生命的化学基础

三级结构
（一条多肽链完全折 叠后的结构）
四级结构
（两条或两条以上的多肽 链组成的蛋白质结构）
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蛋白质的变构作用和变性
• 由于小分子物质与蛋白质分子的一个亚单位结 合，导致该蛋白质分子及其亚单位的构象发生
变化，进而其活性也发生变化，称为变构作 用。
• 在重金属盐、酸、碱等的作用下，或加热至 70C∽100C，或在X射线、紫外线的照射下， 蛋白质的多肽链松开，失去其专一的三维形状
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细胞是生命活动的枢纽层次，
细胞的研究既是生命科学的出发点， 又是生命科学微观和宏观研究的汇聚 点，因此 是当前生命科学中发展最 快的领域之一。
1925年Wilson就提出 “一切生命的
关键问题都要到细胞中去寻找答案”
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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
(Mn),
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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）
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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
，从而失去其生物学活性，这种现象称为蛋白 质的变性。
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2.6 核酸
• 核酸最先从细胞核中分离得到，且呈酸性，故而
得名。
• 核酸分为两类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核 酸（RNA）。
• DNA存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，遗传信息的携带 者，合成蛋白质的模板；
• RNA在细胞核中合成，然后进入细胞质，在蛋白质合成中 起重要作用。
0
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
元素
占体重的百分数/％
O
氧
65.0
C
碳
18.5
H
氢
9.5
N
氮
3.3
Ca
钙
1.5
P
磷
1.0
K
钾
0.4
S
硫
0.3
Na
钠
0.2
Cl
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
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
，分辨力提高至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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7
人类精子
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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。
☆ 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
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。
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Differential centrifugation
0
1
• 分离活细胞的介质要求：
1）能产生密度梯度，且密度高时， 粘度不高；
2）PH中性或易调为中性； 3）浓度大时渗透压不大； 4）对细胞无毒。
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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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淀粉：植物细胞中的储藏营养物，贮存在植物的根
、种子等中，由葡萄糖单体聚合而成。 • 需要利用糖作为能源或合成其它分子的原料时，将 淀粉水解。
糖原：动物细胞中储藏的多糖。
• 人体内贮存在肝细胞和肌细胞中，需要时将糖原水 解成葡萄糖。
纤维素：植物细胞壁的主要成分，地球上最丰富的
有机化合物。 • 保护细胞、支持植物体的作用。
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。
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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。
• 多肽---分子量在1,500以 上，多个氨基酸通过肽 键相连形成的产物。
• 肽链有方向性，多肽链 的一端有一个-NH2，称 N-端；另一端有一个COOH，称C-端。
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2.5.3 蛋白质的结构决定其功能
蛋白质分子有特定的空间结构——构象。
一级结构
二级结构 蛋白质
三级结构
-螺旋 -折叠
四级结构
胰岛素
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2.4 脂质
● 类型： 多种分子
◆ 脂肪（油脂） ◆ 蜡； ◆ 磷脂类（磷酸甘油酯） ◆ 类固醇； ◆ 萜类。
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● 主要特点
◆ C、H 两种元素为主； ◆ 非极性共价键 → 疏水性； ◆ 严格意义上，非大分子
▼ 分子质量小， 远小于糖类、蛋白质、核酸；
▼ 不是聚合物；
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● 独特的生物学功能 ◆ 生物膜的重要成分； ◆ 储能分子； ◆ 生物表面的保护层； ◆ 良好绝缘体； ◆ 有些是重要生物学活性物质。
• 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。
• 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
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。
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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。
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
生命的化学基础
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
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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
：★ 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。
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
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。
0
⑦ 水能够电离。
水分子可以电离成氢离子（H+）和羟离子(OH-)。
氢键
的不规则部分折叠，
使肽链进一步折叠成
二硫键
球状或纤维状。 ☆三级结构是一条多
离子键
肽链完全折叠之后的 整体结构。
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四级结构 ：
蛋白质分子的2条或2条以上三级结构的 多肽链，相互组合，并以弱键相互连接，形 成一定的构象，称为蛋白质的四级结构。
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α－螺旋
一级结构
（氨基酸序列）
β－折叠
二级结构
（蛋白质中局部区 域的折叠结构）
应的能力不同，甜度不同。
葡萄糖
果糖
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由几个（2~6）单糖缩合而成的糖称为寡糖。 双糖：两个单糖缩合而成。
（1）双糖 如麦芽糖、蔗糖、乳糖等。
葡萄糖＋葡萄糖 麦芽糖 葡萄糖＋果 糖 蔗糖
（2）其他寡糖 三糖、四糖等。
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2.3.2 多糖
由数百至数千个 单糖分子通过脱水 合成而形成的多聚
体称为多糖。自然 界中最多的糖类， 淀粉、糖原 、纤 维素 三类。
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2.5.2 蛋白质由20种氨基酸组成
氨基酸是蛋白质的结构单体，共20种。
氨基酸通式：
H R C COOH
NH2
4个基团：氨基、羧基、
H、R
R基团或侧链的结构、长短和电荷的不同，决定
各种氨基酸在溶解度以及其它特性上的差异。
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• 一个氨基酸分子中的-氨基，与另一氨基酸 分子中的-羧基脱水缩合，形成一个新的共价 键C-N，称为肽键，并合成一个二肽化合物。
生物界是一个多层次的组构系统：
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● 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， 本章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
分重要的作用。
功能 结构材料
举例 胶原、角蛋白
运动
肌动蛋白、肌球蛋白
营养储存 酪蛋白、铁蛋白
基因调控 Lac操纵子
免疫作用 抗体