生命的物質(zhì)基礎(chǔ)

生命的物質(zhì)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二章生命的物質(zhì)基礎(chǔ)原生質(zhì)：決定生命的物質(zhì)，即組成細(xì)胞的全部生命物質(zhì)。細(xì)胞的主要元素：原生質(zhì)中化學(xué)元素有50多種，主要包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7種元素約占生物體的99.35%，其中C、H、O、N四種元素約占90%。第2頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

細(xì)胞的化學(xué)組成

醫(yī)學(xué)生物學(xué)微量元素：Si、Fe、Cu、Mo鉬、Zn、Mn、Ni鎳、I、Ba鋇、Co鈷等，含量雖少，但是缺一不可。Fe：所有的生物所需；缺乏可導(dǎo)致貧血。成年男性需攝入15mg/天，成年女性20mg/天，孕婦25mg/天I：主要是脊椎動(dòng)物所需。需攝入0.15mg/天。缺乏會(huì)引起地方性甲狀腺腫。Cu：缺乏可引起各種疾病。需攝入0.03mg/天第3頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞的化學(xué)組成組成生物體的化學(xué)元素在非生物界都能找到，沒有一種元素為生物特有?！奈镔|(zhì)基礎(chǔ)來源于非生命物質(zhì)組成生命的化學(xué)元素常以化合物形式存在，并按特定方式結(jié)合，組成復(fù)雜的生命體系?！锱c非生物又存在本質(zhì)區(qū)別醫(yī)學(xué)生物學(xué)第4頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

細(xì)胞的化學(xué)組成

醫(yī)學(xué)生物學(xué)無(wú)機(jī)化合物：水和無(wú)機(jī)鹽。有機(jī)化合物：糖類、脂類、維生素、蛋白質(zhì)、核酸。生物大分子：蛋白質(zhì)、核酸由于分子量巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有生物活性，故有此稱。第5頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)無(wú)機(jī)化合物一、水1.在原生質(zhì)中含量最高（60%~95%）；2.不同器官含水量不同，骨骼22%，肌肉76%，腦86%，眼玻璃體99%；3.水的含量隨年齡、性別的不同而不同。水的含量隨人年齡的增長(zhǎng)而遞減。男性總體水含量多于女性。（女性總體脂含量多于男性）；醫(yī)學(xué)生物學(xué)第6頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、水4.原生質(zhì)中兩種存在形式：游離水（自由流動(dòng)；絕大部分）、結(jié)合水（細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分）；5.生理功能：1）良好的溶劑（極性）2）參與細(xì)胞內(nèi)各種代謝活動(dòng)3）調(diào)節(jié)體溫（水比熱大；排汗）

4）潤(rùn)滑劑醫(yī)學(xué)生物學(xué)第7頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

二、無(wú)機(jī)鹽1.在原生質(zhì)中含量約1%，多以離子形式存在。2.含量較高的陽(yáng)離子：K+,Na+,Ca2+,Mg2+等；陰離子主要有：Cl-,SO42-,HCO3-,PO43-等；3.無(wú)機(jī)鹽的主要功能：1）參與構(gòu)成某些蛋白質(zhì)或酶（Fe2+參與血紅蛋白的組成）。2）調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的pH值（血漿中H2CO3/HCO3﹣緩沖液）

醫(yī)學(xué)生物學(xué)第8頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、無(wú)機(jī)鹽3）維持細(xì)胞的膜電位，如K+、Na+等離子。（如靜息電位，極化狀態(tài)）4）維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓，如0.9%NaCl。4.無(wú)機(jī)離子在細(xì)胞內(nèi)外液中分布和含量有很大差別，且保持穩(wěn)定比例，若比例失調(diào)會(huì)導(dǎo)致疾病。例：血液中Ca2+含量偏低會(huì)導(dǎo)致抽搐，F(xiàn)e2+缺乏導(dǎo)致缺鐵性貧血。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第9頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)有機(jī)化合物一、糖類C、H、O1.又稱碳水化合物，分子式縮寫(CH2O)n2.根據(jù)糖的水解情況可分為單糖、雙糖和多糖。3.單糖：不能被水解成更簡(jiǎn)單類型的糖（多羥基醛/酮）；常見的單糖有葡萄糖（血糖）、果糖、核糖（構(gòu)成RNA）、脫氧核糖（構(gòu)成DNA）等；4.雙糖：由兩分子單糖脫去一分子水縮合而成的糖；常見的雙糖有蔗糖、乳糖、麥芽糖，多為儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝中間產(chǎn)物。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第10頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、糖類第11頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、糖類5.多糖：由10個(gè)以上單糖脫水縮合而成的糖，分子量可達(dá)幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)；主要包括淀粉（主食）、纖維素（蔬菜，木材50%，棉花90%）和糖原（肝糖原-血糖、肌糖原-肌肉運(yùn)動(dòng)；儲(chǔ)能）。6.糖的主要功能：1）供能。人體所需能量50%~70%來自糖類；2）參與物質(zhì)構(gòu)成。參與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、核酸、免疫球蛋白構(gòu)成。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第13頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、脂類1.脂類是脂肪、類脂和固醇類化合物的總稱；2.脂類難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；3.元素構(gòu)成主要為C,H,O三種，有些脂類還含有N,P等元素。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第14頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、脂類1）脂肪：由一分子甘油和三分子脂肪酸結(jié)合而成，是動(dòng)植物細(xì)胞儲(chǔ)存脂類的主要形式。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第15頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、脂類1）脂肪：儲(chǔ)能、供能的重要物質(zhì)，提供20%~30%人體需能；還有保護(hù)、固定內(nèi)臟器官和維持體溫等作用。2）類脂：甘油、脂肪酸、磷酸和含氮堿四部分組成；人體重要的類脂是磷脂類，主要有磷脂酰膽堿（卵磷脂）和磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）。3）固醇類化合物：主要包括膽固醇、膽汁酸、性激素、維生素D等；在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和正常代謝等方面起調(diào)節(jié)作用。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第16頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、脂類磷脂分子：一端由甘油、磷酸和含氮堿組成，易于與水相溶，稱為親水端；另一端則由兩條脂肪酸鏈構(gòu)成，不溶于水，稱為疏水端。磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)各種膜結(jié)構(gòu)的主要組成成分。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第17頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、維生素1.維生素（vitamin，vit）是機(jī)體維持正常功能所必需，但在人體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的一類小分子有機(jī)化合物。2.根據(jù)溶解性不同，可把維生素分為脂溶性維生素（A、D、E、K）和水溶性維生素（B族、C）。3.維生素每日需要量很少，非結(jié)構(gòu)非供能物質(zhì)，但在調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維持生理功能等方面發(fā)揮重要作用。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第18頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、維生素4.維生素缺乏癥：缺乏vitA引起夜盲癥、干皮病等；缺乏vitD，兒童導(dǎo)致佝僂病，成人引起軟骨病；缺乏vitB1可引起腳氣病；缺乏vitB2可引起口角炎、唇炎、眼瞼炎、畏光等癥。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第19頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（protein）是生物體基本組成成分，含量最豐富的生物大分子，占細(xì)胞干重50%，分子量幾千到幾百萬(wàn)。組成元素主要為C、H、O、N、S，有些含有P及金屬元素Fe、Cu、Zn等。分布廣泛，是生命活動(dòng)主要物質(zhì)基礎(chǔ)和體現(xiàn)者。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第20頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）蛋白質(zhì)的化學(xué)組成醫(yī)學(xué)生物學(xué)氨基酸為基本構(gòu)成單位氨基酸結(jié)構(gòu)通式：20種R基——？第21頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)1.氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

(1)肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。(2)肽(peptide)1）肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2）兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……醫(yī)學(xué)生物學(xué)第22頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)3）由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。4）肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。5）多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。分別有：N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端，C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第23頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH醫(yī)學(xué)生物學(xué)肽鍵第24頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（3）多肽鏈本身并不具有生物學(xué)功能，只有當(dāng)多肽鏈自身經(jīng)過螺旋、折疊、盤曲等復(fù)雜變化，形成特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才具有生物學(xué)功能。（4）蛋白質(zhì)變性：蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的不穩(wěn)定性，當(dāng)受到外界環(huán)境影響時(shí)，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變或被破壞，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)也將發(fā)生相應(yīng)改變，甚至喪失生物活性。

1）物理因素：如加熱、紫外線、高壓等2）化學(xué)因素：如酸、堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子等醫(yī)學(xué)生物學(xué)第25頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（5）不同蛋白質(zhì)多肽鏈數(shù)目不同（1條，2條，多條）；組成的肽鏈可相同也可不同；再加上每種蛋白質(zhì)種類數(shù)目排列順序多變，故構(gòu)成種類繁多的蛋白質(zhì)。（6）蛋白質(zhì)種類的多樣性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，是生物種類多樣性和生命現(xiàn)象復(fù)雜性的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如人、牛胰島素差別僅在B鏈第30位氨基酸的不同。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第26頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）蛋白質(zhì)的功能1.結(jié)構(gòu)和支持作用：膠原蛋白、角蛋白、胞質(zhì)中結(jié)構(gòu)蛋白。2.催化作用：酶是具有生物催化活性的蛋白質(zhì)。3.調(diào)節(jié)作用：體內(nèi)有些激素屬于蛋白質(zhì)，如胰島素、生長(zhǎng)素。4.運(yùn)輸作用：血液中運(yùn)送O2與CO2的血紅蛋白和運(yùn)送脂質(zhì)的脂蛋白；控制離子進(jìn)出的離子泵等；醫(yī)學(xué)生物學(xué)第27頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）蛋白質(zhì)的功能5.防御作用：免疫球蛋白、抗體、金屬硫蛋白等6.運(yùn)動(dòng)功能：肌肉收縮、細(xì)胞分裂、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)都與蛋白質(zhì)有關(guān)。如肌纖維中的肌球蛋白等；7.貯存蛋白：貯存氨基酸和離子等，如酪蛋白、卵清蛋白、載鐵蛋白等；8.信號(hào)蛋白：接受與傳遞信號(hào)，如受體蛋白等；醫(yī)學(xué)生物學(xué)第28頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、酶（一）酶的概念酶（enzyme）是由活細(xì)胞合成的、具有高度催化效能的一類特殊蛋白質(zhì)；是催化體內(nèi)代謝反應(yīng)的最主要催化劑。核酶（ribozyme）和脫氧核酶（deoxyribozyme）是具有高效、特異催化作用的核糖核酸和脫氧核糖核酸，近年發(fā)現(xiàn)，數(shù)量少，主要作用于核酸。根據(jù)酶組成成分可分為單純酶（全蛋白質(zhì)，如淀粉酶、脂肪酶）和結(jié)合酶（蛋白質(zhì)+輔助因子，如脫氫酶類）。輔助因子在催化反應(yīng)中起轉(zhuǎn)移電子、原子或功能基團(tuán)作用，有的是金屬，許多來自維生素。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第29頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、酶（二）酶的催化活性除一般催化劑特性外，還具有以下特性：1.高度的專一性：指一種酶只能催化一種或一類底物的反應(yīng)。如淀粉酶、麥芽糖酶。故體內(nèi)酶種類繁多。2.高度的催化效能：比普通催化劑高107~1013倍。3.高度的不穩(wěn)定性：引起蛋白質(zhì)變性的因素均影響酶的催化活性。在適宜條件下，酶催化活性較高，反之較低甚至完全失活。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第30頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、核酸核酸是重要的生物大分子之一，分子量幾十萬(wàn)到幾千萬(wàn)。名稱由來？遺傳信息的貯存者和攜帶者，控制蛋白質(zhì)的合成，從而控制著生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳與變異。貯存遺傳信息的特殊DNA片段稱為基因，它編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列醫(yī)學(xué)生物學(xué)第31頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）核酸的化學(xué)組成核苷酸是核酸的基本組成單位。核酸由數(shù)十個(gè)至數(shù)千萬(wàn)個(gè)核苷酸聚合而成。第32頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）核酸的分類醫(yī)學(xué)生物學(xué)根據(jù)戊糖的不同而分類：脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）。第33頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核苷酸的分類第34頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核苷酸的分類構(gòu)成RNA的有四種：

AMP腺嘌呤核苷酸

GMP鳥嘌呤核苷酸

CMP胞嘧啶核苷酸

UMP尿嘧啶核苷酸構(gòu)成DNA的有四種:

dAMP腺嘌呤脫氧核苷酸

dGMP鳥嘌呤脫氧核苷酸

dCMP胞嘧啶脫氧核苷酸

dTMP胸腺嘧啶脫氧核苷酸醫(yī)學(xué)生物學(xué)第35頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DNA和RNA的主要區(qū)別戊糖不同——堿基組成不同——核苷酸種類——DNA為雙鏈，RNA為單鏈分布不同——功能不同——（詳見P13表2-1）醫(yī)學(xué)生物學(xué)第36頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三磷酸腺苷——ATP醫(yī)學(xué)生物學(xué)第37頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）核酸的結(jié)構(gòu)與功能醫(yī)學(xué)生物學(xué)1.DNA的結(jié)構(gòu)與功能(1)DNA的分子結(jié)構(gòu)核苷酸之間以3’，5’-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。5′端NH2NNOPOHHOOOH3COOPHOOOH3COOHNH2NNNN3′端磷酸二酯鍵第38頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)生物學(xué)第39頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)生物學(xué)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

①由兩條方向相反，相互平行的多脫氧核苷酸鏈組成，以右手螺旋方式盤繞中心軸。螺旋直徑為2nm，形成大溝及小溝相間。這些溝結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)、DNA之間的相互識(shí)別有關(guān)。②堿基對(duì)間距0.34nm，螺旋一圈10對(duì)堿基，螺距3.4nm。第40頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)生物學(xué)③基本骨架：磷酸和脫氧核糖交替排列④堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(A=T;GC)。第41頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)DNA的功能1)以基因的形式儲(chǔ)存遺傳信息。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。2)作為基因復(fù)制的模板3)作為基因轉(zhuǎn)錄的模板基因：DNA分子中的特定功能區(qū)段。其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。每個(gè)基因平均大小約1000個(gè)堿基對(duì)。遺傳信息：蘊(yùn)藏在DNA分子堿基排列順序中的信息。進(jìn)化程度越高的生物其DNA分子越大，人類基因組有3×109個(gè)堿基對(duì)。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第42頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2)DNA的自我復(fù)制醫(yī)學(xué)生物學(xué)

復(fù)制是指以親代DNA為模板合成子鏈DNA的過程。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+親代DNA

復(fù)制叉子代DNA

第43頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2)DNA的自我復(fù)制

DNA合成時(shí)，以親代DNA解開的兩股單鏈為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，合成子代DNA的過程。子代DNA，一股單鏈來源于親代，另一股單鏈為新合成。子代和親代的DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。醫(yī)學(xué)生物學(xué)第44頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′前導(dǎo)鏈(leadingstrand)滯后鏈(laggingstrand)順解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制為連續(xù)進(jìn)行，稱為前導(dǎo)鏈。另一股鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，稱為滯后鏈。復(fù)制中不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而滯后鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。第45頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DNA的半不連續(xù)復(fù)制醫(yī)學(xué)生物學(xué)第46頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DNA的半不連續(xù)復(fù)制醫(yī)學(xué)生物學(xué)第47頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3)DNA的轉(zhuǎn)錄（RNA的生物合成）醫(yī)學(xué)生物學(xué)轉(zhuǎn)錄：以DNA一條鏈為模板，在RNA聚合酶的作用下，互補(bǔ)合成RNA的過程。參與物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)DNA模板RNA聚合酶(RNApol