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1、第七章 化学与生命 Chemistry and Life,生命体是由化学物质组成，生命体生理功能是通过一组化学反应的完成来实现。例如：生物体的生长，其化学本质是新化合物的合成与堆积；生命体内化学反应的完全终止就意味着个体的死亡。,一.构成生命体的物质基础,目前已知地球上的生物的大约200万种，组成她们的化学元素种类大体相同，大约27种，但含量差异较大。,生命必需元素,宏量元素：大约11种；,微量元素 ：大约26种；,1.生命体内的必需元素,C是最基本的元素，C、H、O、N、P、S六种元素是组成原生质的主要元素，大约共占原生质总量的95。,2.组成生命体内的化合物,生命体内化合物是种类,水：80
2、-90% 无机盐： 1-1.5% 糖类和核酸：1-1.5%； 脂类： 1-2% 蛋白质：7-10%,3.无机盐的作用,细胞中含量较多的离子： Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3、Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-,（1）.构成体内化合物的重要组成成分,Ca2+ 是构成人体骨骼的主要成分； Mg2+是构成植物体内叶绿素的主要成分； Fe2+ 是构成人体内血红蛋白的主要成分； PO43- 是构成生物体内磷脂、核苷酸、三磷酸腺苷的主要成分；,（2）.维持生物体的生命活动,如Ca2+：哺乳动物如果缺乏，则会出现肌肉抽搐； 一定浓度的无机盐离子有利于维持细胞的渗透压和酸碱平衡；
3、体内缓冲对可调节体液pH值平衡； 如：H2CO3/HCO3和 HPO42-/H2PO4- 是细胞内重要的两个缓冲对；,二.糖类（碳水化合物）,1.糖类定义,糖类物质是含多羟基的醛类或多羟基酮类化合物，或者它们的缩聚物和衍生物。 它主要由C，H和O三种元素组成，其分子式通常以Cn（H2O）m表示。俗称碳水化合物。 但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖C5H12O5（甲基糖）；脱氧核糖C5H10O4。 有些化合物的组成符合碳水化合物的比例，但不是糖。例如甲酸（CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等。,2.糖的分类,按组成糖单位（水解产物）的多少分为四类： 单糖类： 不能水
4、解为结构更简单的糖。 寡糖类： 它们一般是由2-10个单糖分子组成的。 多糖类：它是由多个单糖分子缩合、失水而成。 结合糖：是指糖与非糖物质的结合物 。,3.常见的糖类,（1）单糖,具有一个自由的醛基或酮基、或两个以上羟基的糖类物质。 根据它的含碳原子数多少，分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。 根据它的是否含有醛基或酮基可分为醛糖和酮糖两种类型。,醛糖谱系,酮糖谱系,（2）多糖,它是由多个单糖分子缩合、失水而成。 水解后产生单一形式的单糖的叫均一多糖。如淀粉、糖元和纤维素，水解后产生葡萄糖；菊粉水解后产生果糖。 水解后产生多于一种形式的单糖或单糖衍生物的叫不均一多糖。如植物产物中的半纤维素和树
5、胶，动物产物中的粘多糖（含透明质酸、硫酸软骨素和肝素）。,淀粉与糖元的结构图示,4.糖的主要功能,生命活动的能量主要来源。 生命体合成其它生物物质的原料。 充当结构性物质（如纤维素）。 参与细胞间的信息识别、传递等。 参与神经活动的基本物质。,决定人体血型糖蛋白末端差异,O型：末端为Fuc；A型：在Fuc上接上GalNAc；B型：在Fuc上接上Gal；AB型为A型和B型末端之和。,三.蛋白质、肽、氨基酸,1.氨基酸,氨基酸：是一类含有氨基的有机酸，分子量低。 氨基酸种类很多，但生命体内存在的大约为20种。 天然氨基酸主要是-氨基酸，-氨基酸极少，如-丙氨酸存在于维生素泛酸（又名遍多酸）,2.肽
6、,肽是由一个-氨基酸的氨基与另一个-氨基酸的羧基共价缩合，去掉一分子水而成。 肽中仍然含有残留的氨基和羧基。 缩合后的氨基酸称为氨基酸残基，她们之间通过肽键连接。,3.蛋白质,从原则上说，生物的各种性状都是由基因决定的，但生命活动的真正执行者是蛋白质。,（1）定义,蛋白质是指由许多相同或不同的氨基酸，按照一定的顺序，通过酰胺键（即肽键）缩合而成，具有较稳定的构象和一定生物功能的生物大分子。 蛋白质元素组成：C、N、H、O、S、P等。,（2）蛋白质的结构,蛋白质的结构分为四级。,一级结构：肽链中氨基酸的连接顺序。,二级结构：肽链在空间的伸展方式；,三级结构：肽链中所有原子空间的排布方式；,四级结
7、构：肽链（亚基）与肽链之间的结合方式；,一级结构称为化学结构，其它称为高级结构。,蛋白质的二级结构图示,4.蛋白质的生物功能,1.催化作用。大多数酶是蛋白质。 2.某些蛋白质参与细胞结构建成。 3.具有一定的调节功能。某些蛋白质是激素。 4.在高等动物机体免疫机制中起作用。某些蛋白质是抗体。,蛋白质的生物功能（续）,5.参与机体的运动。收缩蛋白与细胞移动、肌肉收缩有关。 6.参与体内物质的转运，氨基酸和能量的贮存等。 7.其它功能。许多植物和昆虫为了防御所分泌的小分子蛋白质，它们对 “敌人”是有毒。,5.蛋白质的检验,Kjeldahl法定N。,用浓H2SO4+K2SO4（提高沸点）湿法燃烧分出
8、NH3。Hg、HgO或HgSO4等催化，在沸点下分解。 分解液用NaOH中和，用标准盐酸吸收放出的NH3，在用标准碱回滴过量的盐酸。 适用于常量、微量和半微量。 误差2%左右。,四.核酸与遗传,核酸是一类多聚核苷酸，是一类重要的生物大分子，核酸的相关知识是研究遗传规律、生物技术等的必需基础。 核酸根据含糖的种类分为： 核糖核酸（RNA) 脱氧核糖核酸（DNA）,1.核酸的组成,组成核酸的分子片（单元）：核苷酸； 核苷酸是由核苷和磷酸根组成； 核苷是由核糖（即戊糖）和含氮碱基构成。 核糖：D-核糖；2-D-脱氧核糖。 碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸限嘧啶、胞嘧啶（DNA中）、尿嘧啶（RNA中）,2.核
9、酸及核苷酸的主要生理功能,a.DNA是遗传信息的储存者和传递者。 b.核酸与蛋白质的合成有关。 c.RNA是生物酶之一。某些核苷酸是酶的辅因子的结构成分。 d.一些核苷酸是细胞通信的媒介（即第二信使）。 f.核苷酸是生物体内进行生化反应能量交换的货币（如ATP）。,3. DNA的结构,与蛋白质相似，DNA分子的结构也分为不同的层次。,DNA的一级结构：分子内核苷酸的种类与连接顺序。,DNA的二级结构：多聚核苷酸链内或链间通过氢键、碱基堆积等弱作用力折叠卷曲而成的构象。,（1）DNA二级结构的理论模型,1953年由Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构。 其基本要点如下：,a.两条反平行
10、的核苷酸链构成右手螺旋结构，旋转形成大凹槽和小凹槽。 b.两个相邻碱基的距离是3.4埃，每10个碱基构成完整的一段螺旋结构（一个周期）。螺距3.4nm，直径约2nm； c.互补的碱基通过特殊的氢键连接出现在螺旋结构的内部，碱基平面垂直于螺旋轴。磷酸根在链外； d.DNA分子内碱基配对为：A-T、G-C,（2）DNA二级结构图示,4.DNA与染色体,染色体的主要化学成份是脱氧核糖核酸（DNA）和5种称为组蛋白的蛋白质。 即DNA通过高级组装可以形成染色体。,5.DNA的复制,生物体的遗传特性是通过DNA的复制由亲代传递给子代。 复制的过程机制为半保留。即双螺旋链打开，然后根据碱基配对原则形成一条
11、互补链，从而形成新的DNA分子。 新DNA分子中有一半直接来源于亲代。,DNA半保留复制图示,6.基因工程（gene engineering）,即：在基因水平上，采用与工程设计类似的方法，按照人类需要进行设计、创造出具有某种新性状的生物品系，并能稳定地遗传给后代。 基因工程的核心技术是DNA重组技术（ recombinant DNA technology ）。 DNA重组技术是一种改造生物基因技术。也称为基因克隆（gene clone）。,（1）DNA重组技术的研究内容,主要研究基因的分离、合成、切割、转移、重新组合与表达等。 DNA重组技术的关键之一是：选择合适的：“手术刀”，即限制性核酸内切酶。其作用是在特定的位点切开DNA分子中的核苷酸链。,（2）.DNA重组的基本步骤,（a）选择合适的“手术刀”。和选择载体。 （b）制备所需的具有某种遗传特性的DNA片段。即目标基因。 （c）根据分子杂交原理，使他们在适当的条件下杂交形成重组DNA。 （d）选择合适的方法把重组DNA分子送入细胞中，由细胞提供DNA复制环境条件。 （f）检测重组DNA是否进入细胞并正常复制。,DNA重组图示,（3）.重组DNA技术的应用,a.产生新品种。 b.法医学的新武器DNA指纹法。 c.工程化微生物用于采矿、环境保护等。 d.基因治疗与遗传病的基因诊断。,