4 生命的基本化学组成
4.1 原子和分子 —— 生命的化学基础
4.2 糖类化合物
4.3 脂类化合物
4.4 蛋白质
4.5 核酸
4.1 原子和分子 —— 生命的化学基础
生物具有多样性，但生物体的
化学组成基本相似
组成生物体的主要元素
包括 C,H,O,N,P,S,Ca等，
以上 7种元素约占生物体的
99.35%，其中 C,H,O,N 4种
元素占 96%。
? 生物体的主要元素
生物体都是由蛋白质、
核酸、脂类、糖、无机
盐和水组成。
哪一种分子含量最高？
? 生物体的主要生物分子
不同的生物体，其分子组成也大体相同
蛋白质、核酸、脂类和
多糖是组成生物体最重
要的生物大分子，水是
生物体内所占比例最大
的化学成分
在生命元素中，碳原子
具有特别重要的作用，
碳原子相互连接成链或
成环，形成各种生物大
分子的基本结构。
? 有机化合物的碳骨架和功能基团
碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质
生物体中的有机化合物
主要含有羟基、羰基、
羧基和氨基等功能基团
,这些功能基团几乎都
是极性基团。功能基团
的极性使得生物分子具
有亲水性，有利于这些
化合物稳定于有大量水
分子存在的细胞中。
生物大分子的基本性质还
取决于与碳骨架相连接的
功能基团
由生物单体分子合成生
物大分子多聚体往往涉
及与功能基团相关的脱
水反应，又称为 脱水缩
合反应 。
使生物大分子多聚体分
解为单体的分解反应往
往需要有水分子参与，
因此又称为 水解反应 。
水解反应是脱水缩合反
应的逆反应
脱水缩合反应与水解反应
?糖分子含 C,H,O 3种元素，通常 3者的比例 为
1:2:1，一般化学通式为 (CH2O)n
葡萄糖 C6H12O6,蔗糖 C12H22O11 脱氧核糖 C5H10O4，乙酸 C2H4O2
?糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核
酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主
要能源
?糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分
子的多糖
4.2 糖类化合物
? 重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、
脱氧核糖等
? 单糖
? 分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为
同分异构体
? 五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成 环式结构
? 重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等
? 二糖
麦芽糖 由两分子葡萄糖
单体脱水缩合形成
蔗糖 由一分子葡萄糖和
一分子果糖缩合形成
乳糖 由一分子葡萄糖和
一分子半乳糖缩合而成
? 重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等
? 多糖
? 脂类的组成和功能
?脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称
?脂类分子也含 C,H,O 3种元素，但 H:O远大于 2，
有些脂含 P和 N，各种脂类分子的结构可以差异很大
?脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。
?脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产生的能量
大约是糖氧化时的二倍。
?生物表面的保护层 /保持体温 /生物活性物质
4.3 脂类 (lipids)化合物
? 中性脂肪 (动物 -fat)和油 (植物 -oil)
由甘油醇和脂肪
酸结合成的酯。
? 又称磷酸甘油脂，与
脂肪不同之处在于甘
油的一个羟基不是与
脂肪酸结合成酯，而
是与磷酸及其衍生物
(如磷酸胆碱 )结合，
形成卵磷脂
? 磷脂
? 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一
端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其
中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折
类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分
? 类固醇
? 结构蛋白
? 伸缩蛋白
? 贮存蛋白
? 保护蛋白
? 运输蛋白
? 激素蛋白
? 信号蛋白
? 酶和辅酶
4.4 蛋白质
? 蛋白质的主要种类和功能
? 氨基酸结构的共同特点
在于，在与羧基相连的
碳原子（ ?-碳原子）上
都有一个氨基，另一个
R基。
? 蛋白质是由 20种氨基酸组成的生物大分子
? 不同氨基酸
其 R基各不相
同,R基的结
构决定了 20种
氨基酸的特殊
性质
NH
? 一个氨基酸的 ?氨基与另一个氨基酸的 ?羧基脱水
缩合，形成肽键并生成 二肽 化合物。不同数目的
氨基酸以肽键顺序相连形成 多肽,多肽形成蛋白
质分子的亚单位。
? 蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构
和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。
? 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的
功能便立即丧失。
? 蛋白质结构与功能的关系
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
? 蛋白质的空间结构
? 核酸贮存遗传信息, 控制蛋白质的合成
? 核酸包括脱氧核糖核酸 (DNA)和核糖核酸 (RNA),
都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子 。
? 贮存遗传信息的特殊 DNA片段称为基因, 它编码
蛋白质的氨基酸序列, 从而决定蛋白质的功能 。
通过蛋白质的作用, DNA实际上控制着细胞和生
物体的生命过程
? DNA控制蛋白质的合成是通过 RNA来实现的, 即遗
传信息由 DNA转录到 RNA,后者决定蛋白质的氨基
酸序列
4.5 核酸
? 核苷酸
? 每一个核苷酸含有一个戊
糖（核糖或脱氧核糖）分
子、一个磷酸分子和一个
含氮的有机碱（碱基）。
? 脱氧核糖或核糖上第一位
碳原子与嘌呤或嘧啶结合，
就成为脱氧核苷或核苷，
第三位或第五位碳原子再
与磷酸结合，就成为脱氧
核糖核苷酸或核糖核苷酸。
? 核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分
子；一类是嘧啶，是单环分子。
? 嘌呤包括腺嘌呤 (A)和鸟嘌呤 (G)2种
? 嘧啶有胸腺嘧啶 (T)、胞嘧啶 (C)和尿嘧啶 (U)3种。
DNA的碱基是
A,T,G,C，
RNA的碱基是
A,U,G,C。
多个核糖核苷酸
以磷酸顺序相连
成长链的多核苷
酸分子，即成为
核酸的基本结构
? 脱氧核糖核酸或核糖核酸
T
T
T
? DNA分子是由两条脱氧
核糖核酸长链互以碱
基配对相连而成的螺
旋状双链分子； DNA
主要存在于细胞核内
的染色质中，线粒体
和叶绿体中也有，是
遗传信息的携带者。
? DNA双螺旋结构
? RNA分子是单链的,RNA在细胞核内产生，然后进
入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
? DNA双螺旋结构 的发现
? 1951年 Watson 23岁
? 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授
? 英国剑桥大学 Cavendish实验室
? Crick,31岁
? 伦敦大学 King’s实验室
? 女科学家 Franklin
? Wilkins教授 Randall教授
? DNA应该是双螺旋
? A与 T,C与 G巧妙连接
? 符合 X衍射数据 DNA的复制
? 1953年 2月 28日, Waterson 和 Crick用金属线又制出了新的
DNA模型, 他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑 。
生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性
质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和
多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。
糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代
谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大
分子，糖类又是生命活动的主要能源。
脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化
合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂
类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。
蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。
蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。
核酸包括脱氧核糖核酸（ DNA)和核糖核酸 (RNA)两类。 DNA是右
旋的双螺旋结构。 DNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊
DNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。 RNA是一类单链分子，在
蛋白质的合成中起重要作用。 1953年 Watson和 Crick建立了 DNA双螺
旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。
本章摘要
4.1 原子和分子 —— 生命的化学基础
4.2 糖类化合物
4.3 脂类化合物
4.4 蛋白质
4.5 核酸
4.1 原子和分子 —— 生命的化学基础
生物具有多样性，但生物体的
化学组成基本相似
组成生物体的主要元素
包括 C,H,O,N,P,S,Ca等，
以上 7种元素约占生物体的
99.35%，其中 C,H,O,N 4种
元素占 96%。
? 生物体的主要元素
生物体都是由蛋白质、
核酸、脂类、糖、无机
盐和水组成。
哪一种分子含量最高？
? 生物体的主要生物分子
不同的生物体，其分子组成也大体相同
蛋白质、核酸、脂类和
多糖是组成生物体最重
要的生物大分子，水是
生物体内所占比例最大
的化学成分
在生命元素中，碳原子
具有特别重要的作用，
碳原子相互连接成链或
成环，形成各种生物大
分子的基本结构。
? 有机化合物的碳骨架和功能基团
碳骨架 结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质
生物体中的有机化合物
主要含有羟基、羰基、
羧基和氨基等功能基团
,这些功能基团几乎都
是极性基团。功能基团
的极性使得生物分子具
有亲水性，有利于这些
化合物稳定于有大量水
分子存在的细胞中。
生物大分子的基本性质还
取决于与碳骨架相连接的
功能基团
由生物单体分子合成生
物大分子多聚体往往涉
及与功能基团相关的脱
水反应，又称为 脱水缩
合反应 。
使生物大分子多聚体分
解为单体的分解反应往
往需要有水分子参与，
因此又称为 水解反应 。
水解反应是脱水缩合反
应的逆反应
脱水缩合反应与水解反应
?糖分子含 C,H,O 3种元素，通常 3者的比例 为
1:2:1，一般化学通式为 (CH2O)n
葡萄糖 C6H12O6,蔗糖 C12H22O11 脱氧核糖 C5H10O4，乙酸 C2H4O2
?糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，还可构成核
酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活动的主
要能源
?糖类包括小分子的单糖、寡糖和由单糖构成的大分
子的多糖
4.2 糖类化合物
? 重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、
脱氧核糖等
? 单糖
? 分子式相同而结构式不同的两种有机化合物称为
同分异构体
? 五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成 环式结构
? 重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等
? 二糖
麦芽糖 由两分子葡萄糖
单体脱水缩合形成
蔗糖 由一分子葡萄糖和
一分子果糖缩合形成
乳糖 由一分子葡萄糖和
一分子半乳糖缩合而成
? 重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等
? 多糖
? 脂类的组成和功能
?脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称
?脂类分子也含 C,H,O 3种元素，但 H:O远大于 2，
有些脂含 P和 N，各种脂类分子的结构可以差异很大
?脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂。
?脂类是生物膜的主要成分；脂肪氧化时产生的能量
大约是糖氧化时的二倍。
?生物表面的保护层 /保持体温 /生物活性物质
4.3 脂类 (lipids)化合物
? 中性脂肪 (动物 -fat)和油 (植物 -oil)
由甘油醇和脂肪
酸结合成的酯。
? 又称磷酸甘油脂，与
脂肪不同之处在于甘
油的一个羟基不是与
脂肪酸结合成酯，而
是与磷酸及其衍生物
(如磷酸胆碱 )结合，
形成卵磷脂
? 磷脂
? 卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一
端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其
中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折
类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分
? 类固醇
? 结构蛋白
? 伸缩蛋白
? 贮存蛋白
? 保护蛋白
? 运输蛋白
? 激素蛋白
? 信号蛋白
? 酶和辅酶
4.4 蛋白质
? 蛋白质的主要种类和功能
? 氨基酸结构的共同特点
在于，在与羧基相连的
碳原子（ ?-碳原子）上
都有一个氨基，另一个
R基。
? 蛋白质是由 20种氨基酸组成的生物大分子
? 不同氨基酸
其 R基各不相
同,R基的结
构决定了 20种
氨基酸的特殊
性质
NH
? 一个氨基酸的 ?氨基与另一个氨基酸的 ?羧基脱水
缩合，形成肽键并生成 二肽 化合物。不同数目的
氨基酸以肽键顺序相连形成 多肽,多肽形成蛋白
质分子的亚单位。
? 蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构
和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。
? 蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的
功能便立即丧失。
? 蛋白质结构与功能的关系
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
? 蛋白质的空间结构
? 核酸贮存遗传信息, 控制蛋白质的合成
? 核酸包括脱氧核糖核酸 (DNA)和核糖核酸 (RNA),
都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子 。
? 贮存遗传信息的特殊 DNA片段称为基因, 它编码
蛋白质的氨基酸序列, 从而决定蛋白质的功能 。
通过蛋白质的作用, DNA实际上控制着细胞和生
物体的生命过程
? DNA控制蛋白质的合成是通过 RNA来实现的, 即遗
传信息由 DNA转录到 RNA,后者决定蛋白质的氨基
酸序列
4.5 核酸
? 核苷酸
? 每一个核苷酸含有一个戊
糖（核糖或脱氧核糖）分
子、一个磷酸分子和一个
含氮的有机碱（碱基）。
? 脱氧核糖或核糖上第一位
碳原子与嘌呤或嘧啶结合，
就成为脱氧核苷或核苷，
第三位或第五位碳原子再
与磷酸结合，就成为脱氧
核糖核苷酸或核糖核苷酸。
? 核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分
子；一类是嘧啶，是单环分子。
? 嘌呤包括腺嘌呤 (A)和鸟嘌呤 (G)2种
? 嘧啶有胸腺嘧啶 (T)、胞嘧啶 (C)和尿嘧啶 (U)3种。
DNA的碱基是
A,T,G,C，
RNA的碱基是
A,U,G,C。
多个核糖核苷酸
以磷酸顺序相连
成长链的多核苷
酸分子，即成为
核酸的基本结构
? 脱氧核糖核酸或核糖核酸
T
T
T
? DNA分子是由两条脱氧
核糖核酸长链互以碱
基配对相连而成的螺
旋状双链分子； DNA
主要存在于细胞核内
的染色质中，线粒体
和叶绿体中也有，是
遗传信息的携带者。
? DNA双螺旋结构
? RNA分子是单链的,RNA在细胞核内产生，然后进
入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
? DNA双螺旋结构 的发现
? 1951年 Watson 23岁
? 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授
? 英国剑桥大学 Cavendish实验室
? Crick,31岁
? 伦敦大学 King’s实验室
? 女科学家 Franklin
? Wilkins教授 Randall教授
? DNA应该是双螺旋
? A与 T,C与 G巧妙连接
? 符合 X衍射数据 DNA的复制
? 1953年 2月 28日, Waterson 和 Crick用金属线又制出了新的
DNA模型, 他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑 。
生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性
质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和
多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。
糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代
谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大
分子，糖类又是生命活动的主要能源。
脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化
合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂
类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。
蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。
蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。
核酸包括脱氧核糖核酸（ DNA)和核糖核酸 (RNA)两类。 DNA是右
旋的双螺旋结构。 DNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊
DNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。 RNA是一类单链分子，在
蛋白质的合成中起重要作用。 1953年 Watson和 Crick建立了 DNA双螺
旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。
本章摘要
