1、第二章 生命的化學(xué)生 命 科 學(xué) 導(dǎo) 論An Introduction to Life Sciences1所有的生命體有一個(gè)共同的語(yǔ)言，這個(gè)語(yǔ)言就是化學(xué)。Arthur Kornberg1959年獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)亞瑟科恩伯格（1918-2007）2大腸桿菌細(xì)胞的分子組成3本 章 內(nèi) 容2. 蛋白質(zhì)是生命體的主要功能分子 3. DNA是遺傳信息的主要貯存者4. 遺傳信息的傳遞和表達(dá)遵循中心法則1. 糖類(lèi)是生物體的主要能源物質(zhì)41. 糖類(lèi)是生物體的主要能源物質(zhì)淀粉糖原丙酮酸CO2+H2O葡萄糖2ATP2ATP糖酵解三羧酸循環(huán)呼吸鏈26ATP酶促水解5ATP是生物體能量流通的貨幣能量直接來(lái)源6生

2、物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面7三大能量物質(zhì)之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化脂肪蛋白質(zhì)糖類(lèi)8葡萄糖是最常見(jiàn)的單糖9一些多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)102. 蛋白質(zhì)是生命體的主要功能分子蛋白質(zhì)（Protein）11蛋白質(zhì)由氨基酸組成2012年湖北某高三班集體打吊瓶補(bǔ)充氨基酸 12氨基酸的結(jié)構(gòu)【氨基酸】是含有氨基和羧基的一類(lèi)有機(jī)化合物的統(tǒng)稱(chēng)，是生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位。 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式側(cè)鏈可變基團(tuán)13常見(jiàn)氨基酸有20種1420種氨基酸的名稱(chēng)及簡(jiǎn)寫(xiě)15營(yíng)養(yǎng)提示：必需氨基酸有8種【必需氨基酸】：人體自身不能合成，必須從食物中攝取的氨基酸。對(duì)成人來(lái)講，必需氨基酸共有8種： 賴(lài)氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮

3、氨酸、亮氨酸、纈氨酸。16營(yíng)養(yǎng)提示：根據(jù)氨基酸的種類(lèi)和數(shù)量將食物中的蛋白質(zhì)分為3類(lèi)：1、完全蛋白質(zhì)：奶、蛋、魚(yú)、肉2、半完全蛋白質(zhì)：谷類(lèi)、豆類(lèi)3、不完全蛋白質(zhì)：肉皮另外，谷類(lèi) + 豆類(lèi) 完全蛋白質(zhì)17蛋白質(zhì)分子中氨基酸以肽鍵相連【肽鍵】：是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。肽鍵是一種共價(jià)鍵。18蛋白質(zhì)/肽鏈的表示方法絲氨酸-纈氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-谷氨酰胺Ser-Val-Tyr-Asp-GlnS-V-Y-D-Q19蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是區(qū)分蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)【蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)】：蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，也叫初級(jí)結(jié)構(gòu)或基本結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)靠共價(jià)鍵（肽鍵）維系

4、。牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)20蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為4層蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)均為蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。21蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)生物功能的基礎(chǔ)【蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)】：也稱(chēng)空間結(jié)構(gòu)或三維構(gòu)象，是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是分層次的。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)包括二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。22蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋折疊23蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)靠非共價(jià)鍵維持 共價(jià)鍵 氫鍵 靜電作用 范德華力 疏水鍵90kcal/mol3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵數(shù)量巨大，才得以維持生物大分子的高

5、級(jí)結(jié)構(gòu)。24蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)重要性的反例（1）如高級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，蛋白質(zhì)的生物功能減弱或喪失。蛋白質(zhì)變性條件：高溫、極端pH、紫外光照、重金屬、有機(jī)溶劑等生雞蛋 熟雞蛋加熱25蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)重要性的反例（2）如高級(jí)結(jié)構(gòu)改變，蛋白質(zhì)功能可能發(fā)生變化，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病。瘋牛病的致病原因Prion朊蛋白瘋牛病朊蛋白26現(xiàn)發(fā)現(xiàn)Prion蛋白有兩種高級(jí)結(jié)構(gòu)： 正常的Prion蛋白PrPc 異常的Prion蛋白PrPscb-折疊占3% b-折疊占54%PrPcPrPsc27Prion致病機(jī)理蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊 PrPsc 可與細(xì)胞中原有正常的PrPc 相互作用，使PrPc 重新折疊，變成異常的PrPsc 。

6、增多的PrPsc 聚集形成淀粉樣斑，破壞腦細(xì)胞。空泡褐色斑塊28蛋白質(zhì)舉例(1)血紅蛋白運(yùn)輸氧氣、二氧化碳29血紅蛋白通過(guò)協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)攜氧功能30蛋白質(zhì)舉例(2)白蛋白/清蛋白血清白蛋白卵清蛋白乳清蛋白豆白蛋白31人血清白蛋白的重要作用維持血漿膠體滲透壓的恒定運(yùn)輸脂肪酸、Ca2+、Na+、K+等臨床應(yīng)用32基因工程生產(chǎn)人血清白蛋白全球?qū)θ搜灏椎鞍椎男枨?00 噸/年。水稻生產(chǎn)人血清白蛋白（由武漢大學(xué)楊代常教授團(tuán)隊(duì)完成）。每公斤水稻種子中獲得2.74克純?nèi)搜灏椎鞍祝@比同樣重量的煙草葉中純化的人血清白蛋白高出了25倍。 普通水稻轉(zhuǎn)基因水稻33蛋白質(zhì)舉例(3)膠原蛋白膠原蛋白是構(gòu)成皮膚、軟骨、

7、肌腱、牙齒的主要纖維成分。 生命支架具有重復(fù)的-Gly-X-Y-序列，其中X常常是脯氨酸，而Y是4-羥脯氨酸。34VC有助于維持膠原蛋白的正常結(jié)構(gòu)羥脯氨酸的羥化是在脯氨酰羥化酶的催化下進(jìn)行的，這個(gè)酶需要維生素C使其活性中心的鐵原子保持亞鐵狀態(tài)。缺少維生素C會(huì)使羥化不完全，不能正常形成纖維，造成皮膚損傷和血管脆裂，引起出血、潰爛，即壞血病。所以維生素C又叫抗壞血酸。 35蛋白質(zhì)舉例(4)蛋白酶己糖激酶：催化葡萄糖的磷酸化36酶的作用體外合成的條件：185 200 14 20 MPa體內(nèi)合成的條件：37 0.1 MPa降低反應(yīng)活化能，使生物體內(nèi)的反應(yīng)在體溫和一個(gè)大氣壓下進(jìn)行。如：尿素的合成373.

8、 DNA是遺傳信息的主要貯存者38DNA是一種核酸核酸中最重要的部分是堿基。DNA中的堿基有四種：A、T、G、C。39DNA的信息文本由ATGC寫(xiě)成四種堿基ATGC在DNA上的排列順序即【DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)】。40任意兩個(gè)人之間的DNA相似度99.9%。乙的一段DNA序列甲的一段DNA序列41人類(lèi)與其他物種的基因組比較42單鏈DNA和雙鏈DNA單鏈DNA是堿基單元的長(zhǎng)鏈聚合物。兩條互補(bǔ)的單鏈DNA通過(guò)雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)緊緊聯(lián)系在一起，形成雙鏈DNA，構(gòu)成生命體的信息遺傳物質(zhì)。細(xì)胞中的DNA大部分以雙鏈形式存在。雙鏈DNA的堿基呈互補(bǔ)配對(duì)，A總是與T配對(duì)，G總是與C配對(duì)，即A=T、 GC配

9、對(duì)。43DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋44DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)DNA鈉鹽纖維的X射線衍射圖Rosalind FranklinMaurice Wilkins45串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質(zhì)纖維伸展形染色質(zhì)片段密集形染色質(zhì)片段染色體DNA雙螺旋染色質(zhì)染色體染色質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)組蛋白464. 遺傳信息的傳遞和表達(dá)遵循中心法則Francis Crick47A G C T A G C U 48DNA半保留復(fù)制DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)遺傳信息的復(fù)制和傳遞至關(guān)重要。49DNA轉(zhuǎn)錄為RNA50RNA翻譯成蛋白質(zhì)遺傳信息的表達(dá)是由DNA經(jīng)過(guò)RNA翻譯成 蛋白質(zhì)。51翻譯的中介是密碼子每三個(gè)堿基組成一個(gè)密碼子，決定一個(gè)氨基酸。

10、52遺傳密碼字典64組密碼子編碼20種氨基酸53下面就是從基因到蛋白質(zhì)的故事，或者說(shuō)從基因型到表型的故事：54基因(gene)即DNA上的編碼序列55基因信息解碼翻譯成蛋白質(zhì)56每種蛋白質(zhì)行使獨(dú)特的功能乳糖酶分解牛奶中的乳糖肌球蛋白幫助肌肉收縮膠原蛋白皮膚和軟骨中的結(jié)構(gòu)蛋白血紅蛋白幫助血紅細(xì)胞運(yùn)輸氧氣57基因的突變可能產(chǎn)生功能異常的蛋白質(zhì)58血紅蛋白基因的突變產(chǎn)生嚴(yán)重后果正常血紅蛋白的鏈 結(jié)構(gòu) 紅細(xì)胞突變血紅蛋白的鏈 結(jié)構(gòu) 紅細(xì)胞59日本福島的蝴蝶突變核輻射導(dǎo)致基因突變，表型變化正常草酢漿灰蝶突變草酢漿灰蝶60中心法則補(bǔ)充版逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制61RNA病毒的自我復(fù)制62 體外實(shí)驗(yàn)中，該過(guò)程正是基因工程的基礎(chǔ)。RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA63生物的遺傳信息表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序儲(chǔ)存。細(xì)胞分裂時(shí)，通過(guò)DNA復(fù)制把親代的遺傳信息忠實(shí)遞給子代細(xì)胞。細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)，遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過(guò)翻譯轉(zhuǎn)變成特定氨基酸排列順序的多肽，由多肽執(zhí)行生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，或以其RNA為