第一章 概 述

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1、第一章概述第一節(jié)概述一、生物分子是生物特有的有機化合物生物分子泛指生物體特有的各類分子，它們都是有機物。典型的細胞含有一萬到十萬種生物分子，其中近半數是小分子，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，一般在一萬以上，有的高達1012，因而稱為生物大分子。構成生物大分子的小分子單元，稱為構件。氨基酸、核苷酸和單糖分別是組成蛋白質、核酸和多糖的構件。二、生物分子具有復雜有序的結構生物分子都有自己特有的結構。生物大分子的分子量大，構件種類多，數量大，排列順序千變萬化，因而其結構十分復雜。估計僅蛋白質就有

2、1010-1012種。生物分子又是有序的，每種生物分子都有自己的結構特點，所有的生物分子都以一定的有序性(組織性)存在于生命體系中。三、生物結構具有特殊的層次生物用少數幾種生物元素(C、H、O、N、S、P)構成小分子構件，如氨基酸、核苷酸、單糖等;再用簡單的構件構成復雜的生物大分子;由生物大分子構成超分子集合體;進而形成細胞器，細胞，組織，器官，系統(tǒng)和生物體。生物的不同結構層次有著質的區(qū)別:低層次結構簡單，沒有種屬專一性，結合力強;高層次結構復雜，有種屬專一性，結合力弱。生物大分子是生命的物質基礎，生命是生物大分子的存在

3、形式。生物大分子的特殊運動體現著生命現象。四、生物分子都行使專一的功能每種生物分子都具有專一的生物功能。核酸能儲存和攜帶遺傳信息，酶能催化化學反應，糖能提供能量。任何生物分子的存在，都有其特殊的生物學意義。人們研究某種生物分子，就是為了了解和利用它的功能。五、代謝是生物分子存在的條件代謝不僅產生了生物分子，而且使生物分子以一定的有序性處于穩(wěn)定的狀態(tài)中，并不斷得到自我更新。一旦代謝停止，穩(wěn)定的生物分子體系就要向無序發(fā)展，在變化中解體，進入非生命世界。六、生物分子體系有自我復制的能力遺傳物質DNA能自我復制，其他生物分子在D

4、NA的直接或間接指導下合成。生物分子的復制合成，是生物體繁殖的基礎。七、生物分子能夠人工合成和改造生物分子是通過漫長的進化產生的。隨著生命科學的發(fā)展，人們已能在體外人工合成各類生物分子，以合成和改造生物大分子為目標的生物技術方興未艾。第二節(jié)生物元素在已知的百余種元素中，生命過程所必需的有27種，稱為生物元素。生物體所采用的構成自身的元素，是經過長期的選擇確定的。生物元素都是在自然界豐度較高，容易得到，又能滿足生命過程需要的元素。一、主要生物元素都是輕元素主要生物元素C、H、O、N占生物元素總量的95%以上，其原子序數均在

5、8以內。它們和S、P、K、Na、Ca、Mg、Cl共11種元素，構成生物體全部質量的99%以上，稱為常量元素，原子序數均在20以內。另外16種元素稱為微量元素，包括B,F,Si,Se,As,I,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Sn,Mo，原子序數在53以內。二、碳氫氧氮硫磷是生物分子的基本素材(一)碳氫是生物分子的主體元素碳原子既難得到電子，又難失去電子，最適于形成共價鍵。碳原子非凡的成鍵能力和它的四面體構型，使它可以自相結合，形成結構各異的生物分子骨架。碳原子又可通過共價鍵與其它元素結合，形成化學性質活潑的

6、官能團。氫原子能以穩(wěn)定的共價鍵于碳原子結合，構成生物分子的骨架。生物分子的某些氫原子被稱為還原能力，它們被氧化時可放出能量。生物分子含氫量的多少(以H/C表示)與它們的供能價值直接相關。氫原子還參與許多官能團的構成。與電負性強的氧氮等原子結合的氫原子還參與氫鍵的構成。氫鍵是維持生物大分子的高級結構的重要作用力。(二)氧氮硫磷構成官能團它們是除碳以外僅有的能形成多價共價鍵的元素，可形成各種官能團和雜環(huán)結構，對決定生物分子的性質和功能具有重要意義。此外，硫磷還與能量交換直接相關。生物體內重要的能量轉換反應，常與硫磷的某些化學

7、鍵的形成及斷裂有關。一些高能分子中的磷酸苷鍵和硫酯鍵是高能鍵。三、無機生物元素(一)、利用過渡元素的配位能力過渡元素具有空軌道，能與具有孤對電子的原子以配位鍵結合。不同過渡元素有不同的配位數，可形成各種配位結構，如三角形，四面體，六面體等。過渡元素的絡和效應在形成并穩(wěn)定生物分子的構象中，具有特別重要的意義。過渡元素對電子的吸引作用，還可導致配體分子的共價鍵發(fā)生極化，這對酶的催化很有用。已發(fā)現三分之一以上的酶含有金屬元素，其中僅含鋅酶就有百余種。鐵和銅等多價金屬離子還可作為氧化還原載體，擔負傳遞電子的作用。在光系統(tǒng)II中，

8、四個錳原子構成一個電荷累積器，可以累積失去四個電子，從而一次氧化兩分子水，釋放出一分子氧，避免有害中間產物的形成。細胞色素氧化酶中的鐵-銅中心也有類似功能。(二)、利用常量離子的電化學效應K等常量離子，在生物體的體液中含量較高，具有電化學效應。它們在保持體液的滲透壓，酸堿平衡，形成膜電位及穩(wěn)定生物大分子的膠體狀態(tài)等方