【西北农业大学】《普通生物学》《普通生物学》课件-第9章：生物体组成中的化学基础.ppt

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1、普通生物学普通生物学第第9 9章章 生物体组成中生物体组成中的化学基础的化学基础多媒体课件多媒体课件江新欢、博士教授江新欢、博士教授陕西医科大学专业核心课程陕西医科大学专业核心课程2010.11.21第第9 9章：章：生物体组成中生物体组成中的化学基础的化学基础1.1.组成生命的化学元素组成生命的化学元素 在自然界的在自然界的130130种元素中种元素中,以以O O、SiSi、AlAl、FeFe为最多为最多,而生物体中仅有而生物体中仅有25262526种是必须的种是必须的,O O、H H、C C、N N普遍存普遍存在在,P P、S S、NaNa、K K、MgMg、CaCa、ClCl等为主要元素

2、。等为主要元素。由由由由上述元素构成化合物，形成上述元素构成化合物，形成上述元素构成化合物，形成上述元素构成化合物，形成小分子小分子小分子小分子和和和和大分子大分子大分子大分子物质物质物质物质一、原子和分子一、原子和分子 细胞的化学组成细胞的化学组成生物小分子生物小分子:生物大分子生物大分子:水、无机盐、单糖、水、无机盐、单糖、氨基酸、核苷酸氨基酸、核苷酸蛋白质、核酸、多糖、蛋白质、核酸、多糖、脂质脂质组成细胞分子中的四种功能团：组成细胞分子中的四种功能团：羟基：羟基：OHOH；羰基：羰基：CC羧基：羧基：COOHCOOH；氨基：氨基：NHNH2 2O生物小分子和生物大分子的关系生物小分子和生

3、物大分子的关系 小分子小分子 大分子大分子 复合大分子复合大分子 单糖单糖 多糖多糖 糖蛋白糖蛋白 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 糖脂糖脂 核苷酸核苷酸 核酸核酸 脂蛋白脂蛋白 (脂类脂类)（由小分子到大分子（由小分子到大分子）合成大分子合成大分子 （聚（聚 合）合）大分子分解大分子分解 （水（水 解）解）2 2、构成生物的小分子、构成生物的小分子1 1）水）水 地球上生命起源于水中，陆生生物地球上生命起源于水中，陆生生物 体内细胞也生活在水环境中体内细胞也生活在水环境中水水水水的的的的性性性性质质质质影影影影响响响响生生生生命命命命活活活活动动动动，如如如如：水水水水分分分分子子子子的的的的极

4、极极极性性性性，水水水水分分分分子子子子之之之之间间间间的的的的氢氢氢氢键键键键，内内内内聚聚聚聚力力力力、溶溶溶溶解解解解性性性性质质质质，电电电电离离离离性，性，性，性，pH pH pH pH 水占生物体的水占生物体的 6060 90%90%的重量的重量 游离水和结合水游离水和结合水2 2）无机盐）无机盐：存在方式：存在方式：存在方式：存在方式：一般都以离子状态存在一般都以离子状态存在一般都以离子状态存在一般都以离子状态存在作作作作 用：用：用：用：(1)(1)(1)(1)游离态，调节细胞的渗透压、游离态，调节细胞的渗透压、游离态，调节细胞的渗透压、游离态，调节细胞的渗透压、PHPHPHP

5、H值；值；值；值；(2)(2)(2)(2)合成有机体的原料；合成有机体的原料；合成有机体的原料；合成有机体的原料；(3)(3)(3)(3)与有机物质结合，组成具有特殊性质的蛋与有机物质结合，组成具有特殊性质的蛋与有机物质结合，组成具有特殊性质的蛋与有机物质结合，组成具有特殊性质的蛋 白质或作为酶的辅助因子，参与代谢活动。白质或作为酶的辅助因子，参与代谢活动。白质或作为酶的辅助因子，参与代谢活动。白质或作为酶的辅助因子，参与代谢活动。3 3）单糖）单糖 多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍生物称为糖。多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍生物称为糖。（葡萄糖结构式）（葡萄糖结构式）（葡萄糖结构式）

6、（葡萄糖结构式）天然单糖天然单糖大多数是大多数是 D-D-型糖型糖C C1 1上羟基位置不同上羟基位置不同时出现时出现-，-两两种构型种构型 吡喃型吡喃型（葡萄糖结构式）（葡萄糖结构式）单糖的生物功能：单糖的生物功能：A A、作为多糖的组成元件作为多糖的组成元件 B B、作为燃料作为燃料 C C、组成寡糖参与细胞信号传递组成寡糖参与细胞信号传递4 4）氨基酸）氨基酸 氨基酸是同时具有氨基酸是同时具有氨基和氨基和羧基的小分子羧基的小分子 参参参参与与与与蛋蛋蛋蛋白白白白合合合合成成成成的的的的共共共共有有有有20202020种种种种天天天天然然然然氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸的的的的碳碳碳碳原原原原

7、子子子子上上上上均均均均连连连连接接接接这这这这4 4 4 4种种种种基基基基团团团团，即即即即：羧羧羧羧基基基基、氨氨氨氨基基基基，一一一一个个个个H H H H原原原原子子子子和和和和一个一个一个一个R R R R基基基基(除甘氨酸中为除甘氨酸中为除甘氨酸中为除甘氨酸中为H H H H原子外）原子外）原子外）原子外）R R R R基代表任意基团。基代表任意基团。基代表任意基团。基代表任意基团。（氨基酸通式）（氨基酸通式）氨基酸的氨基酸的氨基酸的氨基酸的碳原子为手性碳原子，根据碳原子为手性碳原子，根据碳原子为手性碳原子，根据碳原子为手性碳原子，根据旋光性的不同旋光性的不同旋光性的不同旋光性的

8、不同，左旋和右旋氨基酸分别命名为左旋和右旋氨基酸分别命名为左旋和右旋氨基酸分别命名为左旋和右旋氨基酸分别命名为L-L-L-L-氨基酸（左旋）和氨基酸（左旋）和氨基酸（左旋）和氨基酸（左旋）和D-D-D-D-氨基酸（右旋），氨基酸（右旋），氨基酸（右旋），氨基酸（右旋），两者之间互为两者之间互为两者之间互为两者之间互为镜像体镜像体镜像体镜像体。生物界种的各种蛋白质（除一些细菌的细胞壁中的短生物界种的各种蛋白质（除一些细菌的细胞壁中的短生物界种的各种蛋白质（除一些细菌的细胞壁中的短生物界种的各种蛋白质（除一些细菌的细胞壁中的短肽和个别抗生素外）几乎都是由肽和个别抗生素外）几乎都是由肽和个别抗生素外

9、）几乎都是由肽和个别抗生素外）几乎都是由L-L-L-L-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸所构成；所构成；所构成；所构成；含含含含D-D-D-D-氨基酸的极少。氨基酸的极少。氨基酸的极少。氨基酸的极少。氨基酸的功能：氨基酸的功能：（1 1）作为组建蛋白质的元件）作为组建蛋白质的元件 （2 2）有的氨基酸或其衍生物具）有的氨基酸或其衍生物具 有生物活性（代谢调节、信号传递等）有生物活性（代谢调节、信号传递等）5 5）核苷酸）核苷酸(组成核酸的结构单位组成核酸的结构单位)核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：碱基碱基碱基碱基：嘌呤（双环分子）

10、、：嘌呤（双环分子）、：嘌呤（双环分子）、：嘌呤（双环分子）、嘧啶（单环分子）嘧啶（单环分子）嘧啶（单环分子）嘧啶（单环分子）戊糖戊糖戊糖戊糖：RNARNARNARNA为核糖、为核糖、为核糖、为核糖、DNADNADNADNA为脱氧核糖为脱氧核糖为脱氧核糖为脱氧核糖 磷酸：磷酸：磷酸：磷酸：DNADNA的碱基是：的碱基是：A A、T T、G G、C CRNARNA的碱基是：的碱基是：A A、U U、G G、C C脱氧核糖或核糖脱氧核糖或核糖上第上第11位碳原子位碳原子与嘌呤或嘧啶结与嘌呤或嘧啶结合，就成为合，就成为脱氧脱氧核苷或核苷核苷或核苷；第；第55位碳原子在与位碳原子在与磷酸结合，就成磷酸

11、结合，就成为为脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸酸或核糖核苷酸。参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有8 8 8 8种核苷酸种核苷酸种核苷酸种核苷酸 DNADNADNADNA水解液中水解液中水解液中水解液中 RNARNARNARNA水解液中水解液中水解液中水解液中腺脱氧核苷酸（腺脱氧核苷酸（腺脱氧核苷酸（腺脱氧核苷酸（dAMPdAMPdAMPdAMP）腺苷酸（腺苷酸（腺苷酸（腺苷酸（AMPAMPAMPAMP）鸟脱氧核苷酸（鸟脱氧核苷酸（鸟脱氧核苷酸（鸟脱氧核苷酸（dGMPdGMPdGMPdGMP）鸟苷酸（鸟苷酸（鸟苷酸（鸟苷酸（GM

12、PGMPGMPGMP）胞脱氧核苷酸（胞脱氧核苷酸（胞脱氧核苷酸（胞脱氧核苷酸（dCMPdCMPdCMPdCMP）胞苷酸（胞苷酸（胞苷酸（胞苷酸（CMPCMPCMPCMP）胸腺脱氧核苷酸（胸腺脱氧核苷酸（胸腺脱氧核苷酸（胸腺脱氧核苷酸（dTMPdTMPdTMPdTMP）尿苷酸（尿苷酸（尿苷酸（尿苷酸（UMPUMPUMPUMP）另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸 具有生物活性的核苷酸具有生物活性的核苷酸具有生物活性的核苷酸具有生物活性的核苷酸（cAMPcAMP）,cGMPcGMP参

13、参与细胞信号传递与细胞信号传递 ATPATP参与能量代参与能量代谢谢二、组成生物的大分子二、组成生物的大分子 生物大分子主要有三大类：生物大分子主要有三大类：蛋白质、蛋白质、核酸、多糖、核酸、多糖、（脂（脂 质）质）它们都是由生物小分子单体通过特有的它们都是由生物小分子单体通过特有的共价共价键键联结而成。联结而成。(1)(1)碱基碱基糖之间是糖之间是糖苷键糖苷键 (2)(2)糖糖磷酸之间是磷酸酯键磷酸之间是磷酸酯键 (1)(2)1 1）、氨基酸通过）、氨基酸通过肽键肽键联成联成肽链肽链氨基酸种的氨基酸种的氨基酸种的氨基酸种的 羧基和另一个氨基酸种的羧基和另一个氨基酸种的羧基和另一个氨基酸种的羧

14、基和另一个氨基酸种的 氨基氨基氨基氨基发生脱水缩合，发生脱水缩合，发生脱水缩合，发生脱水缩合，生成的化学键称为肽键，并生成二肽化合物，多个氨基酸生成的化学键称为肽键，并生成二肽化合物，多个氨基酸生成的化学键称为肽键，并生成二肽化合物，多个氨基酸生成的化学键称为肽键，并生成二肽化合物，多个氨基酸以肽键顺序相连形成多肽；以肽键顺序相连形成多肽；以肽键顺序相连形成多肽；以肽键顺序相连形成多肽；每一条肽链都有特定的氨基酸序列，并在蛋白质中具有特每一条肽链都有特定的氨基酸序列，并在蛋白质中具有特每一条肽链都有特定的氨基酸序列，并在蛋白质中具有特每一条肽链都有特定的氨基酸序列，并在蛋白质中具有特定的三维空

15、间构象。定的三维空间构象。定的三维空间构象。定的三维空间构象。寡肽：含有寡肽：含有寡肽：含有寡肽：含有 10 10 10 10 左右氨基酸残基左右氨基酸残基左右氨基酸残基左右氨基酸残基 （如二肽、五肽、八肽）（如二肽、五肽、八肽）（如二肽、五肽、八肽）（如二肽、五肽、八肽）多肽：含多肽：含多肽：含多肽：含 1010101020 20 20 20 个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质：含几十个氨基酸残基：含几十个氨基酸残基：含几十个氨基酸残基：含几十个氨基酸残基 注注注注意意意意：肽肽肽肽链链链链分分分分子子子子的的的的两两两两端端端端有有有有自自自自由由由

16、由的的的的氨氨氨氨基基基基或或或或羧羧羧羧基基基基，有有有有方方方方向向向向性性性性，分分分分别别别别成成成成为为为为氨氨氨氨基基基基末末末末端端端端（N-N-N-N-末末末末端端端端）和和和和 羧羧羧羧基基基基末端（末端（末端（末端（C-C-C-C-末端）；末端）；末端）；末端）；肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向 一个氨基酸的羧基和另一个一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键一条一条肽链的两端有不同结构和性质：肽链的

17、两端有不同结构和性质：一端的氨基酸残基带有游离氨一端的氨基酸残基带有游离氨 基，称基，称氨基端氨基端；另一端的氨基酸残基带有游离另一端的氨基酸残基带有游离 羧基，称羧基，称羧基端羧基端。2 2）、单糖通过）、单糖通过糖苷键糖苷键联成多糖链联成多糖链（1 1）贰糖贰糖 对贰糖结构的了解包括弄清楚：对贰糖结构的了解包括弄清楚：单糖基成份单糖基成份 还是还是糖苷键糖苷键 取代位置取代位置 麦芽糖 一一条条多糖链的两端有不同结构和性质：多糖链的两端有不同结构和性质：一端的糖基有游离的一端的糖基有游离的半缩醛羟基半缩醛羟基，称，称还原端还原端；另一端的糖基没有游离的另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基半缩醛

18、羟基，称称非还原端非还原端。麦芽糖的结构 （3 3）注意：多糖链也有）注意：多糖链也有方向性方向性，有还原，有还原 端和非还原端端和非还原端（2 2）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们 之间之间主要区别主要区别在于在于糖苷键和糖苷键和 糖苷键的区别糖苷键的区别 糖原淀粉纤维素3 3）、核苷酸通过）、核苷酸通过磷酸二酯键磷酸二酯键联成核酸联成核酸（1 1）核酸链也有核酸链也有方向性方向性（2 2）DNA DNA 和和 RNA RNA 在组成成份上有差别在组成成份上有差别 DNA DNA RNARNA 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖 有胸腺嘧啶，有胸腺嘧啶，有尿嘧啶，有

19、尿嘧啶，无尿嘧啶无尿嘧啶 无胸腺嘧啶无胸腺嘧啶 一一端端的的核核苷苷酸酸，其其5 5C C没没有有进进入入磷磷酸酸二二酯键，称酯键，称 5 5 末端末端；另另一一端端的的核核苷苷酸酸，其其3 3C C没没有有进进入入磷磷酸酸二二酯键，称酯键，称 3 3 末端末端。4、生物大分子的、生物大分子的高级结构高级结构1 1）、）、蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构q 蛋白质的一级结构是指肽链中氨基 酸的排列顺序q 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨 基酸形成的一定的结构形状。如：螺旋和折叠q 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间 的位置和结构。所以，四级结构只存 在于由两条肽链以上组成的蛋白质。q 蛋白质的三级

20、结构是指整条肽链盘绕 折叠形成一定的空间结构形状。如纤 维蛋白和球状蛋白。一级结构二级结构三级结构四级结构螺旋折叠血红蛋白质的三级结构和四级结构血红蛋白质的三级结构和四级结构2 2）、）、维持生物大分子高级结构的重要因维持生物大分子高级结构的重要因素素非共价键非共价键CO HO CN HCO H3 N 氢氢 键键盐盐 键键+O非共价键的非共价键的键强度键强度很小，所以很小，所以A、需要多个非共价键才足以维持高 级结构的稳定；B、高级结构不很稳定。生物大分子变 性就是因为高级结构破坏，大分子 性质改变，生物活性丧失。但是，一级结构尚未破坏。3 3）、）、核酸的高级结构核酸的高级结构（1 1）DN

21、ADNA双螺旋双螺旋A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直C、两条链对应碱基呈配对关系 AT GCD、螺旋直径 20A，螺距 34A，每一螺距中含 10 bp DNA 双螺旋可以看作是 DNA 的二级结构，DNA 的三级结构的形成需要蛋白质帮助。DNADNA双螺旋结构双螺旋结构 （2 2）RNARNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。为单链盘绕，局部形成碱基配对。例如：转运例如：转运RNARNA（tRNAtRNA）的三叶的三叶 草结构草结构转运RNA（tRNA）的三叶 草结构4 4）、）、多糖链的高级结构多糖链的高级结构

22、不同高级结构带来不同的生物学性能不同高级结构带来不同的生物学性能 淀粉淀粉形成螺旋状形成螺旋状能源贮存能源贮存 纤维素纤维素呈长纤维状呈长纤维状 结构支架结构支架5）脂质脂质 脂脂质质是是指指生生物物体体内内不不溶溶于于水水而而溶溶于于有机溶剂的各种小分子。有机溶剂的各种小分子。葡萄糖葡萄糖水溶性的水溶性的 油油 脂脂脂溶性的脂溶性的脂质种类很多，分子结构相差较大脂质种类很多，分子结构相差较大 A A、油脂：甘油三脂油脂：甘油三脂 B B、磷磷 脂脂 C C、固固 醇醇甘油三酯分子结构磷磷脂脂分分子子结结构构 磷脂分子可以磷脂分子可以看成是看成是一个极性一个极性头头，两条非极性两条非极性尾巴尾巴。（1 1）固醇类的内核由固醇类的内核由 4 4 个环个环组成组成（2 2）一些人体重要一些人体重要维生素维生素和和激素激素是固醇是固醇（3 3）胆固醇胆固醇是细胞的必要成份是细胞的必要成份（4 4）血清中的血清中的胆固醇胆固醇太多会促使形太多会促使形 成动脉硬化成动脉硬化 和心脑血管疾病和心脑血管疾病