普通生物學(xué)-生物物質(zhì)基礎(chǔ)

1、生命的化學(xué)物質(zhì)根底茅衛(wèi)鋒學(xué)習(xí)目的： 了解和掌握組成生命的根本化學(xué)物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)功能。生命的元素組成C H O N 96%必需元素磷 Phosphorus硫 Sulphur 鈣 Calcium 鉀 Potassium鎂 Magnesium氯 Chlorine鐵 Iron錳 Manganese硼 Boron 鋅 Zinc 銅 Copper 鉬 Molybdenum鎳 Nickel 微量元素 生物體內(nèi)的元素依含量不同可分為根本元素和微量元素兩大類。 微量元素是指其在體內(nèi)含量為體重1/10,000以下的元素，約20余種，占體重的0.05%。根據(jù)微量元素在體內(nèi)生物學(xué)作用的不同可分為必需微量元素和非必需微量

2、元素兩種，必需微量元素包括Fe, Zn, Cu, Mn, Cr, Mo, Co, Se, Ni, V, Sn, F, I,等。 微量元素的生理功能通過酶作用參與多種物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)，包括構(gòu)成酶的組分或作為酶的沖動劑或抑制劑。如Fe、Zn、Se、Mn、Cu、Mo 為多種酶的組成成分，Mn、Co、I 是酶的沖動劑或抑制劑。作為合成激素的成分或影響物質(zhì)代謝而發(fā)揮作用，如 I、Cr、F等。參與造血，如 Fe(血紅蛋白成分)、Cu(通過影響鐵代謝參與造血)、Mn(卟啉合成)。微量元素代謝紊亂與疾病1.體內(nèi)微量元素過少Fe 缺乏：缺鐵性貧血;B、T細(xì)胞 數(shù)減少，免疫功能降低；I 缺 乏：地方性甲狀腺腫；F 缺

3、 乏：齲齒；Ca缺 乏：骨質(zhì)疏松癥； 對必需的微量元素的認(rèn)識較晚1920-1930,大約在大局部維生素被認(rèn)識前后,一批微量元素陸續(xù)被人們認(rèn)識:P ： 1918 Cu ： 1925 Mg、Mn、 Mo： 1931 Zn： 1934 Co：1935直到1948年才知道Co是Vb12的成分,1957年Schwarz證實硒是必需的微量元素.Cr: 1959 Si 、F：1972鋅 Zinc 鋅 在人體中有重要作用 缺乏鋅會導(dǎo)致生理、心理及性發(fā)育緩慢；不育；傷口愈合緩慢。 鋅過量會有危險，可引起脫水、腹瀉、惡心，及頭暈?zāi)垦！?鋅的日攝入量為12毫克，孕婦為16毫克，哺乳婦女為18毫克。硒 ( Selen

4、ium )硒 是一種特別的微量元素 硒在人體的主要作用是維持肝功能正常；與維生素E結(jié)合成抗氧化劑；去除有毒元素鎘、鉛、汞的毒性；維持紅細(xì)胞和白細(xì)胞的功能。 缺乏硒可能引起心血管病，如在中國發(fā)現(xiàn)的克山病(1935于黑龍江克山縣發(fā)現(xiàn)的心肌病)；可能會致癌，引起嬰兒猝死及某種類型的貧血。 硒過量會有毒，可能引起神經(jīng)疾患。 碘 ( Iodine ) 碘在人體的主要作用是有助于甲狀腺產(chǎn)生甲狀腺素，以控制新陳代謝，維持正常的生長發(fā)育。缺乏碘可引起甲狀腺腫；新陳代謝率下降導(dǎo)致昏睡、懶散、疲乏、體重增加。 碘過量可能會引起甲狀腺疾患。 氟(Fluorine)是人體的必需營養(yǎng)元素 氟在人體中有助于維持骨骼和牙齒

5、的健康。 缺乏氟可能導(dǎo)致齲齒和骨質(zhì)疏松。 氟過量會引起慢性氟中毒，牙齒出現(xiàn)黃斑或變色；韌帶鈣化；脊柱、骨盆和四肢骨骼密度增加。 生命物質(zhì)基礎(chǔ)與營養(yǎng) 提 要 無機物: 水water)、無機鹽(mineral)有機物: 核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂類、 維生素；食物營養(yǎng)：淀粉、蔬菜、蛋白質(zhì)、維生 素。 一、水一水的生理功能調(diào)節(jié)體溫潤滑與運輸促進(jìn)體內(nèi)化學(xué)反響 作為化學(xué)反響的底物(如光合作用) 排出代謝尾產(chǎn)物(二)水代謝紊亂與疾病脫水原因： 水?dāng)z入缺乏如昏迷、拒食、沙漠迷路及海上失事無淡水供給、高熱出汗過多。主要病癥：口渴、皮膚粘膜枯燥、軟弱無力、心率加快、尿少，嚴(yán)重者可出現(xiàn)虛脫、休克甚至昏迷。 不吃飯能活

6、20d； 不喝水能活 7d； 不睡覺能活 5d；a、結(jié)構(gòu)極性分子大的外表張力 內(nèi)聚力 高介電常數(shù) 良好的溶劑 1、水分子Water 自由水：溶媒，易蒸發(fā)，易結(jié)晶 束縛水：不作為溶媒，不易蒸發(fā)，不易結(jié)晶 -10 -20都不結(jié)晶 自由水/束縛水的比值 影響生物的代謝強度及抗性生物體中的水水的外表能力水的內(nèi)聚力二、無機鹽一無機鹽的生理功能 體液中主要無機鹽有：Na+、K+ 、Ca2+、Mg2+、Cl- 、HCO3- 、 HPO42-等，它們執(zhí)行非常重要的生理功能。維持體液的滲透壓、酸堿度和水平衡；維持正常神經(jīng)、肌肉的應(yīng)激性；參與物質(zhì)代謝；參與機體組織和生物活性物質(zhì)的組成；影響酶活性。二無機鹽代謝紊亂

7、與疾病 正常人血漿pH值為7.35-7.45, pH值稱酸中毒,pH值稱堿中毒。酸中毒原因：糖尿病、饑餓所致酮體增多，高熱、嚴(yán)重感染、外傷導(dǎo)致分解代謝亢進(jìn)產(chǎn)生過多酸性物質(zhì)，重度腹瀉導(dǎo)致堿性物質(zhì)喪失過多，呼吸道疾病導(dǎo)致呼吸不暢。病癥：早期有疲倦、乏力頭暈、呼吸增強加快，病情重者那么有惡心、嘔吐、食欲不振、煩躁不安， 以至精神恍惚、嗜睡、昏迷。由糖尿病引起的呼氣有爛蘋果味。 低鉀血癥 正常血漿鉀離子濃度為5.5mmol/L,血鉀 5.5 mmol/L稱高鉀血癥。原因：不能進(jìn)食或進(jìn)食太少致使鉀攝入缺乏，長期或大量嘔吐、腹瀉導(dǎo)致消化液中的鉀大量喪失。病癥：由于細(xì)胞外液的鉀離子濃度，對神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)起決

8、定作用，低鉀時表現(xiàn)為肌肉軟弱無力，肢體癱瘓，呼吸困難，腹脹，排尿困難，心率失常，倦怠、精神不振、嗜睡、昏迷。三、生命過程的碳源和能源糖類單糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、 核糖雙糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖多糖：淀粉、糖原、纖維素 根據(jù)水解后形成的物質(zhì)，可分為： 單 糖： monosaccharides 不能水解成更小分子。 寡 糖：能水解成少數(shù)2-6個單糖分子，以雙 糖存在最為廣泛。 多 糖：能水解成多個單糖分子。(一) 單糖 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 果糖酮醛葡萄糖果糖通式為 CH2O)n，n3糖類Carbohydrates根據(jù)碳原子的數(shù)目分為： 三碳糖丙糖、四碳糖丁糖、 五碳糖戊糖、六碳糖己糖等。 重

9、要的單糖有甘油醛、核糖、脫氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。葡萄糖己糖果糖半乳糖 戊糖、己糖等單糖分子在溶液中通常不呈鏈?zhǔn)蕉虱h(huán)式結(jié)構(gòu)。(二) 雙糖 麥芽糖(1，4苷) 纖維二糖(1，4苷) 乳糖(1，4苷)(三) 多糖Polysaccharides均一多糖 淀粉 糖原 纖維素非均一多糖 透明質(zhì)酸 軟骨素 幾種多糖淀粉肌糖原纖維素糖原淀粉纖維素糖類是人體內(nèi)主要的供能物質(zhì) 它在人體內(nèi)被消化后，主要以葡萄糖的形式被吸收。膳食中糖類的種類和比例可能與冠心病、糖尿病、高血脂、腫瘤及齲齒的發(fā)病率有密切的關(guān)系。 糖原累積癥遺傳性糖中間代謝障礙性疾病可引起低血糖五、生命體的重要組分 和儲能物質(zhì)脂類脂肪

10、三酰甘油 (fat) 甘油和脂肪酸結(jié)合而成 室溫下液態(tài)的稱為油，固態(tài)的稱為脂類脂(lipoid) 磷脂 糖脂 固醇脂類Lipid 生物體內(nèi)不溶于水而溶于有機溶劑的各種分子。種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大。 A、油脂：甘油三脂 B、磷脂 C、固醇類甾醇類甘油三酯分子結(jié)構(gòu)1. 油脂2. 磷脂與細(xì)胞膜磷脂分子嵌入蛋白磷脂分子結(jié)構(gòu)磷脂分子可以看成是一個極性頭，兩條非極性尾巴。脂類的生理功能 生物膜的重要組分。 經(jīng)濟(jì)的貯能分子。 構(gòu)成生物體外表的保護(hù)層，如蠟質(zhì)層。 是很好的熱絕緣體，以保持動物正常體溫。 有些脂類具有重要的生物學(xué)活性。3. 類固醇Steroids膽固醇雌二醇皮質(zhì)醇糖(腎上腺)皮質(zhì)激素睪丸激素

11、一種雄性激素一種雌性激素1 固醇類的內(nèi)核由 4 個環(huán)組成2 一些人體重要維生素和激素是固醇3 膽固醇是細(xì)胞的必要成份4 血清中的膽固醇太多會促使形成動脈硬化 和心腦血管疾病4. 膽固醇Cholesterol壞膽固醇(低密度脂蛋白膽固醇LDL-C) 好膽固醇(高密度脂蛋白膽固醇HDL-C) 血脂中的甘油三酯可使壞膽固醇升高。查血脂的主要工程為： 1 總膽固醇 2 低密度脂蛋白膽固醇 3 高密度脂蛋白膽固醇 4 甘油三酯血液中的脂蛋白48因膽固醇過多而造成的血管壁過厚脂肪在人體中主要發(fā)揮四種作用：(A)儲存能量(B)調(diào)節(jié)人體的功能(C)絕緣防寒(D)保護(hù)重要的人體器官四、遺傳信息的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)氨

12、基酸蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一構(gòu)成蛋白質(zhì)的根本單位氨基酸氨基酸的通式氨基酸的分類氨基酸的性質(zhì)1. 氨基酸(Amino acids) 天然存在于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20種。 20種氨基酸的差異在于側(cè)鏈R基團(tuán)的不同。氨基酸的通式：與碳原子相連有：一個氨基、一個羧基、一個氫原子和一個以R表示的化學(xué)基團(tuán)。2. 氨基酸的特點屬-氨基酸屬兩性電解質(zhì) 3. 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： 異亮氨酸、 纈氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、 色氨酸、賴氨酸 甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸色氨酸脯氨酸20種氨基酸20種

13、氨基酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸天冬酰胺谷氨酰胺酪氨酸酸性谷氨酸天冬氨酸20種氨基酸堿性組氨酸精氨酸賴氨酸20種氨基酸 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 1.一級結(jié)構(gòu) 2.二級結(jié)構(gòu) 3.三級結(jié)構(gòu) 4.四級結(jié)構(gòu) 5.蛋白質(zhì)的空間作用力肽鍵與肽Peptide 肽鍵: 一個氨基酸分子中的氨基與另一個氨基酸 分子的羧基脫水縮合形成。絲氨酸甘氨酸酪氨酸丙氨酸亮氨酸五肽鏈 不同數(shù)目的氨基酸以肽鍵順序相連，形成肽或多肽。 多肽是蛋白質(zhì)分子的亞單位。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) Primary structure 蛋白質(zhì)中多肽鏈的數(shù)目，多肽鏈之間的連接方式和連接部位，二硫鍵的數(shù)目與位置，多肽鏈中氨基酸的數(shù)目、種類和順序等。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) Sec

14、ondary structure 蛋白質(zhì)分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。 常見有2種類型。 螺旋-helix 蛋白質(zhì)分子圍繞一個縱軸纏繞成螺旋狀。 折疊片-pleated sheet 肽鏈并列平行伸展,相互間以氫鍵連接。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)Secondary structure蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)Tertiary structure 多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的根底上再盤繞或折疊形成的三維空間形態(tài)。 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure 許多蛋白含有2個以上肽鏈，每個肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)的一個亞單位亞基，由亞基相互作用并結(jié)合形成的整個蛋白質(zhì)特定的結(jié)構(gòu)，即為四級結(jié)構(gòu)。

15、膠原質(zhì)血色素亞鐵血紅素蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)多亞基構(gòu)成的寡聚蛋白結(jié)構(gòu)；均一寡聚蛋白由相同亞基構(gòu)成；非均一寡聚蛋白由不同亞基構(gòu)成；一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)折疊69鹽鍵(離子鍵氫鍵二硫鍵疏水鍵氫鍵氫鍵疏水鍵 蛋白質(zhì)的空間作用力蛋白質(zhì)變性使高級結(jié)構(gòu)破壞變性后的蛋白質(zhì)分子還能復(fù)性蛋白質(zhì)有機體新陳代謝的催化劑-酶有機體的結(jié)構(gòu)成分參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)種類： 結(jié)構(gòu)蛋白、伸縮蛋白、貯存蛋白、保護(hù)蛋白、運輸?shù)鞍?、激素蛋白等?由多個氨基酸單體組成的生物大分子多聚體。蛋白質(zhì)在人體中發(fā)揮著重要的功能，這些功能可以分為六個方面：(A) 促進(jìn)組織的生長并修補組織(B) 形成人體必需的化合物(C) 調(diào)節(jié)體液的平衡 (D)

16、維持人體的酸堿平衡(E) 促進(jìn)抗體的形成(F) 輸送營養(yǎng)素蛋白質(zhì)異常與疾病鐮刀型紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞五、遺傳信息的存儲和傳遞者 核酸 核酸的分類核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能1. 核酸的分類 核酸分為：脫氧核糖核酸：Deoxyribonucleic acid，DNA含G、A、C、T四種堿基和脫氧核糖核糖核酸：Ribonucleic acid RNA，RNA 含G、A、C、U四種堿基和核糖戊 糖(Pentose)核糖和脫氧核糖堿基+戊糖 核苷+磷酸 核苷酸 poly 聚合 核酸 (核苷酸之間通過3,5-磷酸二酯鍵連接)2. 核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)堿基戊糖磷酸堿基 (Base) 種類胸腺嘧

17、啶胞嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤3. DNA一級結(jié)構(gòu)堿基配對5-磷酸3-羥基脫氧核糖3-羥基5-磷酸DNA一級結(jié)構(gòu)核苷酸分子通過3，5-磷酸二酯鍵連接起來5-磷酸 (Phosphate)3-羥基脫氧核糖核酸DNADNA的堿基組成A+G=C+T; GC、A=T同種生物的不同組織的堿基組成相同，不同生物的同種組織的堿基組成不同。年齡、營養(yǎng)、環(huán)境不影響堿基組成。堿基配對原那么TACG氫鍵DNA的二級結(jié)構(gòu)(雙螺旋)1953年，Watson 和 Crick 提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基堆積力H鍵 鹽鍵離子鍵小溝大溝4. 核糖核酸RNA的分類信使RNA (mRNA)轉(zhuǎn)運RNA (tRNA)核糖體RNA (rRN

18、A)RNA的結(jié)構(gòu)單鏈 局部堿基能配 對形成雙螺旋，不能配對的區(qū)域形成突起(環(huán)) mRNA結(jié)構(gòu)特點 線形單鏈結(jié)構(gòu)，攜帶DNA信息，作為指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的模板；3端有polyA尾結(jié)構(gòu)；半衰期短(幾分鐘到幾小時)； mRNA上決定翻譯過程中特定氨基酸的三個核苷酸稱為密碼子。單鏈，局部配對成臂，其余成環(huán)；氨基酸臂與反密碼環(huán)是識別氨基酸與密碼的重要結(jié)構(gòu)。 tRNA的結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA 在蛋白質(zhì)合成過程中具有轉(zhuǎn)運氨基酸的作用 rRNA的結(jié)構(gòu)真核生物的核糖體5S、S、18S、23S、28SrRNA原核生物的核糖體 5S 、16S、23SrRNA三種RNA的作用特殊功能的核苷酸ATP 三磷酸腺苷腺嘌呤

19、核糖ATP ADP(二磷酸腺苷)釋放能cAMP, cGMP參與細(xì)胞信號傳遞ATP參與能量代謝六、維生素 概念 分類 生理功能、缺乏癥及來源 生理需要量一概念 維系生物生長和代謝所必須的微量有機物叫維生素Vitamin)。維生素具備以下幾個特點： 1. 天然食物的微量組成成分; 2. 維持機體健康與生長所必需，每日需要量很小，常以毫克或微克計算; 3. 當(dāng)膳食中缺乏維生素或吸收不良時，可產(chǎn)生特異的營養(yǎng)缺乏癥; 4. 機體不能合成或合成數(shù)量不能滿足生理需要，必須由食物供給。二分類 目前的 維生素有20多種，根據(jù)其溶解性的不同可分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素包括：VitA、VitD、 VitE、 VitK；水溶性維生素包括： VitB1、Vi