生命科學(xué)導(dǎo)論組成生物體的大小分子春

生命科學(xué)導(dǎo)論組成生物體的大小分子春第1頁/共81頁研究生物體的化學(xué)組成和研究生命過程中的化學(xué)變化，所得到的豐碩成果，構(gòu)成分子生物學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。生命機(jī)體的組成，包括有機(jī)物和無機(jī)物兩大類，其中有機(jī)物主要有蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類、維生素和激素，無機(jī)物包括水和無機(jī)鹽。第2頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內(nèi)容第3頁/共81頁1．哪些元素參與生物體的組成？參與生物體組成的元素總共約二、三十種。碳、氫、氧、氮四種元素占了人體重量的99%，或人體干重的85%以上。一、生物體的元素組成第4頁/共81頁常量元素————在人體中含量較大。微量元素————在人體中含量很少。以人體為例，各種元素在人體中含量見下表第5頁/共81頁第6頁/共81頁常量元素的主要功能氧：存在于幾乎所有有機(jī)物，又是細(xì)胞呼吸所必需；碳：形成各種生物大分子的基本骨架；氫：與氧一樣，幾乎存在于所有有機(jī)物中；構(gòu)成水；氮：蛋白質(zhì)、核酸、植物細(xì)胞中葉綠素的重要組成元素；鈣：骨骼、牙齒的成份，在肌肉收縮、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起作用；參與血液凝聚和植物細(xì)胞壁的組成；磷：核酸、生物膜中磷脂的成份，參與細(xì)胞中的能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)；骨骼的結(jié)構(gòu)成份；鉀鈉：細(xì)胞質(zhì)與組織液中的主要陽離子，維持體液或細(xì)胞內(nèi)外離子平衡；神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)；硫：大多數(shù)蛋白質(zhì)的成份；鎂：參與多種酶的活化；幫助骨頭生長與肌肉緊縮；植物葉綠素的成份；第7頁/共81頁微量元素的主要功能鐵：血紅蛋白的成份；參與某些酶的活化。碘：甲狀腺激素的重要成分，幫忙維持水量在身體里的平衡。鋅：參加許多金屬酶的組成；促進(jìn)機(jī)體的生長發(fā)育和組織再生；促

進(jìn)食欲；促進(jìn)性器官和性機(jī)能的正常；參加免疫功能過程。硒：與維他命E一起防止細(xì)胞受傷。銅：在紅血球的發(fā)展過程里面起到重要作用。氟化物：在牙齒與骨頭的發(fā)展與維持過程里面起到重要作用。錳：在軟骨與骨頭的纖維里面起到重要作用。第8頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個(gè)例子例一、鈣鈣的生理功能肌肉：肌肉收縮免疫：白細(xì)胞吞噬功能循環(huán)：血液凝固內(nèi)分泌：激素分泌毛細(xì)血管通透性骨骼：骨骼形成微循環(huán)改善神經(jīng)：神經(jīng)肌肉應(yīng)激性泌尿：？生殖：？第9頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個(gè)例子例一、鈣缺鈣引起的疾病嬰、幼、少兒------佝僂病老年人------骨質(zhì)疏松癥第10頁/共81頁第11頁/共81頁腎結(jié)石——腎結(jié)石中重要成分是鈣；但是，限制鈣攝入恰恰會使腎結(jié)石加重。草酸鈣：草酸來自蔬菜，食物中鈣可使草酸在腸道

中結(jié)成草酸鈣，從糞便中排出。缺鈣：反常鈣內(nèi)流，損傷腎細(xì)胞腎臟對鈣回收功能受損高鈣尿液與尿中草酸結(jié)合形成結(jié)石尿鈣排出增多。第12頁/共81頁第13頁/共81頁2．元素營養(yǎng)方面的幾個(gè)例子例二、鋅鋅的生理功能

金屬酶、生長發(fā)育、組織再生、食欲、生殖、免疫力和智力。第14頁/共81頁兒童味覺障礙：厭食、偏食或異食；皮膚疾患：易患口腔潰瘍，青春期痤瘡等；生長發(fā)育不良：身材矮小、瘦弱；免疫力下降，經(jīng)常感冒、發(fā)燒；智力發(fā)育落后；肝脾腫大成年男性男性不育：少精、弱精或精液不液化、前列腺炎肝脾腫大缺鋅引起的疾病第15頁/共81頁微量元素是雙刃劍!硒(Se)：缺硒會使免疫力下降，也可能誘發(fā)克山病、大骨節(jié)病等疾病。但羊中硒過多會導(dǎo)致脫蹄病。碘(I)：缺碘會引起甲狀腺腫大（大脖子?。?；過多則導(dǎo)致甲狀腺功能低下。例如：第16頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內(nèi)容第17頁/共81頁二、生物小分子小分子大分子復(fù)合大分子單糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白質(zhì)糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂類第18頁/共81頁1．水水占生物體的60％以上的重量地球上生命起源于水中，陸生生物體內(nèi)細(xì)胞也生活在水環(huán)境中水的性質(zhì)影響生命活動(dòng)，如：溶解性質(zhì)，酸堿度(pH)第19頁/共81頁一個(gè)水分子的正極與另一水分子的負(fù)極相吸引，之間出現(xiàn)的較弱的作用力稱為氫鍵。氫鍵對維持生物大分子的穩(wěn)定極重要。第20頁/共81頁為何水具有表面張力？水分子之間的氫鍵具有靜電引力，正是由于氫鍵使水具有黏性、吸附性和一定的表面張力。水的這些性質(zhì)還可形成毛細(xì)管作用，使得植物根系吸收水分后可克服重力向上運(yùn)輸?shù)角o和葉片。第21頁/共81頁水影響生命活動(dòng)的例子：肺泡中的氣體交換肺泡在水環(huán)境中保證O2

和CO2

的交換水分子間氫鍵造成水的表面張力，可使肺泡癟塌肺泡中存在一種表面活性蛋白破壞水的表面張力，使肺泡脹開第22頁/共81頁2．氨基酸氨基酸是同時(shí)具有α－氨基和α－羧基的小分子參與蛋白合成的共有22種天然氨基酸，各種氨基酸的區(qū)別在側(cè)鏈基團(tuán)—R第23頁/共81頁第24頁/共81頁D型和L型氨基酸20種天然氨基酸除甘氨酸外，都帶一個(gè)不對稱碳原子-α碳原子，都有光學(xué)異構(gòu)體（鏡映體）。第25頁/共81頁第26頁/共81頁除甘氨酸外，組成蛋白質(zhì)的氨基酸均為L-型氨基酸第27頁/共81頁八種人體必需氨基酸：亮氨酸（Leu）異亮氨酸（Ile）賴氨酸（Lys）蛋氨酸（Met）苯丙氨酸（Phe）纈氨酸（Val）蘇氨酸（Thr）色氨酸（Trp）人體不能自己合成的氨基酸稱為必需氨基酸，需要由食物提供。此外，人體合成精氨酸組氨酸不足于滿足自、身的需要，需要從食物中攝取一部分，我們稱之為半必需氨基酸。其余的十種氨基酸人體能夠自給自足，我們稱之為非必需氨基酸必需氨基酸第28頁/共81頁1）作為組建蛋白質(zhì)的元件2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調(diào)節(jié)、信號傳遞等）氨基酸的功能第29頁/共81頁從營養(yǎng)學(xué)的角度必需氨基酸：賴氨酸：促進(jìn)大腦發(fā)育，是肝及膽的組成成分，能促進(jìn)脂肪代謝，調(diào)節(jié)松果腺、乳腺、黃體及卵巢，防止細(xì)胞退化；色氨酸：促進(jìn)胃液及胰液的產(chǎn)生；苯丙氨酸：參與消除腎及膀胱功能的損耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進(jìn)脾臟、胰臟及淋巴的功能；蘇氨酸：有轉(zhuǎn)變某些氨基酸達(dá)到平衡的功能；異亮氨酸：參與胸腺、脾臟及腦下腺的調(diào)節(jié)以及代謝；亮氨酸：作用平衡異亮氨酸；纈氨酸：作用于黃體、乳腺及卵巢。第30頁/共81頁1953年，美國化學(xué)家米勒（StanleyMiller）模擬原始地球上的大氣成分，用氫、甲烷、氨和水蒸氣，通過加熱和火花放電，合成了有機(jī)分子氨基酸。第31頁/共81頁3．單糖單糖一般是含有3-6個(gè)碳原子的多羥基醛或多羥基酮。按碳原子數(shù)目，單糖可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等，自然界的單糖主要是戊糖和己糖。第32頁/共81頁以葡萄糖為例，葡萄糖是六碳糖鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)環(huán)式結(jié)構(gòu)粗黑線表示這部分向著頁面的外部方向，細(xì)線表示這部分位于頁面最內(nèi)側(cè)第33頁/共81頁自然界存在的葡萄糖都是D型，我們身體能代謝的也是D型，不過舌頭則可以嘗出L型葡萄糖的甜味幾種不同的六碳糖：葡萄糖，甘露糖，半乳糖，山梨糖，果糖。第34頁/共81頁1）作為多糖的組成元件2）作為燃料3）組成寡糖參與細(xì)胞信號傳遞單糖的功能第35頁/共81頁4．核苷酸核苷酸分子由三個(gè)部分組成：1）五碳糖：核糖或脫氧核糖2）堿基：嘧啶、嘌呤3）磷酸第36頁/共81頁第37頁/共81頁組成核酸的五種堿基腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T第38頁/共81頁1）核苷酸是合成生物大分子核糖核酸(RNA）及脫

氧核糖核酸(DNA）的前體；2）在細(xì)胞能量代謝上起著極其重要的作用；3）腺苷酸還是幾種重要輔酶的組成成分；4）對于許多基本的生物學(xué)過程有一定的調(diào)節(jié)作用。核苷酸的功能第39頁/共81頁5．脂類脂類是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。脂類種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大：1）油脂：甘油三脂2）磷脂和鞘脂3）固醇第40頁/共81頁1）甘油三酯甘油三酯分子結(jié)構(gòu)甘油三酯是人體內(nèi)含量最多的脂類，大部分組織均可以利用甘油三酯分解產(chǎn)物供給能量，同時(shí)肝臟、脂肪等組織還可以進(jìn)行甘油三酯的合成，在脂肪組織中貯存。第41頁/共81頁2）磷脂和鞘脂（1）磷脂和鞘脂分子可以看成是一個(gè)極性頭，兩條非極性尾巴。（2）主要功能是參與生物膜的形成。第42頁/共81頁3）固醇固醇類的內(nèi)核由4個(gè)環(huán)組成一些人體重要維生素和激素是固醇膽固醇是細(xì)胞的必要成份血清中的膽固醇太多會促使形成動(dòng)脈硬化和心腦血管疾病第43頁/共81頁第44頁/共81頁一、生物體的元素組成二、生物小分子三、生物大分子內(nèi)容第45頁/共81頁三、生物大分子生物大分子主要有三大類：?蛋白質(zhì)?核酸?多糖它們都是由生物小分子單體通過特有的共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)而成。第46頁/共81頁1．蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是由氨基酸形成的：寡肽：含有2-20個(gè)氨基酸殘基（如五肽）多肽：含20－50個(gè)氨基酸殘基蛋白質(zhì)：含幾十個(gè)氨基酸殘基第47頁/共81頁第48頁/共81頁注意：肽鏈有方向性：氨基端（N端），羧基端（C端）一條肽鏈的兩端有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)：一端的氨基酸殘基帶有游離氨基，稱氨基端；另一端的氨基酸殘基帶有游離羧基，稱羧基端。第49頁/共81頁蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)形狀。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：肽鏈中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：鄰近幾個(gè)氨基酸形成的一定的結(jié)構(gòu)形狀。如：α-螺旋和β-折疊蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：各條肽鏈之間形成的特定結(jié)構(gòu)。所以，四級結(jié)構(gòu)只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質(zhì)。第50頁/共81頁第51頁/共81頁第52頁/共81頁第53頁/共81頁第54頁/共81頁第55頁/共81頁鐮刀型細(xì)胞貧血癥第56頁/共81頁第57頁/共81頁2．多糖單糖通過糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈；生物體內(nèi)多糖一般都是由葡萄糖構(gòu)成的；不同的多糖其區(qū)別在于葡萄糖分子的數(shù)目、多糖鏈的結(jié)構(gòu)和糖苷鍵的不同；

三種糖苷鍵：α-1，4－糖苷鍵、α-1，6－糖

苷鍵、β－糖苷鍵第58頁/共81頁第59頁/共81頁第60頁/共81頁第61頁/共81頁不同高級結(jié)構(gòu)帶來不同的生物學(xué)性能淀粉形成螺旋狀能源貯存纖維素呈長纖維狀結(jié)構(gòu)支架多糖鏈的高級結(jié)構(gòu)第62頁/共81頁第63頁/共81頁多糖參與免疫第64頁/共81頁牛奶含豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，還有乳糖在消化系統(tǒng)中，小腸細(xì)胞產(chǎn)生乳糖酶，它使乳糖分解乳糖不耐受性：細(xì)胞產(chǎn)生的乳糖酶不足→乳糖分解與吸收不正?！鷶_亂小腸中的水分平衡→不適癥狀對策：改變膳食、藥丸補(bǔ)充乳糖酶、……？牛奶－乳糖－乳糖不耐受性第65頁/共81頁3．核酸核苷酸通過磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸；核酸主要分兩種：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）；DNA由4種核苷酸A、T、G、C組成：RNA由4種核苷酸A、U、G和C組成：第66頁/共81頁DNA和RNA在組成成份上有差別:

DNARNA

脫氧核糖核糖有胸腺嘧啶有尿嘧啶，無尿嘧啶無胸腺嘧啶第67頁/共81頁一端的核苷酸，其5’-C的磷酸基團(tuán)沒有形成磷酸二酯鍵，稱5’末端；另一端的核苷酸，其3’-C的羥基沒有進(jìn)入磷酸二酯鍵而游離，稱3’末端。核酸鏈也有方向性！第68頁/共81頁核酸的高級結(jié)構(gòu)1）DNAA、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成右手雙螺旋，糖－P

－糖構(gòu)成螺旋主鏈；B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直，雙螺旋

上有兩條凹溝：大溝（寬1.2nm）與小溝（寬0.75nm）；C、兩條鏈對應(yīng)堿基呈配對關(guān)系，依靠彼此堿基間的氫鍵結(jié)合在

一起。A＝T，G≡C；D、雙螺旋直徑20A（2nm），螺距34A，每一螺距中含10bp，

兩個(gè)核苷酸間夾角為36°。第69頁/共81頁第70頁/共81頁0.006mm2mDNA第71頁/共81頁第72頁/共81頁Watson和Crick的資料來自于相對濕度92%時(shí)所得到的DNA鈉鹽纖維——B型DNA（B-DNA）;在相對濕度低于75%時(shí)獲得的DNA鈉鹽纖維，結(jié)