第1章元素與分子

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生命體元素

生物小分子

生物大分子CorrespondingE-mail:ygwu@目前一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)一.生命體元素1.生物體的主要元素組成生物體的主要元素包括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、N4種元素占96%。微量元素：Fe、Cu、Mo、Zn、Mn、Ni、I、Si等，例

Fe：所有的生物所需；

I：主要是脊椎動(dòng)物所需(每天攝入0.15毫克即可滿足)。目前三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)2.人體元素成分的營(yíng)養(yǎng)學(xué)意義1.讓實(shí)驗(yàn)動(dòng)物攝入缺少某一種元素的膳食,觀察是否出現(xiàn)特有的病癥。用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究各種元素成份在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的必要性。要證明某一種微量元素在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上是必不可少的，至少需要做下面三個(gè)方面的實(shí)驗(yàn):2.向膳食中添加該元素后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的上述特有病癥是否消失。3.進(jìn)一步闡明該種元素在身體中起作用的代謝機(jī)理。目前四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)只有上述三條都弄清楚，才能確定某種元素是否為營(yíng)養(yǎng)上必需的元素。

常量元素的重要性比較容易認(rèn)識(shí)。微量元素的營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究困難大得多。所以，一些微量元素在1950s或1970s以后才確證為人體必需微量元素。2.人體元素成分的營(yíng)養(yǎng)學(xué)意義目前五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)3.元素營(yíng)養(yǎng)方面的幾個(gè)例子例一、鈣1．人每天需要攝入多少鈣？從糞、尿、汗中排出320~450mg吸收率約40%320x100/40=800mg目前七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)人體每天需要補(bǔ)充鈣的數(shù)量成人800mg嬰兒（10個(gè)月）400mg幼兒（<3歲）600mg少年（<10歲）800mg青年（12~18歲）1000mg老年1200mg孕婦/哺乳1500mg目前八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)Ca在體內(nèi)的生理作用(1.2kg/70kg~2%)骨骼及牙齒血漿中

99%10克需要Ca參與的生理過(guò)程

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：(Ca調(diào)節(jié)多種酶的活性)

鈣參加幾乎每一種生理代謝過(guò)程目前九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)缺鈣引起的疾病嬰、幼、少兒------佝僂病老年人------骨質(zhì)疏松癥上海地區(qū)骨質(zhì)疏松癥患者男20.1%女48.1%其中60歲以上男24.9%女75.5%上海地區(qū)老年人骨折發(fā)生率城區(qū)16.5%

農(nóng)村6.9%目前十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)影響鈣吸收的因素

維生素D促小腸吸收鈣促骨骼釋放鈣促腎細(xì)胞回收鈣目前十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)例二鋅

目前十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)羧基肽酶(黃色小圓球代表Zn2+)目前十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)乙醇脫氫酶目前十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)

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(由小分子到大分子)二.生物小分子作用力糖苷鍵肽鍵3’5磷酸二酯鍵★★★目前十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)合成大分子(聚合)大分子分解(水解)目前十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)無(wú)機(jī)分子：無(wú)機(jī)鹽和水。有機(jī)分子：蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖是組成生物體最重要的生物大分子。哪一種分子含量最高？水是生物體內(nèi)所占比例最大的化學(xué)成分。不同的生物體，其分子組成也大體相同。目前十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)1.水

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……

水占生物體的60％以上的重量；

水對(duì)生物體非常重要目前十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)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20種天然氨基酸。(1)α－碳原子；

(2)具有α－氨基和α－羧基是各種氨基酸的共性；

(3)各種氨基酸的區(qū)別在側(cè)鏈基團(tuán)—R目前二十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)氨基酸中C原子的命名目前二十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)氨基酸的構(gòu)型已知19種天然氨基酸均為L(zhǎng)－型氨基酸。目前二十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前二十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前二十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前二十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前二十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)★★★★★★★★★★★★8種必需氨基酸目前二十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)★★★★★★目前二十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)★★★目前二十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)★★★目前三十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前三十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)必需氨基酸★★★人體不能自己合成，必須從食物中獲取的氨基酸?？偣灿?種，分別是：

纈氨酸(Val)蛋氨酸或甲硫氨酸(Met)蘇氨酸(Thr)色氨酸(Trp)賴氨酸(Lys)亮氨酸(Leu)異亮氨酸(Ile)苯丙氨酸(Phe)目前三十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)氨基酸(蛋白質(zhì))的測(cè)定★★★氨基酸在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)(小于200nm)有吸收，但在可見(jiàn)光下沒(méi)有吸收。

Phe、Tyr和Trp側(cè)鏈含有苯環(huán)共軛π鍵，在280nm處有吸收。蛋白質(zhì)由于含有Phe、Tyr和Trp，故可以在280nm處測(cè)定吸光度來(lái)反映其含量；核酸在260nm處測(cè)定吸光度來(lái)反映其含量。目前三十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前三十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)氨基酸的功能：

(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(hào)傳遞等)。目前三十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)二硫鍵目前三十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)肽鍵目前三十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前三十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)從氨基酸到蛋白質(zhì)目前三十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)

多羥基醛或多羥基酮稱為糖。以葡萄糖為例，葡萄糖是六碳糖3.單糖單糖的生物功能：A、作為多糖的組成元件；B、作為燃料；C、組成寡糖參與細(xì)胞信號(hào)傳遞。目前四十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)阿洛糖阿卓糖葡萄糖甘露糖古羅糖艾杜糖半乳糖塔羅糖甘油醛赤蘚糖核糖阿拉伯糖木糖來(lái)蘇糖蘇糖目前四十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)(1)C2----C5均為不對(duì)稱碳原子。六碳糖有16種同分異構(gòu)體。(2)天然單糖在

C2

位上羥基有固定結(jié)構(gòu)方向，天然單糖大多數(shù)是D-型糖。(3)在水溶液中葡萄糖在C1---C5之間脫水通過(guò)

氧橋相聯(lián)成環(huán)狀－吡喃型。α-D-吡喃葡糖β-D-吡喃葡糖目前四十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)4.核苷酸核苷酸分子由三個(gè)部分組成：

堿基：嘧啶、嘌呤

五碳糖：核糖或脫氧核糖

磷酸目前四十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)

(1)

堿基—糖之間是β—糖苷鍵

(2)糖—磷酸之間是磷酸酯鍵DNA分子的基本單位:核苷酸目前四十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前四十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)5.脂類脂類是指生物體內(nèi)不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的各種小分子。葡萄糖－－－水溶性的油脂－－－脂溶性的目前四十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)脂類種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大。

A、油脂：甘油三酯

B、磷脂和鞘脂

C、固醇目前四十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)甘油三酯分子結(jié)構(gòu)目前四十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)磷脂分子結(jié)構(gòu)目前四十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)(1)

磷脂分子可以看成是一個(gè)極性頭，兩條非極性尾巴。(2)

鞘脂分子和磷脂不同。但總體看來(lái)，也可看成一個(gè)極性頭，兩條非極性尾巴。目前五十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)(1)

固醇類的內(nèi)核由4個(gè)環(huán)組成(2)

一些人體重要維生素和激素是固醇(3)膽固醇是細(xì)胞的必要成份(4)血清中的膽固醇太多會(huì)促使形成動(dòng)脈硬化和心腦血管疾病目前五十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)一些固醇類化合物可以作為興奮劑使用,但同時(shí)也會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員帶來(lái)?yè)p害.性激素就是一種固醇類化合物雌性激素雄性激素目前五十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)三.生物大分子

生物大分子的基本特性

結(jié)構(gòu)復(fù)雜：構(gòu)成生物分子的結(jié)構(gòu)單元分子具有不同的排列組合，并可以進(jìn)一步形成非常復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu)；遵循共同的建成和分解規(guī)律：生物大分子由簡(jiǎn)單的單體小分子脫水縮合而成；分解時(shí)是通過(guò)水解反應(yīng)；碳原子的不同排列方式和長(zhǎng)短是生物分子多樣性的基礎(chǔ)；碳原子相互連接成鏈或成環(huán)，形成各種生物大分子的基本結(jié)構(gòu)。目前五十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)生物大分子的基本性質(zhì)還取決于與碳骨架相連接的功能基團(tuán)。生物體中的有機(jī)化合物主要含有羥基、羰基、羧基和氨基等功能基團(tuán)，這些功能基團(tuán)幾乎都是極性基團(tuán)。功能基團(tuán)的極性使得生物分子具有親水性，有利于這些化合物穩(wěn)定于有大量水分子存在的細(xì)胞中。目前五十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)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(guò)特有的共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)而成。肽鍵和二硫鍵3’5磷酸二酯鍵糖苷鍵共價(jià)鍵★★★目前五十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)三種生物大分子：蛋白質(zhì)、核酸、多糖。脂類是生物小分子。目前五十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)1.氨基酸通過(guò)肽鍵聯(lián)成肽鏈(蛋白質(zhì))

寡肽：含有2～20個(gè)氨基酸殘基(如二肽、五肽、八肽)

多肽：含20～50個(gè)氨基酸殘基

蛋白質(zhì)：含幾十個(gè)氨基酸殘基注意：肽鏈有方向性，氨基端(N端)，羧基端(C端)目前五十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合形成肽鍵目前五十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)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。目前五十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前六十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)正常人的紅細(xì)胞鐮刀狀紅細(xì)胞正常的血紅蛋白鐮刀狀紅細(xì)胞的血紅蛋白目前六十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)蛋白質(zhì)種類的多樣性目前六十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)對(duì)比不同動(dòng)物的血紅蛋白之氨基酸序列,可以表現(xiàn)不同動(dòng)物間的親緣關(guān)系。目前六十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)★★★蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈中氨基酸的排列順序；蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指鄰近幾個(gè)氨基酸形成的一定的結(jié)構(gòu)形狀。

如：α－螺旋和β－折疊；目前六十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。其中最主要的特點(diǎn)是：生物大分子有獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型和分子整體形狀。目前六十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)目前六十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)形狀。如纖維蛋白和球狀蛋白。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各肽鏈之間的位置和結(jié)構(gòu)。所以四級(jí)結(jié)構(gòu)只存在于具有兩條以上肽鏈的蛋白質(zhì)。目前六十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)血紅蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)目前六十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前六十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)維持生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素★★★C＝O

H－O

C－N

HC－O

H3N－

氫鍵離子鍵(鹽鍵)—+O——非共價(jià)鍵此外，還存在疏水作用力、范德華引力等。目前七十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前七十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前七十二頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)A、需要多個(gè)非共價(jià)鍵才足以維持高級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；B、高級(jí)結(jié)構(gòu)不很穩(wěn)定。生物大分子變性就是因?yàn)楦呒?jí)結(jié)構(gòu)破壞，大分子性質(zhì)改變，生物活性喪失。但是，一級(jí)結(jié)構(gòu)尚未破壞。

非共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)度很小，所以目前七十三頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)RNase

的變性和復(fù)性注意：雙硫鍵也在維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中起重要作用。目前七十四頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)蛋白質(zhì)變性使高級(jí)結(jié)構(gòu)破壞變性后的蛋白質(zhì)分子還能復(fù)性目前七十五頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前七十六頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)2.單糖通過(guò)糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈(1)貳糖對(duì)貳糖結(jié)構(gòu)的了解包括弄清楚：

單糖基成份

α－還是β－糖苷鍵取代位置目前七十七頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)麥芽糖的結(jié)構(gòu)目前七十八頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)(2)淀粉和纖維素都由葡萄糖組成，它們之間主要區(qū)別在于α－糖苷鍵和β－糖苷鍵的區(qū)別。目前七十九頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)糖原淀粉纖維素α-1,4糖苷鍵α-1,4糖苷鍵α-1,6糖苷鍵β-1,4糖苷鍵目前八十頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)目前八十一頁(yè)\總數(shù)九十一頁(yè)\編于三點(diǎn)3.核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸(1)核酸鏈也有方向性；(2)DNA和RNA在組成成份上有差別；

DNA