基础化学~第1章 绪论2015_PPT课件

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2014年诺贝尔化学奖给了三个物理学家： 艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特 凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫纳 （W. E. Moerner），以表彰他们对于发展
超分辨率荧光显微镜做出的卓越贡献。他
们的突破性工作使光学显微技术进入了纳
米尺度，从而使科学家们能够观察到活细 胞中不同分子在纳米尺度上的运动.
• 长期以来，光学显微技术一直被认为存在一个极 限，就是分辨率无法小于波长的一半，由于可见 光波长范围是400纳米到700纳米，200纳米则成
为一个难以突破的极限，而对于大多数让科学家 感兴趣的生物大分子来说，这些分子都比200纳米 要小，无法被直接观察到。
• 北京时间7日下午5点45分,瑞典皇家科学院宣布， 将2015年诺贝尔化学奖授予瑞典科学家托马斯·林 达尔、美国科学家保罗·莫德里克和拥有美国、土 耳其国籍的科学家阿齐兹·桑贾尔，以表彰他们在 基因修复机理研究方面所作的贡献。
• DNA是一种分子，可组成遗传指令、引导生物发 育和生命机能运作，带有遗传信息的DNA片段被 称为基因。DNA每天会因受到紫外线、自由基和 致癌物质的侵袭而受损。
化学是一门中心科学
• 在190次失败之后。1971年，屠呦呦课题组 在第191次低沸点实验中发现了抗疟 效果 为100%的青蒿提取物。1972年，该成果得 到重视，研究人员从这一提取物中提炼出 抗疟有效成分——青蒿素。这些成就并未 让屠呦呦止步，1992年，针对青蒿素成本 高、对疟疾难以根治等缺点，她又发明出 双氢青蒿素这一抗疟疗效为前者10倍的 “升级版”。
生命与化学
• 构成地球上所有生命的各种生物高分子都是相同或相 似的，而组成生物高分子的各种单体分子的种类，如 氨基酸，核苷酸，各种单糖，脂类以及它们的衍生物 则基本上都是相同的。
• 在生命演化的初期，这些生物分子组成了最简单的， 能独立生存的生命原核细胞。今天地球上种类繁多的 生命都是从几十亿年前的这些单细胞生命经过无数次 突变演化而来的。
绪论
二十一世纪的化学
21世纪,随着科学技术的迅猛发展, 化学 知识和技术的应用为生物技术、信息技术、新 材料、新能源等高新技术的发展提供了保证。 化学学科渗透在人类的衣、食、住、行之中,不 仅能使人类更全面地认识世界,而且能改善人类 和自然界之间的关系,实现社会的可持续性发展。
ห้องสมุดไป่ตู้ 化学
是一门在原子、分子或离子层次上研究物质的组成、结 构、性质等变化及其内在联系和外界变化条件的科学。
•
例如线粒体的大小大概是1000纳米，而病毒
的大小只有100纳米量级，蛋白质只有10纳米，大
多数生物小分子则只有1纳米。这对于希望更多了
解细胞内的活动细节的科学家来说，只能看到细
胞的线粒体，看不到蛋白质的运动。就像可以看 到一个城市的建筑，但是不能看到人们的活动。
• 在这一技术的帮助下，人类突破了光学显 微技术的瓶颈，使得对活体细胞内部的蛋 白质、DNA等有机分子的观察成为可能。
• 上世纪70年代，科学界曾认为基因是非常稳定的 分子，但林达尔推断若基因果真如此稳定，则基 因的自然衰变速度就不足以支撑地球生命的发展。 从这一观点出发，林达尔最终发现了能不断抵消 基因衰变的“碱基切除修复”这一分子机理。
• 桑贾尔则通过研究绘制出核苷酸切除修复机制， 并揭示细胞如何运用这一机制来修复紫外线对基 因造成的损害。
构成生物高分子结构的主要元素
• 糖类：Ｃ，Ｈ，Ｏ元素构成 • 蛋白质：Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ，Ｓ元素构成 • 核酸：Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ，Ｐ元素构成
• 生物高分子主要由C，H， O，N，P，S 这六 种元素构成
与生物催化剂酶有关的元素
（１）Mg: Mg 2+ 叶绿素的重要组分 ATP 酶的重要激活剂
（２）Zn: Zn 2+ 存在于羧肽酶Ａ（催化蛋白质Ｃ末 端氨基酸水解的酶）中 （３）Cu: Cu 2+ 存在于酪氨酸酶（与生物色素形成 有关的酶）中 （４）Mn: Mn2+ 能维持与呼吸有关的酶的活性
传统的方式用水和乙醇提取和分离,但提取 效果不太好而且活性不理想.他们采用了乙醚 和丙酮来萃取,分离得到纯度和活性均好的青
蒿素.后又得到其衍生物双氢青蒿素.
• 双氢青蒿
• 分子式与分子量 C15H24O5 • 结构式
284.35
b(H2C2O4)90.m50.g-1o09l05g.011g0k0g00.5g8m5okl-g1 x(H2C2O4)(5.005gm./09-1o)00l(g9.m/59-.1o00l.g0m/1-1o8)l.00.0104
• 从根本上说，生命进化与化学进化同步，生命是化学 物质的一种超级组成形式，生命过程是一种超级的化 学过程。
生命与化学
生命的元素
• 在生物体中维持生命活动的必需元素有27种: • 在所有细胞中存在的元素有：
C H O N P S Cl Na K Mg Ca Mn Fe Co Cu Zn 在某些细胞中存在的元素有： B F Si V Cr Se Mo Sn I Ni Br 宏量元素（占人体99.95%） C H O N P S Cl Na K Ca Mg 微量元素（占人体0.01%） B F Si V Cr Se Mo Sn I Ni Br Mn Fe Co Cu Zn
• 莫德里克的贡献是发现在细胞分裂的过程中，细 胞如何纠正基因复制时的偶发错误。
• 该奖评选委员会当天发表的声明说，获奖 者的研究成果在分子水平上描绘细胞如何 修复基因并维护遗传信息，为科学界提供 了关于活细胞功能的基本知识，其中的一 些发现可被运用到抗癌新疗法研发方面。
• “他们(的这一发现)不仅深化了我们对人 体如何运作的了解，”.“还会为丰富拯救生 命的治疗手段开辟(前景)。”
生物分子的多样性
蛋白质的螺旋 构象
（二级结构）
肌红蛋白的三级结构
马血红蛋白的四级结构
蛋白质的各种生物功能示意图
自然界的氮 循环
人类基因组计划
人类科学史上的重大工程:
人类基因组计划，曼哈顿原子计划，阿波罗登月计划