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1、第二章第二章 生命的物质基础生命的物质基础学习目标1.1.掌握掌握掌握掌握遗传物质遗传物质遗传物质遗传物质DNADNA和和和和RNARNA的结构与功能的结构与功能的结构与功能的结构与功能2.熟悉蛋白质的分子结构和功能3.熟悉酶的概念和催化特性4.了解原生质的概念及原生质中水、无机盐、糖类、脂类等化合物的构成和功能医医 学学 生生 物物 学学第二章第二章 生命的物质基础生命的物质基础n原生质：原生质：决定生命的物质，即组成细胞的全部生命物质。n细胞的主要元素：原生质中化学元素有50多种，主要包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7种元素约占生物体的99.35%，其中C、H、O、N 四种元素约占
2、90%。细胞的化学组成 医医 学学 生生 物物 学学微量元素：微量元素：Si、Fe、Cu、Mo钼、Zn、Mn、Ni镍、I、Ba钡、Co钴等，含量虽少，但是缺一不可。Fe：所有的生物所需；缺乏可导致贫血。成年男性需摄入15mg/天，成年女性20mg/天，孕妇25mg/天I：主要是脊椎动物所需。需摄入0.15mg/天。缺乏会引起地方性甲状腺肿。Cu：缺乏可引起各种疾病。需摄入0.03mg/天细胞的化学组成n组成生物体的化学元素在非生物界都能找到，没有一种元素为生物特有。生命的物质基础来源于非生命物质n组成生命的化学元素常以化合物形式存在，并按特定方式结合，组成复杂的生命体系。生物与非生物又存在本质
3、区别医医 学学 生生 物物 学学第一节 无机化合物 一、水一、水一、水一、水1.在原生质中含量最高（60%95%）；2.不同器官含水量不同，骨骼22%，肌肉76%，脑86%，眼玻璃体99%；3.水的含量随年龄、性别年龄、性别的不同而不同。水的含量随人年龄的增长而递减。男性总体水含量多于女性。（女性总体脂含量多于男性）；医医 学学 生生 物物 学学一、水一、水4.原生质中两种存在形式：游离水游离水（自由流动；绝大部分）、结合水结合水（细胞结构成分）；5.生理功能：1）良好的溶剂（极性）2）参与细胞内各种代谢活动 3）调节体温（水比热大；排汗）4）润滑剂医医 学学 生生 物物 学学 二、无机盐二、
4、无机盐1.在原生质中含量约1%，多以离子形式存在。2.含量较高的阳离子：K+,Na+,Ca2+,Mg2+等；阴离子主要有：Cl-,SO42-,HCO3-,PO43-等；3.无机盐的主要功能：1）参与构成某些蛋白质或酶（Fe2+参与血红蛋白的组成）。2）调节细胞内外的pH值（血浆中 H2CO3/HCO3缓冲液）医医 学学 生生 物物 学学二、无机盐二、无机盐4.无机离子在细胞内外液中分布和含量有很大差别，且保持稳定比例，若比例失调会导致疾病。例：血液中Ca2+含量偏低会导致抽搐，Fe2+缺乏导致缺铁性贫血。医医 学学 生生 物物 学学第二节 有机化合物 一、糖类一、糖类一、糖类一、糖类 C C、
5、H H、OO1.又称碳水化合物，分子式缩写(CH2O)n2.根据糖的水解情况可分为单糖、双糖和多糖。3.单糖单糖：不能被水解成更简单类型的糖（多羟基醛/酮）；常见的单糖有葡萄糖葡萄糖（血糖血糖）、果果糖糖、核糖核糖（构成RNA）、脱氧核糖脱氧核糖（构成DNA）等；4.双糖双糖：由两分子单糖脱去一分子水缩合而成的糖；常见的双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖蔗糖、乳糖、麦芽糖，多为储存的营养物质或代谢中间产物。医医 学学 生生 物物 学学二、脂类二、脂类1.脂类是脂肪、类脂和固醇类化合物脂肪、类脂和固醇类化合物脂肪、类脂和固醇类化合物脂肪、类脂和固醇类化合物的总称；2.脂类难溶于水，易溶于有机溶剂；3.元素
6、构成主要为C,H,O三种，有些脂类还含有N,P等元素。医医 学学 生生 物物 学学二、脂类二、脂类1）脂肪脂肪：由一分子甘油甘油和三分子脂肪酸脂肪酸结合而成，是动植物细胞储存脂类的主要形式。医医 学学 生生 物物 学学二、脂类二、脂类磷脂分子磷脂分子磷脂分子磷脂分子：一端由甘油、磷酸和含氮碱组成，易于与水相溶，称为亲水端亲水端；另一端则由两条脂肪酸链构成，不溶于水，称为疏水端疏水端。磷脂是构成细胞膜及细胞内各种膜结构的主要组成成分。医医 学学 生生 物物 学学三、维生素三、维生素1.维生素（vitamin，vit）是机体维持正常功能所必需，但在人体内不能合成，必须由食物供给食物供给的一类小分子
7、有机化合物。2.根据溶解性不同，可把维生素分为脂溶性维生脂溶性维生素（素（A A、D D、E E、K K）和水溶性维生素（水溶性维生素（B B族、族、C C）。）。3.维生素每日需要量很少，非结构非供能物质，但在调节物质代谢和维持生理功能等方面发挥重要作用。医医 学学 生生 物物 学学三、维生素三、维生素4.维生素缺乏症：缺乏vitA引起夜盲症、干皮病等；缺乏vitD，儿童导致佝偻病，成人引起软骨病；缺乏vitB1可引起脚气病；缺乏vitB2可引起口角炎、唇炎、眼睑炎、畏光等症。医医 学学 生生 物物 学学四、蛋白质四、蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质（protein）是生物体基本组成成分，含量
8、最丰富的生物大分子，占细胞干重细胞干重50%50%，分子量几千到几百万。组成元素主要为C C、H H、OO、N N、S S，有些含有P及金属元素Fe、Cu、Zn等。分布广泛，是生命活动主要物质基础和体现者。医医 学学 生生 物物 学学（一）蛋白质的化学组成（一）蛋白质的化学组成医医 学学 生生 物物 学学氨基酸为基本构成单氨基酸为基本构成单位位氨基酸结构通式：氨基酸结构通式：2020种种R R基基？（二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构1.氨基酸在蛋白质分子中的连接方式氨基酸在蛋白质分子中的连接方式(1)肽键肽键肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-
9、氨基脱水缩合而形成的化学键。(2)肽肽(peptide)1）肽肽肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。2）两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽医医 学学 生生 物物 学学甘甘 氨氨 酸酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘甘 氨氨 酸酸-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH医医 学学 生生 物物 学学肽键肽键（二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构3）由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽多肽多肽多肽。4）肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基(resi
10、due)。5）多肽链多肽链多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。分别有：n nN N 末端末端末端末端：多肽链中有自由氨基的一端，n nC C 末端末端末端末端：多肽链中有自由羧基的一端。医医 学学 生生 物物 学学蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构螺旋医医 学学 生生 物物 学学蛋白质的四级结构n指亚基集结的结构n并不是所有蛋白质都有四级结构医医 学学 生生 物物 学学蛋白质的结构层次医医 学学 生生 物物 学学（二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构（4）蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性：蛋白质的空间结构具有相对的不稳定性，
11、当受到外界环境影响时，蛋白质的空间结构将发生改变或被破坏，蛋白质的理化性质也将发生相应改变，甚至丧失生物活性。1）物理因素：物理因素：如加热、紫外线、高压等 2）化学因素：化学因素：如酸、碱、有机溶剂、重金属离子等医医 学学 生生 物物 学学（二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构（5）不同蛋白质多肽链数目不同（1条，2条，多条）；组成的肽链可相同也可不同；再加上每种蛋白质种类数目排列顺序多变排列顺序多变，故构成种类繁多的蛋白质。（6）蛋白质种类的多样性和结构的复杂性蛋白质种类的多样性和结构的复杂性，是生物种类多样性和生命现象复杂性的物质基础。例如人、牛胰岛素差别仅在B链第30位氨基酸的不
12、同。医医 学学 生生 物物 学学（三）蛋白质的功能（三）蛋白质的功能1.结构和支持作用结构和支持作用结构和支持作用结构和支持作用：胶原蛋白、角蛋白、胞质中结构蛋白。2.催化作用催化作用催化作用催化作用：酶是具有生物催化活性的蛋白质。3.调节作用调节作用调节作用调节作用：体内有些激素属于蛋白质，如胰岛素、生长素。4.运输作用运输作用运输作用运输作用：血液中运送O2与CO2的血红蛋白血红蛋白和运送脂质的脂蛋白脂蛋白；控制离子进出的离子泵离子泵等；医医 学学 生生 物物 学学（三）蛋白质的功能（三）蛋白质的功能5.防御作用防御作用防御作用防御作用：免疫球蛋白、抗体、金属硫蛋白等6.运动功能运动功能运
13、动功能运动功能：肌肉收缩、细胞分裂、细胞运动都与蛋白质有关。如肌纤维中的肌球蛋白等；7.7.贮存蛋白：贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等；8.8.信号蛋白信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等；医医 学学 生生 物物 学学五、酶五、酶（一）酶的概念（一）酶的概念酶酶酶酶（enzyme）是由活细胞合成的、具有高度催化效能的一类特殊蛋白质；是催化体内代谢反应的最主要催化剂。核酶核酶核酶核酶（ribozyme）和脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶（deoxyribozyme）是具有高效、特异催化作用的核糖核酸和脱氧核糖核酸核糖核酸和脱氧核糖核酸，近年发现，数量少，主要作用于核
14、酸。医医 学学 生生 物物 学学五、酶五、酶根据酶组成成分可分为单纯酶（全蛋白质，如淀粉酶、脂肪酶）和结合酶（蛋白质+辅助因子，如脱氢酶类）。辅助因子在催化反应中起转移电子、原子或功能基团作用，有的是金属，许多来自维生素。医医 学学 生生 物物 学学（二）酶的催化活性（二）酶的催化活性除一般催化剂特性外，还具有以下特性：1.高度的专一性高度的专一性：指一种酶只能催化一种或一类底物的反应。如淀粉酶、麦芽糖酶。故体内酶种类繁多。2.高度的催化效能高度的催化效能：比普通催化剂高1071013倍。3.高度的不稳定性高度的不稳定性：引起蛋白质变性的因素均影响酶的催化活性。在适宜条件下，酶催化活性较高，反
15、之较低甚至完全失活。医医 学学 生生 物物 学学六、核酸核酸是重要的生物大分子之一，分子量几十万到几千万。名称由来？名称由来？名称由来？名称由来？遗传信息的贮存者和携带者，控制蛋白质的合成，从而控制着生物体的生长、发育、繁殖、遗传与变异。医医 学学 生生 物物 学学（一）核酸的化学组成（一）核酸的化学组成n n核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸是核酸的基本组成单位。核酸由数十个至数千万个核苷酸聚合而成。（二）核酸的分类医医 学学 生生 物物 学学根据戊糖戊糖的不同而分类：脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNADNADNADNA）核糖核酸（ribonucleic acid,RNA
16、RNARNARNA）。核苷酸的分类核苷酸的分类构成RNA的有四种：AMPAMP腺嘌呤核苷酸 GMPGMP鸟嘌呤核苷酸 CMPCMP胞嘧啶核苷酸 UMPUMP尿嘧啶核苷酸构成DNA的有四种:dAMPdAMP腺嘌呤脱氧核苷酸 dGMPdGMP鸟嘌呤脱氧核苷酸 dCMPdCMP胞嘧啶脱氧核苷酸 dTMPdTMP胸腺嘧啶脱氧核苷酸医医 学学 生生 物物 学学DNA和RNA的主要区别1.戊糖不同2.碱基组成不同3.核苷酸种类4.DNA为双链，RNA为单链5.分布不同6.功能不同（详见（详见（详见（详见P13 P13 表表表表2-12-1）医医 学学 生生 物物 学学三磷酸腺苷ATP医医 学学 生生 物物
17、 学学（三）核酸的结构与功能（三）核酸的结构与功能医医 学学 生生 物物 学学1.DNA1.DNA的结构与功的结构与功的结构与功的结构与功能能能能(1)DNA(1)DNA的分子结构的分子结构的分子结构的分子结构核苷酸之间以3，5-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸核酸核酸核酸。5端端NH2NNOPOHHOOOH3COOPHOOOH3COOHNH2NNNN3端端磷酸二酯键磷酸二酯键医医 学学 生生 物物 学学医医 学学 生生 物物 学学DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 由由两两条条方方向向相相反反，相相互互平平行行的的多多脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链组组成成，以以右右手手螺螺旋旋方方式式
18、盘盘绕绕中中心心轴轴。螺螺旋旋直直径径为为2nm，形形成成大大沟沟及小沟相间。及小沟相间。这这些些沟沟结结构构与与蛋蛋白白质质、DNA之间的相互识别有关。之间的相互识别有关。碱基对间距碱基对间距0.34nm，螺旋，螺旋一圈一圈1010对对对对碱基，螺距碱基，螺距3.4nm3.4nm。医医 学学 生生 物物 学学基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替排列排列碱基互补配对原则碱基互补配对原则(A=T;GA=T;G C C)。DNA的三种构象医医 学学 生生 物物 学学(2)DNA的功能1)以以基因基因基因基因的形式的形式储存遗传信息储存遗传信息。它是生命遗传的物质基础，也是个体生
19、命活动的信息基础。2)作为基因复制的模板作为基因复制的模板3)作为基因转录的模板作为基因转录的模板基因基因基因基因：DNA分子中的特定功能区段。其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。每个基因平均大小约1000个碱基对。遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息：蕴藏在DNA分子碱基排列顺序中的信息。进化程度越高的生物其DNA分子越大，人类基因组有3109个碱基对。医医 学学 生生 物物 学学2)DNA的自我复制医医 学学 生生 物物 学学 复制复制是指以亲代是指以亲代DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。的过程。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTG
20、ACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代亲代DNA 复制叉复制叉子代子代DNA 2)DNA的自我复制n DNADNA合成时，以亲代合成时，以亲代DNADNA解开的两股单链为模解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代板，按碱基配对规律，合成子代DNADNA的过程。的过程。子代子代DNADNA，一股单链来源于亲代，另一股单链，一股单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的为新合成。子代和亲代的DNADNA碱基序列一致。碱基序列一致。
21、这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制半保留复制。n按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的的碱基碱基序列一致序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的体现了遗传的保守性保守性。是物种稳定性的分子基。是物种稳定性的分子基础，但础，但不是绝对的不是绝对的。医医 学学 生生 物物 学学复制的半不连续性复制的半不连续性3 5 3 5 解链方向解链方向35335前导链前导链(leading strand)滞后链滞后链(lagging strand)顺解链方向生成的子顺解链方向生成的子链，复制为连续进行，链，复制为
22、连续进行，称为称为前导链前导链。另一股链复制方向另一股链复制方向与解链方向相反，不能与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，顺着解链方向连续延长，称为称为滞后链滞后链。复制中不连续片段称为复制中不连续片段称为冈冈崎片段崎片段(okazaki fragment)。前导链连续复制而滞后链前导链连续复制而滞后链不连续复制，就是复制的不连续复制，就是复制的半半不连续性不连续性。DNA的半不连续复制医医 学学 生生 物物 学学DNA的半不连续复制医医 学学 生生 物物 学学3)DNA的转录（RNA的生物合成）医医 学学 生生 物物 学学转录转录：以以DNA一条链一条链为模板，在为模板，在RNARNA聚
23、合酶聚合酶的作用下，互补合成的作用下，互补合成RNA的过程的过程 。参与物质参与物质原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)DNA模板模板RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子3)DNA的转录医医 学学 生生 物物 学学2.RNA的结构与功能经转录产生的RNA为单链结构，比DNA短得多，其分子可通过自身回折而形成许多短的双螺旋区，称为发卡结构发卡结构。医医 学学 生生 物物 学学2.RNA的结构与功能n根据功能不同，可将RNA分为三种类型：信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA），均参与蛋白质合成
24、。医医 学学 生生 物物 学学2.RNA的结构与功能（1）mRNAmRNA：mRNA分子基本呈舒展的线形线形，将DNA分子中储存的遗传信息，经转录传递到mRNA，作为蛋白质合成的指令，指导蛋白质指导蛋白质指导蛋白质指导蛋白质的合成的合成的合成的合成。用连续三个核苷酸作为密码子密码子密码子密码子以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。寿命为几分钟！？寿命为几分钟！？寿命为几分钟！？寿命为几分钟！？（2）tRNAtRNA1.含 1020%稀有碱基，如 DHU、TC。2.3末端为 CCA-OHCCA-OHCCA-OHCCA-OH；5末端大多数为G。3.tRNA的二级结构为平面卷曲的三叶草构型三叶草构型三
25、叶草构型三叶草构型。医医 学学 生生 物物 学学（2 2）tRNAtRNA4.由单链卷曲形成局部环状双链。5.反密码环，带有反密码子反密码子反密码子反密码子可破译遗传密码。6.氨基酸臂氨基酸臂氨基酸臂氨基酸臂，直接结合被活化的氨基酸。一种一种一种一种tRNAtRNA只能识别和转运只能识别和转运只能识别和转运只能识别和转运一种氨基酸！一种氨基酸！一种氨基酸！一种氨基酸！医医 学学 生生 物物 学学氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸臂臂臂臂额外环额外环额外环额外环OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGmDDGGDDDAACAGUUAAAAGUUCCDmAACATT环环环环DUHDUH环环环环反密码环反密码环反密码环反密码环反密码子反密码子反密码子反密码子2.RNA的结构与功能2.RNA的结构与功能医医 学学 生生 物物 学学（3）rRNA rRNA占总RNA的80以上。rRNA由单链卷曲构成的多茎环结构。rRNA参与组成核糖体的大、小亚基，作为蛋白质生物合成的场所。医医 学学 生生 物物 学学核糖体以核糖体以mRNA为模板翻译出蛋白质为模板翻译出蛋白质中中心心法法则则医医 学学 生生 物物 学学复制复制复制复制