第二章生命的物质基础

第二章生命的物质基础

第一节生物体中的无机化合物

一．水

1．含量：是鲜细胞中含量最多的无机化合物，在人和哺乳动物中含量为70%。不同生物的含水量不同，不同的生长发育阶段含水量不同，代谢旺盛的器官含水量高。

2．存在形式：（1）结合水(4.5%)；（2）自由水。

3．生理功能

结合水：与其他大分子物质一起构成细胞的组成成分。

自由水：（1）自由水是细胞中的良好溶剂；（2）参与各种反应；（3）参与运输养料和废物；（4）维持体温恒定；（5）维持细胞形态。

4．人体缺乏表现：（1）缺水10%，生理紊乱；（2）缺水20%，生命停止。

二．无机盐

1．含量：是生物体中含量最少的化合物，仅占细胞干重的1%。

2．存在形式：大多以离子状态存在，少数以化合物形式存在。

3．生理功能

（1）参与组成生物体内的重要化合物。如：血红蛋白：Fe2+、骨骼：Ca2+(缺钙，肌肉抽搐、骨质疏松、小孩会患佝偻病)、PO43—是磷脂的组成成分、Mg是植物叶绿素的必需成分、Zn是多种酶的组成元素、I是甲状腺素的原料。

（2）参与生物体的代谢活动。

（3）调节机体的渗透压和酸碱平衡。

（4）维持细胞的形态和功能

第二节生物体中的有机化合物

一．糖类

1．概念：符合化学通式Cm(H2O)n，俗称碳水化合物。(m，n≥3)，m，n可以不相等。组成元素C、H、O。

2．作用

（1）维持生命活动所需能量的主要来源；

（2）组成生物体结构的基本原料。

3．种类

种类

分布

功能

单糖：不能水解的最简单的糖

戊糖

核糖(C5H10O5)

细胞中都有

组成RNA的成分

脱氧核糖(C5H10O4)

细胞中都有

组成DNA的成分

己糖

葡萄糖(C6H12O6)

细胞中都有

主要的能源物质

果糖(C6H12O6)

植物细胞中

提供能量

半乳糖(C6H12O6)

动物细胞中

提供能量

双糖：由两分子单糖经脱水缩合而成的糖

麦芽糖(C12H22O11)

发芽的种子含量丰富

提供能量

蔗糖(C12H22O11)

甘蔗甜菜含量丰富

提供能量

乳糖(C12H22O11)

动物乳汁含量丰富

提供能量

多糖：由许多个葡萄糖经脱水缩合而成的糖

淀粉(CH2O)n

叶绿体、块根、块茎、种子中

储存能量

纤维素(CH2O)n

植物细胞的细胞壁

支持保护细胞

糖原

(CH2O)n

肝糖原

动物的肝脏中

储存能量，调节血糖

肌糖原

动物的肌肉组织中

储存能量

4．其他多糖物质：多糖+脂质=糖脂多糖+蛋白质=糖蛋白

二．脂质：俗称脂类物质。

1．化学性质：不溶于水，易溶于有机溶剂。

2．种类

（1）脂肪(甘油三酯)：组成元素C、H、O。

①基本成分：甘油和脂肪酸。

甘油：脂肪分子中碳与碳之间由双键连接，即含不饱和脂肪酸，室温时呈液态，称为(植物)油。植物油为脂溶性维生素的溶剂。

脂肪酸：脂肪分子中碳与碳之间均以单键连接，即只含饱和脂肪酸，室温时呈固态，称为(动物)脂。

②作用：生物体主要储能物质；减少内脏器官之间的摩擦；缓冲外界打击；减少热量损失；维持体温恒定。

（2）磷脂：组成元素C、H、O、N、P。

①结构：由亲水的头部和疏水的尾部组成极性分子。

②功能：组成细胞膜结构的双分子层。

③种类：卵磷脂和脑磷脂。

（3）胆固醇：

①含量：正常人体含l50g。

②分布：全身各组织中，以脑及神经组织中最为丰富，在内脏和皮下脂肪的含量也高。

③功能：组成细胞膜结构的重要成分；机体生成激素(性激素、肾上腺皮质激素)和维生素D的原料。

④血液胆固醇偏高与心血管疾病发生明显相关。

三．蛋白质

1．概念

以氨基酸为基本单位，由一条或者多条多肽链构成的大分子化合物。是生物体中含量最多的有机物(干重占50%)。氨基酸有20种，其中8种是必需氨基酸，须从食物中获得。

2．基本组成单位：氨基酸。

组成元素C、H、O、N。

（1）共同特点：在与羧基(—COOH)相连的C原子上同时连有一个氨基(—NH2)。

（2）不同之处：侧链所连接R基团不同，代表不同的氨基酸种类。

3．化学结构

（1）肽键(—CO—NH—)：一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱去一分子水缩合形成的化学键。

在由一条多肽链组成的蛋白质分子中，如果分子中一共有M个氨基酸组成，则分子中：肽键数=脱下的水分子数=M－1。

在由N条多肽链组成的蛋白质分子中，如果分子中一共有M个氨基酸组成，则分子中：肽键数=脱下的水分子数=M－N。

蛋白质的分子量=氨基酸个数×平均分子量－脱下的水分子数×18

（2）肽链：氨基酸通过肽键连接而成的链状结构。肽链不是直线结构，而是折叠或螺旋成一定的空间结构。

（3）多肽：由3个以上氨基酸残基连成的肽链，3个组成就是三肽，4个组成就是四肽，……n个氨基酸组成就是n肽。

（4）自由氨基和自由羧基：每条多肽链的一端至少有1个自由氨基(N端)，另一端至少有一个自由羧基(C端)。

4．蛋白质多样性的原因：20种氨基酸的种类、数目、排列顺序及多肽链的空间结构(功能多样性的主因)。

5．功能

（1）机体构造的主要成分(结构物质)。

（2）酶、抗体、激素(胰岛素、生长素)、血红蛋白等的必需原料(调节物质)。

（3）分解供能占日需总能的10%~15%(能源物质)。

四．核酸

1．定义：细胞内携带遗传信息的物质。组成单位：核苷酸，组成元素C、H、O、N、P。

2．分类

脱氧核糖核酸(DNA)

核糖核酸(RNA)

结构

规则的双螺旋结构

单链结构

组成基本单位

脱氧核苷酸

核糖核苷酸

碱基

嘌呤

腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)

腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)

嘧啶

胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)

胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)

五碳糖

脱氧核糖

核糖

无机酸

磷酸

磷酸

分布

主要存在于细胞核

主要存在于细胞质

3．作用：核酸是一切生物体(包括病毒)的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。

五．维生素

1．概念：是生物生长和代谢必需的微量有机化合物。

2．特点：需要量极少，但不能缺乏。膳食多样化是避免缺乏症的合理方法。

3．分类：根据溶解特性划分。

（1）脂溶性维生素：A(夜盲症)、D(软骨病、佝偻病)、E、K溶解于脂肪，不溶于水，与脂肪一起被淋巴组织吸收后，可在体内储存。

（2）水溶性维生素：B族(B1和B6)(皮炎、神经炎)、C(坏血症)溶解于水，不溶于脂肪，直接吸收进入血液中，吸收后很少储存，过多的则由尿液排出。

实验2.1食物中的主要营养成分的鉴定

一．实验目的

学会植物组织中还原性糖，脂肪和蛋白质的鉴定。

二．实验原理

某些化学试剂能够使生物组织中有关有机物产生特定颜色反应。可以根据特定的颜色反应，鉴定生物组织中还原性糖，脂肪和蛋白质的存在。

三．实验过程

1．预备实验

材料

方法与试剂

现象

结论

1%淀粉糊

在试管中加1%淀粉糊(多糖)2mL，滴加碘液2滴

蓝色

淀粉糊中有大量淀粉存在(多糖鉴定法)

1%葡萄糖溶液

在试管中加葡萄糖溶液2mL，滴加2滴班氏试剂，均匀加热至沸腾

砖红色

葡萄糖属于还原性糖(还原性糖鉴定法)

10%鸡蛋清溶液

在试管中加鸡蛋清溶液2mL，然后加入2mL5%NaOH溶液震荡，再滴加2～3滴1%CuSO4溶液(5%NaOH+l%CuSO4称为双缩脲试剂)

紫色

蛋清中含有蛋白质(蛋白质鉴定法)

植物油

在试管中加植物油2mL，逐步滴加苏丹Ⅲ染液几滴

橘红色

植物油属于脂肪(脂肪鉴定法)

2．正式实验

（1）梨果肉薄片+班氏试剂(均匀加热)→红黄色沉淀；

（2）花生仁子叶薄片+苏丹Ⅲ染液→橘红色；

（3）含有蛋白质的材料与双缩脲试剂产生紫色反应。

四．注意事项

1．还原性糖的鉴定：预备实验时，加热试管中的溶液，应使用试管夹夹住试管上部，并放入盛有开水的大烧杯中水浴加热。

2．脂肪的鉴定：切片时刀口要向内，同时注意不要伤着自己和他人。

3．蛋白质的鉴定：使用双缩脲试剂时，应先加NaOH溶液，造成碱性环境，再加CuSO4溶液，且CuSO4溶液不能多加，否则CuSO4的蓝色将遮盖颜色反应的真实结果。

本章小结

1．水是维持生命活动的重要物质，它是生物化学反应的介质，并具有运送物质、参与代谢、调节体温、保持体温恒定的作用。细胞中水的存在形式有自由水和结合水两种，其中含量最多的形式的主要作用是细胞内的良好溶剂，细胞内许多生化反应必须有水的参与，运输营养物质和代谢废物。

2．无机盐大多数以离子形式存在于生物体内，其含量虽然很少，但它们却是调节生理机能不可缺少的物质。重要作用：有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的组成成分，如Fe是血红蛋白的主要成分，Mg是叶绿素分子必需的成分；许多无机盐离子对于生物体的代谢(生命)活动有重要作用，如血液中Ca2+含量太低就会出现抽搐现象；无机盐对于维持细胞的内环境的稳定(酸碱平衡)也很重要。

3．蛋白质是由氨基酸组成的生物大分子化合物。氨基酸与氨基酸之间以肽键相连接形成肽链，氨基酸的数目、种类、排列顺序决定了肽链的多样性。蛋白质的空间结构是其功能多样性的基础。蛋白质不但是生物体的结构物质，而且在生理活动中起调节作用。蛋白质在细胞中的含量只比水少，占细胞干重的50%以上其基本组成单位是氨基酸，大约有20种，在结构上都符合结构通式。氨基酸分子间以脱水缩合的方式互相结合形成多肽，再加工成有特定空间的蛋白质。10个氨基酸构成1条多肽链，脱9份水，形成9个肽键。由多个氨基酸分子缩合而成的化合物称为多肽，其通常呈链状结构，称为肽链。

4．糖类是细胞的主要能源物质，糖类的通式是(CH2O)n。糖类可分为单糖﹑双糖和多糖等几类。葡萄糖、核糖、脱氧核糖、果糖和半乳糖属于单糖，葡萄糖是细胞的主要能源物质，核糖一般不作为能源物质，它们是核酸的组成成分；双糖中蔗糖和麦芽糖是植物糖，乳糖是动物糖；多糖中糖原是动物体内的多糖物质，为动物体内的能源和结构物质。淀粉和纤维素是植物体内的主要多糖物质，淀粉和糖原是细胞中重要的储能物质。动植物共有的是葡萄糖，核糖，脱氧核糖形式，其中核糖和脱氧核糖分别主要位于细胞的DNA和RNA。

5．核酸是由核苷酸为单体组成的生物大分子化合物。核酸有两种，一种为脱氧核糖核酸(DNA)，一种为核糖核酸(RNA)。它们的基本组成单位分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸。核酸是遗传信息的载体。基本单位核苷酸，由一分子磷酸﹑一分子含氮碱基和一分子五碳糖组成。脱氧核糖核酸简称DNA，主要存在于细胞核中。核糖核酸简称RNA，主要存在于细胞质中。

6．脂类主要是由C、H、O三种化学元素组成。脂质可分为脂肪、类脂和固醇，后者包括胆固醇、性激素和VD，主要是对维持正常的新陈代谢和生殖过程等生命活动起重要调节作用。脂肪、磷脂和胆固醇是最常见的脂质。脂肪由甘油和脂肪酸构成，是生物体内的能量储存的重要形式；磷脂分子结构中有亲水性头部和疏水性尾部，是构成细胞膜的主要成分；胆固醇是组成细胞膜结构的重要成分之一，也是许多激素的重要组成部分。

7．维生素是生物生长和代谢所必需的微量有机物，按其溶解特性可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。