理论联系实际 局部与整体的关系 结构和功能的统 生物和环境的统 第二章:生命的物基础 生命的形态、结构和功能变化无穷,但生命活动具有共同的物质基础。正是由于组成生物体 的各种物质复杂的化学反应,才产生了各种各样的生命现象。 无机物 水 生物体重量的65-90%,既是溶剂,又是物质运输的介质,参与生命活动的一切化学反应。 存在方式:游离水,结合水 无机盐 生物体重量的2-5% 阳离子Na、K、Ga2、Mg2+、Fe2+、Fe+阴离子Cl、SO-2、PO42-、HCO3等 作用: 1.直接与蛋白质结合。铁离子与血红蛋白结合,参与气体运输 2.参与酶反应 3.维持一定渗透压,电解质平衡,维持细胞正常活动,内环境稳定。各种离子的比例与海 水成分接近,成为生命起源于海洋的一个证据。 有机物 有机物的特征: 所有有机物都有碳原子,有机物就是碳的化合物 C对生命物质的构成具有特别重要的意义。C位于元素周期表的第二周期第4族,最外电子 层上有4个电子,与其它元素结合时不易失去得到电子,而是形成4个共价键(与其它原子 共用电子对)。自身的结合,与其它分子基团的结合 组成元素少,主要为C、H、O、N,但种类多,几百万种(为无机物的许多倍),且仍在被 发现和人工合成 有机物的分类:
理论联系实际 局部与整体的关系 结构和功能的统一 生物和环境的统一 第二章：生命的物质基础 生命的形态、结构和功能变化无穷，但生命活动具有共同的物质基础。正是由于组成生物体 的各种物质复杂的化学反应，才产生了各种各样的生命现象。 无机物 水 生物体重量的 65-90%，既是溶剂，又是物质运输的介质，参与生命活动的一切化学反应。 存在方式：游离水，结合水 无机盐，生物体重量的 2-5% 阳离子 Na+、K+、Ga2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 阴离子 Cl-、SO4 2-、 PO4 2-、 HCO3 -等。 作用： 1．直接与蛋白质结合。铁离子与血红蛋白结合，参与气体运输 2．参与酶反应 3．维持一定渗透压，电解质平衡，维持细胞正常活动，内环境稳定。各种离子的比例与海 水成分接近，成为生命起源于海洋的一个证据。 有机物 有机物的特征： 所有有机物都有碳原子，有机物就是碳的化合物。 C 对生命物质的构成具有特别重要的意义。C 位于元素周期表的第二周期第 4 族，最外电子 层上有 4 个电子，与其它元素结合时不易失去得到电子，而是形成 4 个共价键（与其它原子 共用电子对）。自身的结合，与其它分子基团的结合。 组成元素少，主要为 C、H、O、N，但种类多，几百万种（为无机物的许多倍），且仍在被 发现和人工合成。 有机物的分类：
按C的骨架分 1.开链 2.碳环(1)脂环。(2)芳香,分子中含有苯环或稠苯环 3.杂环,碳环中有其它原子 按活性基团(官能团)分: 糖类多羟基(一0H化合物 单糖:葡萄糖,半乳糖,果糖,核糖,脱氧核糖 双糖:可水解成为单糖,蔗糖 一个环上的OH与另一个环上的-OH缩合脱水形成糖苷键-O- 多糖:可水解成为单糖 淀粉(单糖链:螺旋形),豆类种子淀粉:直链;粘米:支链;马铃薯:22%直链,78%支 链 纤维素(单糖链:致密线状排列,其间有氢键相连,故相当坚韧) 糖原(单糖链:分支形 多糖的作用 1.能量储备,植物的块根、块茎含有淀粉,动物的肝糖原、肌糖原 2.支持骨架,细胞壁中有大量纤维素 多糖宝库:地球上绿色植物光合作用每年合成10吨纤维素,可产生的能量相当于全球每 年消耗的能源的10倍,但木材直接燃烧能量的利用率<10%。开发多糖资源,解决能源危机 脂类不溶于水,溶于有机溶剂 脂肪:提供能量,脂肪组织 甘油+3个脂肪酸=三酰甘油酯(脂肪) 脂肪酸=羧基(头,亲水,易反应)+长的碳氢链(尾,疏水,稳定) 磷脂:与蛋白质结合成脂蛋白,为细胞膜的重要成分,各种膜结构 三酰甘油酯甘油α位碳原子上的被磷酸基取代=磷脂酸 磷酸基上的-OH位置连接胆碱、胆胺、丝氨酸氨基醇,分别产生卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸 磷脂(P24图) 甾醇: 胆固醇 细胞膜的重要成分(平行于磷脂之间,增加膜的稳定性,调节膜的流动性 参与体内代谢,作为前体物质 可沉积于血管壁
按 C 的骨架分: 1．开链 2．碳环 （1）脂环。（2）芳香，分子中含有苯环或稠苯环 3．杂环，碳环中有其它原子 按活性基团（官能团）分： 糖类 多羟基（−OH）化合物 单糖：葡萄糖，半乳糖，果糖，核糖，脱氧核糖 双糖：可水解成为单糖，蔗糖。 一个环上的−OH 与另一个环上的−OH 缩合脱水形成糖苷键−O− 多糖：可水解成为单糖 淀粉（单糖链：螺旋形），豆类种子淀粉：直链；粘米：支链；马铃薯：22%直链，78%支 链 纤维素（单糖链：致密线状排列，其间有氢键相连，故相当坚韧） 糖原（单糖链：分支形） 多糖的作用： 1．能量储备，植物的块根、块茎含有淀粉，动物的肝糖原、肌糖原 2．支持骨架，细胞壁中有大量纤维素 多糖宝库：地球上绿色植物光合作用每年合成 1011 吨纤维素，可产生的能量相当于全球每 年消耗的能源的 10 倍，但木材直接燃烧能量的利用率<10%。开发多糖资源，解决能源危机。 脂类不溶于水，溶于有机溶剂 脂肪：提供能量，脂肪组织 甘油 + 3 个脂肪酸 = 三酰甘油酯（脂肪） 脂肪酸 = 羧基 （头，亲水，易反应）+ 长的碳氢链（尾，疏水，稳定） 磷脂：与蛋白质结合成脂蛋白，为细胞膜的重要成分，各种膜结构 三酰甘油酯甘油α位碳原子上的被磷酸基取代 = 磷脂酸 磷酸基上的−OH 位置连接胆碱、胆胺、丝氨酸氨基醇，分别产生卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸 磷脂（P24 图） 甾醇： 胆固醇： 细胞膜的重要成分（平行于磷脂之间，增加膜的稳定性，调节膜的流动性 参与体内代谢，作为前体物质 可沉积于血管壁
胆汁酸(胆汁中胆盐的主要成分,参与脂肪的消化吸收)、激素(调节生长、发育、新陈代 谢 萜类: 蜡 蛋白质构成细胞的主要成分,生命活动的主要执行者,生命实际上就是蛋白质的活 动规律 有机成分的80%,维持生命过程的重要物质。组成元素:C、H、O、N、S、Fe、 已发现的天然氨基酸有180多种,其中组成蛋白质的有20余种。氨基酸是组成蛋白质的基 本单位。有8种氨基酸人体不能自己合成,必须从食物中获得,称为必须氨基酸。以必须氨 基酸的含量评价蛋白质食品的营养含量 氨基酸的通式 NH2(氨基) R→C-COOH(羧基) 一个氨基酸失去羧基上的OH,另一个氨基酸失去一个H,从而连接起来,它们之间的化学 键称为肽键 2个氨基酸2肽,3个3肽,多个多肽,蛋白质就是多肽 24种氨基酸排列出来107种方式,一般的蛋白质分子有500个以上的氨基酸,有1000种方 式 蛋白质的一级结构:氨基酸的排列方式 蛋白质的二级结构:氢键连接肽链形成螺旋状或把不同的肽链连成片层结构 蛋白质的三级结构:在二级结构基础上,氨基酸之间通过多种化学键折叠卷曲 蛋白质的四级结构:多条肽链三级结构在空间的相对位置 由此可见,蛋白质分子结构的复杂性是生命活动高度复杂、协调的物质基础(结构和功能的 蛋白质的作用 生物体的组成成分 特化的酶 叶绿体蛋白、血红蛋白,运输O2
胆汁酸（胆汁中胆盐的主要成分，参与脂肪的消化吸收）、激素（调节生长、发育、新陈代 谢） 萜类： 蜡 蛋白质构成细胞的主要成分，生命活动的主要执行者，生命实际上就是蛋白质的活 动规律 有机成分的 80%，维持生命过程的重要物质。组成元素：C、H、O、N、S、Fe、I 已发现的天然氨基酸有 180 多种，其中组成蛋白质的有 20 余种。氨基酸是组成蛋白质的基 本单位。有 8 种氨基酸人体不能自己合成，必须从食物中获得，称为必须氨基酸。以必须氨 基酸的含量评价蛋白质食品的营养含量。 氨基酸的通式： NH2（氨基） R⎯C⎯COOH（羧基） H 一个氨基酸失去羧基上的 OH，另一个氨基酸失去一个 H，从而连接起来，它们之间的化学 键称为肽键 2 个氨基酸 2 肽，3 个 3 肽，多个多肽，蛋白质就是多肽 24 种氨基酸排列出来 1017 种方式，一般的蛋白质分子有 500 个以上的氨基酸，有 10600 种方 式 蛋白质的一级结构：氨基酸的排列方式 蛋白质的二级结构：氢键连接肽链形成螺旋状或把不同的肽链连成片层结构 蛋白质的三级结构：在二级结构基础上，氨基酸之间通过多种化学键折叠卷曲 蛋白质的四级结构：多条肽链三级结构在空间的相对位置 由此可见，蛋白质分子结构的复杂性是生命活动高度复杂、协调的物质基础（结构和功能的 统一） 蛋白质的作用 生物体的组成成分 特化的酶 叶绿体蛋白、血红蛋白，运输 O2
肌动蛋白、肌球蛋白运动,肌肉收缩 激素蛋白 抗体,高度专一的蛋白质 神经冲动的受体,高度专一的蛋白质 酶 具有催化作用的特殊蛋白质 类型 1.单纯蛋白酶 2.结合蛋白酶=蛋白藤+辅助因子(包括辅酶和辅基),辅助因子不参加本身无催化作用 酶的作用特点 1.高度专一性 2.加快反应速度:通过活性部位与底物结合,提高底物浓度,引起底物化学键改变,并与 底物形成中间产物,从而降低反应的活化能,而不是给反应提供能量 3.常温、常压、中性pH条件下发生反应 核酸 主要存在于细胞核内,少量存在于细胞质里的叶绿体、线粒体上 脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA) 单核苷酸是组成核酸的基本单位,单核苷酸以一定的化学键相连 单核苷酸=五碳糖+碱基(A、T、C、G)+磷酸 DNA分子的双螺旋结构 个DNA分子的碱基对数目很多,从数千到数百万 即使100对,那么在DNA分子上的排列方式就达400种,天文数字,因此,DNA分子蕴涵 大量的遗传信息(结构和功能的统一) DNA分子的一级结构(双链),二级结构,三级结构,四级结构 染色质→染色体 RNA分子为单连结构 mRNA、tRNA、rRNA 人类基因组计划 1957年苏联发射了第一颗人造卫星后,又于19%61年4月12日把宇航员送上月球,开辟了 人类航天史上的新纪元。美国痛感落后的耻辱,肯尼迪总统当即提出也要实施登月计划 年后,2名美国宇航员乘阿波罗飞行器登上月球,这就是当时耗资240亿美元,动员120所
肌动蛋白、肌球蛋白运动，肌肉收缩 激素蛋白 抗体，高度专一的蛋白质 神经冲动的受体，高度专一的蛋白质 酶具有催化作用的特殊蛋白质 类型： 1. 单纯蛋白酶 2. 结合蛋白酶 = 蛋白酶 + 辅助因子（包括辅酶和辅基），辅助因子不参加本身无催化作用 酶的作用特点 1. 高度专一性 2. 加快反应速度：通过活性部位与底物结合，提高底物浓度，引起底物化学键改变，并与 底物形成中间产物，从而降低反应的活化能，而不是给反应提供能量 3. 常温、常压、中性 pH 条件下发生反应 核酸 主要存在于细胞核内，少量存在于细胞质里的叶绿体、线粒体上 脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA） 单核苷酸是组成核酸的基本单位，单核苷酸以一定的化学键相连 单核苷酸 = 五碳糖 + 碱基 （A、T、C、G）+ 磷酸 DNA 分子的双螺旋结构 一个 DNA 分子的碱基对数目很多，从数千到数百万 即使 100 对，那么在 DNA 分子上的排列方式就达 4 100 种，天文数字，因此，DNA 分子蕴涵 大量的遗传信息（结构和功能的统一） DNA 分子的一级结构（双链），二级结构，三级结构，四级结构 染色质→染色体 RNA 分子为单连结构 mRNA、tRNA、 rRNA 人类基因组计划 1957 年苏联发射了第一颗人造卫星后，又于 1961 年 4 月 12 日把宇航员送上月球，开辟了 人类航天史上的新纪元。美国痛感落后的耻辱，肯尼迪总统当即提出也要实施登月计划。8 年后，2 名美国宇航员乘阿波罗飞行器登上月球，这就是当时耗资 240 亿美元，动员 120 所
大学、2万家企业400万人参加的阿波罗登月计划。 1988年,生命科学史上一项最宏伟、耗资巨大、参与人数众多的项目开始实施,这就是被 称为第二个“阿波罗计划”的人类基因组研究计划。美国国会批准率先在美国开展,随后又 成立了一个专门的机构,即人类基因组织,多个国家参与进来。中国也是其中之一。唯一的 发展中国家 我们知道,生物的全部遗传信息都被编码在DNA分子上。 结构问题:但人类究竞有多少个基因,每个基因的编码顺序如何,它们的排列方式怎样 读出人类基因组的全部遗传密码,即测出人类基因组的3×109个碱基对的在染色体上的排 列顺序 功能问题:它们编码什么蛋白质,这些蛋白质与生物体的生命活动有什么关系 目前公认的估计是人类细胞全部基因的总和为50000-100000个基因,它们由3×109个碱基 对编码,也就是由30亿个核苷酸对组成,分布在24条不同的染色体上 读懂是对所有基因所表达的功能进行研究 原计划15年完成,美国总统克林顿于今年年初宣布,提前3年完成 但实际上只完成了第一项任务 基因工程 基本原理:对一种生物的基因进行修饰、添加和替换,特别是所添加和替 换的基因可以来自不同种类的生物。也就是对基因在体外进行剪切和拼 接,之后通过载体把改造了的基因导入受体生物细胞内,使其表达,从而 达到自己的目的 科学家所用的剪刀是限制性内切酶,最早是在大肠杆菌中找到的,生物体内有 种防御能力是来自于一种特殊的酶,这种酶可以切割外来入侵的DNA,从而达 到保护身体的作用,故得此名。迄今已发现数百种限制性内切酶,为生物制品公 司最常见、最重要的产品。 科学家所用的糨糊也是酶,叫做DNA连接酶,起牵线作用,即促进2个核苷酸 之间形成化学键 反义技术:近年来新发展起来的,封杀有害基因的表达,根据碱基互补原理,人 工合成特定的DNA或RNA片段,然后导入受体生物细胞内,抑制有害基因的 表达。 基因疗法: 疾病在本质上是基因的正常表达出现问题,例如癌细胞异常分裂加快,这与基因调控有关 原理
大学、2 万家企业 400 万人参加的阿波罗登月计划。 1988 年，生命科学史上一项最宏伟、耗资巨大、参与人数众多的项目开始实施，这就是被 称为第二个“阿波罗计划”的人类基因组研究计划。美国国会批准率先在美国开展，随后又 成立了一个专门的机构，即人类基因组织，多个国家参与进来。中国也是其中之一。唯一的 发展中国家。 我们知道，生物的全部遗传信息都被编码在 DNA 分子上。 结构问题：但人类究竟有多少个基因，每个基因的编码顺序如何，它们的排列方式怎样。 读出人类基因组的全部遗传密码，即测出人类基因组的 3109 个碱基对的在染色体上的排 列顺序。 功能问题：它们编码什么蛋白质，这些蛋白质与生物体的生命活动有什么关系 目前公认的估计是人类细胞全部基因的总和为 50 000−100 000 个基因，它们由 3109 个碱基 对编码，也就是由 30 亿个核苷酸对组成，分布在 24 条不同的染色体上。 读懂是对所有基因所表达的功能进行研究 原计划 15 年完成，美国总统克林顿于今年年初宣布，提前 3 年完成。 但实际上只完成了第一项任务 基因工程 基本原理：对一种生物的基因进行修饰、添加和替换，特别是所添加和替 换的基因可以来自不同种类的生物。也就是对基因在体外进行剪切和拼 接，之后通过载体把改造了的基因导入受体生物细胞内，使其表达，从而 达到自己的目的 科学家所用的剪刀是限制性内切酶，最早是在大肠杆菌中找到的，生物体内有一 种防御能力是来自于一种特殊的酶，这种酶可以切割外来入侵的 DNA，从而达 到保护身体的作用，故得此名。迄今已发现数百种限制性内切酶，为生物制品公 司最常见、最重要的产品。 科学家所用的糨糊也是酶，叫做 DNA 连接酶，起牵线作用，即促进 2 个核苷酸 之间形成化学键。 反义技术：近年来新发展起来的，封杀有害基因的表达，根据碱基互补原理，人 工合成特定的 DNA 或 RNA 片段，然后导入受体生物细胞内，抑制有害基因的 表达。 1．基因疗法： 疾病在本质上是基因的正常表达出现问题，例如癌细胞异常分裂加快，这与基因调控有关 原理：