1、第二章 生物大分子的基本组成与结构,Protein,第一节 蛋白质,蛋白的化学元素组成与凯氏定氮法,主要元素：C、H、O、N，微量P、Cu、Fe、I 一般蛋白质含氮量为16%，即1份氮素相当于6.25份蛋白质，此数值（6.25）称为蛋白质系数。 凯氏定氮法：通过测出样品中的总含氮量再乘以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量，测定结果为粗蛋白。 此法可应用于各类食品中蛋白质含量测定,1.1 蛋白质的构件分子氨基酸,1.1.1 氨基酸的种类与结构,氨基酸的结构共性 含有氨基的羧酸 常见的蛋白氨基酸均为-氨基酸 分子通式：R-CH（NH2）-COOH R 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分
2、 ， 叫 R 基 (R group)， 又 称 为 侧 链 (sidechain) 。,酪氨酸,-氨基酸,二十种氨基酸的结构,1.1.2 氨基酸侧链的性质与分类,按侧链R性质，常见蛋白质氨基酸可分为三类 非极性R基氨基酸 无电荷的极性R基氨基酸 带电荷的极性R基氨基酸,缬氨酸,丙氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,脯氨酸,色氨酸,甲硫氨酸,苯丙氨酸,甘氨酸,第一类 非极性R基氨基酸（共9种）,第二类 无电荷的极性R基氨基酸（共6种）：,丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸,半胱氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺,第三类 带电荷的极性R基氨基酸（共5种）： 带正电荷的极性R基氨基酸3种 赖氨酸, 精氨酸, 组氨酸,带负电荷的极性R
3、基氨基酸2种 天冬氨酸、谷氨酸,alanine 丙氨酸 Ala A arginine 精氨酸 Arg R asparagine 天冬酰氨 Asn Asx N aspartic acid 天冬氨酸 Asp Asx D cystine 半胱氨酸 Cys C glutamine 谷氨酰胺 Gln Glx Q glutamic acid 谷氨酸 Glu Glx E glycine 甘氨酸 Gly G Histidine 组氨酸 His H isoleucine 异亮氨酸 Ile I leucine 亮氨酸 Leu L lysine 赖氨酸 Lys K methionine 甲硫氨酸 Met M phe
4、nylalanine 苯丙氨酸 Phe F proline 脯氨酸 Pro P serine 丝氨酸 Ser S threonine 苏氨酸 Thr T tryptophan 色氨酸 Trp W tyrosine 酪氨酸 Tyr Y valine 缬氨酸 Val V,氨基酸的名称与符号,旋光性：可使偏振光平面发生旋转。 一般具有不对称碳原子的都具有旋光性。不对称碳原子：与四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的碳原子。,1.1.3 氨基酸的旋光性与构型,构型 ：不对称碳原子周围的取代基在空间上的排列方式。存在L- 、D-两种构型。 构型的改变需要共价键的的破坏与重新形成。 氨基酸的L
5、- 、D-型都是以甘油醛为标准确定的。,甘油醛投影式和透视式,D-甘油醛,L-甘油醛,D-甘油醛,L-甘油醛,L-氨基酸的结构通式,碳原子,不对称碳原子,侧链,除甘氨酸外，其他19种氨基酸都是L-构型,氨基酸的两性电离性质 氨基酸含有酸性的-COOH和碱性的 -NH2，是两性离子。,1.1.4 氨基酸的性质,氨基酸的等电点,当氨基酸所带正电荷与所带负电荷相等时，溶液的PH值为这一种氨基酸的等电点（PI）,在酸性溶液中 在晶体状态或水溶液中 在碱性溶液中即等电点（pI） “ + ” “ 不带电 ” “ ”,pI等电点时的pH,H2N,纯晶体状态,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,总电荷 0,
6、加 酸,总电荷 “+”,加 碱,H2N,COO-,H3N+,OH-,H2O,H2N-,总电荷 “-”,氨基酸的PK值和等电点,1.2 肽,氨基酸与氨基酸之间通过-氨基和-羧基形成酰胺键共价地结合在一起,其产物叫做肽（Peptide）。 这种酰胺键称为肽键。 氨基酸借肽键形成的线性的链状分子叫做肽链 。 肽链中的氨基酸不再是完整的，叫氨基酸残基,1.3 蛋白质,由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子。,1.3.1 蛋白质的一级结构,包括：组成蛋白质的多肽链数目、多肽链的氨基酸顺序以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 氨基酸顺序：最重要，是蛋白质生物功能的基础。,1.3.2 蛋白质空间
7、结构,定义：蛋白质多肽链主链在空间上的走向及所有原子和基团在空间中的排列与分布。包括二级结构、三级结构和四级结构。,肽平面：主链肽键C-N具有双键性质而不能自由旋转，肽键的4个原子和与之相连的两个-碳原子(C)都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称肽平面或酰胺平面。,二级结构,蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。,各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子为右
8、手-螺旋。,-螺旋,-折叠,-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象 在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm,反平行-折叠,平行-折叠,-转角,在-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,当蛋白质处于某种状态时（缺乏特定分子）下是无序的，而在另一种状态时（结合特定分子）是有序的。,无规则序列,蛋白质的三级结构,蛋白质分
9、子中的所有原子的三维空间排列，包括它的二级结构要素和它的侧链在空间结构上的关系。,蛋白质的四级结构,许多蛋白质分子是由两个或两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链借次级键缔合在一起，蛋白质分子的这种结构形式称为蛋白质分子的四级结构。,蛋白质的变性,蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质变性。,第二节 糖,2.1 糖的概念,又称碳水化合物（carbohydrates，元素组成 符合Cn(H2O)n的一类化合物） 例外：乙酸（CH3COOH）、甲醛（CH2O）、乳酸C3H6O3）、脱氧核糖（C5H10O4）、鼠李
10、糖C6H12O5）等,糖:是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称。,2.2 糖的分类,单糖 寡糖 多糖 多糖复合物 糖的衍生物,根据分子中所含基团分为醛糖和酮糖 根据所含碳原子数分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖,2.2.1 单糖,单糖的链状结构,最简单的醛糖是甘油醛，酮糖是二羟基丙酮,甘油醛,二羟基丙酮,单糖的构型,三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不对称碳原子，是不对称分子。 单糖的构型有L构型和D构型两种，规定由编号最大的不对称碳原子的构型决定 自然界中的糖绝大多数为D型。,单糖的环状结构,单糖分子中既含有羰基又含有羟基，可形成半缩醛或半缩酮。 成环后羰基碳原子变成不对称碳原子
11、，构型分别用- 和-表示 如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列时，羟甲基在平面之上为D-型，在平面之下为L-型。在D-型中，半缩醛羟基在平面之下为-型，在平面之上为-型。逆时针时相反。,葡萄糖的环状结构,重要的醛糖,D赤藓糖,D苏阿糖,D甘油醛,D核糖,D阿拉伯糖,D木糖,D来苏糖,D阿洛糖,D阿卓糖,D葡萄糖,D甘露糖,D古洛糖,D艾杜糖,D塔罗糖,D半乳糖,（酮糖）,D赤藓酮糖,D核酮糖,D木酮糖,二羟丙酮,D阿洛酮糖,D果糖,D山梨糖,D塔格糖,重要的 酮糖,由少数单糖通过糖苷键连接在一起而形成，可水解成少数个单糖。 （糖苷键:一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌
12、呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键） 常见的是二糖和三糖,2.2.2 寡糖,(12)糖苷键,蔗糖 日常食用的糖主要是蔗糖,-D-葡萄糖-（12）-D-果糖 （无还原性）,麦芽糖：大量存在于发芽麦芽中。, (14)糖苷键,-D-葡萄糖-（14） -D-葡萄糖（有还原性）,异麦芽糖,异麦芽糖由两分子葡萄糖通过(16)糖苷键连接而成,纤维二糖,2.2.3 多糖,由多个单糖分子缩合而成。,淀粉,广泛分布于植物体中，特别是种子、根茎及果实含量最高,直链淀粉,(14)葡萄糖苷键,支链淀粉,(16)葡萄糖苷键,支链淀粉结构,(14)葡萄糖苷键,糖原,脊椎动物体中的储存性多糖。结构与支链
13、淀粉相似。,纤维素,植物体中最重要的结构性多糖。植物细胞壁的骨架, (14)葡萄糖苷键,几丁质,昆虫和甲壳纲的外骨骼中 构件分子为2N乙酰D 氨基葡萄糖， （14）糖苷。,几丁质的结构,一、糖胺聚糖(glycosaminoglycan)，又称为糖胺多糖、粘多糖，含氨基己糖的杂多糖总称。 二、半纤维素：存在于细胞壁中所有杂多糖的总称。 三、药物多糖：中草药治病的主要成分就是此类多糖及其衍生物。,2.2.4 不均一多糖（杂多糖） （由不同的几种单糖聚合而成）,蛋白聚糖：是结构物质（细菌细胞壁） 糖蛋白：分布于细胞膜表面，与生物识别与关 糖脂：分布于细胞膜表面与细胞识别有关 脂多糖：是细菌的结构物质
14、,2.2.5 多糖复合物,第三节 脂 质,3.1 概述,脂（双称为脂质或脂类）：一类低溶于水而高溶于非极性有机溶剂的生物有机分子。脂类包括的范围很广,3.2 脂类的分类,可按不同组成分类分为三类： 单纯脂：是脂肪酸和醇类所形成的脂。油脂（脂肪酸与甘油所形成的酯） 蜡（脂肪酸与高级一元醇所形成的酯） 复合脂：除醇类、脂肪酸外，还含有其他物质。如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂类，鞘磷脂）,衍生脂：由上述脂类物质衍生而来并具有脂质一般性质的物质。如：甘油、脂肪酸、其氧化产物如乙酰COA等、萜类和类固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白。,3.3 三脂酰甘油,脂酰甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯。 脂酰甘油: 单
15、脂酰、二脂酰和三脂酰甘油 三脂酰甘油：是甘油的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合失水后形成的酯(也统称为油脂或中性脂) 一般在室温下为液态的称为油 在室温下为固态的称为脂肪,单酯酰甘油,二酯酰甘油,H2O,H2O,三酯酰甘油,脂肪酸1,脂肪酸2,脂肪酸3,脂肪酸,脂肪酸：单羧基脂肪酸，碳原子数在4-28之间，多为偶数。 分类： 、饱和脂肪酸 、不饱和脂肪酸（双键大多为顺式结构）。 必需脂肪酸：动物体必需但不能合成的脂肪酸如亚油酸、亚麻酸。,一些重要的脂肪酸，以及一些在结构上比较特殊的脂肪酸,甘油,即丙三醇，味甜，比重为1.26（20 oC ），和水或乙醇可以任何比例互溶发生水解。,3.4 甘油磷脂,
16、甘油磷脂即磷酸甘油酯，生物膜的主要组分。甘油磷脂的组成 甘油、脂肪酸、磷酸形成磷脂酸 磷脂酸与醇形成甘油醇磷脂 醇：氨基醇(如胆碱、乙醇胺或丝氨酸)、肌醇等。,磷脂酸,X,非极性，不易溶于水 称非极性尾,极性，易溶于水称极性头,甘油醇磷脂,前体,卵磷脂 X前体为胆碱，HO-CH2CH2N+(CH3)3。,磷脂酰胆碱,X前体,3.5 鞘脂类,由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。,鞘脂类,鞘磷脂,鞘糖脂,由鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和醇组成,鞘磷脂,鞘氨醇,神经酰胺,鞘氨醇,脂肪酸,醇,磷酸,神经酰胺,脑苷脂,由神经酰胺中C1的OH与糖分子以糖苷键连接而成。,鞘糖脂类,3.6 萜类,异戊二烯可头尾（尾尾）相连生成。,3.7 固醇类,类固醇：环戊烷多氢菲的一元醇及其衍生物。,雄性激素,可的松（激素）,维生素D,胆固醇,
