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1、生物化学基础李绍军生命的物质基础生命的物质基础n n1、生物体的元素和分子组成、生物体的元素和分子组成n n2、生物大分子的结构与功能、生物大分子的结构与功能n n 组成生物体的元组成生物体的元素有素有2030种，其中种，其中C、H、O、N、P、S、Ca 7 种元素约占生种元素约占生物体的物体的99.3%。1、生物体的元素和分子组成、生物体的元素和分子组成 不同的生物体，不同的生物体，其分子组成大体相其分子组成大体相同，都是由蛋白质、同，都是由蛋白质、核酸、脂类、糖、核酸、脂类、糖、无机盐和水组成，无机盐和水组成，其中水的比例最大。其中水的比例最大。水母水母水母水母 95%99%95%99%；
2、昆虫昆虫昆虫昆虫 46%92%46%92%；植物植物植物植物 60%85%60%85%；人体人体人体人体 65%72%;65%72%;生命诞生于原始海生命诞生于原始海洋中，水是生物体的洋中，水是生物体的主要组成成分：主要组成成分：除水之外，组成生物体的干物质中，有机物质除水之外，组成生物体的干物质中，有机物质占占95%以上，无机物不足以上，无机物不足5%，因此有时将生物体，因此有时将生物体也称为有机体。也称为有机体。构成生物体的有机物种类热很多，但含量高且构成生物体的有机物种类热很多，但含量高且重要的是重要的是蛋白质、核酸、脂类、糖类蛋白质、核酸、脂类、糖类四类物质四类物质。在组成生命的元素中
3、，碳元素具有在组成生命的元素中，碳元素具有特别重要的作用。特别重要的作用。n n 碳原子之间可以单键、双键或三键相碳原子之间可以单键、双键或三键相结合，形成不同长度的链状、分支状或环状结合，形成不同长度的链状、分支状或环状结构的结构的碳骨架碳骨架。现已发现的。现已发现的200多万种有机多万种有机化合物都是不同碳骨架的衍生物。化合物都是不同碳骨架的衍生物。蛋白质、核酸、多糖和脂类是组成蛋白质、核酸、多糖和脂类是组成生物体最重要的生物体最重要的生物大分子生物大分子。生物大分子是。生物大分子是由单体由单体(monomer)聚合成的多聚体聚合成的多聚体(polymer)。2、糖类化合物、糖类化合物 糖
4、是自然界存在的一大类具有广谱化学糖是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。主要是由绿结构和生物功能的有机化合物。主要是由绿色植物色植物光合作用光合作用形成的。主要是由形成的。主要是由C C、H H、O O三种元素组成，分子通式可写为三种元素组成，分子通式可写为 C Cn n(H(H2 2O)O)n n，习惯称为碳水化合物（习惯称为碳水化合物（CarbhydrateCarbhydrate）。）。葡萄糖葡萄糖 C C6 6H H1212O O6 6；蔗糖蔗糖 C C1212H H2222O O1111；乙酸乙酸 C C2 2H H4 4O O2 2 糖类是植物体内非常重要的一类
5、物质，糖类是植物体内非常重要的一类物质，其主要功能是：其主要功能是：(1)(1)是生物体内能量贮存物质，通过生是生物体内能量贮存物质，通过生物氧化释放能量。物氧化释放能量。(2)(2)是合成其他重要生命物质的原料。是合成其他重要生命物质的原料。(3)(3)同时也是植物体的结构物质（如纤同时也是植物体的结构物质（如纤维素、半纤维素、果胶等）。维素、半纤维素、果胶等）。糖糖类类物物质质单糖单糖：37碳糖。其中以己糖（葡萄糖、果糖）碳糖。其中以己糖（葡萄糖、果糖）和戊糖（核糖、脱氧核糖）最为重要和戊糖（核糖、脱氧核糖）最为重要。寡糖：寡糖：由由26单糖连结而成，常见的是蔗糖单糖连结而成，常见的是蔗糖
6、 葡萄糖葡萄糖-果糖果糖；麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖-葡萄糖葡萄糖；多糖多糖：由多个单糖失水缩合而成，其中最主要的是由多个单糖失水缩合而成，其中最主要的是 淀粉淀粉和和纤维素纤维素。淀粉（淀粉（starch）分直链淀粉分直链淀粉 和支链淀粉两种：和支链淀粉两种：单糖单糖:分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为同分异构体同分异构体二糖：二糖：麦芽糖：麦芽糖：由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成蔗糖：蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成乳糖：乳糖：由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成由一分子葡
7、萄糖和一分子半乳糖缩合而成多糖多糖：淀粉淀粉淀粉淀粉3、蛋白质、蛋白质 蛋白质是决定生物体结构和功能的重蛋白质是决定生物体结构和功能的重要成分。蛋白质的基本组成单位是要成分。蛋白质的基本组成单位是氨基酸氨基酸，蛋白质就是由多个氨基酸单体连结而成的多蛋白质就是由多个氨基酸单体连结而成的多聚体。聚体。人体有成千上万种蛋白质，每一种蛋人体有成千上万种蛋白质，每一种蛋白质都有特定的三维空间结构和生物学功能。白质都有特定的三维空间结构和生物学功能。3.1 蛋白质的生物学功能：蛋白质的生物学功能：1、蛋白质是生物体的重要组分、蛋白质是生物体的重要组分 2、生物催化剂、生物催化剂-酶的作用酶的作用 3、生物
8、膜的功能、生物膜的功能 4、免疫作用、免疫作用 5、运载工具、运载工具 6、遗传信息的传递与表达、遗传信息的传递与表达 7、调节新陈代谢（激素）、调节新陈代谢（激素）3.2 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位氨基酸：氨基酸：n n 天然氨基酸有天然氨基酸有20种。其分子结构种。其分子结构通式通式如图。如图。n n R基团基团不同，不同，组成的氨基酸就不同。组成的氨基酸就不同。20种氨基酸：种氨基酸：甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸(GlyGlyGlyGly)、丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸(AlaAlaAlaAla)、缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸(Val)(Val)、亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸(Leu)(Leu)、
9、异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸(Ile)(Ile)、甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸(Met)(Met)、苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)(Phe)、色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸(Trp)(Trp)、脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸(Pro)(Pro)、丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸(Ser)(Ser)、苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸(Thr)(Thr)、半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸(Cys)(Cys)、酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸(Tyr)(Tyr)、天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸(Asp)(Asp)、谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸(Glu)(Glu)、天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺(Asn)(Asn)、
10、谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺GlnGln、赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸(Lys)(Lys)、精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸(Arg)(Arg)、组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸(His)(His)n n 20种氨基酸中有种氨基酸中有8种种人体不能合成，人体不能合成，必须从外界摄取，称为必须从外界摄取，称为必需氨基酸。必需氨基酸。n n 8种必需氨基酸为：种必需氨基酸为：n n 苏氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、n n 苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、蛋氨酸苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、蛋氨酸 3.3 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质蛋白质多肽链：多肽链：蛋白质是由多个氨基酸通过肽键连
11、蛋白质是由多个氨基酸通过肽键连结而成长链大分子结而成长链大分子多肽链。多肽链。蛋白质的结构可分为一级结构和空蛋白质的结构可分为一级结构和空间结构（二间结构（二 四级结构）。四级结构）。蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构：氨基酸的组成、连键、数量和排列顺序。氨基酸的组成、连键、数量和排列顺序。蛋白质的二级结构：螺螺旋旋结结构构 折叠结构折叠结构 蛋白质的三、四级结构：蛋白质的三、四级结构：亚基亚基蛋白质的各级结构示意图蛋白质的各级结构示意图 蛋白质结构与功能的关系蛋白质的三维空间结构（构象）和形态对于蛋蛋白质的三维空间结构（构象）和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。蛋白质白质的功能起决定性的作
12、用。蛋白质变性（构象发变性（构象发生变化）使得生变化）使得其特定的功能便立即丧失。其特定的功能便立即丧失。4、核、核 酸酸 核酸是生物体内最重要的生物大分子，任核酸是生物体内最重要的生物大分子，任何生物体，甚至无细胞结构的病毒和噬菌何生物体，甚至无细胞结构的病毒和噬菌体都无一例外地含有核酸。核酸在生物的体都无一例外地含有核酸。核酸在生物的个体发育、生长繁殖、遗传变异等生命过个体发育、生长繁殖、遗传变异等生命过程中起着极为重要的作用。程中起着极为重要的作用。根据核酸的化学组成和生物学功能，将核根据核酸的化学组成和生物学功能，将核酸分为两类：酸分为两类：核糖核酸核糖核酸（ribonucleic a
13、cid RNA）脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA）DNA：遗传信息的贮存者，控制生物的遗传性状；遗传信息的贮存者，控制生物的遗传性状；遗传信息的贮存者，控制生物的遗传性状；遗传信息的贮存者，控制生物的遗传性状；RNA：遗传信息的传递者，遗传信息的传递者，遗传信息的传递者，遗传信息的传递者，DNADNARNA RNA 蛋白质；蛋白质；蛋白质；蛋白质；蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质：遗传信息的表达者，表现生物的形态特征：遗传信息的表达者，表现生物的形态特征：遗传信息的表达者，表现生物的形态特征：遗传信息的表达者，表现生物的形态特征 和代谢类型和代谢类型和代谢类
14、型和代谢类型遗传性状；遗传性状；遗传性状；遗传性状；4.1 核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸核酸是许多是许多核苷酸核苷酸聚合而成的生物大分聚合而成的生物大分子，故也称为多聚核苷酸子，故也称为多聚核苷酸(polynucleotide)。核苷酸又可分解为核苷酸又可分解为磷酸磷酸、戊糖戊糖和和碱基碱基：核酸核酸 n核苷酸核苷酸 n核苷核苷+n磷酸磷酸 n碱基碱基 n戊糖戊糖 嘌呤，嘧啶嘌呤，嘧啶嘌呤，嘧啶嘌呤，嘧啶 核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖 DNA：脱氧核糖脱氧核糖 磷酸磷酸 A、G、C、T RNA：核核 糖糖 磷酸磷酸 A、G、C、U嘌呤嘌呤鸟鸟嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌
15、呤嘧啶嘧啶胞胞嘧啶嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶尿尿嘧啶嘧啶 核苷核苷酸核苷酸 4.2 核酸的一级结构核酸的一级结构 核酸是是由许多核苷酸通过核酸是是由许多核苷酸通过3，5磷磷酸二酯键酸二酯键连结而成的长链生物大分子（多聚连结而成的长链生物大分子（多聚核苷酸链）。核苷酸链）。一级结构中重要的是核苷酸的组成一级结构中重要的是核苷酸的组成（数量）和其排列顺序（碱基序列）。不同（数量）和其排列顺序（碱基序列）。不同的的DNA有不同的碱基组成和排列顺序，这是有不同的碱基组成和排列顺序，这是构成构成DNA作为遗传物质的关键因素。作为遗传物质的关键因素。DNA的的二级结构二级结构双螺旋结构模型双螺旋结构模型DNA两
16、条链间碱基形成氢键时有严格配对规两条链间碱基形成氢键时有严格配对规律律碱基互补：碱基互补：A=T；G 三三三三 C；根据根据碱基互补原碱基互补原则则，当一条，当一条DNADNA链的链的碱基顺序确定之后，碱基顺序确定之后，就可以推知另一条链就可以推知另一条链（互补链）的碱基顺（互补链）的碱基顺序。碱基互补原则具序。碱基互补原则具有重要的生物学意义，有重要的生物学意义，DNADNA复制、复制、RNARNA转录、转录、反转录蛋白质生物合反转录蛋白质生物合成等的分子基础都是成等的分子基础都是碱基互补。碱基互补。RNA的结构与功能：的结构与功能：n n mRNA 信使信使RNAn n r RNA 核糖体
17、核糖体RNAn n t RNA 转运转运RNAmRNA（messenger RNA）单链线状分子。单链线状分子。mRNA是蛋白质生物是蛋白质生物合成的模板合成的模板，它携带着从，它携带着从DNA分子中抄录而来分子中抄录而来的指令多肽链中的指令多肽链中Aa排列顺序的信息，是遗传信排列顺序的信息，是遗传信息的传递者，故称之为信使息的传递者，故称之为信使RNA。n n 每一种蛋白质都是由一种特定的每一种蛋白质都是由一种特定的mRNAmRNA编码，编码，故细胞内故细胞内mRNAmRNA种类很多，但每一种种类很多，但每一种mRNAmRNA的数量的数量却很少。却很少。rRNA（ribosomal RNA）
18、n n 呈单链存在，单链自身回折时按呈单链存在，单链自身回折时按A-T，G-C的的 base配对原则形成部分螺旋区配对原则形成部分螺旋区（或（或“发夹发夹”结构）。结构）。n n rRNA是核糖体的主要组分是核糖体的主要组分。核糖体。核糖体中有中有60%是是rRNA，其余，其余40%是蛋白质。是蛋白质。因此因此rRNA的生物学功能就是通过参与核糖的生物学功能就是通过参与核糖体的组成为体的组成为蛋白质的生物合成提供场所蛋白质的生物合成提供场所。tRNA（trassfer RNA）tRNAtRNA的二级结的二级结构呈三叶草形；构呈三叶草形；tRNAtRNA的功能是在的功能是在蛋白质生物合成蛋白质生
19、物合成中起转运中起转运AaAa的作的作用用。4、脂类化合物、脂类化合物 脂类分子含脂类分子含C、H、O三种元素，是一三种元素，是一类非极性化合物，不溶于水。类非极性化合物，不溶于水。脂类物质可分为：脂类物质可分为：中性脂肪、磷脂、胆固醇类三类中性脂肪、磷脂、胆固醇类三类 脂肪：脂肪：中性脂肪是由中性脂肪是由甘油甘油和和脂肪酸脂肪酸结合结合而成的脂类，对动物称脂肪，对植物称油。而成的脂类，对动物称脂肪，对植物称油。甘甘油油脂脂 肪肪 酸酸 1脂脂 肪肪 酸酸 2脂脂 肪肪 酸酸 3 脂肪也称甘油三酯，脂肪也称甘油三酯，是生物体内重要的能量是生物体内重要的能量贮藏物质。贮藏物质。磷脂磷脂：由由由由甘油、脂肪酸、磷酸甘油、脂肪酸、磷酸甘油、脂肪酸、磷酸甘油、脂肪酸、磷酸和和和和含氮有机碱含氮有机碱含氮有机碱含氮有机碱构成，具有极性（亲水）的构成，具有极性（亲水）的构成，具有极性（亲水）的构成，具有极性（亲水）的“头部头部头部头部”和非极性和非极性和非极性和非极性（疏水）的（疏水）的（疏水）的（疏水）的“尾部尾部尾部尾部”。含含氮氮有有机机碱碱磷磷酸酸甘油脂脂 肪肪 酸酸 1脂脂 肪肪 酸酸 2亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂是构成磷脂是构成生物膜的主生物膜的主要组分要组分磷脂磷脂胆固醇胆固醇