文档介绍：生命的化学特征
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第1页，共17页，编辑于2022年，星期日
本章主要内容
组成生命有机体的元素
生物分子
生命有机体中的化学键
生物化学反应的能量来源
水在生命化学过程中的作用
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第大的分子称为生物大分子（biological macromolecules）。
生物大分子通过组成它们的单体之间的非共价相互作用，形成特定的空间结构，从而具有了不同的生物学功能。
生物大分子是表现生命特征的基本物质。
血红蛋白的空间结构
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核酸,蛋白质和多糖是主要的生物大分子
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类脂
类脂（如磷脂）是富含碳氢元素的一族生物小分子，其在水溶液中溶解性较差、兼具亲水和亲脂特性。细胞的膜结构就是大量磷脂分子的聚合体。
有机小分子
细胞中还存在许多具有独特功能的有机小分子物质,也是合成较大分子的前体。
如： 核苷酸、氨基酸、葡萄糖
脂肪酸、胆碱、甘油等
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在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键、离子键、范德瓦尔力、疏水力。
氢键（hydrogen bonds）
由两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性，一个是氢供体，
另一个是氢受体
范德瓦尔力（Van der Waals bonds）
一定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力
疏水力（hydrophobic interaction）
非极性分子或基团在水相环境中相互吸引、聚集的作用力
离子键（ionic bonds）
正、负电荷之间的静电引力
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4 种非共价作用力的示意图
范德瓦尔接触距离
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生物能量学（bioenergetics）：研究生命有机体传递和消耗能量的过程，阐明能量的转换和交流的基本规律。
体内能量的产生、转移和利用
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自由能（free energy）
能量总是从能态较高的物体流向能态较低的物体。这些过程都是自发的。
凡是自发的过程，都有能量的释放，而且其中一部分可以用来带动非自发的过程。
自发过程中能用于做功的能量称为自由能.
体系可做功的能量（自由能）= 体系总能量 – 不被利用做功的能量
表示为:
G = H – S∙T
H表示体系的总能量（焓值）；S∙T表示不能被利用做功的能量，S为熵值，T
为绝对温度，那么体系可做功的能量等于H – S∙T，称为自由能，用G表示.
自由能G是一个状态函数。在等温等压条件下，体系从一种状态转变为另一种状态时，自由能的改变为：
ΔG = ΔH – ΔS ∙ T
在自发过程中，自由能的改变为负值, 表示释放的自由能可以用来做功。而
在非自发过程中，其变化是正值，表示这种改变要从外界输入能量才能实现。
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能量偶联反应
在生命有机体中一个放能的反应可以与一个耗能的反应偶联
以推动原本不能进行的反应。
葡萄糖 + 磷酸 葡萄糖-6-磷酸 （耗能，ΔG>0，为 14 kJ/mol）
ATP ADP + Pi （放能，ΔG<0，为 -31 kJ/mol）
葡萄糖 + ATP 葡萄糖-6-磷酸 + ADP （放能，ΔG<0，为 -17 kJ/mol）
由葡萄糖激酶催化的反应
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ATP
ATP是自由能的直接供体，它的作用犹如货币一样在体内使用和流通，因此人们将它形象地称为“通用能量货币（general currency of energy）”。
细胞是一个高效率的能量转换器,生命有机体中的能量转换是通过电子流动来实现的。
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水是生命有机体中含量最多的物质，一般占体重的60%-70%
水有自由水和结合水，前者流动性大，含量可变，后者主要存在在胶体中，相对稳定
水分子