2.1. 生命的化学基础

2009-4-2
31
2009-4-2
32
氨基酸通过肽键联成肽链
z 一个氨基酸的α氨基与另一个氨基酸的α羧基脱水 缩合，形成肽键（peptide bond）并生成二肽化 合物。
z 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。
肽键的形成过程
2009-4-2
33
2009-4-2
34
z 必需氨基酸供应不足时，人体不能合成新生和 修补机体组织所需的蛋白质，只能降解人体蛋 白以供临时需要，从而导致体重减轻和蛋白质 营养不良。
z 根据R基团极性，可以将其分为疏水性和亲水 性
疏水性氨基酸
2009-4-2
29
2009-4-2
wenku.baidu.com
30
5
亲水性氨基酸
2009-4-2
¾氨基酸的酸碱化学 z 氨基酸的兼性离子形式，在晶体状态和水溶液 中均以兼性离子形式存在。
z寡肽：约含有 10 个氨基酸残基（如二肽、 五肽、八肽）
z多肽：含 10－20 个氨基酸残基 z蛋白质：含几十个氨基酸残基 注意：肽链有方向性，氨基端（ N 端），羧 基端（ C 端）
2009-4-2
35
按蛋白质的形状和溶解度可将蛋白质分为： 纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质
2009-4-2
36
2009-4-2
8
二、组成细胞的大分子
¾ 碳是组成细胞各种大分子的基础
z 碳最外层有4个电子空位，极易形成4个共价键 z 碳架结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质
¾ 有机化合物的性质 取决于功能基团
z 主要功能团：羟基 、羰基、羧基和氨 基，几乎都是极性 基团。
z 功能基团的极性使
得生物分子具有亲
① 结构蛋白：毛、发、肌腱、韧带、蚕和蜘蛛的 丝
② 收缩蛋白：肌肉的收缩需要收缩蛋白与肌腱共 同作用
③ 贮藏蛋白：卵清蛋白、植物种子的贮藏蛋白 ④ 防御蛋白：抗体 ⑤ 转运蛋白：血红蛋白 ⑥ 信号蛋白：激素等负责细胞之间的信号传导 ⑦ 酶： 生物体内最重要的蛋白质
2009-4-2
26
¾ 蛋白质是由氨基酸组成的 z 氨基酸的一般结构，氨基在α-位，为L-构
z 共价键（covalent bond）：两个原子之间共 用一对或多对电子形成的化学键，由共价键连 接起来的原子构成一个分子，如，H2、O2、H2O 等，生物大分子化学键主要是共价键。
2009-4-2
5
¾ 生物体的主要生物 分子
z水 z 蛋白质 z 核酸 z糖 z 脂类 z 无机盐
2009-4-2
6
型（旋光性）
z 具有 α－ 氨基 和α－羧基是各种氨基酸的 共性
z 各种氨基酸的区别在侧链基团—R
2009-4-2
27
2009-4-2
28
z 必需氨基酸：人体内无法合成而必须由食物供 给的10种氨基酸。包括赖、色、蛋(或称甲硫 氨酸)、苯丙、亮、异亮、苏（又称羟丁氨 酸）、缬、精、组氨酸（仅小儿时期必需）。
1
2009-4-2
“三鹿奶粉”事件
¾按照国家标准，婴儿一段配方奶粉，蛋白质含量不应低于 18%，二段、三段奶粉的蛋白质含量也应在12%-18%之间。 而劣质奶粉的蛋白质含量，低的只有1.7%，最高的也就 3.7%，远远低于国家标准。
¾凯氏定氮法：硫酸加热生成亚硫酸酐、水和氧气，蛋白质中 的NH2经加热变成氨气，遇上亚硫酸酐生成硫酸铵，硫酸铵
经蒸馏释放出氨气，用硼酸吸收氨气，最后滴定。
z 三聚氰胺（英文名 Melamine），是一种三嗪类
含氮杂环有机化合物，重要 的氮杂环有机化工原料,含氮 量66%。
2009-4-2
7
水是细胞中不可缺少的物质
水对生物体非常重要
水的特性决定了生命离不开水
z 极性分子：H-O原子以共价键相结合，O原子的电 负性大于H，导致其为极性分子。
DNA 5'- ATGCATGC……3' 3'- TACGTACG……5'
RNA 5'- AUGCAUGC……3'
z核酸的二级结构： 形成双螺旋和单链环
z核酸的三级结构： 空间构象
2009-4-2
2009-4-2
44
思考题
1.蛋白质主要有哪些生物学功能？ 2.糖类、蛋白质、核酸的基本结构分别是
什么? 3.试述生物体内水的重要性。
z 多糖可水解为多个单糖或其衍生物， 1. 同多糖（homoglycans）：水解为同一单糖的高
分子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、
糖苷等；
2. 异多糖（heteroglycans）：水解产物不止一种
单糖或单糖衍生物，如透明质酸、肝素、硫酸
软骨素、硫酸皮肤素等。
z 重要的多糖有淀粉(starch)、糖原(glycogen)
z 生物膜的重要成分
z 贮存能量的分子，约是糖的2倍
z 构成生物表面的保护层，如皮肤和羽毛以及果实 外表的蜡质
z 是很好的绝缘体，动物皮下脂肪有保持正常体温 的作用
z 有些脂类是重要的生物学活性物质，如维生素A、 维生素D、睾酮、肾上腺皮质激素、前列腺素等。
2009-4-2
21
¾ 脂类分类
分子结构相差较大，种类很多 A. 中性脂肪(动物-fat)和油(植物-oil)：由甘
z 水分子间形成氢键：带负电荷的O与带正电荷的H 结合形成氢键。
z 液态水的水分子具有内聚力：氢键的存在时间只有 10-11s，产生分子间的瞬间“粘合力”。
z 水分子之间的氢键使其能缓和温度的变化
z 冰比水轻：冰中水分子占据的空间大
z 水是极好的溶剂：非常容易溶解极性分子
z 水能电离：维持酸碱环境变化
Ca等，约占99.35%； C、H、O、N 4种元素占
96.3%。
微量元素：含量少于
0.01%(硼、铬、钴、铜、氟、 碘、铁、锰、钼、硒、硅、 锡、钒、锌)
2009-4-2
3
2009-4-2
4
化学键：是原子形成化合物的基础
z 离子键（ionic bond）：不同原子之间通过得 失电子形成的键，两个电荷符号相反的离子之 间彼此吸引。如：NaCl，盐都是由离子键形成 的化合物。
2009-4-2
第2章 细胞与生物大分子
第1节 生命的化学基础 第2节 细胞的基本形态结构与功能 第3节 细胞代谢 第4节 细胞的分裂和分化
2009-4-2
1
第1节 生命的化学基础
一、原子与分子 二、组成细胞的大分子 三、糖类 四、脂类 五、蛋白质 六、核酸
2009-4-2
2
一、原子与分子
¾ 生物体的主要元素 生命需要约25种元素 其中C、 H 、O、 N、 P、S、
2009-4-2
37
2009-4-2
2009-4-2
α螺旋的手性
38
β-折叠有两种类型： ①平行式，即所有
肽 链 的 N- 端 都 在 同一边。 ②反平行式，即相 邻两条肽链的方 向相反，较稳定。
2009-4-2
六、核 酸
¾ 核苷酸分子由三个部 分组成
z 碱基：嘧啶、嘌呤 z 五碳糖：核糖（RNA）
23
2009-4-2
24
4
2009-4-2
A.固醇类的内核由 4 个环组成
B.一些人体重要维生素和激素是固醇
C.胆固醇(cholesterol)是细胞的必要成份
D.血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和
心脑血管疾病
E.胆固醇是动物细胞膜和神经髓鞘的重要成分
2009-4-2
25
五、蛋白质
¾ 蛋白质为生命活动所必需 根据功能分类：
14
双 糖（disaccharides）
• 麦芽糖（Maltose）：葡萄糖+葡萄糖 脱水缩合 • 蔗糖(Sucrose)：葡萄糖+果糖 缩合形成 • 乳糖（Lactose）：葡萄糖+半乳糖 缩合而成
2009-4-2
葡萄糖的结构
15
2009-4-2
16
蔗糖分子结构
2009-4-2
乳糖
17
多 糖（polysaccharides）
或脱氧核糖（DNA） z 磷酸 ¾ 核酸贮存遗传信息，
控制蛋白质的合成
2009-4-2
肌 红 蛋 白 的 三 级 结 构
39
2009-4-2
40
碱基的种类
41
2009-4-2
42
7
核酸中核苷酸的连接方式 ——磷酸二酯键
腺嘌呤
胸腺嘧啶
胞嘧啶 鸟嘌呤
鸟嘌呤 胞嘧啶
2009-4-2
尿嘧啶
腺嘌呤
43
z核酸的一级结构： 碱基的排列顺序
6
¾ 蛋白质的结构复杂，可分为不同的结构层次：
α
A.一级结构：多肽链的氨基酸序列。
螺 旋
B.二级结构：多肽链借助氢键形成的有规则的局部
结
结构，如α螺旋、β折叠等。
构
C.三级结构：球状蛋白质在二级结构基础上，借助 次级键形成的相对独立的完整结构。
D.四级结构：具有三级结构的组成单位（亚基）之 间的聚合方式。
油醇和脂肪酸结合成的酯。 B. 蜡：脂肪酸和醇化合而成的酯 C. 磷脂类：甘油的一个α—羟基和磷酸（或磷
酸的衍生物）结合而成的酯类 D. 类固醇：由4个碳环构成的环戊烷多氢菲
2009-4-2
22
2009-4-2
甘油三酯分子结构
z 磷脂分子结构图
脂膜结构图
卵磷脂结构图
卵磷脂被誉为与蛋白质、维生素并列的“第 三营养素”。
2009-4-2
13
单 糖 (monosaccharide)
z 单糖不能水解为其它糖的糖 z 按碳原子数分为：丙糖（甘油醛）；丁
糖（赤藓糖）；戊糖（木酮糖、核酮糖 、核糖、脱氧核糖等）； 己糖（葡萄糖 、果糖、半乳糖等）等。
z 生物体内最重要的单糖包括葡萄糖、果 糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。
2009-4-2
、纤维素(cellulose)等。
2009-4-2
18
3
2009-4-2
2009-4-2
四、脂 类
¾ 脂类的组成 z 脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各
种小分子。 z 组成与性质：C、H、O H:O 远大于2 z 非极性分子、疏水，即脂不溶于水，而溶于非极
性溶剂。
19
2009-4-2
20
¾脂类生物学功能
2009-4-2
45
2009-4-2
46
征求建议
z授课内容 重点说明自己想要了 解的内容？
z讲课速度 是否能跟上？课上能 掌握多少？
z多媒体演示 PPT文件效果如 何？希望有哪些改进？
2009-4-2
47
8
水性，有利于其稳
定于细胞内大量水
分子中。
碳原子空间示意图
石墨结构
金刚石结构
2009-4-2
9
2009-4-2
10
生物大分子：蛋白质、核酸、多糖、脂质
小分子 大分子 复合大分子
单糖
多糖
糖蛋白
氨基酸
蛋白质
糖脂
核苷酸
核酸
脂蛋白
脂肪酸
脂类
（由小分子到大分子）
2009-4-2
11
脱水合成 （dehydration synthesis）
水解反应 （hydrolysis）
合成大分子 （脱水合成）
2009-4-2
大分子分解 （水解反应）
12
2
2009-4-2
三、糖类
糖分子主要由C、H、O 三种元素组成，通常三者 的比例为1:2:1，化学通式为(CH2O)n z 糖（carbohydrates）：多羟基醛或多羟基酮 z 糖类:单糖、双糖和多糖 z 糖的功能：糖是生物代谢反应的重要中间产物， 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。