糖类、脂类、蛋白质

1、生物化学,糖类,元素：C、H、O 且CHO121 （绝大多数,种类：单糖(不能被水解成更小分子的糖类) 寡糖 多糖(水解时能产生20个以上单糖分子的糖类,一. 单糖,一）分子式(CH2O)n n3 3，4，5，6 （丙、丁、戊、己,二）结构形式,醛糖,位于末端C上,含有醛基,酮糖,位于链内C上,三）重要单糖,1.丙糖,它们的磷酸酯是细胞呼吸和光合作用的重要中间产物,2.戊糖,核糖和脱氧核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中间产物,3.己糖,己糖的分子式都是C6H12O6，但结构不同，它们彼此为异构体,四）单糖的环式结构,五碳糖和六碳糖等在溶液中大多不成上述的链式，而成环式结构,OH半缩醛羟基,

2、半缩醛碳原子或异头碳原子,分子内亲核加成,五）单糖的镜像异构体,两个异构体的构象如同物体与镜中的像的关系,天然葡萄糖都为D型，但由于第一位C(异头碳)上OH空间可存在于两个位置，从而又派生出两个异构体,二. 寡糖,26个单糖缩合而成，最常见的是二糖,1.麦芽糖,两个葡萄糖形成14糖苷键,A两个果糖 B一个果糖和一个葡萄糖 C两个葡萄糖 D一个葡萄糖和一个核糖,09年联赛) 24.麦芽糖由哪两个单糖分子连接构成,2.蔗糖,1分子葡萄糖和1分子果糖缩合而成,植物中糖的运输形式,3.纤维二糖,是纤维素的基本单位,2分子葡萄糖缩合而成,4.乳糖,1分子半乳糖和1分子葡萄糖缩合而成,存在与哺乳动物的乳汁

3、中,5.还原糖,单糖都是还原糖 因含有游离的羰基（酮基或醛基,二糖中:麦芽糖、乳糖是还原糖 蔗糖不是还原糖,三多糖,一般淀粉中直链淀粉和支链淀粉都含有,1.淀粉,植物细胞中储存态的糖,通式,分类,直链淀粉,G以14糖苷键连接，不分支，卷曲为螺旋形,支链淀粉,G以14糖苷键连接，分支处为16糖苷键，每隔2430个G有一个分支,C6H10O5)n n为DG的数目,直链淀粉遇碘变蓝，是鉴定淀粉的简单方法,DG以糖苷键连接，但比支链淀粉分支多，每隔812个G有一个分支,糖原,动物细胞中储存态的糖,3.纤维素,DG以14糖苷键连接。是不分支的长链,溶解度大于淀粉,和直链、支链淀粉及糖原主要的不同,4.几

4、丁质（壳多糖,N乙酰D氨基葡萄糖（单糖的衍生物）以（14）糖苷键缩合成的多糖,5.果胶,植物细胞壁之间的胞间层的主要成分,也属于多糖，是半乳糖醛酸（单糖的衍生物）和其衍生物的多聚化合物,是昆虫、甲壳类动物外骨骼的成分,肽聚糖、琼脂、荚膜多糖都属多糖类,糖类的生物学作用,1.作为生物体的结构成分,2.作为生物体内的主要能源物质,3.在生物体内转化为其他物质,4.作为细胞识别的信息分子,如：纤维素、半纤维素和果胶；属杂多糖的肽聚糖；壳多糖,有些糖是重要的中间产物，为合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架,糖蛋白是一类在生物体内分布极广的复合糖。它们的糖链可能起着信息分子的作用,脂类,

5、元素：C、H、O 但C、H比例远大于糖。 有的还含有N、P,分类,1.中性脂肪和油,甘油（醇）中OH和脂肪酸中COOH结合成的酯,甘油,脂肪酸,三酰甘油（甘油三酯或脂肪,组成,2.蜡,是长链脂肪酸和长链醇或固醇形成的酯,甘油的一个羟基不是和脂肪酸而是和磷酸结合成酯,通式,3.磷脂类,卵磷脂（生物膜的主要成分,分类,H被不同的基团取代,脑磷脂,丝氨酸磷脂,4.固醇类,类胡萝卜素,5.萜类,脂质的生物学作用,1.贮存脂质,三酰甘油,蜡,在大多数真核生物中以油滴形式存在于胞质中,脊椎动物有专门的脂肪细胞,许多植物种子中存在三酰甘油,能量的主要贮存形式,脂肪是高度还原的化合物,1g油脂在体内完全氧化将

6、产生37kJ,而1g糖或蛋白质只产生17kJ的能量。以油脂作为贮存燃料还有一个好处是,机体不必携带像贮存多糖那样的结合水，因为三酰甘油是疏水的,海洋浮游生物中蜡是代谢燃料的主要贮存形式,2.结构脂质,3.活性脂质,各种生物膜都是以磷脂双分子层作为骨架的,维生素A、D、E、K（脂溶性,多种光合色素,泛醌、质体醌,主要包括数百种类固醇和萜,萜,其他,蛋白质,一含量,细胞干重的50以上，生物膜的6070,二基本元素,C、H、O、N 其中N平均含量为16,三基本单位氨基酸,一）氨基酸的种类,二）结构通式,天然蛋白质中氨基酸共20种,三）氨基酸的立体异构体,除R侧链为H的甘氨酸外，各种氨基酸中的碳原子都

7、是不对称的（分别和4个不同的基团相连），故形成两个镜像对称的立体异构体。规定为D型和L型,天然氨基酸几乎都为L型,书写习惯：把COOH写在碳上面，NH2写在左为L型，写在右为D型,含不对称碳的物质，不能和自己的镜像叠合，因而都具旋光性,四）氨基酸的分类,1按侧链区分,极性氨基酸,非极性氨基酸,2按人和动物能否合成,必需氨基酸（体内不能合成，必需通过食物摄取）非必需氨基酸（体内通过转氨基等过程能合成,必需氨基酸共8种,携一两本单色书来,五）氨基酸的存在形式,在中性溶液中或固体状态下，主要是以两性离子的形式存在,六）代谢中出现的其它氨基酸,鸟氨酸、瓜氨酸,七）氨基酸的两性解离和等电点,1两性解离,

8、氨基酸是两性电解质，在溶液中正负离子都能解离，但解离度与溶液的pH值有关,在酸性溶液中，自身质子化成为正离子，在电场中向阴极移动,在碱性溶液中，自身成为负离子（OH和NH3上的H生成H2O），在电场中向阳极移动,2等电点,调节pH值，使氨基酸的NH3和COO解离度完全相等，氨基酸所带电荷为零，在电场中既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值称为氨基酸的等电点。符号pI,当溶液pH值低于pI时，氨基酸带正电，向阴极移动,当溶液pH值高于pI时，氨基酸带负电，向阳极移动,3等电点时氨基酸的特点及应用,等电点时，由于静电作用，氨基酸溶解度最小，易沉淀,利用此性质可分离制备某些氨基酸

9、,如：谷氨酸生产中，把微生物发酵液pH调至3.22（谷氨酸的等电点），使谷氨酸沉淀析出。 利用各种氨基酸的等电点不同，可以通过电泳法和离子交换法等在实验室或工业上进行混合氨基酸的分离和制备,4等电点的计算,氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数来确定。解离常数符号pK,写出氨基酸的解离方程,从酸性溶液到碱性溶液,羧基解离度大于氨基（解离常数逐级增加,氨基酸的pI两性离子两侧pK的算术平均值,例1：丙氨酸（Ala,Ala Ala Ala,pK29.69,pI,OH,H,H,OH,pK1 2.34,6.02,Asp Asp Asp Asp,例2：天冬氨酸（Asp,pK39.60,pI,OH,

10、H,OH,H,OH,H,pK11.88,pK23.65,2.77,Lys Lys Lys Lys,例3：赖氨酸（Lys,pK310.53,pI,OH,H,OH,H,OH,H,pK12.18,pK28.95,9.74,参考答案】D 解析：氨基酸的解离特点是羧基解离度大于氨基，且解离常数逐渐增大，pI两性离子两侧pK的算术平均值。赖氨酸含两个NH2，所以，pK1（COOH）为2.1 ，pK2（NH2）为9.0，pK3（NH2）为10.5。pK2 和pK3是两性离子两侧的pK,06年联赛)40.赖氨酸有3个pK值，pKl=2.1；pK2=9.0；pK3=10.5；赖氨酸的pI为 A2.2 B5.55

11、 C6.3 D9.75 E10.5,八）氨基酸的光吸收,各种氨基酸在可见光区都无吸收,在紫外光区仅有三种氨基酸有吸收能力,色氨酸，最大吸收波长280nm,酪氨酸，最大吸收波长275nm,苯丙氨酸，最大吸收波长257nm,蛋白质在280nm下的吸收主要由色氨酸和酪氨酸引起，利用紫外分光光度法在280nm下测定蛋白质的光吸收值，是测定蛋白质含量既简单又快速的方法,1肽键和肽链,四.蛋白质的结构,一）蛋白质的一级结构（化学结构,肽键：一个氨基酸的NH2和相邻氨基酸的 COOH脱水缩合,肽链：组成蛋白质的氨基酸借助肽键连接起来 叫肽链,习惯上N末端写在左面，C末端写在右面,肽链中，由于氨基酸缩合失去氨

12、基酸上NH2 的H和COOH上的OH，故称为氨基酸残基,一端氨基酸上含有一个游离的NH2，称 肽链的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸,一条肽链中,另一端氨基酸上含有一个游离的COOH，称肽链的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸,如：皮、毛、角、发的蛋白质二硫键最多,2二硫键,两个半胱氨酸（残基）脱氢连接而成。SS是连接肽链内或肽链间的主要桥键,二硫键稳定肽链空间结构，与蛋白质的生物活性有关。二硫键破坏后，蛋白质或多肽链的生物活性消失,如：胰岛素的二硫键破坏后失去生物活性,二硫键越多，蛋白质结构越稳定,3一级结构的组成,肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序,多肽链的数目,链内或链间二硫键的数目和位置等,最新

13、提法:只指多肽链中的氨基酸序列,5一级结构的实例,4一级结构的化学键,维系蛋白质一级结构的化学 键是肽键和二硫键，它们都属于共价键,牛胰岛素的一级结构,6常见的几种天然活性肽,有些肽在生物体内具有特殊功能，称为活性肽。活性肽广泛存在于整个生物界。主要起化学信使的作用,常见的几种肽类激素,二）蛋白质的空间结构,研究方法：X射线衍射法研究模型肽，测定有关肽的键长和键角，得出肽链的空间结构,要点：肽链中的肽键带有双键的性质，不能沿CN键自由旋转，肽键中的4个原子和它相邻的两个碳原子都处于同一个平面上，形成酰胺平面结构，其中H和O处于CN键的两侧形成反式，与CN相连的NC和CC键都可以旋转。这样，多肽

14、链的主链是由许多酰胺平面组成，平面间以碳原子为顶点作旋转运动,09年联赛) 106下图示部分多肽链的结构，l、2、3、4所标的4个化学键中的哪些键不能如右图所示那样旋转： 肽链结构式,解析：BD 肽链中的肽键CONH带有双键的性质，不能沿CN键自由旋转。肽键上的H、 O处于反式排列(,肽键中四个原子和它相邻的两个碳原子都处于同一个平面上，形,成酰胺平面结构( )。与肽键相连的NC和CC键都可以旋转。这样，多肽链的主链是由许多酰胺平面组成，平面间以碳原子为顶点作旋转运动,A1 B2 C3 D4,1蛋白质的二级结构,是指蛋白质中多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体结构或构象。这种周期性结

15、构是以肽链内或各肽链间的氢键来维系的,常见的二级结构,螺旋,构成：多肽链围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，相邻的螺圈之间形成链内氢键。氢键是由每个氨基酸残基的NH与前面隔三个氨基酸残基的CO形成,指甲、毛发及有蹄类动物的蹄、角、羊毛等纤维蛋白中几乎都是螺旋结构。又称角蛋白,分布,螺旋结构也存在于球状蛋白中,特点,螺旋的稳定性与构成螺旋的氨基酸的R侧链组分有关(大小、带电性等),如遇到脯氨酸时螺旋被破坏。因脯氨酸是亚氨基酸，没有H形成氢键,天然蛋白质的螺旋几乎为右手螺旋,折叠结构（折叠片,构成：两条或多条几乎完全伸展得多肽链(或肽链内两段或多段肽链段)侧向聚集在一起，相邻肽链(肽链段)主链上NH和CO之

16、间形成氢键，所有肽键都参与氢键,分布,折叠结构在纤维蛋白中存在，称角蛋白,如：蚕丝、蛛丝,折叠结构也存在于球状蛋白中,转角,发现于球状蛋白的拐角处，肽链形成180的回折，回折处靠链内氢键稳定,甘氨酸侧链是H，适于充当转向成员；脯氨酸残基的环状侧链的固定取向有利于转角形成,2.蛋白质的三级结构,三级结构,指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的三维空间结构,实例：肌红蛋白的三级结构,维持三级结构的作用力,三级结构的键主要为次级键（非共价键,氢键,疏水作用,肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链避开水相互粘附聚集形成。在维持三级结构中占主要地位,盐键,范德华力,分子间的

17、相互吸引,此外，二硫键对三级结构的稳定也起作用,蛋白质中带正、负电荷的侧链相互接近，通过静电吸引而成,N、O、F与H之间形成的作用力,三级结构的特点,三级结构是球状蛋白具有的结构。在二级结构的基础上不规则卷曲，使分子近乎于球形。具有极性基团侧链的氨基酸残基几乎全部分布在分子表面，而非极性的残基被埋在分子内部，不与水接触。分子表面的极性基团正好与水结合。因此，球状蛋白都溶于水,如：酶、多种蛋白质激素、抗体、细胞质和细胞膜中的蛋白质,3.蛋白质的四级结构,构成,一些分子量较大的、两条或两条以上多肽链构成的球蛋白。每条肽链都有三级结构，叫一个亚基，亚基单独存在时一般无生物活力。各亚基以次级键连接成聚

18、合体叫四级结构。只有形成四级结构才有生物活力,实例：血红蛋白的四级结构,血红蛋白由2个亚基，2个亚基组成,五蛋白质的性质及生物学功能,一）两性性质,蛋白质也能进行两性电离，也有等电点。这个特点和氨基酸相同,两性性质,原因,蛋白质中以侧链为主的一些带正、负电荷的可解离基团都可解离,蛋白质在等电点时，以两性离子的形式存在，其净电荷为零，这样，蛋白质颗粒之间在溶液中因没有相同电荷相互排斥，极易借静电引力结合成较大的聚集体，因而沉淀析出。故溶解度最小,蛋白质在等电点时的特点,蛋白质的等电点不同，颗粒大小不同，在指定pH的溶液中，由于各种蛋白质在电场中移动方向和速度不同，用电泳法，在实验室或生产上可以从

19、蛋白质混合液中将各种蛋白质分离开来,蛋白质在等电点时的应用,A(1)(2)(3) B(1)(3) C(2)(4) D(4) E(1)(2)(3)(4,09年联赛) 32.下列有关Phe-Leu-Ala-Val-Phe-Leu-Lys的叙述，哪项是正确的? (1)是一个六肽 (2)是一个碱性多肽 (3)对脂质表面无亲和力 (4)等电点大于8,解析C Phe苯丙氨酸、Leu亮氨酸、Ala丙氨酸、Val缬氨酸都是非极性氨基酸，只有Lys赖氨酸是碱性氨基酸,二）胶体性质,胶体性质,蛋白质分子量大，在水溶液中形成的颗粒具有胶体溶液的特点,蛋白质胶体溶液不易沉淀的原因,水膜,电荷层,应用,三）沉淀反应,盐

20、析,加有机溶剂,由于这些有机溶剂和水有较强的作用，破坏水膜，使其沉淀。如：酒精、丙酮等,加重金属盐,使蛋白质形成不易溶解的盐而沉淀。常使蛋白质变性,加某些酸,和蛋白质化合成不易溶解的盐而沉淀。如：苦味酸、单宁酸、三氯乙酸等,向蛋白质溶液中加高浓度的中性盐，使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。盐析一般不引起蛋白质变性。除去盐后,复可溶解,四）颜色反应,1.双缩脲反应紫色络合物,2.酚试剂反应蓝色化合物,反馈调节酶促反应,酶活性降低,含两个以上亚基的蛋白质分子，当其中一个亚基与小分子结合时，除改变该亚基的空间结构外，还使其它亚基构象发生变化，结果是整个蛋白质分子构象及活性发生改变的现象,五）变构(别构)

21、作用,结合,与氧的亲和力很弱,改变该亚基构象，又引起另三个亚基构象改变，结果使整个分子构象改变,整个血红蛋白分子的构象都适宜于与氧结合,六）变性作用,物理,加热70100、剧烈震荡或搅拌、X射线、紫外线、超声波,化学,强酸、强碱、重金属盐、乙醛、尿素,不破坏肽键、二硫键 即不破坏蛋白质的一级结构,空间结构发生改变，失去生物活性,1.变性的原因,2.变性的实质,1）酶催化 （2）结构蛋白维持细胞构造 （3）代谢调节者蛋白质类激素等 （4）运输工具载体蛋白等 （5）免疫抗体,七）蛋白质的生物学功能,六.蛋白质的分离纯化方法,1.根据分子大小不同的纯化方法,透析和超过滤,把蛋白质放入透析袋中，外面是

22、透析液。利用蛋白质不能通过半透膜的特点把它和小分子杂质分开,超过滤,利用压力或离心力,强行使水和其他小分子通过半透膜，而蛋白质被截留在膜上,透析,密度梯度离心,蛋白质的沉降速度取决于颗粒的大小和密度。把蛋白质样液放入具有密度梯度(密度梯度在离心管中的分布是管底浓度最大,向上逐渐减小)的介质中离心。利用每种蛋白质沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时就停止沉降的特点,把它们分开,2.利用溶解度差别的纯化方法,等电点沉淀,盐溶和盐析,盐溶,低浓度中性盐可增加蛋白质的溶解度称盐溶,3.根据电荷不同的纯化方法,电泳,在外电场的作用下，带电颗粒将向着与其电性相反的电极移动，称电泳,可用于氨基酸、肽、蛋白质

23、、核苷酸等生物分子的分析分离和制备,离子交换层析,是分离纯化氨基酸和蛋白质的常用方法,原理,利用氨基酸和蛋白质所带电荷的不同，使带电氨基酸或蛋白质和同电荷的交换剂进行离子交换，从而使氨基酸或蛋白质被“挂”在交换剂上而达到分离,用不溶性的网状结构的高聚物为基质，通过化学反应使基质带正电或负电,基质,蛋白质纯化时常用的交换剂基质是纤维素,氨基酸纯化时常用的交换剂基质是树脂,09年联赛)36.在包涵体蛋白的变性与复性实验中，最有可能用到以下哪种实验技术? A透析 B离心 C盐析 D电泳,解析 A 包涵体： 包涵体是指细菌表达的蛋白在细胞内凝集，形成无活性的固体颗粒。 包涵体的形成： 主要因为在重组蛋

24、白的表达过程中缺乏某些蛋白质折叠的辅助因子，或环境不适，无法形成正确的次级键等原因形成的。 溶解： 一般用强的变性剂如尿素（6-8M）、盐酸胍（GdnHCl 6M），通过离子间的相互作用，打断包涵体蛋白质分子内和分子间的各种化学键，使多肽伸展，一般来讲，盐酸胍优于尿素。 包涵体蛋白复性： 通过缓慢去除变性剂使目标蛋白从变性的完全伸展状态恢复到正常的折叠结构，同时去除还原剂使二硫键正常形成。一般在尿素浓度4M左右时复性过程开始，到2M 左右时结束。对于盐酸胍而言，可以从4M开始，到1.5M 时复性过程已经结束。包涵体蛋白复性方法 ： 稀释复性、透析复性、超滤复性、柱上复性、高蛋白质浓度下的复性,

25、七蛋白质的分类,按形状,球状蛋白,纤维状蛋白,按组成,简单蛋白,结合蛋白,一）简单蛋白,只含氨基酸的蛋白质,二）结合蛋白,简单蛋白非蛋白质部分（辅基,常见,糖蛋白,分布很广:许多膜蛋白和分泌蛋白是糖蛋白(血型抗原、组织相容性抗原、移植抗原、激素的膜受体蛋白；消化道上皮细胞分泌的粘液、血浆蛋白等,糖肽键,分布,糖蛋白中寡聚糖的还原端残基与多肽链的氨基酸残基以多种形式共价连接，称糖肽键,糖肽键的主要类型,糖肽键,O糖肽键,是指单糖的异头碳与羟基氨基酸的羟基O原子共价结合而成的O糖苷键,指构型的N乙酰葡糖胺异头碳与天冬酰胺的酰胺N原子共价连接而成的N糖苷键,O糖肽键更为广泛,脂蛋白,分布：动物血浆脂

26、蛋白，膜系统中脂质融合的蛋白质也可看成脂蛋白,是指脂质和蛋白质以非共价键(疏水作用、范德华力和静电引力)结合而成的复合物,3.当蛋白质溶液的pH值与蛋白质等电点相同时，蛋白质的 A.溶解度最大 B.溶解度最小 C.溶解度与溶液pH无关 D.蛋白质变性,2.下列哪种氨基酸不是人体必需氨基酸 A.赖氨酸 B.蛋氨酸 C.谷氨酸 D.色氨酸 E.苏氨酸,4.在升温使蛋白质变性过程中，以下哪些现象常会出现(多选) A.肽键断裂 B.氢键的断裂 C.溶解度下降 D.分子量减小 E.辅酶脱离,练习,06年联赛,C,B,BCE,BE,5.淀粉同纤维素的差别(多选) A.淀粉由葡萄糖和果糖组成，纤维素仅含葡萄糖 B.淀粉可能分支，纤维素没有分支 C.淀粉比较稳定 D.淀粉可以被降解，纤维素不能被降解 E.淀粉溶于水，纤维素不溶于水,1.测定一个蛋白质分子量时，哪一种方法不常用 A.超速离心 B.电泳 C.层析 D.X-光衍射,D,1.下列有关溶液中蛋白质的带电情况的描述，哪一个正确 A.只与酸性氨基酸的数量和碱性氨基酸的数量有关 B.只与溶液的pH值有关 C.只与蛋白质的折叠方式和溶液的pH值有关 D.与上述三种因素都有关系,2.DEAE纤维素离子交换层析法可用于分离纯化蛋白质，主要是由于 A.蛋白质的溶解度不同 B.蛋