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1 第2章 生命的化学特征 Chemical Properties of Life
本章主要内容 旬组成生命有机体的元素 旬生物分子 旬生命有机体中的化学键 旬生物化学反应的能量来源 旬水在生命化学过程中的作用
2 本章主要内容 组成生命有机体的元素 生物分子 生命有机体中的化学键 生物化学反应的能量来源 水在生命化学过程中的作用
1生命中的元素 生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异,然而组成生命物质的 元素都是存在于非生命界的元素。 □主要元素 重要元素 3 Li4Be 锂铍口其他重要微量元素 5B6C7N809F|10Ne 氢、氧、碳和氮 硼碳|氮氧|氟|氖 II Na 12 Mg 13 Si 15 P 16S 17 C118Ar 钠镁 铝硅磷硫|氯 硫和磷 19k 20 ca 21 se 22T 23 v 24cr 25 Mr 26 Fe 27 Co/28 i/29 Cubo Zn b3I Ga 32 Ge[ 33 As 34 se 35 Br 36 KI 钾钙钪|钛钒|铬锰铁钻镍|铜|锌_镓锗砷硒溴|氪 钾、钠、氯、钙与镁 37Rb38Sr|39Y40141Nb42M(43Tc|4k45Rh46Pd47Ag48cd49h50s叫51Sb52le531|54X 铷锶钇锆铌钼锝钌|铑钯|银镉铟「锡|锑|碲|碘|氙 55Cs 56 Ba 72 Hf T73a74 W 75 Re 760 77 Ir 78 P179 Au/80 Hg 81 TI 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At86Rn 其他微量元素 铯钡人铪钽钨铢锇铱铂金求铊铅铋|钋砹氧 镧系 锕系 元素周期表中各种元素在生命机体中的丰度
3 1.生命中的元素 生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异，然而组成生命物质的 元素都是存在于非生命界的元素。 元素周期表中各种元素在生命机体中的丰度 氢、氧、碳和氮 硫和磷 钾、钠、氯、钙与镁 其他微量元素
表2-1生物分子中的共价键与键能 类型 键能(kJ/mol) 类型 键能* (kJ/moD) 单键 双键 O-H 458 C=0 08 H-H 433 C=N 612 P-0 416 C=C 608 C-H 413 P=0 500 C-0 350 三键 C-C 346 C≡C 813 S-H 338 C-N 297 C-S 258 N-O 220 S-S 212 六指键断裂所需要的能量**生物分子中很少见
4 表 2-1 生物分子中的共价键与键能 类型 键能（kJ/mol） 类型 键能* （kJ/mol） 单键 双键 O-H 458 C=O 708 H-H 433 C=N 612 P-O 416 C=C 608 C-H 413 P=O 500 C-O 350 三键** C-C 346 C≡C 813 S-H 338 C-N 297 C-S 258 N-O 220 S-S 212 *指键断裂所需要的能量**生物分子中很少见
硫和磷 可以形成相对比较弱的化学键,在化学基团和能量转移中有重要作用,如巯基 SH用于携带和转移脂酰基,磷酰基用于贮存和转移化学能 钾、钠、氯、钙、镁 维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位 钠、钾离子神经肌肉正常兴奋性,糖原合成和蛋白质代谢 镁离子是300多种酶的辅因子 钙离子是骨骼的主要成分,参与广泛的细胞生理活动,如物质的转运与分泌,血液凝 固,是细胞信号传导的第二信使等 其他的微量元素 主要有铁与铜化学价可变(Cu2+/Cu u+ Fe3+/F 在生物氧化过程中作为电子递 体,是许多酶的辅因子。还有Zn2,Mn2,Mo2+和I等也有重要生理功能
5 硫和磷 可以形成相对比较弱的化学键，在化学基团和能量转移中有重要作用，如巯基 -SH用于携带和转移脂酰基，磷酰基用于贮存和转移化学能 钾、钠、氯、钙、镁 维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位 钠、钾离子 神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢 镁离子是300多种酶的辅因子 钙离子是骨骼的主要成分，参与广泛的细胞生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝 固，是细胞信号传导的第二信使等 其他的微量元素 主要有铁与铜 化学价可变（Cu2+/ Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电子递 体，是许多酶的辅因子。还有Zn 2+，Mn 2+ ，Mo 2+ 和I 等也有重要生理功能
2生物分子 21生物大分子 参与生命有机体活动的许多分子是非常巨大的,我们把生物机体中这些 巨大的分子称为生物大分子( biological macromolecules)。 生物大分子通过组成它们的单体之间的 非共价相互作用,形成特定的空间结构 ,这e 从而具有了不同的生物学功能 心 生物大分子是表现生命特征的基本物质。 血红蛋白的空间结构
6 2.生物分子 2.1 生物大分子 参与生命有机体活动的许多分子是非常巨大的，我们把生物机体中这些 巨大的分子称为生物大分子（biological macromolecules）。 生物大分子通过组成它们的单体之间的 非共价相互作用，形成特定的空间结构， 从而具有了不同的生物学功能。 生物大分子是表现生命特征的基本物质。 血红蛋白的空间结构
核酸蛋白质和多糖是主要的生物大分子 糖原 线粒体DNA 胰岛素晶体 糖原颗粒电镜照片
7 核酸,蛋白质和多糖是主要的生物大分子
2.2类脂 类脂(如磷脂)是富含碳氢元素的一族生物小分子,其在水溶液中 溶解性较差、兼具亲水和亲脂特性。细胞的膜结枃就是大量磷脂分孑 的聚合体。 23有机小分子 细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质也是合成较大 分子的前体。 如:核苷酸、氨基酸、葡萄糖 脂肪酸、胆碱、甘油等
8 2.2 类脂 类脂（如磷脂）是富含碳氢元素的一族生物小分子，其在水溶液中 溶解性较差、兼具亲水和亲脂特性。细胞的膜结构就是大量磷脂分子 的聚合体。 2.3 有机小分子 细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质,也是合成较大 分子的前体。 如： 核苷酸、氨基酸、葡萄糖 脂肪酸、胆碱、甘油等
3生命有机体中的化学键 在生物大分子之间主要存在的非价的相互作用力包括氢键、离子键、 范德瓦尔力、疏水力。 氢键( hydrogen bonds) 由两个原子来分享一个氢原子,具有高度定向性,一个是氢供体, 另一个是氢受体 范德瓦尔力( Van der waals bonds) 定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用,本质上也是静电引力 疏水力( hydrophobicinteraction) 乍极性分子或基团在水相环境中相互吸引、聚集的作用力 离子键〔 ionic bonds) 正、负电荷之间的静电引力
9 3.生命有机体中的化学键 在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键、离子键、 范德瓦尔力、疏水力。 氢键（hydrogen bonds） 由两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性，一个是氢供体， 另一个是氢受体 范德瓦尔力（Van der Waals bonds） 一定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力 疏水力（hydrophobic interaction） 非极性分子或基团在水相环境中相互吸引、聚集的作用力 离子键（ionic bonds） 正、负电荷之间的静电引力
C=OIl H-O 氢键 离子键NH3++O C=O Llull H-N 水 CH? CH-CH3 疏水力 水 CH 2 两个氧分子的范德瓦尔作用 范德瓦尔接触距离 排斥 范德瓦尔接触距离 4种非共价作用力的示意图 范德瓦尔力0 距离 能量 吸
10 4 种非共价作用力的示意图 范德瓦尔接触距离