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生命的化学基础
陈阅增普通生物学第四版，包含原子和分子、组成细胞的生物大分子、脂质、 糖类、核酸、 蛋白质等。
编辑于2024-01-18 13:59:44- 化学
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生命的化学基础
原子和分子
生命需要多种元素
元素：具有相同核电荷数的一类原子的总称
原子：化学变化中最小粒子
亚原子颗粒（基本粒子）
电子
带负电荷
质子
质子数目是该原子特有的
带正电荷
电荷大小相等，符号相反，数目相等
中子
不带电荷
质量相等
同位素
质子数和电子数相同，中子数不同
应用
同位素示踪
疾病诊断
人体必需元素
大量元素
氧
碳
氢
氮
钙
磷
钾
硫
钠
氯
镁
微量元素
硼
铬
钴
铜
氟
碘
铁
锰
钼
硒
硅
锡
钒
锌
化合物由元素组成
原子发生反应的关键
电子的共用或得失（化学键形成）
化学键
离子键
共价键
水是细胞中不可缺少的物质
水的特性
水是极性分子
水分子间会形成氢键
让水分子有很多特性
液态水中的水分子有内聚力
形成水柱
水的表面张力大
水分子之间的氢键
缓和温度变化
让水分不易蒸发
冰比水轻
独一无二特性：固态密度小于液态密度
水是良好的溶剂
所有细胞里
血液
植物的汁液
水能够电离
酸碱度
酸性强弱取决于氢离子多少
碱性强弱取决于氢氧根离子多少
pH表示溶液酸度
细胞中微小pH变化都可能是有害的
化学反应使原子重组
化学反应不能创造或破坏原子，只能将原子重新组合
组成细胞的生物大分子
碳是组成细胞中各大分子的基础
含碳化合物统称为有机化合物
碳骨架是许许多多种有机化合物基础
4种重要功能团
羟基
醇类
羰基
羧酸
羧基
酮
醛
氨基
胺类
都有极性，都是亲水的，都是水溶性的
细胞利用少数种类小分子合成许多种生物大分子
大分子
蛋白质
核酸
多糖
脂质
糖类
单糖和双糖
单糖
组成多糖的单体
常见
葡萄糖
细胞中主要燃料分子
果糖
异构体
特点
有许多羟基，属于醇类
羰基
分子一端成醛基（葡萄糖）
分子中间成酮基（果糖）
作用
合成别的有机分子的原料
双糖
由两个单糖通过脱水作用合成
常见
麦芽糖
两个葡萄糖
存在于萌发中的禾谷类子粒
蔗糖
葡萄糖与果糖
植物汁液中，植物体内运送的主要养分
多糖
数百至数千单糖通过脱水合成
种类
淀粉
存在于植物的根和其它部分
葡萄糖聚合而成
人和大多数动物可在消化管中将其水解
糖原
人和其他动物体内储藏的多糖
贮存在肝细胞和肌细胞
纤维素
有些动物可以消化：寄生着能水解纤维素的微生物
作用
保护细胞
支持植物体
不能被动物消化管之中的酶水解
维持消化系统的健康
脂质
脂肪是脂质中主要的贮能分子
脂质特点
主要含碳和氢两种元素
以非极性共价键组成
和水不相容，是疏水的
脂肪
甘油和脂肪酸
叫做甘油三酯/三酰甘油
脂肪酸
不饱和脂肪酸
有双键
常温下液态
动物少，植物多
饱和脂肪酸
没有双键
磷脂、类固醇、蜡都是脂质
磷脂
细胞膜重要组分
类固醇
常见：胆固醇
细胞膜重要成分
动物体内合成其他类固醇原料
促蛋白合成类固醇
类似雄性激素药物
促进肌肉发达
增强体力
蜡
组成
长链的醇
长链的脂肪酸
疏水性比脂肪更强
保护生物体表面
蛋白质
蛋白质为生命活动所必需
分类（按功能）
结构蛋白
组成细胞结构的基础
收缩蛋白
收缩蛋白与结构蛋白共同起作用
贮藏蛋白
防御蛋白
转运蛋白
负责转运的蛋白质
信号蛋白
将信号从一个细胞转运到另一细胞
酶
生物催化剂
促进化学反应进行
化学反应由酶促进和调节
蛋白质仅由20种氨基酸组成
氨基酸
在分子中的组合排列不同
含有氨基和羧基的化合物
疏水还是亲水取决于R基团的性质
连接方式
脱水合成
羧基与氨基脱水
肽键
一个氨基酸中的C与另一个氨基酸中的N形成一个新的键C-N
水解作用
一个水分子破坏一个肽键
蛋白质结构决定其功能
一个蛋白质分子由一条或几条多肽链组成
大多数蛋白质都是球状，某些结构蛋白是丝状
决定专一功能的是三维形状
蛋白质变性：多肽链松开，失去专一的三维结构
要执行专一功能，都必须识别其他分子并与之结合
决定专一形状四个层次
前一级结构决定下一级结构
一级
决定蛋白质一级结构是基因
多肽链中氨基酸排列顺序
一级结构稍有变化会影响蛋白质功能
二级
一级结构中部分肽链卷曲折叠
卷曲
螺旋
折叠
折叠片
三级
一条多肽链的总的三维形状
球状
纤维状
主要由于多肽链中R基团间相互作用
三级结构维持
疏水基团集中在一起
某些极性的R基团间形成的氢键和离子键
四级
两条或多条肽链组成才有
组成这种蛋白质的各个多肽为亚基
由各亚基间形成的健维持
许多蛋白质的亚基不同
核酸
核酸由核苷酸组成
核酸
核酸是多聚体
分类
脱氧核糖核酸（DNA)
通过蛋白质控制细胞乃至整个生物体
不直接发号施令，通过RNA起作用
单体
核苷酸
组成
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
A
T
G
C
核糖核酸(RNA)
组成
核糖
磷酸
含氮碱基
A
U
G
C
多核苷酸
由核苷酸脱水合成
形成重复出现糖-磷酸总链
DNA双螺旋
DNA双螺旋模型的特点（P26~P27）
性质有很大不同
多聚体
由相同或相似的小分子组成长链
组成多聚体的小分子称为单体
细胞利用单体组成多聚体
单体组成多聚体的方式是脱水缩合
具体到每一种反应，各自由专一的酶催化
生物制造多聚体的单体是通用的
缓冲剂抵抗pH变化，但能力有限