a化生命現(xiàn)象與化學

會計學1a化生命現(xiàn)象與化學

21世紀是生命科學的世紀，生命科學以生物體的生命過程為研究對象。本章主要介紹構成生命的糖類、蛋白質、核酸等基本物質以及生命現(xiàn)象有關的化學知識。第1頁/共89頁9.1生命體中的重要有機化合物糖類脂類蛋白質、氨基酸、肽鍵酶核酸第2頁/共89頁9.1.1糖類凡不能被水解的多羥基醛糖或多羥基酮糖稱為單糖。例如葡萄糖和果糖。1)單糖（C6H12O6）第3頁/共89頁單糖不僅有鏈狀結構，還有環(huán)狀結構：鏈狀結構環(huán)狀結構單糖－果糖酮糖第4頁/共89頁單糖一般為無色晶體，具有甜味，能溶于水。單糖－葡萄糖鏈狀結構環(huán)狀結構（醛糖）第5頁/共89頁由少數(shù)(2～6個)單糖分子構成的糖稱為寡糖（又稱低聚糖）。其中以二糖存在最為廣泛。例如蔗糖、麥芽糖、乳糖。乳糖來自乳汁，甜度適中，用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)。蔗糖來自甘蔗和甜菜，就是由葡萄糖和果糖形成的雙糖。麥芽糖來自淀粉，甜度較差，可用做營養(yǎng)基和增養(yǎng)基。2)寡糖第6頁/共89頁麥芽糖

兩分子葡萄糖通過糖苷鍵連接形成乳糖半乳糖和葡萄糖通過糖苷鍵連接形成蔗糖葡萄糖和果糖通過糖苷鍵連接形成二糖第7頁/共89頁糖的水解

與生物體相關的多糖淀粉糖原纖維素3)多糖凡能水解為很多個單糖分子的糖為多糖。例如淀粉、糖原和纖維素等。多糖寡糖（二糖）單糖(C6H10O5)n無甜味，多糖水解→單糖第8頁/共89頁（1）淀粉淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類。第9頁/共89頁直鏈淀粉：用碘溶液檢測呈藍色。支鏈淀粉：用碘溶液檢測呈紅棕色。第10頁/共89頁酸或酶

(C6H10O5)n淀粉nC6H12O6

(葡萄糖)（中間產(chǎn)物；糊精、麥芽糖）第11頁/共89頁（2）糖原

又稱動物淀粉，是動物的能量貯存庫。結構與支鏈淀粉類似。糖原分支更多。

（3）纖維素

是自然界中最豐富的多糖。結構與直鏈淀粉類似；結構差別在于D－葡萄糖單位之間的連接方式不同。

第12頁/共89頁淀粉與纖維素性質不同淀粉在水中會變成糊狀，而纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于強酸或強堿。判斷：淀粉是多糖，纖維素也是多糖，所以它們在性質上相似。（）×第13頁/共89頁植物纖維素——沒有營養(yǎng)，只是促進腸的蠕動，有助消化，使大便膨松，易于排出。食物纖維的作用：a.促進結腸功能，預防結腸癌食物纖維吸水性強，在腸道體積膨脹，增大糞便體積，使代謝產(chǎn)生的毒物得以稀釋。加強腸道蠕動，縮短糞便在結腸中停留時間。b.降低膽固醇和血脂某些食物纖維能與膽固醇及甘油三酯結合從糞便排出，減少酯類吸收，脂類代謝加速，降低冠心病發(fā)病率第14頁/共89頁c.促進消化，防止便秘膳食纖維在體內不會被消化吸收，但它對腸壁有刺激作用，能引起腸壁收縮蠕動，促進消化液分泌，促進消化排泄。d.每天10?30克粗纖維為佳

蔬菜中粗纖維較多的是：韭菜、芹菜、番茄、黃瓜、卷心菜、茭白、南瓜、苦瓜。

水果中膳食纖維較多的是：香蕉、蘋果、桔子、葡萄。

雜糧也是很好的膳食纖維第15頁/共89頁光合作用一般是指二氧化碳和水，在日光照射下，借植物葉綠素的幫助，吸收光能而合成碳水化合物的過程。6CO2+6H2O+能量(太陽光)C6H12O6+6O2葉綠素第16頁/共89頁生物體的能量來源與其他分子形成復合糖類對各類生物體的結構支持和保護作用影響生物體的生命過程，其中有些是有益的，有些是有害的。糖類的作用第17頁/共89頁9.1.2脂類R’,R’’和R’’’為飽和碳鏈時，為固體，稱為脂R’,R’’和R’’’為不飽和碳鏈時，為液體，稱為油第18頁/共89頁（1）脂肪—甘油三酯(甘油+脂肪酸)

R’,R’’和R’’’為飽和碳鏈時，為固體，稱為脂R’,R’’和R’’’為不飽和碳鏈時，為液體，稱為油脂肪是由甘油和脂肪酸組成的三酰甘油脂，其中甘油的分子比較簡單，而脂肪酸的種類和長短卻不相同。第19頁/共89頁脂肪的性質和特點主要取決于脂肪酸。不同食物中的脂肪所含有的脂肪酸的種類和含量不一樣自然界中有40多種脂肪酸，可形成多種脂肪酸甘油脂脂肪酸一般由4個到24個碳原子組成脂肪在多數(shù)有機溶劑中溶解，但不溶于水。第20頁/共89頁CH3(

CH2)14-C-OH

O軟脂酸-(CH2)16-C-OH

OCH3硬脂酸脂肪酸的結構通式R-

C-OH

O脂肪酸CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2C-OH

O軟脂酸第21頁/共89頁脂肪酸的分類按有否不飽和鍵：飽和脂肪酸—碳鏈是單鍵(動、植物脂肪中，牛油、棕櫚油等)不飽和脂肪酸單一不飽和脂肪酸—碳鏈中只有一個雙鍵(菜油、橄欖油、花生油)多元不飽和脂肪酸—含二個或二個以上雙鍵(玉米油、葵花籽油)第22頁/共89頁按營養(yǎng)學角度分非必需脂肪酸必需脂肪酸6族

3族

(亞油酸等)(DHA、EPA等)必需脂肪酸—必須從食物中獲取的人體自身雖能合成多種脂肪酸，但有幾種人體無法合成，必須從食物中獲取的脂肪酸叫必需脂肪酸。亞油酸—三者之中最重要，存在于植物油中亞麻酸

花生四烯酸必需脂肪酸第23頁/共89頁亞油酸含量：棉籽油>豆油>玉米胚油>芝麻油>花生油>米糠油>雞肉>鴨肉>豬肉亞油酸(6

)—進入人體后在酶催化下轉化成r-亞麻酸和花生四烯酸亞油酸

α-亞油酸(3)—進入人體后，在同一種酶催化下轉化成3

必需脂肪酸（3族）的功能：促進兒童智力發(fā)育、延緩老人大腦、降低血液膽固醇濃度第24頁/共89頁（1）6

(多不飽和脂肪酸)—玉米油、葵花籽油、谷類

6攝入過多：致癌、糖尿病、抑郁癥，免疫系統(tǒng)疾病。（2）3(單一不飽和脂肪酸)—橄欖油、深海魚、綠葉菜(菠菜)、山核桃、加拿大菜籽油。

3保護心血管、降糖尿病風險、防癌。（3）聯(lián)合國糧農組織、世界衛(wèi)生組織推薦：

6

∶3

=1∶1(目前我國大多數(shù)人在30∶1)第25頁/共89頁磷脂卵磷脂—抗氧化劑、防老年癡呆(蛋白質、大豆、核桃)類脂腦磷脂—加速血液凝固(腦、骨髓，血液中)固醇類膽固醇—血管壁上沉積或動脈硬化類固醇—抑制膽固醇的吸收及積蓄（2）類脂第26頁/共89頁脂類的作用主要功能是儲存能量與供給能量促進脂溶性維生素的吸收維持體溫，保護內臟提供人體所需的必需脂肪酸等。第27頁/共89頁(1)供給和貯存熱能1克脂肪氧化產(chǎn)生熱量38KJ

人體能量來源碳水化合物70%脂肪20%(2)構成身體組織類脂中磷脂、糖脂和膽固醇是人體細胞膜類脂層的基本原料；糖脂在人腦和神經(jīng)組織中含量最多，脂肪不足導致抑郁等精神問題。脂類功能第28頁/共89頁(3)維持體溫，保護臟器皮下脂肪防止體內熱量過度散失御寒防止外界輻射熱侵入器官周圍脂肪對臟器起固定支持和保護作用,防止外力撞擊、震動、損傷(4)促進脂溶性維生素的吸收維生素A、D、K、E及B-胡羅卜素，只能溶于脂肪而不溶于水（如番茄紅素靠脂肪才能較好吸收）第29頁/共89頁(5)供給必需脂肪酸、調節(jié)生理功能促進人體發(fā)育維持皮膚和毛細血管健康增加乳液分泌減輕放射線照射引起皮膚損傷降低膽固醇，減少血小板粘附、防血栓。參與前列腺素和精子合成第30頁/共89頁(6)提高食品飽腹感和美味、潤腸。

亞油酸缺乏——皮膚病、生長緩慢、毛發(fā)干燥或斷裂、不孕或畸胎。成人需亞油酸6-8克，占總熱能1%-2%為宜。脂肪營養(yǎng)價值——橄欖油>植物油>動物油第31頁/共89頁蛋白質是一切生物體的組成成分所有的蛋白質都含有C，N，O，H元素，大多數(shù)蛋白質還含有S或P，也有些含其他元素如Fe，Cu，Zn等。構成蛋白質的基本單位——氨基酸氨基酸的結構通式如下：9.1.2蛋白質、氨基酸、肽鍵第32頁/共89頁人體內的主要蛋白質大約有20種氨基酸組成。第33頁/共89頁甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、*纈氨酸、*亮氨酸、*異亮氨酸、脯氨酸、*苯丙氨酸、*色氨酸、*甲硫氨酸、*賴氨酸、*精氨酸、*組氨酸*代表必需氨基酸；精氨酸、組氨酸對兒童為必需氨基酸，但對成人卻不是必需氨基酸。

20種氨基酸第34頁/共89頁蛋白質中的氨基酸是L-構型。人體需要L-氨基酸而不能利用D-氨基酸。鏡子第35頁/共89頁肽鍵一分子氨基酸的羧基與另一分子氨基酸的氨基，通過脫水(縮合反應)，形成一個酰氨鍵稱為肽鍵，新生成的化合物稱為肽。第36頁/共89頁多肽含有n個氨基酸殘基的肽稱為n肽命名：從肽鍵的NH2末端氨基酸殘基開始，稱為某氨基酰某氨基?！嘲被醤肽具有n!種不同的排列方式，但只有某些氨基酸并按某幾種順序組合而成的蛋白質存在并與生命或生理活性有關多個氨基酸失水形成的肽叫多肽H2N--COOHC-末端N-末端氨基酸殘基第37頁/共89頁蛋白質蛋白質分子是由一條或多條多肽鏈構成的生物大分子。按分子形狀分：球蛋白：溶于水、易破裂、活性纖維蛋白：不溶于水、堅韌（指甲）按化學組成分：簡單蛋白：多肽鏈復合蛋白：多肽鏈+鋪基(苷酸、糖脂、色素、金屬配離子)第38頁/共89頁蛋白質的結構一級結構：共價主鏈的氨基酸順序。決定蛋白質的功能二級結構：蛋白質分子中多肽鏈本身的折疊方式。三級結構：二級結構折疊卷曲形成的結構。四級結構：幾個蛋白質分子（稱為亞基）聚集成的高級結構。第39頁/共89頁示意圖蛋白質的二級結構第40頁/共89頁示意圖第41頁/共89頁蛋白質的三級結構蛋白質的四級結構蛋白質的三級結構和四級結構第42頁/共89頁蛋白質與生命有著密切的聯(lián)系2.調節(jié)功能——激素3.保護和支持功能——膠原蛋白4.運輸功能——Hb（攜氧）5.儲存和營養(yǎng)功能——Mb（儲氧）、酪蛋白6.收縮和運動功能——肌動球蛋白7.防御和凝血功能——免疫球蛋白、凝血因子8.識別功能——受體9.信息傳遞和基因表達功能——G蛋白、（非） 組蛋白

1.催化功能——酶

蛋白質的重要性第43頁/共89頁當?shù)鞍踪|分子受某些物理因素（如高溫、紫外線、超聲波、高電壓等）和化學因素（如酸、堿、有機溶劑、重金屬鹽等）的影響時，其結構會被破壞。導致其失去生物活性。

例如：高溫蒸煮醫(yī)療器械，就是因為高溫能使蛋白質變性，從而達到殺菌的目的。蛋白質的變性

第44頁/共89頁又如：甲醛（防腐劑福爾馬林的主要成分）會與蛋白質的氨基反應，使蛋白質分子結構發(fā)生變化，從而導致失去生物活性并發(fā)生凝固。

在許多建筑材料、絕緣材料、家具、清潔劑、化妝品中都含有甲醛，均會成為居室的污染源，對人類的健康造成危害。第45頁/共89頁9.1.3酶定義：是一類由生物細胞產(chǎn)生的、以蛋白質為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。分類單純酶－－全為蛋白質結合酶－－蛋白質＋輔助因子第46頁/共89頁酶催化作用主要特點：（1）由生物細胞在基因指導下合成，主

要成分為蛋白質。（2）酶催化反應在比較溫和的條件下進行。（3）酶具有高度的專一性（4）酶促反應所需活化能低，催化效率非常高。第47頁/共89頁酶的專一性蛋白酶只能催化蛋白質的水解反應，淀粉酶只對淀粉水解起催化作用，如同一把鑰匙開一把鎖。

鎖鑰模型第48頁/共89頁酶反應的活化能過氧化氫催化分解的勢能圖酶催化的化學反應速率比普通催化劑高107～1013倍第49頁/共89頁新陳代謝包含物質代謝和能量代謝物質代謝（中間代謝）指物質在細胞中的合成和分解過程能量代謝第50頁/共89頁9.1.4核酸核酸→核苷酸→→核苷→→磷酸→堿基—嘌呤堿，嘧啶堿→戊糖－D-核糖，D-2-脫氧核糖---遺傳信息的攜帶者與傳遞者構成生物體的物質中最重要的是——蛋白質和核酸1．核酸組成：

核酸—以磷酯鍵相連的許多核苷酸組成組成核酸的基本單位是—核苷酸第51頁/共89頁2、核酸的分類：

根據(jù)核酸中所含戊糖的不同分為:核糖核酸（RNA)脫氧核糖核酸(DNA)。P198表9-2第52頁/共89頁DNARNA嘌呤堿腺嘌呤鳥嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤嘧啶堿胞嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶尿嘧啶戊糖D-2-脫氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸兩類核酸的基本化學組成AGCTAGCU第53頁/共89頁嘌呤和嘧啶第54頁/共89頁D-核糖和D-2-脫氧核糖第55頁/共89頁核酸的一級結構第56頁/共89頁核酸的二級結構

——DNA分子的雙螺旋結構第57頁/共89頁逆向平行雙螺旋兩鏈之間有特定的堿基互補規(guī)律 （堿基配對） A—T（通過兩個氫鍵相連） G—C（通過三個氫鍵相連） S—核糖基 P—磷酸基雙螺旋結構的穩(wěn)定依靠堿基對間的氫鍵DNA分子的雙螺旋結構第58頁/共89頁DNA復制要點包括以下幾個方面：（1）DNA雙螺旋分為兩條單鏈；（2）每條單鏈作為一個模板進入一個子細胞，按照堿基互補原則，在酶催化作用下，合成出與DNA單鏈完全互補的新鏈，形成一個新的DNA分子。（3）復制出的新DNA與原來的DNA分子完全相同。子代的DNA分子中的兩條鏈，一條來自親代DNA分子，一條是新合成的，故稱半保留復制。第59頁/共89頁DNA復制示意圖第60頁/共89頁生物體遺傳信息的攜帶者生物體遺傳信息的傳遞者生命活動的主要執(zhí)行者遺傳信息傳遞的中心法則第61頁/共89頁TTCTTTCAATAAAAGAAACTCATATCA↓轉錄AAGAAAGUUAUUUUCUUUGAGUAUAGU↓翻譯賴賴纈異亮苯丙苯丙谷酪絲DNA的遺傳密碼mRNA的遺傳密碼蛋白質核酸與蛋白質的生物合成關系第62頁/共89頁DNA重組技術（克隆技術）DNA重組技術的基本過程（生物固氮）第63頁/共89頁9.2基因與遺傳信息基因是具有遺傳功能的單元，一個基因是DNA片段中核苷酸堿基特定的序列，此序列載有某特定蛋白質的遺傳信息。基因是控制生物性狀的遺傳物質的功能單位和結構單位，是有遺傳效應的DNA片段?；虮磉_：遺傳信息由DNA→RNA→蛋白質的表達過程。第64頁/共89頁所謂人類基因組計劃是測定人類基因組的全部DNA序列，從而破譯所有遺傳密碼，揭示生命的奧秘，是系統(tǒng)、全面地解讀和研究人類遺傳物質DNA的全球合作計劃。人類基因組計劃第65頁/共89頁

1990年10月，國際人類基因組計劃正式啟動，將用15年時間，投資30億美元，完成30億對堿基的測序，并對所有基因（10萬個）進行繪圖和排序。全球人類基因組計劃由美國、英國、日本、法國、德國和中國負責。人類基因組計劃與曼哈頓原子計劃、阿波羅登月計劃并稱人類科學史上的三大工程。第66頁/共89頁利用分子生物技術，將某些生物的基因轉移到其他生物物種上，賦予了原物種新的特性，以這種轉基因過程生產(chǎn)的產(chǎn)品為原料加工的食品稱為轉基因食品。轉基因食品第67頁/共89頁

1983，世界上第一種基因移植作物是一種含抗生素藥類抗體的煙草。

1993年，第一種市場化的轉基因食物——番茄，在美國出現(xiàn)，并與1996年允許在市場出售。第68頁/共89頁轉基因農作物主要具有三種特性：（1）耐除草劑，即轉移了基因后，在使用除草劑時，植物生長，雜草枯萎；（2）抗蟲，如抗蟲棉；（3）耐除草劑和抗蟲兩者兼有。第69頁/共89頁

DNA堿基順序改變引起的生物遺傳性變化的現(xiàn)象稱為基因突變。一方面有DNA分子中堿基互變，如正常條件下堿基A應與T配對，但由于不同異構體存在導致A與C配對。另一方面有物理、化學因素，如紫外線、高能射線、電離作用以及一些化學物質，如亞硝酸鹽、二惡英、苯并芘等，干擾DNA的正常復制和轉錄，使DNA復制發(fā)生錯誤。基因突變第70頁/共89頁基因工程新藥－重組人胰島素從豬胰臟中提取制備1g胰島素，至少需要454kg豬胰臟，成本高，產(chǎn)量低。北京大學蛋白質工程及植物基因工程重點實驗室以大腸桿菌為表達系統(tǒng)，對重組人胰島素基因進行發(fā)酵生產(chǎn)。（大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素）第71頁/共89頁

DNA鑒定法，用來證明犯罪現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的組織或體液確實是屬于被指控的罪犯的一種手段。這個化學試驗需要現(xiàn)代的方法使DNA在特種酶催化劑的作用下復制成百或成千次，從而使一點從犯罪現(xiàn)場找到的樣品能被放大和鑒定。然后采用其他的酶將DNA在特定的位置上切斷得到一幅對一個人來說是具有特征性的圖象。這個證據(jù)可以使一名清白無辜的人獲得自由或指出另一人很可能是有罪的。DNA鑒定與執(zhí)法第72頁/共89頁9.3生物膜生物膜是一個具有特殊結構和功能的選擇性通透膜。細胞膜是生物膜的一種。膜主要由脂類、蛋白質和糖類等組成。生物膜具有的功能主要由膜內所含蛋白質決定。第73頁/共89頁細胞膜的流動鑲嵌模型第74頁/共89頁細胞膜的功能能量轉換控制能量物質的進出物質運送被動運送：由高濃度到低濃度，濃度梯度主動運送：有選擇的運送，能對抗?jié)舛忍荻刃畔⒆R別與傳遞第75頁/共89頁被動運送和主動運送第76頁/共89頁鈉泵模型第77頁/共89頁9.4氧自由基與人體健康自由基：帶有未成對電子的分子、原子或離子。直接或間接由分子氧轉化并具有比分子氧活潑的化學反應性的自由基稱為氧自由基氧自由基的反應特點：無專一性產(chǎn)生：體育運動、吸煙、炎癥、藥物等第78頁/共89頁氧自由基的反應羥自由基的產(chǎn)生（鐵螯合物為催化劑）與生物大分子的反應SOD催化下的歧化反應鐵螯合物第79頁/共89頁氧自由基對人體健康的影響可使細胞質和細胞核中的核酸鏈斷裂，導致病變損傷蛋白質，使蛋白質轉換增加損害DNA，導致細胞突變作用于-SH，使某些酶活性降低或喪失攻擊不飽和脂肪酸，引起脂質過氧化生物體內活性氧被不斷產(chǎn)生不斷利用又不斷被清除第80頁/共89頁9.5藥物設計