第一章植物的生物大分子

1、第一章第一章 植物的生物大分子植物的生物大分子第一节第一节 植物生命的分子基础植物生命的分子基础 组成植物体的基本物质主要有蛋白质、组成植物体的基本物质主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类、维生素、激素、水核酸、糖类、脂类、维生素、激素、水和无机盐等。和无机盐等。除水之外，占干物质绝大部分的是除水之外，占干物质绝大部分的是蛋白蛋白质、核酸、糖类、脂类质、核酸、糖类、脂类，这些物质均是，这些物质均是由碳、氢、氧、氮、磷、硫等为数不多由碳、氢、氧、氮、磷、硫等为数不多的元素组成的有机高分子，的元素组成的有机高分子，统称为生物统称为生物高分子或生物大分子。高分子或生物大分子。第二节第二节 核酸核酸一、核酸

2、的种类、分布和功能一、核酸的种类、分布和功能（一）核酸的种类和分布（一）核酸的种类和分布核酸是由许多核苷酸分子按一定顺序连核酸是由许多核苷酸分子按一定顺序连接所组成的多核苷酸，根据其核苷酸分接所组成的多核苷酸，根据其核苷酸分子中糖组分不同，核酸分为脱氧核糖核子中糖组分不同，核酸分为脱氧核糖核酸（酸（DNA)DNA)和核糖核酸（和核糖核酸（RNARNA）(一一)、核酸的种类和分布、核酸的种类和分布DNAdeoxyribonucleic acid 脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸 RNAribonucleic acid 核糖核核糖核酸酸遗传信息传递或遗传信息传递或遗传信息的载体遗传信息的载体核酸核酸RNA

3、RNA主要分布在细胞质中，占细胞主要分布在细胞质中，占细胞RNARNA总量的总量的90%,90%,细胞核中细胞核中10%10%。根据根据RNARNA的功能分为的功能分为: :信使信使RNARNA（mRNAmRNA）转移转移RNARNA（ tRNAtRNA）核糖体核糖体RNA RNA （rRNArRNA）分布分布mRNA（信使核糖核酸）（信使核糖核酸） tRNA （转移核糖核酸）（转移核糖核酸） rRNA （核糖体核糖核酸）（核糖体核糖核酸）主要主要 细胞核细胞核 其次其次 线粒体线粒体 叶绿体叶绿体 质粒质粒 病毒病毒DNARNA 主要主要 细胞液细胞液RNA分为三种分为三种mRNA (mRN

4、A (信使信使RNA)RNA) 约占总约占总RNARNA的的5%5%。 不同细胞的不同细胞的mRNAmRNA的链长和分子量差异很的链长和分子量差异很大。大。 它的功能是将它的功能是将DNADNA的遗传信息传递到蛋白的遗传信息传递到蛋白质合成基地质合成基地 核糖核蛋白体。核糖核蛋白体。Messenger RNAtRNAtRNA ( (转移转移RNA)RNA) 约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%。 它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。白体的作用。 已知每一个氨基酸至少有

5、一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAtRNA。 RNARNA分子的大小很相似，链长一般在分子的大小很相似，链长一般在73-73-7878个核苷酸之间。个核苷酸之间。lTransfer RNATransfer RNArRNArRNA ( (核糖体核糖体RNA)RNA) 约占全部约占全部RNARNA的的80%80%， 是核糖核蛋白体的主要组成部分。是核糖核蛋白体的主要组成部分。 rRNArRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。的功能与蛋白质生物合成相关。Ribosome RNARibosome RNA（二）核酸的功能（二）核酸的功能 1.DNA1.DNA是遗传物质是遗传物质, ,是遗传

6、信息的是遗传信息的载体载体 2.RNA2.RNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息遗传信息的翻译和表达的翻译和表达二、核酸的基本构成单位二、核酸的基本构成单位 核酸是一种线形或环形的多聚核苷酸，它核酸是一种线形或环形的多聚核苷酸，它的基本构成单位是核苷酸。核苷酸分解成的基本构成单位是核苷酸。核苷酸分解成核苷和磷酸。核苷分解成碱基和戊糖。核苷和磷酸。核苷分解成碱基和戊糖。 碱基分为两大类：嘌呤碱基和嘧啶碱基碱基分为两大类：嘌呤碱基和嘧啶碱基 核酸由核苷酸组成，核苷酸由碱基、戊糖核酸由核苷酸组成，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成。和磷酸组成。 DNA酶或酸酶或酸DNA 脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷

7、酸核苷核苷嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶2脱氧核糖脱氧核糖 RNA酶或酸酶或酸RNA 核苷酸核苷酸 磷酸磷酸核苷核苷嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶核糖核糖核酸的化学组成核酸的化学组成l组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为-D-2-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖。核糖。v 戊糖戊糖呋喃呋喃D核糖核糖呋喃呋喃D2脱氧核糖脱氧核糖存在于存在于RNA分子中分子中存在于存在于DNA分子中分子中OOHOHHHHOHHOCH2H12345OOHOHHHHHHOCH2H12345 腺嘌呤腺嘌呤AdenineNNNHNNH2 鸟嘌呤鸟嘌呤gua

8、nineNHNNHNONH2v 嘌呤碱嘌呤碱9H86754321NCNCCCCHNHNH9NH286754321NCNCCCCHNHNHNCNCCCHNNCH792541836H2NOH腺嘌呤腺嘌呤Adenine鸟嘌呤鸟嘌呤Guanine 尿嘧啶尿嘧啶uracilNHNHOOv 嘧啶碱嘧啶碱NCNCHCHCHH254136HNCNCHCHC254136OHOHNCNCHCHC254136ONH2 尿嘧啶尿嘧啶Uracil 胞嘧啶胞嘧啶Cytosine 胸腺嘧啶胸腺嘧啶TinymineHCH3HOO631452NCNCHCCH3PO4POHOHOHOv 磷酸磷酸 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-

9、NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNO HH ONNNH2H ONNO HH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHH OCH2H OCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHH OCH2OHHOHHOHHH OCH2OBOHOHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脱氧核糖核苷酸O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)三、核酸的结构三、核酸的结构 （一）核酸中核苷酸的连接方式（一）核酸中核苷酸的连接方式 多聚核苷

10、酸是通过核苷酸的多聚核苷酸是通过核苷酸的5-5-磷酸磷酸基与另一分子核苷酸的基与另一分子核苷酸的C C3 3-OH-OH形成磷形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。酸二酯键相连而成的链状聚合物。 由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNADNA链；链； 由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链。链。多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点l在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为常称为5533磷酸二酯键。磷酸二酯键。l多聚核苷酸链一端的多聚核苷酸链一端的C C5 5带有一个自由磷酸基，称为

11、带有一个自由磷酸基，称为5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）；另一端表示）；另一端C C3 3带有自由的羟带有自由的羟基，称为基，称为3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OH-OH表示）。表示）。l多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是必须注明它的方向是5353或是或是3535。PP5335PP53P53ACGTl在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：顺序，所以上式可以进一步简化为：l 5PAPCPGPCPT

12、PGPTPA 3l l 或 5 ACGCTGTA 3 构成核酸大分子的基本单位是核苷酸，很多实验证明DNA和RNA都是没有分支的多核苷酸长链。3,5 -磷酸磷酸二酯键二酯键(二）二）DNA的分子结构的分子结构1.DNA的一级结构的一级结构DNA链中脱氧核苷酸的排列顺序。链中脱氧核苷酸的排列顺序。2.DNA的二级结构的二级结构19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. Crick F. Crick 在前人在前人研究工作的基础上，根据研究工作的基础上，根据DNADNA结晶的结晶的X-X-衍衍射图谱和分子模型，提出了著名的射图谱和分子模型，提出了著名的DNADNA双双螺旋结

13、构模型，并对模型的生物学意义螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。作出了科学的解释和预测。DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点 DNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单链组成。单链组成。 DNADNA的双螺旋结构是分子中两条的双螺旋结构是分子中两条DNADNA单链单链之间基团相互识别和作用的结果。之间基团相互识别和作用的结果。 双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级结构的最基本形式。二级结构的最基本形式。 （1 1）DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链酸链( (简称简称DNADNA单链单链) )组成组成。两条链沿着同两条链沿着

14、同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反螺旋中的两条链方向相反，即其中一条，即其中一条链的方向为链的方向为5353，而另一条链的方，而另一条链的方向为向为3535。 （2 2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱糖基环平面与碱基环平面成基环平面成9090角。角。DNADNA双双螺旋结构螺旋结构的要点的要点l（3 3）螺旋横截面的直径约为）螺旋横截面的直径约为2 nm2 nm，每条链相邻两个碱

15、，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为基平面之间的距离为3.4 nm3.4 nm，每，每1010个核苷酸形成一个螺旋，个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为34 nm34 nm。l（4 4）两条）两条DNADNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（律，即腺嘌呤（A A）与胸腺嘧啶（）与胸腺嘧啶（T T）结合，鸟嘌呤（）结合，鸟嘌呤（G G）与胞嘧啶（与胞嘧啶（C C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。）结

16、合，这种配对关系，称为碱基互补。A A和和T T之间形成两个氢键，之间形成两个氢键，G G与与C C之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。l在在DNADNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等总数相等。DNADNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。维持这种稳定性的因素包括：两条维持这种稳定性的因素包括：两条DNADNA链之间形成链之间形成的氢键；的氢键；由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（

17、如子（如NaNa+ +、K K+ +和和MgMg2+2+）中和了磷酸基团的负电荷，）中和了磷酸基团的负电荷，降低了降低了DNADNA链之间的排斥力、范德华引力等。链之间的排斥力、范德华引力等。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。性。DNADNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性4.DNA的三级结构的三级结构 双链双链DNA多数为线形，少数为环形。环形的双多数为线形，少数为环形。环形的双螺旋螺旋DNA可进一步扭曲成超螺旋结构。可进一步扭曲成超螺旋结构。（三）（三）RNA的分子结构的分子结构1. RNA的一级结构的一级结构多核苷酸链中核苷酸的排列多核苷

18、酸链中核苷酸的排列顺序。顺序。2. RNA的空间结构的空间结构 特点：特点：RNARNA是单链分子，因此，在是单链分子，因此，在RNARNA分子中，并不遵分子中，并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。不一定等于嘧啶碱基的总数。 RNARNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型发夹型”结构。结构。 在在RNARNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象的双螺

19、旋结构中，碱基的配对情况不象DNADNA中严格。中严格。G G 除了可以和除了可以和C C 配对外，也可以和配对外，也可以和U U 配对。配对。G-U G-U 配对配对形形成的氢键较弱。不同类型的成的氢键较弱。不同类型的RNA, RNA, 其二级结构有明显的其二级结构有明显的差异。差异。 tRNAtRNA中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分。碱基大部分位于突环部分。 1.tRNA1.tRNA的二级结构的二级结构 tRNAtRNA的二级结构都呈的二级结构都呈” ” 三叶草三叶草” ” 形状，形状，在结构上具有某些共同之处，

20、一般可将在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为五臂四环：包括氨基酸接受区、其分为五臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、反密码区、二氢尿嘧啶区、T T C C区和可变区和可变区。除了氨基酸接受区外，其余每个区区。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。均含有一个突环和一个臂。tRNAtRNA的的高级结构高级结构(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包含包含有有tRNAtRNA的的3-3-末端和末端和5-5-末端，末端， 3- 3-末端的最后末端的最后3 3个核个核苷酸残基都是苷酸残基都是CCACCA，A A为核苷。氨基酸可与其成酯，该区在为核苷。氨基酸可与其成酯，该区

21、在蛋白质合成中起携带氨基酸的蛋白质合成中起携带氨基酸的作用作用。(2)(2)反密码区反密码区与氨基酸接受区相对的一般含有与氨基酸接受区相对的一般含有7 7个核苷酸残基的区域，个核苷酸残基的区域，其中正中的其中正中的3 3个核苷酸残基称为反密码个核苷酸残基称为反密码。(3)(3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区该区含有二氢尿嘧啶。该区含有二氢尿嘧啶。(4) (4) T T C C区区该区与二氢尿嘧啶区相对，各种该区与二氢尿嘧啶区相对，各种tRNAtRNA在此区均含有在此区均含有T T C C。(5)(5)可变区可变区位于反密码区与位于反密码区与T T C C区之间，不同的区之间，不同的tRNAtRNA该

22、区变化较大。该区变化较大。2,tRNA2,tRNA的的三级结构三级结构 在三叶草型二级结构的基础上，突环上在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的成对，目前已知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L型型四、核酸的性质四、核酸的性质 （一）核酸的一般理化性质（一）核酸的一般理化性质 核酸（核苷酸）既有碱性基团，又有核酸（核苷酸）既有碱性基团，又有酸性基团为两性电解质，表现为酸性。酸性基团为两性电解质，表现为酸性。 核酸微溶于水，不溶于一般的有机溶核酸微溶于水，不溶于一般的有机溶剂。剂。D-核糖与浓盐酸

23、、三氯化铁和苔核糖与浓盐酸、三氯化铁和苔黑酚共热产生绿色；黑酚共热产生绿色； D-2-脱氧核糖与脱氧核糖与酸、二苯胺共热产生紫色。酸、二苯胺共热产生紫色。( (二二) )核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收 在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在线吸收光谱，一般在260nm260nm左右有最大吸左右有最大吸收峰，在收峰，在230nm230nm左右有一低谷，可以作为左右有一低谷，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。核酸及其组份定性和定量测定的依据。（三）核酸的变性、复性与杂交（三）核

24、酸的变性、复性与杂交 1 .1 .核酸的变性核酸的变性 核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。变性核间的氢键断裂，变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构结构( (碱基顺序碱基顺序) )保持不变。保持不变。 能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性

25、。的变性。l当当DNADNA的稀盐溶液加热到的稀盐溶液加热到80-10080-100时，双螺旋结时，双螺旋结构即发生解体，两条链彼此分开，形成无规线团。构即发生解体，两条链彼此分开，形成无规线团。lDNADNA变性后，它的一系列性质也随之发生变化，变性后，它的一系列性质也随之发生变化，如紫外吸收如紫外吸收(260 nm)(260 nm)值升高值升高, , 粘度降低等。粘度降低等。lRNARNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有引起的性质变化没有DNADNA那样明显。那样明显。l利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。利用紫外吸收的

26、变化，可以检测核酸变性的情况。例如，天然状态的例如，天然状态的DNADNA在完全变性后，紫外吸收在完全变性后，紫外吸收(260 nm)(260 nm)值增加值增加252540%40%，而，而RNARNA变性后，约增加变性后，约增加1.1%1.1%。这种现象称为。这种现象称为增色效应增色效应。2 2 核酸的复性核酸的复性 变性变性DNADNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。性。DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得

27、到部分的恢复。生物活性一般只能得到部分的恢复。 DNADNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。复性的程度、速率与复性过程的条件有关。 将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复不可能复性。但是将变性的性。但是将变性的DNADNA缓慢冷却时，可以复性。缓慢冷却时，可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，此外，DNADNA的复性也与它本身的组成和结构有关的复性也与它本身的组成和结构有关。 核酸的杂交核酸的杂交 热变性的热变性的DNADNA单链，在复性时并不一定与同单链，在复性时并不一定与同

28、源源DNADNA互补链形成双螺旋结构，它也可以与互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些区域有互补序列的异源在某些区域有互补序列的异源DNADNA单链形成单链形成双螺旋结构。双螺旋结构。 这样形成的新分子称为杂交这样形成的新分子称为杂交DNADNA分子。分子。DNADNA单链与互补的单链与互补的RNARNA链之间也可以发生杂交。链之间也可以发生杂交。 核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义中具有重要意义。第三节第三节 蛋白质蛋白质 一、蛋白质的基本构成单位一、蛋白质的基本构成单位氨基酸氨基酸 蛋白质是一类含氮有机化合物蛋白质是一类含氮有机化合物，由

29、氨基酸，由氨基酸组成。组成。 氨基酸含有氨基酸含有C、H、O、S、P、Fe、Cu、Mn、Zn等。等。 N含量约为含量约为16%，蛋白质的含量可用氮的含，蛋白质的含量可用氮的含量乘以量乘以6.25(100/16)计算出来，称为粗蛋计算出来，称为粗蛋白含量。白含量。 除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。式。各种氨基酸的区别在于侧链各种氨基酸的区别在于侧链R R基的不同。基的不同。2020种基种基本氨基酸按本氨基酸按R R的极性可分为的极性可分为非极性氨基酸、极性非极性氨基酸、极性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。 - -

30、NHNH2 2写在写在左边的为左边的为L型，型，NHNH2 2写在右边的为写在右边的为D型。型。COOHCHH2NR -氨基酸氨基酸可变部可变部分分不变部不变部分分COOHCHH2NR（一）氨基酸的结构通式 组成元素有C、H、O、N，有的还有S和少量P。 每个氨基酸都含有一个氨基氨基与羧基羧基和一个侧链侧链（R）（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2N CHCHOHOH2NCH CHOHO H2NCH CHOHO氨基酸的结构氨基酸的结构 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO 丙氨酸丙氨酸 Alanin

31、e氨基酸的结构氨基酸的结构 缬氨酸缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 脯氨酸脯氨酸 Proline 亚亚氨基酸氨基酸HNCOHO氨基酸的结构氨基酸的结构 甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3氨基酸的结构氨基酸的结构

32、 半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸赖氨酸

33、赖氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO氨基酸的结构氨基酸的结构 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH氨基酸的结构氨基酸的结构 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基含羟基氨

34、基酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O氨基酸的结构氨基酸的结构 谷酰胺谷酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O（三）氨基酸的性质（三）氨基酸的性质 1.一般物理性质一般物理性质 无色晶体，熔点极高，一般在无色晶体，熔点极高，一般在200-300。溶于稀碱、稀酸，通常不溶于乙醚或乙醇溶于稀碱、稀酸，通常不溶于乙醚或乙醇。2.2.氨基酸的紫外光吸收氨基酸的紫外光吸收 构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见光区

35、都没有光种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区吸收，但在远紫外区(220nm)(220nm)均有光吸收。均有光吸收。 在近紫外区在近紫外区(220-300nm)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酸和色氨酸有吸收光的能力。 酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm;275nm; 苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm;257nm; 色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm;280nm;3. 3. 氨基酸的离解性质与等电点氨基酸的离解性质与等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游

36、离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子基是以质子化化(-NH(-NH3 3+ +) )形式存在，羧基是以离解状态形式存在，羧基是以离解状态(-COO(-COO- -) )存在。存在。 在不同的在不同的pHpH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NRPH 1 7 10净电荷净电荷 +1 0 -1 正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子 等电点等电点PI 氨基酸的等电点氨基酸的等

37、电点 当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pHpH值时，氨基酸分子中所含的值时，氨基酸分子中所含的- -NHNH3 3+ +和和-COO-COO- -数目正好相等，净电荷为数目正好相等，净电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为值即为氨基酸的等电点，简称氨基酸的等电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的p pK K1 1和和p pK K2 2的算术平均值：的算术平均值：p pI I =

38、(p = (pK K1 1 + p + pK K2 2 )/2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其p pI I值值也决定于两性离子两边的也决定于两性离子两边的p pK K值的算术平均值。值的算术平均值。 酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pI I = (p = (pK K1 1 + p + pK KR R-COO-COO- - )/2 )/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：p pI I = (p = (pK K2 2 + p + pK KR-NH2 R-NH2 )/2 )/2 4.4.氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1用途用途：常用于氨基酸的定性或

39、定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。CCCOOO茚三茚三酮酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构 （一）（一）肽键肽键与肽与肽 肽键：由一个氨基酸的（肽键：由一个氨基酸的（-COOH）羧基与）羧基与另一个氨基酸的（另一个氨基酸的（-NH2）氨基脱水缩合形）氨基脱水缩合形成酰胺键。成酰胺键。 肽：氨基酸通过肽键相连形成的化合物。肽：氨基酸通过肽键相连形成的化合物。 两个氨基酸通过肽键相连形成的

40、肽叫二肽。两个氨基酸通过肽键相连形成的肽叫二肽。 三个氨基酸通过肽键相连形成的肽叫三肽。三个氨基酸通过肽键相连形成的肽叫三肽。 多个氨基酸通过肽键相连形成的肽叫多肽多个氨基酸通过肽键相连形成的肽叫多肽。 多肽多肽 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。H2NCHCOOHR1+ H2NCHCOOHR2NCHCOOHR2HH2NCHCR1O肽键二肽l由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多

41、肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。（二）（二） 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质是由一条或多条多肽蛋白质是由一条或多条多肽( (polypeptide) )链以特链以特殊方式结合而成的生物大分子。殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在在60006000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大蛋白质分子量变化范围很大, , 从大约从大约60006000到到10000001000000道尔顿甚至更大。道尔顿甚至更大。 多肽链内

42、氨基酸残基从多肽链内氨基酸残基从N-N-末端到末端到C-C-末端的排列顺末端的排列顺序或氨基酸序列为序或氨基酸序列为一级结构一级结构。（三）蛋白质的三维结构（空间结构（三）蛋白质的三维结构（空间结构） 蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结结构是指肽链的主链在空间的排构是指肽链的主链在空间的排列列, ,或规则的几何走向、旋转或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。构象及链内或链间形成的氢键。 主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转转角。角。 多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各

43、个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为即螺距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个氨个氨基酸残基；两个氨基酸之间基酸残基；两个氨基酸之间的距离为的距离为0.15nm;0.15nm; 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。 蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手 - -螺旋。螺旋。（1 1） - -螺旋螺旋（

44、2 2） - -折叠折叠 - -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽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。链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象肽链的主链呈锯齿桩折叠构象. . 在在 - -折叠中，折叠中， - -碳原子总是处于折叠的角碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸上，氨基酸的的R R基团处于折叠的棱角上并与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棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.350.35nmnm； - -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链

45、的不同部分之间形成。几乎所也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。接近垂直。 - -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的的N-N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。两条肽链的方向相反。（2 2） - -折叠折叠（3 3） - -转角转角 -turn-turn 在在 - -转角部分，由四个氨基酸残基组成转角部分，由四个氨基酸残基组成; ; 弯曲处的第一个氨基酸残基的弯曲处的第一个氨基酸残基的 -

46、C=O -C=O 和和第四个残基的第四个残基的 N-H N-H 之间形成氢键，形之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。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。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。二级结构二级结构 在一级结构基础上形成螺旋和折叠，构成了蛋白质的二级结构二级结构，是通过多肽主链上的NH和C=O之间的相互作用形成的。 a螺旋螺旋 -折叠折叠2 2蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构( (Tertiary Structure) )是指在二级结构基础上，肽链的不同区是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘段

47、的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。内的特征三维结构。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用用。三级结构三级结构 在二级结构的基础上，螺旋结构再盘绕、折叠成复杂的空间结构（三维结构），构成蛋白质的三级结三级结构构。结构域结构域3.3.蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指

48、是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。作用关系。 这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构成，它一般由一条肽链构成，无生理活性；无生理活性； 维持亚基之间的化学键主要是疏水力。维持亚基之间的化学键主要是疏水力。 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白

49、；白； 蛋白质通常有一条以上的多肽链，每条多肽链称为一个亚基。几个亚基聚合成蛋白质大分子，构成蛋白质的四级结构四级结构。 四级结构四级结构三、三、 蛋白质的性质蛋白质的性质 由于蛋白质的分子量很大，它在水中能由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。运动等。 由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。分子杂质除去。三、三、 蛋白质的性质蛋白质的性质 蛋白

50、质与多肽一样，能够发生两性离解，也有蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时等电点。在等电点时(Isoelectric point pI(Isoelectric point pI) )，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。 在不同的在不同的pHpH环境下，蛋白质的电学性质不同。环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。蛋白质粒子带正电荷，在电场中向

51、负极移动。这种现象称为蛋白质电泳这种现象称为蛋白质电泳( (ElectrophoresisElectrophoresis) )。蛋白质在等电点蛋白质在等电点pHpH条件下，不发生电泳现象。条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。离纯化。三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。大小、所带的电荷和水化作用有关。 改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质性质 在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中在适当的条件

52、下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。沉淀出来。三、三、 蛋白质的性质蛋白质的性质 在温和条件下，通过改变溶液的在温和条件下，通过改变溶液的pHpH或电或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。离。 在沉淀过程中，结构和性质都没有发生在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性沉淀。沉淀。 可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法剂沉淀法等

53、。等。三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。可能再重新溶解于水。 由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所以又称为变性沉淀。质的变化，所以又称为变性沉淀。 如加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉如加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物碱沉淀等都属于不可逆沉淀。淀和生物碱沉淀等都属于不可逆沉淀。三、三、 蛋白质的性质蛋白质的性质 蛋白质的性质

54、与它们的结构密切相关。蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性蛋白质的变性( (denaturation)。 变性蛋白质通常都是固体状态物质，不变性蛋白质通常都是固体状态物质，不溶于水和其它溶剂，也不可能恢复原有溶于水和其它溶剂，也不可能恢复原有蛋白质所具有的性质。所以，蛋白质的蛋白质所具有的性质。所以，蛋白质的变性通常都伴随着不可逆沉淀。引起变变性通常都伴随着不可逆沉淀。引起变性的主要

55、因素是热、紫外光、激烈的搅性的主要因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸和强碱等。拌以及强酸和强碱等。第四节第四节 糖类糖类 一、糖类的生物学功能一、糖类的生物学功能 糖类由碳、氢、氧元素组成的多羟基醛糖类由碳、氢、氧元素组成的多羟基醛类或多羟基酮类。类或多羟基酮类。 主要功能：主要功能： 构成植物细胞结构；为一切生物体提供生构成植物细胞结构；为一切生物体提供生命活动所需能量来源；作为合成其它生命命活动所需能量来源；作为合成其它生命必需物质的原料必需物质的原料。二、植物体内的糖二、植物体内的糖 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；糖、寡糖和多糖；

56、在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。（一）单糖（一）单糖 单糖是最简单的糖，不能再被水解成更小的糖单糖是最简单的糖，不能再被水解成更小的糖单位。单位。 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。露糖等。OO HHHHOHO HHO HHO HOO HHHOHHO HHO HHO H -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖OOHOHHHOHOHHHHOHOOHHOHOHHHOHOH -D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖 -D-呋喃果糖呋喃果糖

57、（二）寡糖（二糖（二）寡糖（二糖） 寡糖是由寡糖是由2-10个单糖分子组成的聚合体。个单糖分子组成的聚合体。蔗糖蔗糖 葡萄糖葡萄糖- ， （12）果糖苷）果糖苷OCH2OHOHOHOHCH2OHOHOHCH2OH乳乳 糖糖CH2OHOHOHOOHOHOHCH2OHOH葡萄糖葡萄糖- - （1 14 4）半乳糖苷）半乳糖苷（三）多糖（三）多糖 多糖是一类天然高分子化合物，是由多个单糖分多糖是一类天然高分子化合物，是由多个单糖分子缩合而成的高聚体。子缩合而成的高聚体。 1 1，淀粉，淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）（分为直链淀粉和支链淀粉） 直链淀粉分子量约直链淀粉分子量约1 1万万-200-200万，万，250-260250-260个葡萄糖个葡萄糖分子，以分子，以 - -（1 14 4）糖苷键）糖苷键聚合而成。呈螺旋聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。结构