生命物质基础

nullnull 一、锻炼有利于身体健康的分子基础？ 《自然》18/1，2012  1、美国德洲研究人员研究——锻炼对预防疾病的奇妙作用？ 推测锻炼可能和饥饿一样，通过促进细胞自噬、满足对能量需求的增加。 2、首先构建转基因小鼠（携带BCl-2家族突变基因，使其不能在接受刺激如锻炼、饥饿时发生细胞自噬）。目的用这种方法，确定运动对细胞自噬及小鼠身体的影响。观察 正常饮食、高脂饮食正常和转基因小鼠不同情况？ 3、正常饮食结果发现，正常及转基因小鼠放到跑步机上运动半小时，与正常小鼠相比，转基因小鼠很快“精疲力竭”。 ？？ （突变小鼠不能提高自体细胞吞噬，缺乏足够的能量） 4、高脂饮食结果显示： 1）缺乏锻炼并高脂饮食的正常小鼠和转基因小鼠体重都显著增高，且患上Ⅱ型糖尿病。 2）正常锻炼并高脂饮食两组小鼠虽因运动使体重下降，但转基因小鼠的血糖水平仍偏高。  5、研究结果明，自噬是锻炼促进健康的重要生理机制。通过操纵自噬作用有可能成为糖尿病治疗的一条新途径。 6、研究小组计划，进一步解析，细胞自噬在锻炼与预防包括癌症、神经退行性疾病及衰老等其它疾病中的作用。 null二、运动可减缓记忆力衰退分子机制《阿尔茨海默氏症期刊》 201212 1）正常组实验鼠，用药物阻止ACTH与受体结合，其记忆力下降。 2）AD实验鼠，持续运动后，其激素系统会逐渐恢复，改善记忆力。 3）正常水平的ACTH可帮助神经细胞存活，有助于头脑保持清醒。 4）AD实验鼠，ACTH水平相对较低；运动过程中大脑该激素受体开启，ACTH发挥作用，神经细胞间互相连接加强，进而改善了记忆力。 3、研究结果，不但探明运动对改善AD患者记忆力的具体机制，也进一步证明健康生活方式对预防、减缓AD症的积极作用。 1、研究已发现，运动有助于减缓阿尔茨海默氏症(AD)发展，但具体机制不清楚！英国研究人员一项新研究发现，适量运动时体内会产生一种激素，可缓解AD造成的大脑损伤，减缓记忆力衰退症状。？ 2、动物实验结果表明，促肾上腺皮质激素(ACTH)会缓解AD造成的大脑损伤。？？？null3、马肉假冒牛肉事件,在欧洲各国引起公众和社会的强烈不满！ 1）有文化禁忌，爱尔兰和英国禁食马肉。 2）对健康担心，保泰松致癌（镇痛和消炎，马常用骨科药）。 3）商业道德（欺诈和假冒）等多方面的原因。 4）拷问欧盟食品安全监管机制。马肉风波“罪魁”→罗马尼亚？三、欧洲马肉风波仍在持续发酵？4、英国超市，意大利千层饼等冷冻食品中含60%-100%马肉！思考—— 1）为什么用马肉代替牛肉？ 2）如何检测出食马肉？ 3）马肉能吃吗？1、年初爱尔兰和英国食品监管部门公布在部分标明牛肉的汉堡（10/27种）、意大利面和肉饼中发现马肉成分的消息。 2、牛肉制品中掺有马肉风波，迅速蔓延至法国、瑞典、德国等16个欧洲国家；导致产品下架和封存处理。甚至位于亚洲的香港，也开始将涉事公司的产品作下架。生命的统一、多样和延续性！null回顾上节课： 1、生物学成为21世纪带头学科？ 1）客观（ 历史的必然/面临的社会问题） 2）主观（自身具备的条件 ：生物学的发展历经，古代→描述生物学/近代→实验生物学/现代→创造生物学，幼年→成年)； 2、生命的基本特征（5个）null生命的5个基本特征： 新陈代谢 生长、发育和生殖 遗传、变异和进化 感应性和运动 内环境稳定今天的话题——衡量标准！null 第二章 生命的物质基础 一、生命的元素组成 ？ 二、生物小分子 ？ 三、生物小分子和生物大分子的关系 ？ 四、生物大分子的形成 ？ 五、生物大分子的高级结构null一、生命的元素组成 在生物学和其他学科交叉的边缘学科中，生物化学在过去的几十年中发展特别快; 研究生物体的化学组成和研究生命过程中的化学变化，所得到的丰硕成果；成为构成分子生物学和生物技术发展的重要基础。元素需求？null1994→2010，全民补碘16年→科学补碘 ? （甲状腺肿大、甲亢、甲减、甲状腺结节、甲状腺肿瘤）2011.3.7，重金属镉（Cd）→中国市场10%镉大米，危害？污染水质或土壤→水稻→人体内多年积累→引起骨痛病！1． 哪些元素参与生物体的组成？1． 哪些元素参与生物体的组成？ 组成生物体的元素有限！ 在人体体中已检出60多种元素； 都参与生物体组成和活动？ 必需元素仅有26种！null“ ”6种大量必需元素；“ ”5种必需元素 “ ”15种微量必需元素 null以人体为例，各种元素在人体中含量主要元素（11种）—— 指生物体中含量在0.05%以上，C、H、O、N、S、P 6种； 微量元素（15种）—— 指生物体中含量在0.05%以下；Fe、I、Zn、Cr…。 地球上含量最丰富的元素 O、Si、Al、Fe； 与生物体相同？不同！null表 人体元素成分常量元素微量元素（70Kg体重）96%97%如何知道生命必需？null 用实验动物的饲养实验来研究各种元素成份在营养学上的必要性。要证明某一种微量元素在营养学上是必不可少的，至少需要做三个方面的实验:2、生物体元素成分的营养学意义1）让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食,观察是否出现特有的病症。2）向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失。?null3）进一步阐明其在身体中起作用的代谢 机理。 只有上述三条都弄清楚，才能确定某种元素是否为营养上必需的元素。 主要元素的重要性，比较容易认识；微量元素的营养学研究困难大得多。？ ∴一些微量元素，在1950年 或 1970年以后才确证为人体必需微量元素。null几个例子null3、元素生理作用的几个例子 1）例一、钙 (占体重~1.5%) ①每天需要摄入多少钙？取决排出和吸收！ 排出方式（粪、尿、汗） 320~450 mg/天 吸收率约40% ∴ 320 x 100/40=800 mg ！ ②不同人每天需要补充钙的数量 成人和10岁以下少年， 800 mg； 10个月婴儿，400 mg； 3岁以下幼儿，600 mg； 12~18岁青年，1000 mg；老年， 1200 mg； 孕妇/哺乳 —— 1500 mg。中国人缺钙！钙的作用？null③钙参加几乎每一种生理代谢过程钙 在体内的分布 骨骼及牙齿 血浆和其它细胞 99% 1% 需要 钙参与的生理过程 骨骼： 骨骼形成 肌肉：肌肉收缩 免疫： 白细胞吞噬功能 内分泌：激素分泌 循环： 血液凝固、毛细血管通透性、微循环改善 神经： 神经肌肉应激性 泌尿、生殖系统为何重要？ 钙 作为第二信使：肩负调节细胞内多种酶的活性，参与信息传递…的功能！如何保持血清钙浓度null甲状旁腺素（PTH） 促进骨骼释放钙 促进肾细胞回收钙 促进小肠吸收钙血清钙↑降血钙素（Calcitonin) 抑制骨骼释放钙 抑制肾细胞回收钙血清钙↓维生素D→血钙↑ 促进小肠吸收钙 促进骨骼钙化 促进肾细胞回收钙维生素、激素调节体内[钙] 缺钙？④维持血清钙浓度因素：维生素和激素null婴、幼、少儿------佝偻病 老年人------骨质疏松症 上海地区骨质疏松症患者： 男性20.1%，女性48.1%； 60岁以上人群中： 男性24.9% ， 女性75.5%； 上海地区老年人骨折发生率： 城区 16.5%，农村 6.9%。 ⑤缺钙引起的疾病补钙盲目带来副作用→“鬼脸综合症”微量元素 Znnull２）例二 . 微量元素——锌 （~2g /60~70Kg）羧基肽酶（黄色小圆球代表 Zn2+）重要性, 元件！Se——null3）例四 硒 (Se，13mg/60~70Kg)Cr——null厂家产品宣传 含有机铬！4）例三 铬 (6mg/60~70Kg)生物小分子二、生物小分子简介二、生物小分子简介1、水2）地球上生命起源于水中，陆生生物 体内细胞也生活在水环境中；3）水的性质有利于生命活动（溶解性，极性，较高的比热和蒸发热 …）； 1）占生物体重量的 60％ 以上；水对生物体非常重要， 生命活动的必要条件！？null ①水分子间总以不稳定的氢键连成一片（O的电负性吸H所致)；一个氢键只能维持10-10-10-11 秒，即脆，易裂开；有合有分！ ②水是优质的溶剂 A)对亲水分子（作为电解质）→有利于生化反应； B) 对疏水分子→有利于完整的膜结构（不被溶解）。无机盐——null1）细胞中的无机盐一般以离子的形式存在 Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3-, HPO42-……. 2）作用 调节渗透压 缓冲能力保证细胞和机体pH稳定 酶的调节因子和激活因子 合成有机物的原料2、无机盐null３）人体各种体液的正常pH值 细胞中的各种离子具有一定的缓冲能力，使各器官、组织及细胞内的pH（在一定程度上）保持不变，以利于维持正常的生命活动。null 生命存在真正基础 生物体的六种主要元素：占97%以上（C、H、O、N、P、S），六种元素按特定的方式结合在一起，组成生命的基本物质；它们具有一定的结构并执行一定的功能。 这些元素是围绕“C”形成的特殊结构（以碳原子为主构成生物体的有机物）。3、碳原子null2）“C”与“C”之间能连接成稳定的链式或环式结构；（自身）1）“C”外层具4个电子，能容易形成共价键；and——null3）“C”也能与H、O、S、P等形成共价键，成为特定的功能团，使含碳化合物具有不同的特性。 如：氨基酸，单糖，脂类，核苷酸…。null4、氨基酸 氨基酸通式1）α－ 碳原子； 2）具有： α－ 氨基和α－羧基，是各种氨基酸的共性； 3）各种氨基酸的区别在侧链基团—R参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸——null分成不同的组null 疏水氨基酸： 亮氨酸 亲水氨基酸： 丝氨酸 酸性氨基酸： 天冬氨酸 碱性氨基酸： 精氨酸 含硫氨基酸： 半胱氨酸 含羟基氨基酸： 苏氨酸 带环氨基酸 ： 酪氨酸根据侧链结构和性质，20种氨基酸分成 不同的组：生物体需要摄取——null 20 种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不 对称碳原子—α碳原子，都有光学异构体（镜映 体）。已知 19 种天然氨基酸均为 L－型氨基酸。 成人体内有8种不能合成，称为必需氨基酸； Val（缬）、Leu（亮）、Ile（异亮）、Thr（苏）、Phe（苯丙）、Met（蛋）、Trp（色）、Lys（赖） 除上述8种 婴儿(His)； 大白鼠(His，Arg)； 高等植物(自身全部能合成)； 玉米(Lys含量低)！功能null4）氨基酸的功能： ①作为组建蛋白质的元件； ②具 有生物活性（代谢调节、信号传递等）如：β-丙氨酸，泛酸；酪氨酸衍生物，甲状腺素；r-氨基丁酸…。单糖null5、单糖——(丙，戊，己，庚糖….） 多羟基醛或多羟基酮称为糖（碳水化合物）1）单糖的生物功能： A、作为多糖的组成元件 B、作为燃料 C、组成寡糖参与细胞信号传递2）结构：以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖null葡萄糖结构式③C1上羟基位置不同出现α-，β-两种构型 ①C2----C5 均为不对称碳原子； 六碳糖有 16 种同分异构体。 ②天然6碳糖在 C5 位上羟基有固定结构方向， 天然单糖大多数是 D-型糖。④在水溶液中葡萄糖在 C1---C5 之间脱水通过氧桥相联成环状－吡喃型 ⑤各个 C 上羟基位于环上或环下null唾液酸——含羧基的九碳酮糖，L型存在构成糖脂的重要成员null核苷酸null6、核苷酸核苷酸分子由三个部分组成： 碱基：嘧啶、嘌呤 五碳糖：核糖或脱氧核糖 磷酸null各部分间的连接含氮杂环碱null (1)  碱基—糖之间是β-糖苷键 (2) 糖—磷酸之间是磷酸酯键 null组成核酸的核苷酸null 参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸 DNA水解液中 RNA水解液中 腺脱氧核苷酸（dAMP） 腺苷酸（AMP） 鸟脱氧核苷酸（dGMP） 鸟苷酸（GMP） 胞脱氧核苷酸（dCMP） 胞苷酸（CMP） 胸腺脱氧核苷酸（dTMP） 尿苷酸（UMP） 另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸 具有生物活性的核苷酸null cAMP, cGMP参与细胞信号传递   ATP参与能量代谢脂类null7、脂类 脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。(共同特征）碳氢化合物 葡萄糖－－－水溶性；油脂－－－脂溶性脂类种类很多，分子结构相差较大 1）油脂：甘油三脂 2）磷脂和鞘磷脂 3）萜类和固醇共同一点：“疏水性”！null甘油三酯分子结构磷脂分子结构甘油分子上除有两分子的脂肪酸外；第三个羟基与一个磷酸分子相连，磷酸分子后又接小分子。null①磷脂分子可以看成是由一个极性头，两条非极性尾巴组成。 ②鞘磷脂分子和磷脂不同。但总体看来，也可看成一个极性头，两条非极性尾巴。（含一条非极性的尾巴的鞘氨醇氨基与脂肪酸相连构成第二条尾巴，其羟基与磷酸相连后接小分子。）胆固醇null①固醇类的内核由 4 个环组成； ②胆固醇是构成生物膜的成分，其3位羟基可看作极性头部；胆固醇是细胞的必要成份； ③一些人体重要维生素和激素是固醇； ④血清中的胆固醇太多，会促使发生动脉粥样硬化 和心脑血管疾病。雄激素（睾酮）雌激素胆固醇生物小分子与大分子？三、生物小分子和生物大分子的关系三、生物小分子和生物大分子的关系 小分子 大分子 复合大分子  单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂类 （由小分子到大分子）体内变化——？null合成大分子 （聚 合）大分子分解 （水 解）四、生物大分子的形成四、生物大分子的形成 生物大分子主要有三大类： 蛋白质 核酸 多糖 皆由生物小分子单体，通过特有的共价键联结而成。肽链不同和共同特征？null1、氨基酸通过肽键联成肽链 一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键寡肽：含有 10 左右氨基酸残基（如二肽、八肽） 多肽：含 10－20 个氨基酸残基 蛋白质：含几十个氨基酸残基注意：肽链有方向性， 氨基端( N 端)， 羧基端(C 端)null 一条肽链的两端有不同结构和性质： 一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端； 另一端的氨基酸残基带有游离 羧基，称羧基端。多糖链null2、单糖通过糖苷键联成多糖链1）双糖：对双糖结构的了解包括弄清楚：单糖基本成份 α－还是β－糖苷键 取代位置α-糖苷键麦芽糖的结构（啤酒）2）多糖链也有方向性， 还原端和非还原端；多糖null3）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成 主要区别在于淀粉为α－糖苷键，而纤维素β－糖苷键！ 糖原淀粉纤维素null4）一条多糖链的两端有不同结构和性质： （第1碳原子上的醛基变为羟基称为游离半缩醛基） 一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端； 另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。核酸null3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸2） 核酸链也有方向性1） DNA 和 RNA 在组成成份上有差别 DNA RNA 脱氧核糖 核糖 有胸腺嘧啶， 有尿嘧啶， 无尿嘧啶 无胸腺嘧啶null 一端的核苷酸，其5－C没有进入磷酸二酯键，称 5 ’ 末端； 另一端的核苷酸，其3－C没有进入磷酸二酯键，称 3 ’ 末端。3’末端高级结构5’末端下节课！null思考题 1、你知道构成生物体的必需元素有多少种？ 2、11种主要元素？（4种、6种主要元素？）生物体含量最多的4种元素也是地球上最多的元素？ 3、如何证明微量元素是必需的？ 4、构成生物大分子的单体有哪几类？下次讲： 第二章 生命的物质基础 五、生物大分子的高级结构 第三章 生物的新陈代谢 一、酶是生物催化剂 二、生命世界的能量源泉是太阳能 null《基础生命科学导论》随堂测验一 姓名： 学号： 专业： 来自(地区)： 1、是否知道上课的时间、地点？（ ） 2、能否坚持按时来上课？ （ ） 3、选修该课仅为凑学分？ （ ） 4、选修该课主要因为老师不点名、管理比较宽松？ （ ） 5、选修该课既想对生命科学了解更多，也为获学分？（ ）