第二章 生命的物质基础

第二章 第2章​ 生命的物质基础 内容简介：生命的一个共同特征的化学成学的同一性，即生命具有相同的元素组成，具有相同的构建生命的功能和结构单位——细胞的生物大分子种类，生物大分子有相同的单体组成，蛋白质的单体包括相同的20种氨基酸，核酸包括8种核苷酸。基于这种同一性，在分子层次上了解、探索生命成为目前生命科学的研究重点，例如人类基因组的实施，就是要对人类的遗传信息的载体——DNA进行测序，并继而解读生命的编码，在此基础上，蛋白质组学和结构生物学等学科都是以生物大分子作为研究对象，来探索生命的奥秘。在分子层次上可以用来研究生命的调控机制、生命的起源与进化、疾病的发生机制和药物的作用机制等。本章作为对生命化学的基础性介绍，要求掌握生命的基本元素构成和分子构成，特别是生物大分子的结构、功能及其关系；了解生物多样性的化学基础以及如何从生物大分子出发来研究生命的进化。 *​ 遗传信息的存储和传递者——核酸 *​ 遗传信息的表达者——蛋白质 *​ 生命过程的催化剂——酶 *​ 生命过程的碳源和能源——糖类 *​ 生命体的重要构件和储能物质——脂类 有 机 物 *​  蛋白质(Protein) *​  核酸(Nucleic acid) *​  糖(Carbohydrate) *​  脂类(Lipid) 等 *​ 其中蛋白质是由氨基酸(amino acid)构成的,核酸是由核苷酸(nucleotide)构成 *​ 因此氨基酸,核苷酸被称为构件分子(building block molecule) 无 机 物 *​ 水(water) *​ 无机盐(mineral) 第1节​ 遗传信息的存储和传递者—— 核酸 *​ 核酸的化学结构 *​ 核酸的分类 *​ DNA的结构 *​ RNA的结构特点 1、核酸的化学结构 *​ 碱基+戊糖 *​ 核苷+磷酸 *​ poly核苷酸聚合成核酸(核苷酸之间通过3.’5’磷酸二脂键连接) 核酸的化学结构 2、碱基 3、戊糖 *​ 核糖 *​ 脱氧核糖 4、核酸的分类 *​ 核酸分为： *​ 脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid DNA),DNA含G.A.C.T四种碱基和脱氧核糖 *​ 核糖核酸(Ribonucleic acid RNA)，RNA含G.A.C.U四种碱基和核糖 5、DNA的结构 *​ DNA的碱基组成 *​ DNA的一级结构 *​ DNA的二级结构(双螺旋) *​ DNA分子结构的某些特征 （1）DNA的碱基组成 *​ A+G=C+T,G=C,A=T *​ 同种生物的不同组织的碱基组成相同,不同生物的同种组织的碱基组成不同 *​ 年龄,营养,环境不影响碱基组成 （2）DNA的一级结构 一种十分稳固的结构 ——DNA双螺旋 *​ 碱基堆积力 *​ H键 *​ 离子键 （3）DNA的二级结构(双螺旋) 模型一九五三年. Watson & Crick提出 DNA的两种二级结构：Z-DNA和B－DNA （4）DNA双螺旋的意义 *​ 有效的解决了遗传信息的储存、传送和自我复制 *​ 提出了遗传信息的流动过程 *​ 复制 DNA 转录RNA 翻译蛋白质 （5）DNA分子结构的特征 *​ 原核生物DNA分子中有基因重叠现象 *​ 真核生物DNA分子中普遍存在插入顺序(内含子) *​ 编码的核苷酸顺序就携带着遗传信息。 6、RNA的结构 *​  单链，不存在碱基比例关系 *​ 局部能形成碱基对，出现双螺旋，不配对区域形成突起(环) （1）核糖核酸(RNA)分为 *​ 信使RNA(mRNA) *​ 转运RNA(tRNA) *​ 核糖体RNA(tRNA) （2）mRNA结构特点 *​  线形单链结构，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的 *​ 5ˊ-端有甲基化结构，抗水解 *​ 有前导序列 *​ 3ˊ--polyA结构 *​ 半衰期短(几分钟到几小时) （3）tRNA的结构 *​ 四环四臂 *​ aa臂与反密码臂是识别aa与密码的重要结构 （4）rRNA的结构 *​ 真核生物的核糖体 5S,5.8S,18S,23S,28SrRNA *​ 原核生物的核糖体 16S,23S,5S rRNA 第2节​ 遗传信息的表达者——蛋白质 *​ 氨基酸 *​ 蛋白质的结构 *​ 蛋白质结构与功能的关系 1、蛋白质的功能： *​ 结构功能 *​ 防御功能 *​ 信号功能 *​ 调节功能 *​ 运输功能 *​ 运动功能 *​ 其他功能 2、蛋白质的构件分子——氨基酸 *​ 氨基酸的通式 *​ 氨基酸的分类 *​ 氨基酸的性质 （1）氨基酸的通式 *​ 组成蛋白质的常见氨基酸有二十种 ，通式如下： R不同，组成的 氨基酸就不同 （2）二十种氨基酸 *​ 特点： *​ L—型氨基酸 *​ 具旋光性 *​ 属α—氨基酸（PRO为α—亚氨基酸） *​ 属两性电解质 （3）氨基酸的分类 *​ 极性氨基酸 1.​ 极性不带电：Ser Thr Asn Gln Tyr Cys 2.​ 带正电：Arg Lys His 3.​ 带负电：Asp Glu *​ 非极性：Gly Ala Val Leu Ile Phe Met Pro Trp （4）氨基酸的性质 *​ 两性解离性质 *​ 紫外吸收特性：紫外吸收(紫外分光光度法的基础) *​ Tyr λmax=278nm Trp λmax=279nm phe λmax=259nm （5）、蛋白质的结构 A、一级结构 B、二级结构 C、三级结构 D、四级结构 E、蛋白质的空间作用力 A、蛋白质一级结构 *​ 肽键 *​ 肽链 *​ 氨基酸排列顺序等 B、二级结构 *​ 肽链的主链在空间的走向 *​ α-螺旋 *​ β-折叠 *​ β-转角 C、三级结构 *​ 亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内部 *​ 球状蛋白溶于水 D、四级结构 *​ 多亚基构成的寡聚蛋白结构 *​ 均一寡聚蛋白：由相同亚基构成 *​ 非均一寡聚蛋白：由不同亚基构成 E、蛋白质的各级结构蛋白质的空间作用力 *​ 氢键 *​ 盐键(离子键) *​ 疏水键 *​ 范德华力 *​ 二硫键 *​ 脂键 （6）蛋白质的空间作用力 （7）蛋白质结构与功能的关系 *​ 一级结构与功能的关系 *​ 空间结构与功能的关系 A、一级结构与功能的关系 *​ 不同来源但功能相同的蛋白质在一级结构中的差别 *​ 同种蛋白中氨基酸顺序的差异 B、空间结构与功能的关系 *​ 蛋白变性的特点：蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，粘度增加。 *​ 可逆变性 *​ 不可逆变性 （8）蛋白质的性质 *​ 胶体性质 *​ 两性解离性质 第3节​ 生命过程的催化剂——酶 *​ 酶的概念 *​ 酶的作用机理 1、 酶的概念 *​ 酶是生物活体细胞产生，以蛋白质为主要成分，具催化功能的一类生物催化剂。 *​ 酶的作用特点 *​ 催化特点 *​ 组成 *​ 分类 2、酶的作用特点 *​ 只催化热力学允许的反应 *​ 只加快反应速度,不改变反应平衡点 *​ 对正逆反应催化作用相同 *​ 降低反应活化能 3、酶的催化特点 *​ 反应条件温和 *​ 高效 *​ 专一 *​ 多样 *​ 催化活性受多因素影响 4、酶的作用机理 *​ A+B+E C+D+E *​ S+E SE P+E *​ 邻近与定向 *​ 酸碱催化 *​ 共价催化 *​ 底物形变 *​ 微环境的影响 5、酶的生理意义 *​ 生物体内绝大多数反应都在酶的作用下进行 *​ 各种反应的综合就是生命 第四节 生命过程的碳源和能源——糖类 *​ 单糖 *​ 寡糖 *​ 多糖 *​ 结合糖 1、单糖 *​ 葡萄糖的分子结构 *​ 单糖分类：丙糖；戊糖； 己糖 2、寡糖 *​ 麦芽糖 (maltose) ：两分子葡萄糖由糖苷键连接，具还原性 *​ 蔗糖 (sucrose) ：由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成，无还原性 *​ 乳糖(lactose) 3、多糖 *​ 均一多糖 ：淀粉、糖原、纤维素 *​ 非均一多糖：透明质酸、软骨素 第5节​  生命体的重要构件和储能物质——脂类 *​ 脂肪（三酰甘油） (fat)：脂 、油 *​ 类脂(lipoid)：磷脂、糖脂、固醇、萜类 1、酰甘油类 *​ 甘油和脂肪酸结合而成 *​ 室温下，液态的称为油，固态的称为脂 2、磷脂类 *​ 细胞膜的主要结构成分 *​ 有极性的头部和两条疏水的尾部 3、磷脂和细胞膜 4、其他脂类 *​ 固醇 *​ 前列腺素 *​ 结合脂类 小 结 *​ 核酸 *​ 蛋白质 *​ 酶 *​ 糖类 *​ 脂类