2.1生物分子概论（课件）- 《环境生物化学》同步教学（机工版·2020）

2.细胞内的生物分子化学 2023年12月31日12时50分 1 2.1生物分子概论 2.1.1概述 2.1.2生物元素 2.1.3生物分子中的作用力 2.1.4生物分子低层次结构的同一性 2.1.5生物分子高层次结构的同一性 2023年12月31日12时50分 2 第2章细胞内的生物分子化学 2.1.1概述 自然界所有的生命物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子，各自所占的比例如图2-1所示： 2023年12月31日12时50分 3 第2章细胞内的生物分子化学 ⑴生物分子是生物特有的有机化合物 生物分子（biomolecule）泛指生物体特有的各类分子，它们都属于所谓的有机化合物。典型的细胞含有一万到十万种生物分子，其中近半数是小分子，分子量一般在500以下。其余都是生物小分子的聚合物，分子量很大，一般在一万以上，有的高达1012，因而称为生物大分子。 构成生物大分子的小分子单元，称为构件。氨基酸、核苷酸、单糖和脂肪酸分别是组成蛋白质、核酸、多糖和脂肪的构件。 虽然自然界存在着千千万万不同的生物，但是组成这些生物体的生物分子类型并不多，主要是蛋白质、核酸、糖和脂这四类生物大分子以及某些特殊的小分子化合物，如维生素、辅酶和激素等，它们是构成生物体和维持生命现象最基本的物质基础和功能基础。 2023年12月31日12时50分 4 第2章细胞内的生物分子化学 ⑵生物分子具有复杂有序的结构 所有的生命过程都以生物分子一定的结构为基础。种类繁多的生物分子都有自己特有的结构。尤其是生物大分子，它们的分子量都很大，构件种类多，数量大，排列顺序千变万化，因而其结构十分复杂。估计仅蛋白质就有1010～1012种。 生物分子又是有序的，每种生物分子都有自己的结构特点，所有的生物分子都以一定的有序性(组织性)存在于生命体系中。 2023年12月31日12时50分 5 第2章细胞内的生物分子化学 ⑶生物结构具有特殊的层次 生物用少数几种生物元素(C、H、O、N、S、P)构成小分子构件，如氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等，再用简单的构件构成复杂的生物大分子，由生物大分子构成超分子集合体，进而形成细胞器、细胞、组织、器官、系统和生物体（图2-2）。 生物的不同结构层次有着质的区别:低层次结构简单，没有种属专一性，结合力强;高层次结构复杂，有种属专一性，结合力弱。 2023年12月31日12时50分 6 第2章细胞内的生物分子化学 ⑷生物分子都行使专一的功能 每种生物分子都具有专一的生物功能。糖能提供能量，分子量极大的核酸能储存和携带遗传信息，种类繁多的蛋白质分子形式专一的催化、调节、运输、换能、运动等功能。任何生物分子的存在，都有其特殊的生物学意义。人们研究某种生物分子，就是为了了解和利用它的功能。 ⑸代谢是生物分子存在的条件 代谢不仅产生了生物分子，而且使生物分子以一定的有序性处于稳定的状态中，并不断得到自我更新。 ⑹生物分子体系有自我复制的能力 遗传物质DNA能自我复制，其他生物分子在DNA的直接或间接指导下合成。生物分子的复制合成，是生物体繁殖的基础。 ⑺生物分子能够人工合成和改造 自然界的生物分子是通过漫长的进化产生的。随着生命科学的发展，人们已能在体外人工合成各类生物分子，包括合成复杂的生物大分子蛋白质、核酸等，以合成和改造生物大分子为目标的生物技术方兴未艾。 2023年12月31日12时50分 7 第2章细胞内的生物分子化学 2.1.2生物元素 在生物体中能维持生命活动的必需元素称为生命元素，它们的重要性、数量和分布方式相差很大。有些可以叫做基本元素，因为在所有的生物体中都有；有些元素却只存在于某种生物中。迄今为止，在生物体中发现的元素有60多种。其中有27种是细胞中所具有的，也是生物体所必需的，称为生物元素。 在这27种元素中有6种，即C、H、O、N、P和S对生命起着特别重要的作用，大部分有机物是由这6种元素构成的。Ca、K、Na、Mg和Cl等5种元素在生物体内虽然较少，但也是必需的。此外Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、Sn、Ni和Br等16种微量元素也是生命不可缺少的。构成生物体的元素具有下列特点。 2023年12月31日12时50分 8 第2章细胞内的生物分子化学 1.生物元素都是环境中存在的丰度较高的元素 生物体是在地球上产生的，并同环境变化一起沿着生态系统的稳定性，有选