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第四讲 生命的物质基础

第四讲 生命的物质基础. 孙 啸 程 璐. — 生命的形式多种多样 — 生命的形态多变 但是化学成分是同一的 元素：无机界的 C 、 H 、 P 、 N 、 P 、 S 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素 认识生命 ——〉 认识组成生命的物质. 生命的基本单位 — 细胞. 不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似———生命的物质基础 一、 元素组成 二、 分子组成 1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4 、蛋白质 5 、核酸. 一、元素组成. 基本元素： C，H，O，N，S，P，Ca 等占人体99.35%。.

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第四讲 生命的物质基础

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Presentation Transcript

  1. 第四讲 生命的物质基础 孙 啸 程 璐

  2. — 生命的形式多种多样— 生命的形态多变 但是化学成分是同一的 元素：无机界的 C、H 、P 、N 、P 、S 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素 认识生命 ——〉认识组成生命的物质

  3. 生命的基本单位—细胞

  4. 不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似———生命的物质基础不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似———生命的物质基础 一、元素组成 二、分子组成 1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4、蛋白质 5、核酸

  5. 一、元素组成 基本元素：C，H，O，N，S，P，Ca 等占人体99.35%。 其它元素：Na，K，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu， Cl，I等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。 偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Sn、等

  6. “反自然” 现象 自然界：C、H、O 总和 < 1% 生物体： C、H、O 、N总和 > 96% 生命体与普通物质的不同

  7. 微量元素 Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。 Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。 Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。 Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。 I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症， Mn （锰）与酶的活性有关。 Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/每日。 V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。

  8. F （氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿和氟中毒。 Zn （锌）在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。 Ni （镍）植物中15－55ppm,人为0.1ppm；急性白血病.25μg/ml Sn （锡）影响骨钙化速度； Si （硅）矽肺，Si浸润细胞。 Se （硒）缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防治有关.

  9. 生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的；生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的； % O C H N P S 其他 人 65 18 10 8 1.0 0.25 2.75 杆菌 69 15 11 8 1.2 1.00 5.00

  10. 为什么是这20多种元素参与生命组成？ 这个问题现在没有确切的答案。天然存在的90种元素中，有65种元素不参与生物体组成。从地球表面元素的丰度来看，排在前几位的是O（占47%），Si（占38%），Al（占7.9%），Fe（占4.5%），Cu（占3.5%），可是在生物体内，都是C占的比重最大，O排在第三位，Ca在第五位，而Fe和Al，Si仅以极微量存在于生物体中。C在生物体结构组成中的重要地位，P在生物体能量代谢中的特殊地位，引人注目。 已有一些文章试图从它们的外层电子能量和元素化学性质来分析。

  11. WhyC、H、N、O? • H、O、N、C分别是共用1，2，3，4个电子对，是可获得稳定构型的最小原子,能形成稳定的分子 • 比具有同样原子价数的其它元素更稳定 • O、N、C是仅能形成多价的元素H2O2,O2,H2O • O2,O是次于F、Cl的第三个跟原子有亲和力的原子是很强的电子受体，得到电子，释放能量

  12. 人体的元素成分 说明：日推荐量乃是美国FDA建议的每种微量元素每日摄入量。   在生物体中，碳，氢，氧，氮，磷，硫，氯等几种非金属元素，含量比较多，钠，钾，镁，钙等金属元素，含量也比较多，以上统称常量元素。写在表的右侧的铁，锌等金属元素和硅，硒等非金属元素，在生物体内 含量甚少，称为微量元素。 碳，氢，氧，氮，磷，硫这几种元素，是构成如蛋白质，核酸，糖类，脂类等生物分子的重要原料，氯，钠，钾等参与体内水盐平衡；碘是甲状腺素的重要成分；而镁，钙，铁，锌等配合体内蛋白质成分，参与酶活性调节，氧的输送等重要功能。

  13. 二、分子组成 不同类型的细胞，分子组成大致相同，但是这些物质的相对含量相差很大。

  14. 蛋白质(Protein) 核酸(Nucleic acid) 糖(Carbohydrate) 脂类(Lipid) 等 其中蛋白质是由氨基酸(amino acid)构成的,核酸是由核苷酸(nucleotide)构成 因此氨基酸、核苷酸被称为构件分子(building block molecule) 各种生物的构件是相同的 有 机 物

  15. 遗传信息的存储和传递者——核酸 生命信息载体 遗传信息的表达者——蛋白质 生命机器 生命过程的催化剂（酶） 生物体主要供能物质—— 糖类 生命过程的能源 生物体的重要构件和储能物质——脂类 构件、储能 几类重要的生命物质

  16. 无 机 物 • 水(water)—生命的源泉 • 无机盐(mineral) 离子 —调节生命的环境 细胞渗透压 PH 酶的活化

  17. 1、水和无机盐 水 生命来自海洋，生物离不开水。 水的特性符合生物生存的需要： • 水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面能力； • 很强的结合能力、最好的极性溶剂，对于物质的运输、生命中化学反应的进行，正常的新陈代谢具有重要意义； • 水的比热为1cal/g,在温度改变时，热量的需求和释放较大，使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定，维持体温； • 固态水比液态水的密度底，有利于水生生物的生存。

  18. 无机盐 一般以离子状态存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HPO4 2- 作用： （1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用 （2）酶的活化因子和调节因子，Mg++,Ca++ （3）合成有机物的原料, PO4 3-合成磷脂、核苷酸 （4）动作电位、肌肉收缩等， Na+、K+、Ca2+ 内环境稳定：PH值 生物生存3~8.5，各种生物、各种组织均有适宜的PH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。

  19. 2、糖类 功能： • 生命活动所需能量来源； • 重要的中间代谢产物； • 构成生物大分子； • 分子识别作用。 组成：C:H:O=1:2:1

  20. 糖的分类 • 单糖- 构成各种糖分子的基本单位 • 寡糖- 若少数几个（2-6）单糖分子连接 • 多糖 –大量单糖分子的连接 • 结合糖

  21. 单糖分类 丙糖 丁糖 戊糖 己糖

  22. 重要的单糖 甘油醛 核糖 脱氧核糖

  23. 半缩醛羟基 葡萄糖 果糖 半乳糖 半缩醛羟基

  24. 寡　糖 • 麦芽糖 (maltose) • 两分子葡萄糖由糖苷键连接，具还原性 • 蔗糖 (sucrose)由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成，无还原性 食用的糖主要是蔗糖 • 乳糖(lactose) 半乳糖和葡萄糖结合而成 存在于哺乳动物的乳汁中

  25. 寡 糖（oligosaccharides） -麦芽糖 双糖：麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖等

  26. 多　糖 • 均一多糖 淀粉 – 植物细胞（谷粒，块根，果实） 糖原 – 动物细胞（如肝细胞中的糖原） 纤维素 – 植物细胞 木材-50%纤维素，棉花-90%纤维素 • 非均一多糖 透明质酸 软骨素

  27. 多糖（polysaccharides） 多糖：由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子，如淀粉、糖原、纤维素

  28. 纤维素 β- 葡萄糖

  29. 3、脂类生命体的重要构件和储能物质 • 中性脂肪 (fat)和油(oil) 由甘油和脂肪酸结合而成 • 类脂(lipoid) 磷脂 ； 糖脂 ； 固醇； 萜类

  30. 脂 类 由C、H、O组成，H:O远大于2，不溶于水，能溶于非极性溶剂，类别较多，结构差异很大 功能: • 生物膜的组成，磷脂、胆固醇 • 储存能量 • 生物表面的保护层 • 很好的绝缘体，保温 • 生物学活性，维生素Va、Vd，激素：前列腺素

  31. （1）中性脂肪(Fat)和油(Oil) 甘油和脂肪酸结合而成，甘油的每一个-OH和脂肪酸的-COOH结合，形成酯键。 +

  32. （2）蜡（wax） 由长链脂肪酸和长链一元醇脱水而成 皮肤表面，毛、羽、植物叶及果实表面以及昆虫体表 （3）磷脂（phospholipids） 磷酸甘油脂，甘油的一个α-羟基和磷酸结合成酯 存在与细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量丰富。 卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。

  33. 结构特征：亲水头 疏水长链

  34. 磷脂类 • 细胞膜的主要结构成分 • 有极性的头部和两条疏水的尾部

  35. 磷脂和细胞膜 磷酸基团 疏水脂肪酸链 磷脂 脂双分子层

  36. （4）其他脂类 • 类固醇 — 特殊芳香族结构，理化性质与脂肪相近 • 萜类 — 结构与类固醇相似。 • 如植物细胞中的胡萝卜素 • 维生素E 维生素K • 结合脂类

  37. 固 醇

  38. 维生素

  39. 氨基酸 – 遗传信息载体 蛋白质的结构- 多层次 蛋白质结构与功能的关系 变化多端 4、蛋白质遗传信息的表达者

  40. 生物分子信息 生物信息的载体 分子 存贮、复制和传递 遗传信息的系统 细胞

  41. DNA通过自我复制，在生物体的繁衍过 程中传递遗传信息 基因通过转录和翻译，使遗传信息在生物 个体中得以表达，并使后代表现出与亲代 相似的生物性状。 基因控制着蛋白质的合成 DNA 蛋白 质 RNA 转录 翻译

  42. 蛋白质的功能 • 酶的催化作用 • 运载和贮存 • 协调动作 • 机械支持 • 免疫保护 • 产生和传递神经冲动 • 生长和分化的控制

  43. 蛋白质的构件分子——氨基酸 • 氨基酸的通式 • 氨基酸的分类

  44. 氨基酸的通式 • 组成蛋白质的常见氨基酸有二十种 ，通式如下： • R不同，组成的 氨基酸就不同

  45. 20种标准氨基酸的英文简写

  46. 氨基酸的分类 • 对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组： • 疏水性的氨基酸 • Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro和Met • 带电氨基酸 • Arg、Lys（+）和Asp、Glu（-） • 极性氨基酸 • Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr、Trp

  47. 甘氨酸（Gly）的侧链只有一个氢原子，是最简单的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类，也可以归于第一类。甘氨酸（Gly）的侧链只有一个氢原子，是最简单的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类，也可以归于第一类。 • 含有芳香性侧链 Phe、Tyr、Trp、His • 侧链为醇或酚的氨基酸有 Ser、Thr、Tyr • 可以形成氢键 Arg、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、His、Tyr及Trp

  48. 氨基酸的性质 • 两性解离性质 • 紫外吸收特性：紫外吸收(紫外分光光度法的基础) • Tyr λmax=278nm Trp λmax=279nm phe λmax=259nm

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