普通生物学笔记张磊夫北京大学普通生物学 A 版权所有 :Zhang Leifu(SIS 07) 参考书目 : 生命科学导论普通生物学课件 ( 高崇明 ) 陈阅增普通生物学一引言 ( 略 ) 二生命的化学基础 2.1 构成生命的元素生命中最丰元素不同于地球 I) 地球元素丰度排

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罕雍
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1 普通生物学 A 版权所有 :Zhang Leifu(SIS 07) 参考书目 : 生命科学导论普通生物学课件 ( 高崇明 ) 陈阅增普通生物学一引言 ( 略 ) 二生命的化学基础 2.1 构成生命的元素生命中最丰元素不同于地球 I) 地球元素丰度排列 :O Si Al Fe Ii) 生物体元素丰度排列 :O C H 和 N Iii) 构成生命不可缺少的元素 25 种 : a) 常量元素 :C H O N S P Cl Ca K Na Mg( 共 11 种 ) b) 微量元素 :Fe Cu Zn Mn Co Mo Se Cr Ni V Sn Si I F iv) 含量比较 : 自然界 C H N<1%; 生物体中 O C H N>96%, 是构成糖类脂质蛋白质和核酸的主要成分 ; 余下 <4% 的元素起调节细胞和生物体代谢作用 ;C H O N P S Ca>99%( 生物体质量 ) 生命具有富集稀少元素的功能 ( 略 ) 生命中的同位素定义 : 每一种元素都含有质子数相同, 而中子数不同的一组原子, 称为同位素例子 : 14 C 测定年代 ( 会衰变 ), 应用于古生物学古人类学和考古学生物分子以碳链为骨架原因 : 碳原子最外层有 4 个电子, 可形成 4 个共价键, 成链成环 2.2 糖类组成元素 : 碳氢氧通式 :Cn(H 2 0)m( 既不充分也不必要 ), 旧称碳水化合物, 实际错误, 应为乙醛乙酸符合 1

2 该通式不是糖, 鼠李糖 (C 5 H 10 O 4 ) 不符合通式但是一种单糖某些糖含有 N S 功能 : i) 供能物质, 如葡萄糖 Ii) 生物大分子结构成分, 如纤维素几丁质 Iii) 生物合成原料, 如光和作用合成的糖进一步用于蛋白质核酸维生素 Iv) 识别作用, 如血型物质分类 : 根据水解情况 : i) 单糖 Ii) 寡糖 Iii) 多糖单糖定义 : 单糖是不能够再水解成更小分子的糖结构 : 多羟基醛或多羟基酮 ( 是否含酮基或者醛基 ) 醛糖 : 甘油醛核糖葡萄糖半乳糖酮糖 : 二羟丙酮核酮糖果糖存在形式 : 链式或者环式结构, 多见五元环和六元环 (4 碳以上可以成环 ) 原因 : 羟基与酮基或者醛基反应构型 : i) 糖分子中的原子彼此结合的次序相同, 但原子的空间排列位置不同, 因此可以形成一种特殊的立体异构体, 即旋光异构体 ( 或镜像异构体手性分子 ), 二羟丙酮不可能有手性碳原子 Ii) 在旋光异构体中, 不对称碳原子的 4 个取代基在空间的相对取向, 称为构型 Iii) 单糖的构型是指分子中离羰基碳最远的不对称碳原子的构型, 是其上羟基的空间取向, 与甘油醛比较的结果羟基在右边为 D 型, 在左边为 L 型天然存在单糖常为 D 型 ( 山梨糖除外 ) Case: 葡萄糖天然都是 D 型 ( 偏振光右旋,+), 即 5 号 C 的 -CH 2 OH( 羟甲基 ) 位于透视式的上方,L 型与之相反 ( 左旋,-) 由于 1 号 C 上的羟基位置不同, 有两种异构体 α 反式, 下方 β( 顺式, 上方 ) 水溶液中, 直链的 α β 型葡萄糖可以进行互变, 产生变旋现象, 有一个平衡双糖 2

3 寡糖 :2-20 个单糖的连接成的糖链双糖 : 两个单糖羟基缩合脱水形成最简单的寡糖, 之间的化学键叫糖苷键 PS: 双糖寡糖麦芽糖 :2 分子 α 葡萄糖缩合脱水,α-1,4- 糖苷键淀粉水解产物纤维二糖 :2 分子 β 葡萄糖缩合脱水,β-1,4- 糖苷键纤维素水解产物蔗糖 :α 葡萄糖 +β 葡萄糖,1,2- 糖苷键光合植物大量存在乳糖 : 葡萄糖 + 半乳糖, 乳汁中唯一的糖多糖定义 : 许多单糖单位构成分类 : 贮存多糖 ( 淀粉糖原 ), 结构多糖 ( 纤维素动物细胞外糖胺聚糖细菌杂多糖 ) 淀粉 :α 葡萄糖的长链, 分为直链 ( 遇碘蓝紫色, 只有 α 1,4- 糖苷键 ) 与支链 ( 分支处 α 1,6- 糖苷键, 遇碘紫红色 ), 存在于谷粒块根块茎果实中豆类种子 ( 都是直链 ), 糯米 ( 都是支链 ), 土豆 (22% 直链,78% 支链 ) 糖原 ( 动物淀粉 ): 分支多, 存在于肝与骨骼肌纤维素 : 最丰富有机物, 细胞壁与木质部中 β-1,4- 糖苷键, 无分支纤维素酶消化, 如食草动物 / 白蚁其他多糖 : 几丁质 ( 昆虫外骨骼 ), 乙酰壳多糖 ( 生物医学 ), 果胶 ( 细胞壁之间, 食品工业 ), 琼脂 2.3 脂质定义 : 一大类物质总称结构差异大, 共同点, 不溶于水, 溶于有机溶剂分类 : I) 单质 ( 单纯脂质 ) a) 脂肪 : 脂肪酸 + 甘油 b) 蜡 : 长链脂肪酸 / 长链醇 / 固醇 ii) 复脂 ( 复合脂质 ) a) 磷脂 : 长链脂肪酸 + 甘油 / 神经醇 + 磷酸 + 含氮碱 b) 糖脂 : 长链脂肪酸 + 甘油 / 神经醇 + 单糖等 + 含氮碱 iii) 衍生脂质 a) 取代烃 b) 固醇类 ( 甾类 ) c) 萜具有脂质一般性质, 结构差异大 3

4 d) 其他脂质脂肪甘油 +3 脂肪酸 ( 通常不同 )= 又称真脂 / 中性脂肪, 三酰甘油 / 甘油三酰 (TG) 人体必需脂肪酸 : 亚油酸 ( 植物油中含量高 ) 亚麻酸( 可合成 DHA&EPA, 未必真必需, 可由亚油酸转化 ), 不能自生合成, 只能从外界摄入磷脂分类 : 甘油磷脂 ( 最简单的是磷脂酸, 磷酸取代甘油 α 碳由磷酸取代脂肪酸, 葡萄糖 -> 甘油三酯的中间产物 ) 鞘磷脂, 存在于细胞的膜系统 Case: I) 磷脂酸磷酸基上的羟基 + 胆碱 = 卵磷脂, 防止脂肪肝 ; Ii) 羟基 + 胆胺 = 脑磷脂 ; Iii) 羟基 + 丝氨酸 = 丝氨酸磷脂, 血小板第三因子, 参与凝血酶原的活化结构 : 磷酸基 + 酯化醇 = 亲水头 & 脂肪酸链 = 疏水尾 -> 磷脂双分子层衍生脂质固醇类 : 基本骨架为环戊烷多氢菲, 侧链与基团不同包括固醇 ( 甾醇 ) 胆酸强心苷性激素及肾上腺皮质激素胆固醇最常见, 生理功能有 : i) 动物细胞膜组成成为调解膜的流动性, 增加稳定性, 降低水溶物通透性 ; Ii) 生物化学合成的原材料, 如类固醇激素 Vd, 胆汁酸的前体过多会引起疾病萜 : 不同数目的异戊二烯连接成的链状或者环状化合物 β- 胡萝卜素 ->2Va-> 氧化 : 视黄醛 ( 感光 ) 抗氧化能力, 番茄红素其他脂质 : 脂蛋白脂多糖类二十碳烷 ( 前列腺素凝血恶烷和白三烯 ) 脂酰 CoA, 维生素 A D E K 脂蛋白复合体 : 蛋白质 + 磷脂 + 胆固醇脂 + 胆固醇 + 甘油甘油三酯越多, 密度越低 LDL: 低密度脂蛋白动脉硬化的元凶 VLDL: 极低密度脂蛋白 LDL 受体缺乏, 高胆固醇血症, 遗传病 4

5 HDL: 高密度脂蛋白, 好的胆固醇 2.4 蛋白质最基本成分, 占干重 >50% 功能多样: 防御转运支持运动调控以及催化标记元素为 S, 甲硫氨酸与半胱氨酸其他,P Fe Zn Cu 等氨基酸是基本结构单位构成蛋白质的 20 种 α 氨基酸 ( 与羧基相邻的 α 碳都有一个氨基 ) 鸟氨酸瓜氨酸, 仅仅是代谢中间产物构型与性质 : 两性电解质,R 基决定物化性质, 除甘氨酸其他 α 氨基酸的中心 C 原子都是手性碳构成蛋白质的都为 L 型, 且 L 型在自然界占优势必需氨基酸 : 亮氨酸异亮氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸缬氨酸苏氨酸和色氨酸氨基酸聚合形成蛋白质 α- 氨基 +α- 羧基 -> 脱水形成肽键 ( 永久偶极,O C N 的电子杂化 ) 方向性 :N 端与 C 端特性 :Met 常位于首位, 脯氨酸造成肽链扭结,2 半胱氨酸成二硫键蛋白质结构一级结构 : 多肽链中氨基酸数目种类和排列顺序决定高级结构二级结构 : 指蛋白质分子中, 链内的氢键使肽链形成 α- 螺旋 ( 稳定结构, 向右螺旋, 当 R 基位阻过大, 相邻氨基酸排斥, 形成 β- 折叠 ), 链间氢键使肽链形成 β- 折叠三级结构 : 多肽链进一步沿多方向盘绕成紧密地近似球状的结构包括氢键范德华力在内的多重非共价键维持四级结构 : 存在于若干个多肽亚基组成的蛋白质中, 它涉及多肽亚基的空间排列和相互作用性质三维结构的维持力 : 氢键离子键二硫键以及疏水集团间相互作用和范德华力相互作用蛋白质变性与复性变性 : 重金属离子酸碱有机溶剂尿素以及加热紫外辐射, 破坏高级结构 ( 二三四级结构 ), 丧失生物学功能复性 : 除去变条件后, 有时能恢复活性 2.5 酶定义 : 活细胞产生, 具有催化活性与高度专一性的特殊有机物质 ( 主要是蛋白质 +RNA) 5

6 例外 : 切赫, 四膜虫 RNA 的核酶活性分类 : I) 单纯蛋白质酶 Ii) 结合蛋白质酶 ( 蛋白质 + 辅助因子 ), 辅助因子 = 金属离子 / 辅酶 ( 结合疏松 )/ 辅基 ( 结合紧密, 共价键 ) 酶作为催化剂的特点 I) 易失活 Ii) 催化效率高 Iii) 专一性强诱导契合假说酶活性的调控活性中心抑制剂与激活剂抑制作用类型 : I) 不可逆抑制 : 抑制物与酶共价键结合, 如有机汞砷化物抑制含巯基酶, 氰化物抑制细胞色素氧化酶, 有机磷抑制胆碱酯酶 Ii) 可逆抑制 : a) 竞争性抑制 : 抑制物与底物相似 b) 非竞争性抑制 : 能与底物同时与酶结合, 位点不同, 别构酶的别构抑制酶共价调解 : 其他酶对其进行共价修饰, 在活性形式与非活性形式转换 2.6 核酸分类 :DNA/RNA(m/r/tRNA) 基本结构单位 : 脱氧核苷酸 / 核苷酸 ( 两性电解质 )<- 核糖 / 脱氧核糖 + 磷酸基 + 含氮碱基 (AUCG/ATCG) 区别 : i) 核糖不同 ii) 碱基组成不同 iii) 单 / 双链核酸一级结构指核苷酸序列由 3,5 - 磷酸二酯键连接 DNA 还可以成环 6

7 核苷酸链第一个核苷酸的 C-5 上的磷酸基未形成磷酸二酯键, 为磷酸自由基, 称 5 末端最末一个核苷酸糖 C-3 上的羟基游离, 称为 3 末端即核苷酸具有方向性, 通常从 5-3 书写序列转录起点 ( 新生 RNA 链第一个核苷酸相对应 DNA 链上的碱基 ) 为界,5 末端方向序列是上游, 反之 3 是下游起点是 +1, 下游依次 +2,+3, ; 上游方向依次为 -1,-2, 核酸二级结构 I)DNA 分子又反向平行得脱氧核苷酸链向右盘绕成双螺旋 Ii) 脱氧核糖 + 磷酸, 外侧, 基本骨架碱基, 内侧两条链偏向一侧, 形成大沟, 小沟 Iii) 通过氢键形成碱基对,A=T,c G 构型 :A B( 最基本 ) 向右螺旋 ;Z 向左螺旋核酸的变性与复性 PCR, 氢键断裂手性分子与疾病 ( 略 ) 三生命活动基本单位细胞动物学家施旺与植物学家施莱登的细胞学说 3.1 三类细胞的结构比较 7

1 S P Cl Pro 2 K Na Ca Mg K Na Ca Mg % 1 6%-9% 2 1%-3% 3 70%-80% 4 P Ca Fe Cu Co Zn Se Mn Mo Ni Cr P Ca 5 VB V B1 Vpp V B2 B3 VE

1 2 1 V Pro 2 3 1 Pro 2 Fe2+ Fe3+ 3 Vc 4 Vc 5 1-12% 45-64% 4 1 S P Cl Pro 2 K Na Ca Mg K Na Ca Mg 3 1-2 11-14% 1 6%-9% 2 1%-3% 3 70%-80% 4 P Ca Fe Cu Co Zn Se Mn Mo Ni Cr P Ca 5 VB V B1 Vpp V B2 B3 VE