普通生物学复习要点x.docx
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第二章 生命化学
第1节生命的化学基础
一.构成生命的基本元素
1.人体构成的常量元素和微量元素
11种常量元素:
氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁氧、碳、氢、氮构成人体约96%,其他4%。
多种微量元素:
人体必需微量元素:
碘、锌、铁、硒、铜、钼、钴、铬等8种。
人体可能必需微量元素:
锰、硅、硼、矾、镍等5种。
具有潜在的毒性,但在低剂量时,可能具有人体必需功能的微量元素:
氟、锡、铅、镉、汞、砷、铝和镍等7种。
地球上元素的丰度与对我们的重要程度无关。
生命对元素的耐受程度与其在自然界的分布丰度有关。
丰度越高,耐受性越好,毒性越小。
(如Si,含量多但是人体中仅为人体可能必需微量元素,但是耐受程度高,毒性小。
)2.常量元素对生物体重要作用:
使用氮肥促进玉米生长。
水晶绿肥所含磷从污水中提取。
碳、氢、氧、氮、磷、硫是构成生命的六大基本元素。
砷基生命?
如何证明某一种元素在营养学上是必不可少的?
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。
3.进一步阐明该种元素在身体中发挥作用的代谢机理 (敲出基因也是这样的思路)
3.微量元素对生物体的重要作用:
1.微量元素是蛋白质的必要功能成分:
碘是甲状腺素的必要成分,缺乏引起甲状腺增生铁是血红蛋白的必要成分。
2.微量元素是酶的必要功能成分,帮助运输电子,原子或功能基团:
(转移电子)
锌是羧基肽酶的必要成分。
图示该酶的空间结构,其中黄色小球代表锌原子。
钴是维生素B12(钴胺素)的必要组分,B12是甲基丙二酸单酰CoA变位酶的辅
酶,协助转移H原子。
微量元素需适量:
氟的两面性,预防龋齿(牙釉质矿质化),氟斑牙(蛋白延迟分解)过氟,降低骨密度,甚至恶性肿瘤。
4.同位素在生物学研究中的运用:
1.测量DNA复制的最适温度。
2.癌的诊断和检测。
(葡萄糖成像技术)
2.生命构成中发挥重要作用的化学键
1.共价键的生命功能
通过共用电子对形成分子-原子间的强相互作用:
共价键负责将原子连接形成生命分子。
2.非共价键的生命功能
非共价键:
相反电荷的原子之间的吸引力。
较弱,易断裂和再形成。
维持生物分子的构象,介导分子间的动态相互作用。
非共价键之一:
离子键:
原子失去或获得电子成为离子后,带正负电荷的离子间的相互吸引力。
氢键:
带部分负电荷的电负性原子如氮或氧原子,与带部分正电荷的氢原子之间形
成的较弱的非共价键。
范德华力:
带有相反瞬时电荷的分子在相互靠近时产生的弱的相互吸引力。
疏水性相互作用:
非极性分子在极性环境中被迫聚集。
3.生命的介质-水
水占生物体重量的60%以上。
生命起源于水,陆生生物体内细胞也生活在水环境中。
水的性质影响生命构成与生命活动。
1.水分子(H2O)n的生命支持特性
水分子的三个原子都适合形成氢键,可以构成分子间网络。
举例:
1较大的表面张力:
植物的水分运输:
毛细管现象
2较大的蒸发热;维持生物体温
3冰的特殊比重:
保证水生生物的生存,保证了生命的起源。
4水循环:
大气层中的水分子可以吸收地球表面的輻射熱,並阻止热能散回外太空,使地球可以维持适当的气温。
2.水是良好的溶剂:
蛋白表面带电荷区域或极性区域会吸引水分子。
3.水能够维持有机环境的酸碱平衡:
血液的缓冲系统 H2CO3=HCO3-+H+;细胞内液的缓冲系统 H2PO4-=HPO42-+H+;
酸雨:
正常雨水pH值约为5.6
燃烧煤、石油、天然气所产生的SO2和NO与大气中的水结合而形成的产物,主要含硫酸和硝酸,悬浮在大气中,随雨雪雾回降到地面形成酸雨,pH值低于5.0。
四.生命构成的重要元素:
碳
生化物质以碳元素为骨架。
碳原子链排布的多样性形成了生化物质的多样性,而生化物质的多样性是地球生物多样性
的前提。
生化物质性质的不同不仅取决于碳骨架的排布(碳骨架的结构排列和长短),也受到结合于其上的分子基团的影响(与碳原子相连的功能基团),还有构型。
举例:
雌性激素和雄性激素功能基团的比较。
构型:
分子中各原子特有的固定的空间排布,使分子具有的特定的立体化学形式。
当某一物质由一种构型转变为另一种构型时,要求共价键的断裂和重新形成。
不对称碳原子:
连接四个不同原子或基团的碳原子。
镜像对应体:
原子构成和数量相同,但构型不同,互为镜像的两种分子。
在溶液中能使旋光仪的偏振光平面向左或向右旋转,又被称为旋光异构体或手性分子。
(老师讲解补充:
构象不用断裂键,构型要断裂共价键。
生命对构型有要求,同种构型的生化分子结合位点相同作用就相同,一簇一样就行,模拟功能区域。
)
第2节生物大分子的结构与功能
1.生物大分子的构成规律
绝大多数生物大分子都是链状的分子称为多聚体,由相同或类似的小分子(单体)聚合而成的。
由于碳元素形成复杂分子的能力,每个细胞具有成千上万种不同的大分子;而细胞类型、个体甚至种群的多样性源于生物大分子,尤其是核酸和蛋白质的多样性。
无以计数的大分子仅由40-50种单体分子构成。
单体的不同排列组合构成了不同的多聚体。
大分子的合成和分解:
单体通过缩合反应,又称脱水反应形成多聚体。
多聚体通过水解反应解离为单体。
2.糖:
能量来源及构建基础
1.基本功能
1.能源 2.合成原料 3.储存 4.支持 5.识别标记
2.单糖及单糖的构型(化学分类:
多羟基醛或酮)
老师这里非常兴奋的讲了好多分类判断,最后好像说不考,看看吧!
!
!
!
可以用于功
能判断,了解即可,可以看到D-,L-,α/β不明白意思
单糖不仅以开链形式存在,还可以以环状结构式存在。
通常是分子中的醛基或酮基与分子本身其他碳原子上的羟基发生可逆的半缩醛反应形成环状结构。
单糖的D/L构型
甘油醛有一个不对称C原子,因此具有D-,L-两种镜像对应体;其它单糖具有数个不对称
C原子,因此具有数个镜像对应体。
人为将单糖分子中与功能基团醛基或酮基)相距最远的不对称C*的构型,与D-,L-甘油醛的构型比较,分别定为D型糖和L型糖。
如葡萄糖以
不对称C5的基团排列确定来构型。
天然单糖多为D型。
用链式表示糖结构时,不对称C
*上的羟基在右侧为D型糖,在左侧为L型糖;用标准环式(C原子顺时针排列)表示糖结构时,不对称C上羟甲基位于环面上方为D型,反之为L型。
环式结构单糖的α/β构型
D-葡萄糖环式结构中的C1成为不对称碳原子,可以形成两种异构体:
C1上的半缩醛羟基位于环平面上方(即与C5羟甲基同侧)称为β-D-葡萄糖;半缩醛羟基位于环平面下方
(即与C5羟甲基异侧)为α-D-葡萄糖。
(就一句话:
左边L,右边D,上边D,下边L,同侧β,不同测α)
单糖通过糖苷键共价连接形成二糖
两分子单糖不同C上的羟基彼此发生缩合反应(脱水反应)生成糖苷键。
举例:
一分子α-D葡萄糖C1半缩醛羟基与一分子α-D葡萄糖C4羟基通过缩合反应形成1,4糖苷键;
一分子α-D葡萄糖C1半缩醛羟基与一分子β-D果糖C2半缩醛羟基通过缩合反应形成1,2糖苷键。
3.二糖
不同单糖通过糖苷键连接形成不同二糖:
蔗糖:
葡萄糖+果糖 葡萄糖-α,β(1-2)果糖苷
乳糖:
半乳糖+葡萄糖 葡萄糖-α,β(1-4)半乳糖苷麦芽糖:
葡萄糖+葡萄糖 葡萄糖-α(1-4)葡萄糖苷
4.多糖
多个单糖分子通过糖苷键连接形成多糖直链淀粉:
葡萄糖1-4糖苷键
支链淀粉:
葡萄糖1-6糖苷键(亲水性更强)
葡萄糖单体通过1-4或1-6糖苷键连接形成淀粉和糖原
构型不同的单糖形成性质不同的多糖
淀粉:
α葡萄糖1-4糖苷键纤维素:
β葡萄糖1-4糖苷键
多糖的一种:
纤维素
葡萄糖单体通过1,4糖苷键连接形成纤维素;葡萄糖C3和C6上的羟基彼此形成氢键,将相邻纤维素分子平行聚合起来形成微纤维。
约80个纤维素分子聚合为微纤维(细胞壁的纤维素丝)。
我们为什么不能吃草?
纤维素是多聚β-葡萄糖,一般人体内没有断裂β-葡萄糖苷键的酶(纤维素酶),因此不能
利用纤维素作为能源;反刍动物可利用体内寄生的细菌和原生动物合成纤维素酶分解纤维素。
多糖的一种:
几丁质
昆虫的壳由几丁质和碳酸钙构成。
几丁质的单体:
N-已酰氨基葡萄糖,通过β(1,4)糖苷键链接形成几丁质。
可用作外科手术缝合线。
3.脂:
功能多样的疏水分子
1.基本功能
1.能量的储存和运送; 2.防止机械损伤和保温;
3.构成细胞膜;(磷脂固醇) 4.激素。
2.脂肪——一分子甘油和三分子脂肪酸缩合生成脂肪
脂肪分子(甘油三酯)酯键
饱和脂肪与不饱和脂肪:
不饱和脂肪酸含有双键(自由度高,常温液态)必需脂肪酸:
维持哺乳动物正常生长所需而体内不能合成的脂肪酸:
举例:
亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸
脂肪肝:
康人脂肪占肝脏15%;脂肪肝患者占30%以上。
由肝细胞脂肪变性和脂肪积累
造成。
脂肪肝患者并发肝硬化和肝癌的概率是正常人的150倍。
3.磷脂及其衍生物
一分子甘油与一分子磷酸,两分子脂肪酸发生缩合反应生成磷脂。
亲水的磷酸基团和疏水的脂肪酸形成了磷脂的极性“头部”和非极性“尾部”。
磷酸与其它基团发生缩合形成各种衍生物。
生物膜的结构基础:
磷脂双分子层
几种磷脂类分子(磷脂衍生物)看一下吧,没记下来,,,磷脂酰胆碱(卵磷脂) 细胞膜成分
磷脂酰乙醇胺(脑磷脂) 参与血液凝固
磷脂酰肌醇 细胞内信号转导第二信使
二磷脂酰甘油(心磷脂) 细菌细胞膜,线粒体膜成分(内共生假说)
4.固醇
异戊二烯的衍生物,不含脂肪酸,具有四个碳环结构
胆固醇(动物细胞膜成分,合成固醇激素原料) 雌二醇(固醇激素)
睾酮(固醇激素) 维生素D.(脂类生物分子)
由人体肾上腺皮质,性腺及胎盘分泌的激素多为固醇类激素。
4.蛋白:
细胞的分子工具
1.基本功能
蛋白质(protein)-细胞的分子工具:
马达蛋白、骨架蛋白、酶、抗体、通道蛋白、受体蛋白、储存蛋白。
功能包括:
结构支撑,存储,物质转运,信息传递,抵御外界物质,代谢调节。
2.氨基酸及多肽
蛋白质的单体:
20种氨基酸
分为:
非极性氨基酸:
甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,甲硫氨酸,苯丙氨酸,
色氨酸,脯氨酸 (这,,,记性何在啊?
?
)
极性氨基酸:
丝氨酸,苏氨酸,半胱氨酸,酪氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺带电荷氨基酸:
酸性带负电荷:
天冬氨酸,谷氨酸
碱性带正电荷:
赖氨酸,精氨酸,组氨酸
8种人体必需氨基酸:
人体不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给, 称为必需氨基酸。
(不用记)
异亮氨酸 甲硫氨酸苯丙氨酸色氨酸亮氨酸苏氨酸赖氨酸缬氨酸
(口诀:
意甲联赛本色再现人家亮了自己输了赖鞋)
氨基酸的构型:
除甘氨酸外所有的氨基酸均具有不对称碳原子,存在两种镜像异构体,以甘油醛为基准定为D型和L型氨基酸;
天然存在的氨基酸大多为L构型。
某些微生物能利用D型氨基酸合成特定的短肽。
氨基酸单体通过肽键彼此连接形成多肽,氨基酸单体的氨基和羧基发生缩合反应形成肽键,
多肽具有未形成肽键的氨基端(N端)和羧基端(C端)。
寡肽:
含有10个以内氨基酸残基(如二肽、五肽、八肽) 缓激肽,催产素多肽:
含多个氨基酸残基
(第一遍看的时候不懂,残基是指中间的那个肽键,缺少
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