP循环 ATP是生物界普遍使用的供能物质， 有“通用货币” （general currency of ener gy）之称。 ATP水解为ADP并供出能量之后，又 可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成 ATP循环。
P-O
C-H C-O C-C S-H
416
413 350 346 338
C=C
P=O 三键** C≡C
608
500 813
C-N
C-S N-O S-S
297
258 220 212
7
（2）S和P
可以形成相对比较弱的化学键， 在化学基团和能量转移中有重要作用。 巯基（-SH）:用于携带和转移脂 酰基。
41
思考题
1 生物大分子，生物能量学，高能磷酸化 合物的概念。 2 生物分子中的化学键有哪些，有何作用。 3 生物化学反应的特点。 4 为什么没有水就没有生命。
42
18
（2）离子键（ionic bonds） 正、负电荷之间的静电引力 （3）范德瓦尔力（Van der Waals bonds） 一定距离内（0.3-0.4nm）的原子之间通 过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力。
19
（4）疏水力（hydrophobic interaction） 非极性分子或基团在水相环境中相互 吸引、聚集的作用力。蛋白质折叠、生物 膜形成、酶对底物的催化。 （5）二硫键（disulfide bond） 指2个硫原子之间的共价键，对稳定蛋 白质的构象起重要作用。
20
4 种非共价作用力的示意图
21
22
4.生物能量学（bioenergetics）
生物能量学：研究生命有机体传递 和消耗能量的过程，阐明能量的转换和 交流的基本规律。 氧化方式吸收能量 太阳光吸收能量
23
(1) 自由能
自由能（G）:指在一个体系的总能量中，在 恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。 自由能是一种状态函数，但变化（ΔG）: A B ΔG= GB – GA
ΔG< 0，放能，可以做功，自发进行。 ΔG >0，吸能，非自发进行，必须供能才能进行。 ΔG =0，平衡状态。
24
体内能量的产生、转移和利用
25
（2）ATP（腺苷三磷酸）
分解代谢释放的能量并不能直接被 细胞利用，必须经一类高能物质，其中 最主要的是ATP暂时储存（能量载体和 递体）起来，用于细胞的生命活动。
3.生命有机体中的化学键
在生物大分子之间主要存在的非共价的相互 作用力包括氢键、离子键、范德瓦尔力、疏水力。 （1）氢键（hydrogen bonds）： 存在于带电荷的和不带电荷的分子之间。由 两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性， 一个是氢供体（O、N），另一个是氢受体（带部 分负电荷）。
细胞直能接利用的是腺苷三磷酸 ( ATP ) 中所储存的能量。
26
NH
2
ATP在3个磷酸基团中含有两 个磷酸酐键，成为高能分子
O γ
C
N HC N C C
N
CH
N
O
O β α
O
P ~O
P ~O
-
P
OCH
2
-O
-O
-O
H
O H H
H
HO ATP ADP AMP
OH
（A-P~P~P），
27
ATP的水解
4
（1）C、H、O和N
是组成生命体最基本的元素，生命 体总质量的99％，是构成糖类、脂类、 蛋白质和核酸的主要元素。
外层轨道上有一个或1个以上未成 对电子，可以形成单键、双键和三键。
5
6
生物分子中的共价键与键能
类型 单键 O-H H-H 458 433 键能（kJ/mol） 类型 双键 C=O C=N 708 612 键能* （kJ/mol）
① ATP的三个磷酸基团，使它 pH7.0时带有4个负电荷（ATP4－）， 由负电荷相距较近，形成斥力，使磷 酰基团易于水解。
ATP水解ADP和Pi，AMP和PPi
28
② 当ATP水解为ADP3-和HPO42时，斥力得到缓和，电子可降到最低 能水平而促使ATP释放较多的自由能 （共振稳定性）。 ATP＋H2O ADP + Pi
36
水分子是极性分子，既是氢 键的受体，又是氢键的供体。 水分子的极性和形成氢键的 能力使其具有高度反应性。
37
水有高的介电常数（80），因此是 众多反应物的优良的溶剂，使其自由扩 散或发生相互作用。 没有水就没有生命。
38
水分子竞争羰基氧与亚氨基氮之间的氢键
39
水溶液中的离子
40
小结：
1 2 3 4 构成生命物质的主要元素 主要的化学键 生物能量学 水的生物学意义
9
（4）其它的微量元素
主要有铁与铜：化学价可（Cu2+/Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电 子递体，是许多酶的辅因子。
10
2 生物分子（biological macromolecules）
（1）生物大分子
参与生命有机体活动的
许多分子是非常巨大的，我 们把生物机体中这些巨大的 分子称为生物大分子。
第2章 生命的化学特征
Chemical Properties of Life
1
本章主要内容
1.组成生命有机体的元素 2.生物大分子 3.生命有机体中的化学键 4.生物能量学 5.水在生命化学中的作用
2
重点与难点： 生物大分子与化学键 生物能量学
3
1.生命中的元素
生命与非生命物质在化学组成上 有很大的差异，然而组成生命物质的 元素都是存在于非生命界的元素。 天然存在的90多种大约30多种是 生命所必须的。
32
ATP循环
ATP
肌酸 磷酸 肌酸
~P
氧化磷酸化 底物水平磷酸化
ADP
~P
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
33
（3）能量偶联反应
在生命有机体中一个放能的反应可以与一 个耗能的反应偶联以推动原本不能进行的反应。 葡萄糖+磷酸 葡萄糖-6-磷酸（耗能,ΔG>0,为 14kJ/mol） ATP ADP+Pi（放能,ΔG<0,为 -31 kJ/mol） 葡萄糖+ATP 葡萄糖-6-磷酸 + ADP（放 能,ΔG<0,为 -17 kJ/mol）