生物大分子的组成与结构

1、l主要元素主要元素：c、h、o、n，微量微量p、cu、fe、il一般蛋白质含氮量为一般蛋白质含氮量为16%16%，即，即1 1份氮素相当于份氮素相当于6.256.25份蛋白质，此数值（份蛋白质，此数值（6.256.25）称为蛋白质）称为蛋白质系数。系数。l凯氏定氮法凯氏定氮法：通过测出样品中的总含氮量再乘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，以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量，测测定结果为粗蛋白。定结果为粗蛋白。l此法可应用于各类食品中蛋白质含量测定此法可应用于各类食品中蛋白质含量测定氨基酸的结构共性氨基酸的结构共性l含有氨基的羧酸含有氨基的羧酸l常见的蛋白氨基酸

2、常见的蛋白氨基酸均为均为-氨基酸氨基酸l分子通式：分子通式：r-ch（nh2）-coohlr 代代 表表 氨氨 基基 酸酸 之之 间间 相相 异异 的的 部部 分分 ， 叫叫 r 基基 (r group)， 又又 称称 为为 侧侧 链链 (sidechain) 。 酪氨酸酪氨酸-氨基酸氨基酸二十种氨基酸的结构二十种氨基酸的结构按侧链按侧链r性质，性质，常见蛋白质常见蛋白质氨基酸可分为三类氨基酸可分为三类l非极性非极性r基氨基酸基氨基酸l无电荷的极性无电荷的极性r基氨基酸基氨基酸l带电荷的极性带电荷的极性r基氨基酸基氨基酸缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸色氨酸色氨

3、酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸甘氨酸甘氨酸第一类第一类 非极性非极性r基氨基酸（共基氨基酸（共9种）种）第二类第二类 无电荷的极性无电荷的极性r r基氨基酸（共基氨基酸（共6 6种）：种）：丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺第三类第三类 带电荷的极性带电荷的极性r基氨基酸（共基氨基酸（共5种）：种）：l带正电荷的极性带正电荷的极性r基氨基酸基氨基酸3种种l赖氨酸赖氨酸, 精氨酸精氨酸, 组氨酸组氨酸l带负电荷的极性带负电荷的极性r基氨基酸基氨基酸2种种l天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸alanine丙氨酸丙氨酸alaaarginine 精氨

4、酸精氨酸 argrasparagine天冬酰氨天冬酰氨 asn asxnaspartic acid天冬氨酸天冬氨酸asp asxdcystine半胱氨酸半胱氨酸cyscglutamine谷氨酰胺谷氨酰胺gln glxqglutamic acid谷氨酸谷氨酸glu glxeglycine甘氨酸甘氨酸glyghistidine组氨酸组氨酸hishisoleucine异亮氨酸异亮氨酸ileile i ileucine亮氨酸亮氨酸leullysine赖氨酸赖氨酸lyskmethionine甲硫氨酸甲硫氨酸metmphenylalanine 苯丙氨酸苯丙氨酸phefproline脯氨酸脯氨酸propse

5、rine丝氨酸丝氨酸sersthreonine苏氨酸苏氨酸thrttryptophan色氨酸色氨酸trpwtyrosine酪氨酸酪氨酸tyryvaline缬氨酸缬氨酸valv氨基酸的名称与符号氨基酸的名称与符号l旋光性：旋光性：可使偏振光平面发生旋转。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。一般具有不对称碳原子的都具有旋光性。l不对称碳原子：不对称碳原子：与四个不同的原子或原子基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。团共价连接并因而失去对称性的碳原子。不对称碳原子l构型构型 ：不对称碳原子周围的取代基在空间上的不对称碳原子周围的取代基在空间上的排列方式

6、。存在排列方式。存在l- 、d-两种构型。两种构型。l构型的改变需要共价键的的破坏与重新形成。构型的改变需要共价键的的破坏与重新形成。l氨基酸的氨基酸的l- 、d-型都是以甘油醛为标准确定的。型都是以甘油醛为标准确定的。 甘油醛甘油醛投影式和透视式投影式和透视式d-甘油醛甘油醛l-甘油醛甘油醛d-甘油醛甘油醛l-甘油醛甘油醛l-氨基酸的结构通式l氨基酸的两性电离性质氨基酸的两性电离性质氨基酸含有酸性的氨基酸含有酸性的-cooh和碱性的和碱性的-nh2，是两性离子。，是两性离子。氨基酸的等电点氨基酸的等电点l当氨基酸所带正电荷与所带负电荷相等时，溶当氨基酸所带正电荷与所带负电荷相等时，溶液的液的

7、ph值为这一种氨基酸的值为这一种氨基酸的等电点（等电点（pi）在酸性溶液中在酸性溶液中 在晶体状态或水溶液中在晶体状态或水溶液中 在碱性溶液中在碱性溶液中 即即等电点（等电点（pi）“ “ + ”+ ” “ “ 不带电不带电 ” “ ” “ ” ”pipi等电点时的等电点时的phphh3nchcoohrh3nchcoo-r+h2nchcoo-roh-h+oh-h+chcoohh3nrh2ncoo-h3n+水溶后等电荷状态总电荷 0加 酸h总电荷 “+”chcoohh3nrh2ncoo-h3n+oh-h2oh2n-总电荷 “”氨 基 酸分 子 量co ohpkan h3+r 基 团pi蛋 白 质

8、 中出 现 的 几 率 (% )*甘 氨 酸752.349.605.977.5丙 氨 酸892.349.696.019.0缬 氨 酸1172.329.625.976.9亮 氨 酸1312.369.605.987.5异 亮 氨 酸1312.369.686.024.6脯 氨 酸1151.9910.966.484.6苯 丙 氨 酸1651.839.135.483.5酪 氨 酸1812.209.1110.075.663.5色 氨 酸2042.389.395.891.1丝 氨 酸1052.219.155.687.1苏 氨 酸1192.119.625.876.0半 胱 氨 酸1211.968.1810.2

9、85.052.8蛋 氨 酸1492.289.215.741.7天 冬 酰 胺1322.028.805.414.4谷 氨 酰 胺1462.179.135.653.9天 冬 氨 酸1331.889.603.652.775.5谷 氨 酸1472.199.674.253.226.2赖 氨 酸1462.188.9510.539.747.0精 氨 酸1742.179.0412.4810.764.7组 氨 酸1551.829.176.007.592.1* 在 200 多 种 蛋 白 质 中 出 现 的 平 均 几 率 。氨基酸的pk值和等电点氨基酸与氨基酸之间通过氨基酸与氨基酸之间通过-氨基和氨基和-羧基形

10、成酰胺羧基形成酰胺键共价地结合在一起键共价地结合在一起, ,其产物叫做肽（其产物叫做肽（peptidepeptide）。）。这种这种酰胺键称为肽键酰胺键称为肽键。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，叫肽链中的氨基酸不再是完整的，叫氨基酸残基氨基酸残基由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子。生物大分子。l包括：组成蛋白质的多肽链数目、多肽链的氨基酸包括：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。顺序以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。

11、l氨基酸顺序：最重要，是蛋白质生物功能的基础。氨基酸顺序：最重要，是蛋白质生物功能的基础。l定义：蛋白质多肽链主链在空间上的走定义：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向及所有原子和基团在空间中的排列与分布。分布。l包括二级结构、三级结构和四级结构。包括二级结构、三级结构和四级结构。l肽平面：主链肽键肽平面：主链肽键c-n具有双键性质而具有双键性质而不能自由旋转，肽键的不能自由旋转，肽键的4个原子和与之相个原子和与之相连的两个连的两个-碳原子碳原子(c)都处于同一个平都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称肽平面或酰面内，此刚性结构的平面称肽平面或酰胺平面。胺平面。l蛋

12、白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。 l各个肽平面围绕同一轴旋转，各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个氨基酸残基；个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为两个氨基酸之间的距离为0.15nm;0.15nm;l肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的基酸残基的酰胺基团的-co-co基与第四个氨基酸残基酰胺基与第四个氨基酸残基酰胺基团的基团的-nh-nh基形成氢键。基形成氢键。l蛋白质分子为右手蛋白质分子

13、为右手 - -螺旋。螺旋。l - -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链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。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肽链的主链呈锯齿状折叠构象l在在 - -折叠中，折叠中， - -碳原子总是处于折叠的角上，碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的氨基酸的r r基团处于折叠的棱角上并与棱角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垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm0.35nm反平行反平行 -折叠折叠平行平行 -折叠折叠l在在 - -转角部分，由四个转角部分，由四个氨基酸残基组成氨基酸残

14、基组成; ;l弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸残基的残基的 -c=o -c=o 和第四个和第四个残基的残基的 n-h n-h 之间形成之间形成氢键，形成一个不很稳氢键，形成一个不很稳定的环状结构。定的环状结构。l这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球状蛋白分子中。状蛋白分子中。l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。 蛋白质分子中的所有原子的三维空间排蛋白质分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。在空间结构上的关系。 许多蛋白质分子是由两个或两个以上具许多

15、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这种结构形式称为蛋白质分子的四级结构。构。l蛋白质在某些物理和化学因素作用下其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。现象称为蛋白质变性。第二节第二节 糖糖2.1 2.1 糖的概念糖的概念l又称又称碳水化合物碳水化合物（carbohydratesca

16、rbohydrates，元素组成，元素组成 符合符合c cn n(h(h2 2o)o)n n的一类化合物）的一类化合物）l例外：乙酸（例外：乙酸（chch3 3coohcooh）、甲醛（）、甲醛（chch2 2o o）、乳酸）、乳酸c c3 3h h6 6o o3 3）、）、脱氧核糖（脱氧核糖（c c5 5h h1010o o4 4）、鼠李糖）、鼠李糖c c6 6h h1212o o5 5）等）等糖糖: :是是多羟基醛多羟基醛或或多羟基酮及其缩聚物和衍多羟基酮及其缩聚物和衍生物生物的总称。的总称。2.2 2.2 糖的分类糖的分类l单糖单糖l寡糖寡糖l多糖多糖l多糖复合物多糖复合物l糖的衍生物糖

17、的衍生物l根据分子中根据分子中所含基团所含基团分为分为醛糖醛糖和和酮糖酮糖l根据根据所含碳原子数所含碳原子数分为分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖和庚糖单糖的链状结构单糖的链状结构最简单的醛糖是最简单的醛糖是甘油醛甘油醛，酮糖是，酮糖是二羟基丙酮二羟基丙酮甘油醛甘油醛二羟基丙酮二羟基丙酮单糖的构型单糖的构型l三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不对称碳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。原子，是不对称分子。l单糖的构型单糖的构型有有l l构型和构型和d d构型两种，规定构型两种，规定由编号最大的不由编号最大的不对称碳原子的构型决定对称碳原

18、子的构型决定l自然界中的自然界中的糖绝大多数为糖绝大多数为d d型型。l单糖分子中既含有单糖分子中既含有羰基羰基又含有又含有羟基羟基，可形成，可形成半半缩醛缩醛或或半缩酮半缩酮。l成环后羰基碳原子变成不对称碳原子，构型分成环后羰基碳原子变成不对称碳原子，构型分别用别用- - 和和-表示表示l如果氧环上的碳原子按如果氧环上的碳原子按顺时针顺时针方向排列时，方向排列时，羟羟甲基甲基在平面之上为在平面之上为d-d-型，在平面之下为型，在平面之下为l-l-型。型。在在d-d-型中，型中，半缩醛羟基半缩醛羟基在平面之下为在平面之下为- -型，在型，在平面之上为平面之上为-型。逆时针时相反。型。逆时针时相

19、反。葡萄糖的环状结构葡萄糖的环状结构d赤藓糖赤藓糖d苏阿糖苏阿糖d甘油醛甘油醛d核糖核糖 d阿拉伯糖阿拉伯糖 d木糖木糖d来苏糖来苏糖d阿洛糖阿洛糖d阿卓糖阿卓糖d葡萄糖葡萄糖d甘露糖甘露糖d古洛糖古洛糖d艾杜糖艾杜糖d塔罗糖塔罗糖d半乳糖半乳糖（酮糖）（酮糖）d赤藓酮糖赤藓酮糖d核酮糖核酮糖d木酮糖木酮糖二羟丙酮二羟丙酮d阿洛酮糖阿洛酮糖d果糖果糖d山梨糖山梨糖d塔格糖塔格糖l由少数单糖通过由少数单糖通过糖苷键糖苷键连接在一起而形成，可水解成连接在一起而形成，可水解成少数个单糖。少数个单糖。l（糖苷键糖苷键:一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子

20、（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键）或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键）l常见的是常见的是二糖二糖和和三糖三糖 , (12)糖苷键糖苷键 -d-葡萄糖葡萄糖-（12） -d-果糖果糖 （无还原性）（无还原性） (14)糖苷键糖苷键 -d-葡萄糖葡萄糖-（14） -d-葡萄糖（有还原性）葡萄糖（有还原性）异麦芽糖异麦芽糖异麦芽糖异麦芽糖由两分子葡萄糖通过由两分子葡萄糖通过(1(16)6)糖苷键糖苷键连接而成连接而成o oo o h hh h o oh h o oc c h h2 2o o h ho oo oo o

21、 h hh h o oc c h h2 2o o h ho o h hl由多个单糖分子缩合而成。由多个单糖分子缩合而成。l广泛分布于植物体中，特别是广泛分布于植物体中，特别是种子、根茎及果种子、根茎及果实实含量最高含量最高直链淀粉直链淀粉(14)葡萄糖苷键葡萄糖苷键(16)葡萄糖苷键葡萄糖苷键支链淀粉结构支链淀粉结构(14)葡萄糖苷键葡萄糖苷键l脊椎动物体中的储存性多糖。脊椎动物体中的储存性多糖。结构与支链淀结构与支链淀粉相似粉相似。 1-4葡萄糖苷键葡萄糖苷键 -1-6葡萄糖苷键葡萄糖苷键l植物体中最重要的结构性多糖。植物体中最重要的结构性多糖。植物细胞壁植物细胞壁的骨架的骨架 (14)葡萄

22、糖苷键葡萄糖苷键l昆虫和甲壳纲的外骨骼中昆虫和甲壳纲的外骨骼中l构件分子为构件分子为几丁质的结构几丁质的结构l一、糖胺聚糖一、糖胺聚糖(glycosaminoglycan)(glycosaminoglycan)，又称为糖，又称为糖胺多糖、粘多糖，含氨基己糖的杂多糖总称。胺多糖、粘多糖，含氨基己糖的杂多糖总称。l二、半纤维素：半纤维素：存在于细胞壁中所有杂多糖的总称。存在于细胞壁中所有杂多糖的总称。l三、药物多糖：三、药物多糖：中草药治病的主要成分就是此类多糖中草药治病的主要成分就是此类多糖及其衍生物。及其衍生物。2.2.4 不均一多糖（杂多糖）不均一多糖（杂多糖）（由不同的几种单糖聚合而成由不

23、同的几种单糖聚合而成）l蛋白聚糖：是结构物质（细菌细胞壁）蛋白聚糖：是结构物质（细菌细胞壁）l糖蛋白：分布于细胞膜表面，与生物识别与糖蛋白：分布于细胞膜表面，与生物识别与关关l糖脂：分布于细胞膜表面与细胞识别有关糖脂：分布于细胞膜表面与细胞识别有关l脂多糖：是细菌的结构物质脂多糖：是细菌的结构物质 脂（双称为脂质或脂类）：一类低溶于脂（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水而高溶于非极性有机溶剂的生物有机分子。分子。 脂类包括的范围很广脂类包括的范围很广 可按不同组成分类分为三类：可按不同组成分类分为三类：l单纯脂：是脂肪酸和醇类所形成的脂。单纯脂：是脂肪酸和醇类所

24、形成的脂。 油脂（脂肪酸与甘油所形成的酯）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）蜡（脂肪酸与高级一元醇所形成的酯）l复合脂：除醇类、脂肪酸外，还含有其他复合脂：除醇类、脂肪酸外，还含有其他物质。物质。如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂类，鞘如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂类，鞘磷脂）磷脂）l衍生脂：由上述脂类物质衍生而来并具有脂衍生脂：由上述脂类物质衍生而来并具有脂质一般性质的物质。质一般性质的物质。如：甘油、脂肪酸、其氧化产物如乙酰如：甘油、脂肪酸、其氧化产物如乙酰coa等、萜类和等、萜类和类固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白。类固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白。 l脂酰

25、甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯。脂酰甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯。l脂酰甘油脂酰甘油: 单脂酰、二脂酰和三脂酰甘油单脂酰、二脂酰和三脂酰甘油l三脂酰甘油：是甘油的三个羟基和三个脂肪酸三脂酰甘油：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分子缩合失水后形成的酯(也统称为油脂或中也统称为油脂或中性脂性脂)一般在室温下为液态的称为油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在室温下为固态的称为脂肪 ch2ohchohch2ohch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2coohch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch

26、2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooch2chohch2oh单酯酰甘油单酯酰甘油ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooh二酯酰甘油二酯酰甘油h2oh2o三酯酰甘油三酯酰甘油脂肪酸脂肪酸1脂肪酸脂肪酸2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooh脂肪酸脂肪酸3ch2chocch2oor1ccr3r2ooo甘油三硬脂酰甘油一豆蔻酰一硬脂酰一棕榈油酰甘油l脂肪酸：单羧基脂肪酸，碳原子数在脂肪酸：单羧基脂肪酸，碳原子数在4-28之间，之间，多为偶数

27、。多为偶数。l分类：分类：l、饱和脂肪酸、饱和脂肪酸 l、不饱和脂肪酸（双键大多为顺式结构）。、不饱和脂肪酸（双键大多为顺式结构）。l必需脂肪酸：动物体必需但不能合成的脂肪酸必需脂肪酸：动物体必需但不能合成的脂肪酸如亚油酸、亚麻酸。如亚油酸、亚麻酸。 名称分分子子式式缩缩写写式式饱和脂肪酸豆蔻酸ch3(ch2)12cooh14:0棕榈酸ch3(ch2)12ch2ch2cooh16:0硬脂酸ch3(ch2)12 ch2ch2ch2ch2cooh18:0花生酸ch3(ch2)12 ch2ch2ch2ch2 ch2ch2cooh20:0不饱和脂肪酸棕榈油酸ch3(ch2)5ch=ch(ch2)7cooh16:19油酸ch3(ch2)7ch=ch(ch2)7cooh18:19亚油酸ch