生命与化学.doc

第六讲 生命与化学 引言： ·人体和化学的关系非常密切，首先生命和人类的演变过程离不开化学，要是没有化学变化，地球上就不会有生命，更不会有人类，而人类的生存和繁衍更是靠化学反应来维持的。 ·生物进化是生命科学中的一个重大理论课题，如生命的起源就是其中的一个重要领域。化学能够通过分析、研究有关物质和化学变化现象，并通过化学模拟来揭示生命起源之谜。 6-1、生命的起源 一、地球上最早出现的生命物质是什么？ 1.米勒的研究发现（1953年），实验设计： CH4、NH3、N2、H2O等封闭在石英管内 模拟原始地球大气环境 加热放电8天8夜 生成了多种氨基酸、有机酸和尿素等 ·按上述同样的方法也获得了诸如嘌呤、嘧啶、核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸、脂肪酸等重要的生物分子。 2.澳大利亚炭质陨石（1959年9月），经分析发现了多种氨基酸和有机酸，震动了当时整个的科学界。 3.人们的认识与推论——目前一个普遍被人们接受的观点： 宇宙的发展阶段 物质粒子→元素 宇宙的诞生阶段 物理和化学进化 →星际分子→ （150亿年前的大爆炸） 物质的形态逐渐演变 生物小分子→ 生物大分子 宇宙的生命生化阶段 二、先有鸡还是先有蛋？——古老的生物学话题 1.蛋白质起源学——蛋白质在生命起源中的关键作用 ·美国的Fox（60年代） ·中科院赵玉芬院士 2.核酸起源学——强调核酸在编码蛋白质系列中的重要作用。（诺贝尔化学奖1989） ·Cech和Altmon等学者，提出原始生命可能发生于核酸工程的首先启动，认为小分子RNA是原始生命系统的主体，具有酸的活性，而RNA又可作为模板来合成DNA，并在蛋白质的介入下，加速了DNA，→RNA→蛋白质系统的诞生。 3.手性分子起源学 ·自然界中发现的氨基酸绝大多数是L—构型、绝大多数单糖是D—构型等都是手性生物分子。 ·DNA双螺旋也是右手螺旋分子等。 ·手性生物分子的某种对映体在生物体中占有绝对优势。 4.谁是谁非，是先有鸡还是先有蛋，迄今尚未定论。 6—2、构成生命的最基本物质——蛋白质与核酸 一、蛋白质——生命活动的主要承担者 ·在所有生物分子中结构最具多样性，功能最具多样性，一切生命活动无不与蛋白质有关，其主要特征是： 1.蛋白质的组成特征——氨基酸单元（残基） ·蛋白质是由各种不同的氨基酸构成的生物大分子，其主要组成元素是C、N、H、0，其次含有S、P、Fe、Cu等。 ·蛋白质中的氨基酸有20种，其组成与结构的共同特征 （1）都含有碱性基团氨基（-NH2）和酸性基团羧基（-CooH）而且氨基均连在羧基相邻的α—碳上，故称α—氨基酸，结构通式： H 丨 NH2 — C— COOH (R为特征基团) 丨 R α—氨基酸结构通式 ·20种天然氨基酸的名称和结构 （2）氨基酸是手性分子（手性中心为α—碳原子），不是平面的，而是立体的，其立体构型有L—构型和D—构型两种，并互为对映关系，（如同左、右手关系），具有旋光异构现象。 2.蛋白质的化学键特征——肽键（或酰胺键） ·什么是肽键？——蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式，一般式为： 图：肽键与二肽的形成 ·定义？——分子氨基酸的 羧基（-CooH）与另一分子氨基酸的氨基（-NH2）通过缩合脱水形成酰胺键（-C-NH2-），所新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰胺键称为肽键。 ·Gly- Gly二肽键是由最简单的二分子甘氨酸缩含脱水而形成，其它肽分别为二肽、三肽、四肽、五肽等，依次类推，称为多肽，所形成链称多肽链。 ·生命世界为什么丰富多彩？——氨基酸不同的连接方式： 2种不同的氨基酸 2肽 3种不同的氨基酸 6肽 4种不同的氨基酸 24肽 20种不同的氨基酸 20100、或10130 ·但实际上有生理活性的蛋白质种类约1010～10112数量级 3.蛋白质的结构特征——四级结构层次 ·一级结构：肽链中氨基酸（残基）的数目、种类和连接顺序。决定了蛋白质的功能和生理活性，只要有一个发生变化，整个蛋白质分子就会破坏。如牛催产素、牛加压素、牛胰岛素等均为一级结构。 ·二级结构：是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式，并形成α-螺旋和β折叠结构两种构型 ·三级结构：是指二级结构再次折叠卷曲形成的高级结构，如球蛋白结构 ·四级结构：是指几个蛋白质分子（称亚基）聚集而形成的更高级结构。通常只有那些具有高级结构的蛋白质才有生物活性。 4.蛋白质的性质特征——生物功能最具多样性。 ·