1、生命科學(xué)導(dǎo)論 生命的化學(xué)基礎(chǔ)郭曉燕生命的化學(xué)基礎(chǔ)構(gòu)成生命的元素1糖 類2脂 類3蛋白質(zhì)45核 酸常量元素(11種)C、H、O、N，含量最高，其和96%P、S分別是核酸和蛋白質(zhì)的重要組分Ca是牙齒和骨骼的重要組分，還具有生物信息傳遞功能Cl、K、Na、Ca、Mg對(duì)保持生物體內(nèi)水鹽平衡至關(guān)重要第一節(jié) 構(gòu)成生命的元素微量元素（14種）0.01%Fe血紅蛋白的重要成分Mn，Zn一些酶的必要成分I甲狀腺素的必要成分第一節(jié) 構(gòu)成生命的元素鉻Cr葡萄糖耐量因子（GFT）的必要成分，是胰島素的輔助因子，可增加胰島素的效能，促進(jìn)機(jī)體利用葡萄糖。 相當(dāng)一部分型糖尿病（非胰島素依賴型糖尿病）患者，是因?yàn)殂t攝入不足或

2、利用不良，表現(xiàn)出糖尿病癥。硒Se毒性很大，攝入過(guò)多會(huì)造成中毒甚至死亡，但對(duì)防止克山病、大骨節(jié)病有效，并有抗衰老、抗癌等功效。第一節(jié) 構(gòu)成生命的元素第二節(jié) 生命大分子生命過(guò)程的碳源和能源糖類生命體的重要構(gòu)件和儲(chǔ)能物質(zhì)脂類遺傳信息的表達(dá)者蛋白質(zhì) 生命過(guò)程的催化劑酶遺傳信息的存儲(chǔ)和傳遞者核酸一、糖 類一、糖類主要由C、H、O組成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示，舊稱碳水化合物。乳酸CH3CHOHCOOH 可寫成C3(H2O)3 ，但不是糖；而鼠李糖C6H12O5，脫氧核糖C5H10O4，但卻是糖。一、糖 類糖：含多羥基的醛類或酮類化合物。醛酮二羥丙酮葡萄糖一、糖 類 按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類： 單糖 寡

3、糖 多糖 結(jié)合糖一、糖 類1、單糖：構(gòu)成糖分子的基本單位，不能再水解為更簡(jiǎn)單的糖。 根據(jù)碳原子數(shù)量可分為丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖（5C）、己糖（6C）、庚糖（7C）。丙糖（3C）：甘油醛、二羥丙酮戊糖（5C）：核糖、脫氧核糖、木糖己糖（6C）：葡萄糖、果糖、半乳糖重要的單糖（1）甘油醛、二羥丙酮甘油醛（二羥丙醛）最簡(jiǎn)單的單糖一、糖 類二羥丙酮D-甘油醛L-甘油醛甘油醛（二羥丙醛）分子中C為不對(duì)稱C原子，4個(gè)取代基各不相同，可以形成互為鏡像不能重疊的異構(gòu)體，分為D型和L型。其它單糖可以看作是由甘油醛的C鏈延伸衍生而成。一、糖 類羥基羥基核糖脫氧核糖（2）核糖C5H10O5 、脫氧核糖 C

4、5H10O4一、糖 類D-葡萄糖天然存在L-葡萄糖確定鏈狀結(jié)構(gòu)式（3）葡萄糖 C6H12O6羰基碳一、糖 類羥基羰基碳 單糖性質(zhì)：所有單糖都是白色晶體，易溶于水，且多具有甜味。單糖上的醛基、酮基、半縮醛上的羥基具有還原性，為還原糖。一、糖 類半 縮 醛有還原性一、糖 類當(dāng)鏈狀式中單糖分子C1醛基和C5羥基形成半縮醛時(shí)，形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)（氧環(huán)式結(jié)構(gòu)）有還原性一、糖 類其它單糖一、糖 類一、糖 類單糖的半縮醛羥基與另一配體（可以是糖也可以是非糖）的羥基縮合而成的化合物稱為糖苷，其間的連接鍵稱為糖苷鍵。兩個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接成雙糖，三個(gè)單糖可以縮合為三糖。常見的雙糖有麥芽糖、乳糖、蔗糖。2、寡糖：由2

5、10個(gè)單糖組成的聚糖，可以水解為單糖。（1）麥芽糖2分子葡萄糖通過(guò)1,4糖苷鍵相連而成-1,4-糖苷鍵麥芽糖有還原性一、糖 類（2）乳糖由半乳糖和葡萄糖通過(guò)1,4糖苷鍵相連而成-1,4-糖苷鍵半乳糖有還原性一、糖 類不存在半縮醛羥基，為非還原糖。果糖（3）蔗糖由葡萄糖C1和果糖C2上的半縮醛羥基通過(guò)糖苷鍵連接而成。非還原性末端一、糖 類3、多糖：由多個(gè)單糖分子縮合而成的多聚糖。均質(zhì)多糖（同型多糖）：如淀粉、糖原非均質(zhì)多糖（異型多糖）：如幾丁質(zhì)組成一、糖 類植物多糖：纖維素動(dòng)物多糖：幾丁質(zhì)微生物多糖：葡聚糖來(lái)源 淀 粉直鏈淀粉 -1,4-糖苷鍵支鏈淀粉 -1,4-糖苷鍵和-1,6-糖苷鍵一、糖

6、類還原性末端-1,4-糖苷鍵-1,6-糖苷鍵一、糖 類 糖 原俗稱動(dòng)物淀粉肝糖原、肌糖原具有類似支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)，但分子更大，支鏈更短收儲(chǔ)、支取葡萄糖調(diào)節(jié)葡萄糖的供求平衡，緩沖穩(wěn)定血糖濃度一、糖 類 纖 維 素由葡萄糖以1,4糖苷鍵相連而成，沒有分支，分子量大。由4104個(gè)葡萄糖殘基構(gòu)成。植物界中的糖類物質(zhì)有一半以上以纖維素的形式存在，是儲(chǔ)藏量最大的植物多糖資源。一、糖 類 幾丁質(zhì)（chitin） 甲殼質(zhì)化學(xué)組成：C、H、O、N分布：真菌、綠藻、昆蟲、甲殼類動(dòng)物等的甲殼中產(chǎn)量：年產(chǎn)1百億噸，位居第二，僅次于纖維素一、糖 類幾丁質(zhì)的衍生物：殼聚糖：幾丁質(zhì)脫去55%以上的N-乙酰基后溶解于稀醋酸 用

7、途：環(huán)保中處理吸收污水中重金屬離子制造人造皮膚，治療燒傷病人具有降血脂、刺激免疫等保健功能在食品上可用作保鮮膜一、糖 類 糖+蛋白質(zhì) 糖蛋白 糖+脂類 糖脂糖蛋白、糖脂是細(xì)胞膜的組成成分。糖蛋白具有特殊的生理功能，如激素、免疫球蛋白等等。糖脂是細(xì)胞表面抗原的重要組分。4、復(fù)合糖：由糖和非糖物質(zhì)結(jié)合成的復(fù)合物。一、糖 類糖的生理功能 提供能量 重要的結(jié)構(gòu)成分 生物合成原料 識(shí)別作用一、糖 類脂質(zhì)是一大類物質(zhì)的總稱。這些物質(zhì)的化學(xué)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)差別很大，但性質(zhì)上卻有共同之處，即不溶于水，而溶于有機(jī)溶劑。二、脂 類二、脂 類按化學(xué)組成將脂質(zhì)分為：二、脂 類 1、單脂 脂肪（甘油三酯，TG）:由甘油的

8、三個(gè)羥基和三個(gè)脂肪酸分子縮合、失水后形成。是植物和動(dòng)物貯脂的主要組成。二、脂 類甘油三酯中含較多飽和脂肪酸，室溫呈固態(tài)，脂肪甘油三酯中含較多不飽和脂肪酸，室溫呈液態(tài)，油二、脂 類甘油三酯中所含的某些脂肪酸亞油酸、亞麻酸為人體必需脂肪酸。二、脂 類 飽和脂肪酸 混 合 功 高 能 氧 溫 化 酶 不飽和脂肪酸順式脂肪酸 反式脂肪酸 麥吉林(margarine)催化加氫二、脂 類蠟由飽和或不飽和高級(jí)脂肪酸和高級(jí)醇構(gòu)成的酯。比甘油三酯更為疏水，使蠟成了水果和葉片有效的天然覆蓋層，防止水分流失。二、脂 類單脂的化學(xué)性質(zhì)溶解度：不溶于水，易溶于非極性有機(jī)溶劑。皂化：堿與脂肪酸作用生成肥皂。酸敗：油脂水解

9、釋放的游離脂肪酸，氧化成醛或酮。氫化：可防止酸敗。二、脂 類 2、復(fù)脂 磷脂 根據(jù)組成可分為甘油磷脂（甘油構(gòu)成）和鞘磷脂（由神經(jīng)鞘氨醇構(gòu)成）兩類。 磷脂是細(xì)胞膜的重要組成、乳化劑和表面活性劑。二、脂 類甘油三酯中-C上的脂肪酸，若被磷酸取代則變成磷脂酸二、脂 類當(dāng)磷酸基OH位置連上膽堿、膽胺或絲氨酸后，就分別形成：卵磷脂腦磷脂絲氨酸磷脂二、脂 類3、衍生脂 甾醇類（固醇類）其結(jié)構(gòu)與中性脂肪或磷脂均不同，但由于它不溶于水而溶于非極性溶劑，故將其歸于脂類。二、脂 類 蛋黃卵磷脂 膽固醇雌激素雄激素VitD3促進(jìn)鈣吸收二、脂 類甘油三脂磷脂膽固醇膽固醇酯高密度脂蛋白低密度脂蛋白極低密度脂蛋白乳糜微粒

10、血液中含的脂質(zhì)稱血脂血液中的脂質(zhì)以脂蛋白形式存在二、脂 類血脂復(fù)合體中甘油三酯含量高，密度低其中：極低密度脂蛋白（VLDL）甘油三酯含量最多低密度脂蛋白（LDL）含膽固醇和膽固醇酯最多LDL和 VLDL高是引起動(dòng)脈硬化的元兇如果人體內(nèi)LDL受體缺乏或缺少，膽固醇代謝受阻，沉積在血管壁上，造成動(dòng)脈硬化，該病稱為高膽固醇血癥二、脂 類復(fù)合體中甘油三酯含量少，密度高，稱為高密度脂蛋白（HDL）高密度脂蛋白可以將低密度脂蛋白或甘油三脂分子帶到肝臟進(jìn)行降解，人們形象地把它稱為血液中的“清道夫”或“環(huán)衛(wèi)工人”，它的數(shù)量決定著血液中的脂代謝是否平衡。二、脂 類 萜類特點(diǎn)：由非極性、疏水的異戊二烯聚合而成，有

11、的成鏈狀、有的成環(huán)狀結(jié)構(gòu)二、脂 類生理功能各異，其中某些成分在人體內(nèi)具有很強(qiáng)的抗氧化性，具有抗衰老、抗輻射的功能如：-胡蘿卜素、維生素E等植物中，多數(shù)萜類具有特殊氣味，而且是各類植物特有油類的主要成分。如檸檬苦素、薄荷醇、樟腦分別是檸檬油、薄荷油、樟腦油的主要成分。二、脂 類脂類的生理功能構(gòu)成生物膜的骨架主要能源物質(zhì)構(gòu)成機(jī)體或器官保護(hù)層是某些重要生物分子組分生理活性前體物質(zhì)二、脂 類習(xí) 題1、地球上含量最豐富的元素是什么？生物體中含量最豐的元素是什么？2、寫出葡萄糖D型、L型，、的構(gòu)型3、膽固醇等在結(jié)構(gòu)上與甘油三酯差別如此之大，為什么還要把它們劃入脂類？4、寫出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式三、遺傳信息的表

12、達(dá)者蛋白質(zhì)三、蛋 白 質(zhì)1、蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子氨基酸氨基酸的通式氨基酸的分類氨基酸的性質(zhì)三、蛋 白 質(zhì)（1）氨基酸的通式R不同組成蛋白質(zhì)的常見氨基酸有20種通式三、蛋 白 質(zhì)氨基羧基L-型氨基酸 （除甘氨酸）屬-氨基酸（Pro為-亞氨基酸）具旋光性屬兩性電解質(zhì) 三、蛋 白 質(zhì)兩性電離及等電點(diǎn)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不以游離的羧基或氨基形式存在，而是解離成兩性離子三、蛋 白 質(zhì)（2）必需氨基酸20種氨基酸中有8種不能由人體合成，必須從外界攝取，稱為必需氨基酸8種必需氨基酸為： Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 設(shè) 來(lái) 借 一 兩 本 書”甲硫氨酸、色氨酸

13、、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸三、蛋 白 質(zhì)（3）氨基酸的分類 脂肪族 甘氨酸、丙氨酸等根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu) 芳香族 苯丙氨酸、酪氨酸 雜環(huán)族 脯氨酸等 非極性 苯丙氨酸、丙氨酸等根據(jù)極性帶電性 極性不帶電 甘氨酸、酪氨酸等 極性帶正電 賴氨酸等 極性帶負(fù)電 天冬氨酸、谷氨酸是否可為生物體自身合成 必須氨基酸 非必須氨基酸三、蛋 白 質(zhì)2、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三、蛋 白 質(zhì)（1）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸排列順序肽鍵：酰胺鍵肽鏈：N端、C端、主鏈、側(cè)鏈多肽、氨基酸殘基2三、蛋 白 質(zhì)肽鍵主鏈側(cè)鏈1965年我國(guó)科學(xué)家完成了結(jié)晶牛胰島素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由遺傳信

14、息決定一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)。但一級(jí)結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。三、蛋 白 質(zhì)（2）二級(jí)結(jié)構(gòu)肽鏈的主鏈在空間的走向 氫鍵螺旋折疊轉(zhuǎn)角三、蛋 白 質(zhì)蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu) 三、蛋 白 質(zhì)三、蛋 白 質(zhì)鱗狀細(xì)胞（角質(zhì)層）皮層細(xì)胞二硫鍵三級(jí)結(jié)構(gòu):整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置,即整條肽鏈的三維構(gòu)象。維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力為側(cè)鏈間的相互作用。（3）三級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋 白 質(zhì)氫鍵、離子鍵、疏水鍵及二硫鍵結(jié)構(gòu)域:在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成一緊密的結(jié)構(gòu),具有特殊的功能,多為蛋白質(zhì)的活性部位。三、蛋 白 質(zhì)（4）四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)：各亞基的空間排布。亞基（subunit）：有的蛋白質(zhì)分子由兩條以上的肽鏈

15、通過(guò)非共價(jià)鍵相連聚合而成，每條多肽鏈稱為一個(gè)亞基。維持四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素為各亞基之間的作用力如氫鍵、離子鍵、疏水鍵。含有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒有生物學(xué)功能，只有完整的四級(jí)結(jié)構(gòu)才有生物學(xué)功能。三、蛋 白 質(zhì)三、蛋 白 質(zhì)三、蛋 白 質(zhì)結(jié)構(gòu)功能防御功能信號(hào)功能調(diào)節(jié)功能運(yùn)輸功能運(yùn)動(dòng)功能其他功能4、蛋白質(zhì)的功能三、蛋 白 質(zhì)構(gòu)造人的身體、修補(bǔ)人體組織 構(gòu)成神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、五羥色氨等 酶 、胰島素 白細(xì)胞、免疫球蛋白 血紅蛋白 肌動(dòng)蛋白、管蛋白提供熱能、貯存氨基酸生命過(guò)程的催化劑酶酶1、酶的概念酶是生物活體細(xì)胞產(chǎn)生，以蛋白質(zhì)為主要成分，具催化功能的一類生物催化劑。酶 2、酶的命名和分類酶的

16、命名：a.習(xí)慣命名法 根據(jù)酶催化反應(yīng)的類型和底物來(lái)命名。b.系統(tǒng)命名法 底物名稱+構(gòu)型+反應(yīng)性質(zhì)+酶酶丙酮酸酶促反應(yīng) 習(xí)慣命名 系統(tǒng)命名谷丙轉(zhuǎn)氨酶 丙氨酸:-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 2、酶的命名和分類酶的分類：根據(jù)酶催化反應(yīng)的類型，可將酶分為7大類：1. 轉(zhuǎn)移酶2. 水解酶3氧化還原酶4裂合酶5異構(gòu)酶6合成酶7核酸酶 酶輔酶（coenzyme）：非共價(jià)鍵與酶蛋白疏松結(jié)合,可用透析、超濾分離，多為小分子物質(zhì)輔助因子酶輔酶Q10一碳官能團(tuán)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移質(zhì)子和電子酶輔助因子輔基（prosthetic group）：共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合，不易分離，多為金屬離子DNA聚合酶-Mg2+3、酶的催化特點(diǎn)高效性專一性反應(yīng)

17、條件溫和酶促反應(yīng)的可調(diào)控性酶（1）高效性酶促反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)高1081020倍，比一般催化反應(yīng)高1071013。從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過(guò)渡態(tài)需要能量，即為活化能，活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應(yīng)越難進(jìn)行。酶的催化作用有賴于降低反應(yīng)的活化能。酶（2）專一性 A. 反應(yīng)專一性B. 底物專一性酶A、反應(yīng)專一性催化同一類型的化學(xué)反應(yīng)幾乎不產(chǎn)生副產(chǎn)物酶B、底物專一性 結(jié)構(gòu)專一性 手性專一性 幾何專一性酶結(jié)構(gòu)專一性只作用于一個(gè)特定的底物，稱“絕對(duì)專一性”如脲酶只能催化尿素水解，對(duì)尿素的類似物沒作用有些酶作用于一類化合物或一類化學(xué)鍵，稱“相對(duì)專一性”如酯酶酶手性專一性 胰蛋白酶L-氨基酸 淀粉酶D-葡萄糖D-葡

18、萄糖天然存在酶幾何專一性有些酶只能選擇性催化某種幾何異構(gòu)體底物的反應(yīng)延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)蘋果酸酶（3）反應(yīng)條件溫和常溫、常壓中性酶（4）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性激活劑調(diào)節(jié)抑制劑調(diào)節(jié)激素控制反饋調(diào)節(jié)酶4、酶的活性中心酶的活性部位按照酶活性中心的功能分為：結(jié)合部位催化部位調(diào)控部位酶酶的活性中心結(jié)合部位酶的專一性催化部位酶的高效性酶的活性中心酶酶底物酶-底物復(fù)合物酶+產(chǎn)物5、酶的作用機(jī)制6、酶活性的調(diào)節(jié)激活劑的調(diào)節(jié)抑制劑的調(diào)節(jié)酶（1）酶的激活劑使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑（activator）大多為金屬離子，如Mg2+、Mn2+ 、 K+少數(shù)為陰離子如Cl-也有的為有

19、機(jī)化合物，如膽汁酸鹽酶必需激活劑：對(duì)酶促反應(yīng)不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應(yīng)。非必需激活劑： 有些激活劑不存在時(shí)，酶仍有一定的催化活性。酶酶原的激活酶原（Zymogen）：有些酶（絕大多數(shù)為蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成及初分泌時(shí)，沒有活性。酶原的激活：在一定條件下，酶原可轉(zhuǎn)化成有活性的酶。酶酶原激活的機(jī)制分子內(nèi)肽鍵一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生改變，形成酶的活性中心，同時(shí)生成一些肽或碎片。酶酶原激活還存在級(jí)聯(lián)反應(yīng)胰蛋白酶原胰蛋白酶 + 六肽胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶 + 2個(gè)二肽胰蛋白酶 腸激酶 酶意義消化道內(nèi)蛋白酶以酶原的形式分泌，避免細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化，使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用；凝血和纖維蛋白溶解酶類以酶原的形式在血液循環(huán)中運(yùn)行，一旦需要便轉(zhuǎn)化為有活性的酶酶原可視為酶的貯存形式酶（2）酶的抑制劑酶的抑制劑（inhibitor）：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)不可逆抑制可逆抑制酶、不可逆性抑制：（irreversible inhibition）抑制劑與酶