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文档简介
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掌据蛋白质的主要性质及其鉴别方法。第十三章碳水化合物(糖类化合物)和蛋白质【学习目标】
了解碳水化合物的结构特点及其分类。
掌握重要碳水化合物的主要性质及其鉴别方法。
了解蛋白质的组成和分类。
了解生物酶及其催化作用的特点。1掌据蛋白质的主要性质及其鉴别方法。第十三章2第一节碳水化合物的分类和含义碳水化合物也称为糖类化合物,是一类重要的天然有机化合物。例如葡萄糖、果糖、肝糖、淀粉、纤维素等都广泛存在于动植物中,是绿色植物光合作用的主要产物。是动植物所需能量的重要来源。根据我国居民的食物构成,人们每天摄取的热能中大约有75%来自糖类。一、碳水化合物的含义和分类
碳水化合物有C、H、O三种元素,其中氢原子和氧原子数的比例恰与水一样为2︰1。因此,得名为碳水化合物。它们可用通式CnH2Om()来表示,如葡萄糖的分子式为C6H12O6
,也可用C6H2O6
表示,蔗糖的分子式为C12H22O11,也可用C12H2O11
表示。()()2第一节碳水化合物的分类和含义3随着科学的发展,有机化合物数量的不断增多,发现有些化合物如鼠李糖(C6H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)其结构和性质属于碳水化合物,但分子式不符合上述通式,而有些化合物,如乙酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3),它们的分子式虽然符合上述通式,但它们的结构和性质与碳水化合物不同。“碳水化合物”这一名称由于沿用己久,所以至今仍在采用,但己失去原有意义。因此“碳水化合物”又称“糖类化合物”。3随着科学的发展,有机化合物数量的不断增多,发4从结构上看碳水化合物是多羟基醛和多羟基酮,或者是能水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。
碳水化合物常根据它能否水解及水解后生成的物质分为三大类。
单糖不能再水解的多羟基醛或多羟基酮,叫单糖。例如葡萄糖。果糖等,它们是最简单的糖。
低聚糖含2—10个单糖结构的缩合物。其中二糖是最重要的低聚糖,如纤维二糖、蔗糖和麦芽糖等。
多糖含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。多糖属于天然高分子化合物。4从结构上看碳水化合物是多羟基醛和多羟基酮,或5二、单糖天然来源的单糖种类很多,按分子中所含碳原子数目可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等,分子中含有醛基的叫醛糖,含有酮基的叫酮糖。戊糖中最重要的糖是核糖,己糖中最重要的糖是葡萄糖和果糖,它们互为同分异构体。葡萄糖和果糖的分子式为C6H12O6,它们的构造式如下:CH2—CH—CH—CH—CH—C—HOHOHOHOHOHOCH2—CH—CH—CH—C—CH2OHOHOHOHOHO葡萄糖果糖5二、单糖天然来源的单糖种类很多,按分子中所含6
葡萄糖和果糖的来源与制法葡萄糖是自然界分布最广的醛糖,广泛存在于蜂蜜和带甜味的水果汁以及植物的根、茎、叶和花等部位。尤其在成熟的葡萄中含量最高,因而得名。人体和动物体内都含有游离的葡萄糖,人体血液中的葡萄糖医学上叫血糖。正常人空腹血糖含量为3.9~6.1mmoL/L血液(或0.7~1.10g/L)工业上,葡萄糖可由淀粉或纤维素在酸性条件下水解制得:(C6H10O5)n+nH2O酸或酶C6H12O6n淀粉葡萄糖果糖是自然界分布很广的一种己酮糖,主要存在于蜂蜜和水果中,工业上由菊粉经水解而制得。6葡萄糖和果糖的来源与制法葡萄糖是自然界7
葡萄糖和果糖的性质和用途葡萄糖是白色晶体、味甜,熔点146℃,易溶于水,难溶于酒精,微溶于乙酸,不溶于乙醚和苯。果糖为白色晶体或结晶粉末。味最甜,熔点103℃。在一定条件下葡萄糖和果糖可以发生氧化、还原和成脎等化学反应。7葡萄糖和果糖的性质和用途葡萄糖是白色晶体、8
氧化反应葡萄糖能被弱氧化剂溴水氧化,生成含碳原子数相同的葡萄糖酸,同时溴水颜色褪去,而果糖是酮糖,不能被溴水氧化,因此可用溴氧化来鉴别葡萄糖和果糖。Br2/H2OCHO(CHOH)CH2OH4COOH(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸葡萄糖和果糖均能和托伦试剂、菲林试剂反应,分别生成银镜和氧化亚铜砖红色沉淀。CHO(CHOH)CH2OH4COONH4(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸铵+2Ag(NH3)OH2+2Ag
+3NH3+H2O(银镜)8氧化反应葡萄糖能被弱氧化剂溴水氧化,生成含9CHO(CHOH)CH2OH4COONa(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸钠+2Cu2++NaOH+H2O+Cu2O
+H2O△果糖是酮糖,虽不含醛基,但在碱性溶液中能转变为醛糖。所以果糖也能发生银镜反应和菲林反应。在碳水化合物中凡能与托抡试剂和菲林试剂发生反应的糖都为还原糖。反之为非还原糖。单糖都是还原糖。可以利用这两个反应来区别还原糖和非还原糖。9CHO(CHOH)CH2OH4COONa(CHOH)CH210【演示实验13—1】在两支洗得十分干净的25mL试管中,分别加入20g/L硝酸银溶液8mL。各滴加50g/L氢氧化钠溶液一滴,逐滴加入20g/L氨水,使氧化银沉淀恰好溶解,然后,在两支试管中分别加入100g/L葡萄糖溶液和100g/L果糖溶液,用水浴温热,静置观察银镜的生成。10【演示实验13—1】在两支洗得十分干净的25mL试管中11
还原反应葡萄糖和果糖用化学还原剂(如NaBH4)或催化加氢等还原方法,都可以生成己六醇(又叫葡萄糖醇或山梨醇)。H2/Cu—CrCHO(CHOH)CH2OH4CH2OH(CHOH)CH2OH4己六醇或NaBH4H2/Cu—CrCH2OH(CHOH)CH2OH3CH2OH(CHOH)CH2OH4己六醇或NaBH4CO11还原反应葡萄糖和果糖用化学还原剂(如Na12
成脎反应单糖因有羰基,故与醛、酮相似,也能与苯肼作用,生成单糖苯腙。单糖的α-羟基可被过量的苯肼氧化成羰基,继续与苯肼反应,最终在C—1和C—2处生成含两个苯腙基团的化合物,称为糖脎。C6H5NHNH2—H2OCHO(CHOH)CH2OH3CHOHCHN—NH—C6H5(CHOH)CH2OH3CHOH2C6H5NHNH2—,—NH3,—H2OC6H5NH2葡萄糖葡萄糖苯腙CHN—NH—C6H5(CHOH)CH2OH3CN—NH—C6H5葡萄糖脎12成脎反应单糖因有羰基,故与醛、酮相似,也13糖脎为黄色结晶,微溶于水,一般来说,不同的单糖所生成的糖脎,其晶形和熔点是不同的,葡萄糖与果糖虽生成相同的糖脎,但析出的时间不同(果糖比葡萄糖快),因此,常用成脎反应鉴别单糖。13糖脎为黄色结晶,微溶于水,一般来说,不同14【演示实验13—2】取两支25mL的试管,分别加入50g/L葡萄糖和果糖溶液8mL,再各加入苯肼试剂8mL混匀,放在沸水中加热,观察各试管中出现结晶的时间和颜色。14【演示实验13—2】取两支25mL的试管,分别加入15
葡萄糖是人体新陈代谢不可缺少的营养物质。葡萄糖经缓慢氧化而释放出能量,以供给肌肉活动并保持人体正常体温。在医药上用作营养补充剂,以供给能量。也是制备维生素C、葡萄糖酸钙等药物的原料。维生素C能防治环血病,所以又叫抗环血酸,具有增强机体抗病能力和解毒作用,维生素C存在于新鲜蔬菜和水果中,故可以从中摄取以满足需要。葡萄糖酸钙是重要的补充钙质的药物,有抗过敏的作用,与维生素D合用,有助于骨质形成,可以治疗小儿佝偻病(钙缺乏症)。工业上葡萄糖用来还原银氨溶液,使析出的银均匀地镀在玻璃上,制成玻璃镜子及热水瓶胆。葡萄糖还大量用于食品工业中。果糖也是营养剂,在食品工业中作调味剂。15葡萄糖是人体新陈代谢不可缺少的营养物质。葡萄糖经16三、二糖二糖是低聚糖中最重要的一类,凡是经水解能生成两分子单糖的化合物称为二糖。二糖中最重要的是蔗糖和麦芽糖,分子式为C12H22O11,它们互为同分异构体。
麦芽糖自然界不存在游离的麦芽糖。通常是用含有淀粉较多的农产品如大米、玉米、薯类等作物为原料,在淀粉酶(存在于大麦芽中)的作用下,约60℃时,发生水解反应而生成的。2(C6H10O5)n+nH2O淀粉酶C12H22O11n淀粉麦芽糖60℃16三、二糖二糖是低聚糖中最重要的一类,凡是经17
麦芽糖属于还原糖,能发生银镜反应、菲林反应,也能与苯肼作用生成糖脎。麦芽糖在无机酸或酶的作用下发生水解,得到两分子葡萄糖。2C6H10O6+H2OH+或酶C12H22O11麦芽糖葡萄糖
麦芽糖是饴糖的主要成分,主要用于食品工业中。麦芽糖易为动物消化,是一种廉价的营养剂。也可作为微生物的培养剂。
唾液中也有淀粉酶,也能使淀粉水解为麦芽糖,所以细嚼淀粉食物后常有甜味感。
麦芽糖为白色结晶,熔点102~103℃,易溶于水,甜味不及蔗糖。17麦芽糖属于还原糖,能发生银镜反应、菲林反应,18
蔗糖蔗糖也叫甜菜糖,是自然界中分布最广的糖,广泛存在于植物的茎、叶、种子、根和果实内,其中以甘蔗的茎和甜菜的块根含量较多。工业上将甘蔗或甜菜经榨汁、浓缩、结晶等操作可制得食用蔗糖。蔗糖为白色结晶,熔点160~186℃分解,易溶于水,其甜味超过葡萄糖,但不及果糖。蔗糖属于非还原性糖,不能被托伦试剂、菲林试剂氧化,也不能与苯肼作用成脎。蔗糖在无机酸或酶作用下水解,生成一分子葡萄糖和一分子果糖。C6H10O6+H2OH+或酶C12H22O11果糖葡萄糖+C6H10O6蔗糖是人类生活中不可缺少的食用糖,在医药上用作矫味剂,常制成糖浆应用。蔗糖高浓度时能抑制细菌生长,因此,可用作医药上的防腐剂和抗氧剂18蔗糖蔗糖也叫甜菜糖,是自然界中分布最19四、多糖多糖是高分子化合物,其水解后生成的最终产物是多个分子的单糖。多糖广泛存在于动植物体中。是重要的天然高分子化合物。多糖的性质和低聚糖有较大的差别,一般为无定形固体,不溶于水、无甜味、不具有还原性。淀粉和纤维素是最重要和最常见的多糖,分子为,互为同分异构体。(C6H10O5)n
淀粉淀粉是绿色植物进行光合作用的产物,存在于植物的种子、块根和茎中,谷类植物中含淀粉较多。淀粉是无色、无味和无嗅的颗粒。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成。一般直链淀粉的含量为10%~30%,支链淀粉的含量为70%~90%。直链淀粉不溶于冷水,但能溶于热水。直链淀粉遇碘溶液显蓝色。支链淀粉易溶于冷水,遇热水则因膨胀而成糊状。支链淀粉遇碘溶液呈蓝紫色。一般淀粉以含支链淀粉为主。故遇碘溶液呈深蓝色。可用于淀粉的检验。淀粉在酸或酶的催化作用下,可逐步水解,依次生成糊精、麦芽糖和葡萄糖。19四、多糖多糖是高分子化合物,其水解后生成的最20C6H12O6(C6H10O5)nH2O酸或酶淀粉C12H22O11麦芽糖(C6H10O5)m(m<n)糊精H2O酸或酶H2O酸或酶葡萄糖
糊精是相对分子质量比淀粉小的多糖,能溶于水,可用作桨糊及纸张、纺织品等的上桨剂。近年来还用淀粉氧化制备草酸。淀粉没有还原性,不发生银镜反应、菲林反应,也不能与苯肼成脎。
淀粉除供食用外,也是工业上的重要原料。淀粉经发酵可制得乙醇、丙酮和丁醇,还可用于医药上生产葡萄糖等。20C6H12O6(C6H10O5)nH2O酸或酶淀粉21
纤维素
纤维素是自然界分布最广的一种多糖,是构成植物茎干的主要成分。例如木材中含纤维素约50%,亚麻约含80%,棉花中约含90%以上。纤维素的相对分子质量比淀粉大得多,如木纤维素的相对分子质量为30万~50万。
纯净的纤维素是无味、无嗅。不溶于水和一般有机溶剂。无还原性,也不能成脎。纤维素比淀粉难水解,在高温、高压和无机酸存在下完全水解,可生成D—葡萄糖。因此,它和淀粉都可看成是葡萄糖的聚合体。
虽然纤维素水解最终的产物也是葡萄糖但在人体消化道中不含能水解纤维素的酶,因此,纤维素不能作为人类的营养物质。然而食物中的纤维素在人体消化过程中也起重要的作用,它剌激肠道蠕动和分泌消化液,有助于食物消化,促进粪便的排泄和防止便秘,有助于预防结肠炎及肠癌的发生。有些食物纤维能与食物中的胆固醇及甘油三脂结合,减小脂类的吸收,降低血液中胆固醇及甘油三脂的含量,降低冠心病的发病率。因此,膳食纤维被列为蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、无机盐和水之外的第七营养素是其它营养素无法替代的物质。为此,人类应多吃蔬菜、水果、粗粮等,保持足量的纤维素有益于身体健康。(+)21纤维素纤维素是自然界分布最广的一种多糖22
牛、马、羊等食草动物,其消化道能分泌纤维素酶,使纤维素水解成葡萄糖,所以纤维素可作为食草动物的营养物质。纤维素除直接用于纺织、造纸和建筑外还可用于制造硝酸纤维、醋酸纤维和黏胶纤维等许多有用的人造纤维。黏胶纤维
在氢氧化钠存在下,纤维素与二硫化碳反应生成纤维素黄原酸酯的钠盐,后者溶于稀碱,成为半透明的黏胶液,再使黏胶液通过喷丝头的细孔进入酸液中,黄原酸酯的钠盐即分解生成丝状的纤维素——人造纤维,又叫黏胶纤维,其外形与天然丝一样,因此,又叫人造丝。黏胶纤维是一种人造纤维,主要用作纺织原料,在橡胶工业中用作轮胎的帘子线。玻璃纸可用于包装食品、服装和香烟等。22牛、马、羊等食草动物,其消化道能分泌纤维素酶23
硝酸纤维素酯
硝酸纤维素也叫纤维素硝酸酯。纤维素与浓硝酸和浓硫酸的混合物反应即得到硝酸纤维素酯。+3nH
NO3浓H2SO4C6H7OH)n3(C6H7O2ONO2)n3(+3nH2O
反应条件不同,酯化程度不同,得到酯的含氮量不同。含氮量在11%左右的,叫做胶棉。胶棉易燃烧,但无爆炸性,是制造喷漆和赛璐珞等的原料。含氮量在13%左右的,叫做火棉。火棉易燃烧,且有爆炸性,是制造无烟火药的原料。23硝酸纤维素酯硝酸纤维素也叫纤维素硝酸酯24
醋酸纤维素醋酸纤维素又称纤维素醋酸酯。在少量浓硫酸存在下,纤维素与醋酸酐和醋酸的混合物反应得到三醋酸纤维素。C6H7O2OH)n3(+3nCH3CO)O(2浓H2SO4
C6H7O2OOCCH3)n3(+3nCH3COOH纤维素三醋酸纤维素
工业上一般用的是二醋酸纤维素酯。它是由三醋酸纤维素部分水解得到的。它能溶于丙酮和乙醇中,经细孔抽丝得到丝状纤维素,即人造丝。另外,由于它具有不易着火的优点,可用来制造电影安全胶片,它也是制作香烟过滤嘴的材料。24醋酸纤维素醋酸纤维素又称纤维素醋酸酯25C6H7O2OH)OHn2(nNaOHnClCH2COOH
C6H7O2OH)OCH2COONan2(+nNaCl+2nH2O
羧甲基纤维素(简称C、M、C)纤维素与氯乙酸在氢氧化钠溶液中作用,生成羧甲基纤维素。
羧甲基纤维素钠盐是白色粉末,是一种用途很广的水溶性高分子化合物,它溶于水可形成透明胶状物,具有粘性,俗称化学浆糊。可用于墙壁粉刷,在纺织、印染工业中代替淀粉上浆,也用于造纸、医药、化妆品工业中用作添加剂、粘结剂、增稠剂及成膜剂等。25C6H7O2OH)OHn2(nNaOHnClCH226第二节蛋白质
蛋白质广泛存在于生物体内,是组成细胞的基础物质。动物的肌肉、皮肤、发、毛、蹄、角等的主要成分都是蛋白质,蛋白质是构成人体生命的物质基础,它约占人体除水分外剩余物质量的一半。许多植物(大豆、花生、小麦、稻谷)的种子里也含有丰富的蛋白质。一切重要的生命现象和生理机能,都与蛋白质密切相关。如在生物新陈代谢中起催化作用的酶,调节物质代谢的某些激素。输送氧气的血红蛋白,以及引起疾病的细菌、病毒、抵抗疾病的抗体等,都含有蛋白质。所以说蛋白质是生命的基础,没有蛋白质就没有生命。研究蛋白质的结构组成,进一步探索生命现象,是科学研究中的重要课题。26第二节蛋白质蛋白质广泛27一、蛋白质的组成和分类
根据元素分析,蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、硫等元素,某些蛋白质还含有微量的磷、铁、碘、锰、锌及其他元素。一般干燥蛋白质的主要元素组成及百分含量为:COHNS50%~55%19%~24%6.0%~7.3%13%~19%0.3%~4%
蛋白质可分为单纯蛋质和结合蛋白质两大类,单纯蛋白质完全由α-氨基酸组成,如清蛋白、球蛋白、谷蛋白等。结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质(辅基)组分结合而成的其中辅基组分一般为糖、色素、磷酸酯、金属等。糖蛋白、核蛋白、色蛋白等都属于结合蛋白质。27一、蛋白质的组成和分类根据元素分析,蛋白质中28二、α-
氨基酸与蛋白质的关系羧酸分子中的氢原子被氨基取代后的生成物叫氨基酸。氨基位于羧酸分子α-
位上的称为α-
氨基酸。例如:CH2—COOHCH3—CH—COOHHOOC—CH2—CH2—CH—COOHNH2NH2NH2氨基乙酸(甘氨酸)α-
氨基丙酸(丙氨酸)α-氨基戊二酸(谷氨酸)谷氨酸的单钠盐,简称谷氨酸钠,是味精的主要成分。HOOC—CH2—CH2—CH—COONaNH2氨基酸分子构造中含有羧基和氨基,是两性化合物。它与酸和碱作用都可以生成盐。28二、α-氨基酸与蛋白质的关系羧酸分子中29
两个氨基酸分子中一个α-氨基酸分子中的羧基发生缩合反应失去一分—C—NH—O子水,生成以酰胺链连接的化合物叫二肽。形成的酰胺键又叫肽键。例如:CH3—CH—C—OH+H—N—CH2COOHCH3CH—C—N—CH2COOH—H2OOOHHNH2NH2丙氨酸甘氨酸丙氨酰甘氨酸二肽若由多个α-氨基酸分子通过分子间的氨基与羧基失水,缩合生成多个肽键的化合物则称多肽。多肽可看成是相对分子质量小的蛋白质。29—C—NH—O子水,生成以酰胺链连接的化合物30蛋白质在酸、碱或酶的作用下,能水解生成一系列中间产物,水解的最后产物为各种α-
氨基酸的混合物。蛋白质多肽二肽α-
氨基酸的混合物水解水解水解
不同蛋白质水解后所得到的α-
氨基酸,其种类和数量各不相同。由蛋白质水解得到的α-
氨基酸主要有二十多种,其中许多是人体必需的氨基酸。30蛋白质在酸、碱或酶的作用下,能水解生成一系31
α-
氨基酸是组成蛋白质的“结构单元”,是构成蛋白质的基石。蛋白质是由许多α-
氨基酸通过分子间氨基与羧基间的脱水反应,缩合成以—C—NH—O酰胺键(亦称肽键)相连。具有复杂空间结构的高分子化合物,相对分子质量可高达数千万,一般在一万以上。其基本构造如下:—NH—CH—C—NH—CH—C—OOR′R……酰胺键31α-氨基酸是组成蛋白质的“结构单元”,是32三、蛋白质的性质
多数蛋白质易溶于水及极性溶剂,不溶于有机溶剂中。也有的难溶于水,如丝、毛等。蛋白质除了能水解为各种α-
氨基酸外,还具有如下性质:
盐析在蛋白质的水溶液中,加入一定量的无机盐(如NH4SO4、MgSO4、NaCl等)溶液后,可使蛋白质的溶解度降低,而从溶液中析出,这种作用称为盐析。这是一个可逆过程,盐析出来的蛋白质仍可再溶解于水中。并且其结构和性质不发生变化。所有的蛋白质在浓的盐溶液中都可沉淀出来。但是不同的蛋白质盐析出来时,盐的最低浓度是不同的。利用这个性质采用多次盐析和溶解,可以分离、提纯不同的蛋白质。【演示实验13—3】在盛有鸡蛋白溶液的试管中,缓慢地加入饱和(NH4)SO4或Na2SO4溶液,观察沉淀的析出。然后把少量带有沉淀的液体加入盛有蒸镏水的试管里,观察沉淀是否溶解。232三、蛋白质的性质多数蛋白质易溶于水及极性溶剂33
蛋白质的变性【演示实验13—4】在两支试管中各加入3mL鸡蛋白溶液,将其中一支试管加热,同时向另一支试管中加入少量乙酸铅溶液,观察发生的现象,把凝结的蛋白质和生成的沉淀分别放入两支盛有清水的试管中,观察是否溶解。
许多蛋白质在受热紫外光照射或酸、碱、重金属盐作用时,蛋白质的性质会发生改变,溶解度降低,甚至凝固,这种现象称为蛋白质的变性。蛋白质的变性是不可逆的。蛋白质变性后不仅丧失原有的可溶性,也失去了它原有的许多生理功能。
33蛋白质的变性【演示实验13—4】在两支试管中各加34蛋白质变性作用有许多实际应用。例如用酒精、蒸煮灭菌就是使细菌的蛋白质凝固,从而使细菌死亡。
在医疗上抢救误服重金属盐(如铜盐、铅盐、汞盐等)中毒的患者,常给患者口服大量含蛋白质丰富的生鸡蛋、牛奶或豆浆使重金属与之结合而生成变性蛋白质,减少了人体蛋白质的受损,再用催吐剂将结合的重金属盐呕出。达到解毒目的。但是在制备血清、疫苗、酶等蛋白质制剂时,则应避免其变性失去生物活性。
此外,延缓和抑制蛋白质的变性,也是人类保持青春,防止衰老的一个有效途径。34蛋白质变性作用有许多实际应用。例如用酒精、蒸煮灭35
两性和等电点
蛋白质和氨基酸相似,分子中含有羧基和氨基,既能与酸又能与碱反应,都能生成盐。蛋白质分子内的氨基和羧基也能反应生成内盐,亦称两性离子或偶极离子,是两性电解质,在酸性溶液中蛋白质以正离子形式存在,在场中向阴极移动;在强碱性溶液中以负离子的形式存在,在电场中向阳极移动。调节溶液的PH值至某一数值时,蛋白质所带正、负电荷恰好相等,蛋白质分子以两性离子存在,在电场中不移动,此时溶PNH2COOH称为该蛋白质的等电点PI,如用代表蛋白质(式中P代表不包括氨基和羧基在内的蛋白质大分子),则蛋白质的两性电离可以用下式表示:液的PH35两性和等电点蛋白质和氨基酸相似,分子中36PNH2COOHPNH2COO-P+NH3COO-P+NH3COOHH+OH-H+OH-负离子两性离子正离子PH>PIPIPH<PI不同的蛋白质等电点也不同,例如鱼精蛋白的PI为12.0~12.4,牛胰岛素的PI为5.30~5.35,血清蛋白的PI为4.64。蛋白质在等电点时,易结合成大的聚集体,所以蛋白质在等电点时溶解度最小,可沉淀析出,利用此性质可通过调节溶液的PH进行分离、提纯蛋白质。36PNH2COOHPNH2COO-P+NH3COO-P+N37
显色反应蛋白质能与许多试剂发生特殊的颜色反应,常用于蛋白质的鉴别。
缩二脲反应蛋白质分子中含有多个酰胺键,当在蛋白质溶液中加入氢氧化钠溶液及数滴硫酸铜稀溶液时,呈现紫色。—C—NH—O
蛋白黄反应分子中含有苯环的蛋白质,与浓硝酸作用,立即呈现黄色,这是由于苯环发生了硝化反应,生成了硝基化合物的缘故。若再用氨水处理,则又变成橙色。皮肤接触硝酸,立即变黄,便是蛋白质黄色反应的例子。反应,呈现紫蓝色,反应非常灵敏,其灵敏度可达十万分之一的浓度。这个反应在蛋白质的鉴定上极为重要。此外,蛋白质被灼烧时,如羊毛、蚕丝等会产生具有烧焦羽毛的气味,可用于鉴别它们。
水合茚三酮反应蛋白质与水合茚三酮加热OOHOHCCOC37显色反应蛋白质能与许多试剂发生特殊的颜色反应,常用于38四、酶
人体是一个复杂的“化工厂”,在这个“化工厂”中同时进行着许多互相协同的化学反应。这些反应不能在高温、高压、剧毒、强腐蚀的条件下进行,只能在体温下温和地进行。这些反应还要求有较高的速率,而且需要随着环境和身体情况的变化而随时自动地进行精密的调节。如此苛刻的条件,这要靠一类特殊的蛋白质——酶的作用。酶是一种由生物细胞合成的具有生物活性的蛋白质,是生物体内许多复杂的新陈代谢反应和许多有机化学反应的催化剂。酶的催化作用具有以下特点:
条件温和,不需要加热。
例如在人体中的各种酶催化反应,一般在接近体温和接近中性(PH约为7)的条件下,酶就可以起作用。在30~50℃之间酶的活性最强,超过适宜的温度时,酶就夫去活性。
对环境变化敏感。酶当受到高温、强酸、强碱、重金属离子或紫外线照射等因素的影响时,非常容易失去活性。38四、酶人体是一个复杂的“化工厂”,在这个“化39
具有高度的专一性。
例如蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应,淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。麦芽糖酶只能催化麦芽糖水解成葡萄糖,脲酶只能催化脲素水解,如同一把钥匙开一把锁那样。
具有高效催化剂作用。
酶催化剂的化学反应速率,比普通催化剂高106~1013倍。
目前人们已经鉴定出的酶己达2000多种以上。工业上大量使用的酶多数是通过微生物以酵制得的,并且许多酶己制成晶体。酶己得到广泛应用,如淀粉酶应用于食品、发酵、纺织、制药等工业;蛋白酶用于医药、制革等工业;脂肪酶用于使脂肪水解、羊毛脱脂等。酶还可用于疾病的诊断。39具有高度的专一性。例如蛋白酶只能催化蛋40本章小结
碳水化合物
碳水化合物的含义碳水化合物亦称糖类化合物。它是指多羟基醛和多羟基酮,以及能水解生成多羟基醛和多羟基酮的一类化合物。碳水化合物可分为单糖、低聚糖和多糖。
单糖的性质
糖类
试剂
现象葡萄糖果糖托伦和菲林试剂被氧化成葡萄糖酸并分别有Ag及Cu2O生成
同葡萄糖溴水被氧化成葡萄糖酸
不易氧化NaBH4用NaBH4还原得多元醇同葡萄糖苯肼生成黄色葡萄糖脎
同葡萄糖40本章小结碳水化合物碳水化41
二糖的性质
糖类
试剂
现象麦芽糖蔗糖托伦和菲林试剂能还原托伦试剂及菲林试剂,并分别生成Ag及Cu2O不能苯肼成脎
不能水解在酸或酶催化下水解为两分子葡萄糖在酸或酶催化下水解为一分子葡萄糖和一分子果糖41二糖的性质42
糖类
试剂
现象麦芽糖蔗糖托伦和菲林试剂无
无苯肼无
无碘溶液深蓝色无酸催化水解葡萄糖
葡萄糖
多糖的性质42糖类麦43
蛋白质
蛋白质是由许多α-氨基酸通过分子间氨基与羧基间的脱水反应,缩合成以酰胺键相连的高分子化合物。
蛋白质是一种两性电解原,与酸或与碱都能成盐。当溶液处于某一PH时,蛋白质分子以两性离子存在,在电场中不移动,此时溶液的PH为蛋白质的等电点。蛋白质具有盐析和变性作用能和许多化合物发生反应。显色反应可用于蛋白质的鉴别。
酶
酶是一种由生物细胞合成的具有生命活性的蛋白质,是生物体内许多复杂的新陈代谢反应和许多有机化学反应的催化剂。
生物酶催化剂的特点催化反应条件温和;对环境变化敏感;催化对象具有专一性;具有高效催化作用。43蛋白质蛋白质是由许多α-氨基酸通过分子间氨基与羧44习题⒈写出下列化合物的构造式。⑴氨基乙酸(甘氨酸)⑵2-氨基戊二酸(谷氨酸)⑶葡萄糖⑷葡萄糖酸⑸果糖⒉写出葡萄糖与下列试剂作用的化学反应式。⑴溴水⑵托伦试剂⑶过量苯肼⑷菲林试剂⑸硼氢化钠44习题⒈写出下列化合物的构造式。⑴45⒊填空题⑴蛋白质主要是由,,,四种元素组成,它是由许多α-氨基酸通过结合而成的高分子化合物。⑵酶对于许多有机化学反应和生物体内许多复杂的新陈代谢反应都具有很强的作用。酶的催化作用的特点是,,,。⑶凡是能发生银镜反应的一定含有基,但不一定都是类。⑷有些蛋白质遇硝酸变成色;淀粉遇碘溶液变成色。45⒊填空题⑴蛋白质主要是由46⒋选择题⑴葡萄糖不能发生的反应是()。A.
银镜反应B.还原反应
C.酶化反应
D.水解反应
⑵蛋白质溶液在做如下处理后,仍不丧失生理作用的是()。A.
加硫酸铵溶液B.加氢氧化钠溶液
C.加浓硫酸
D.用福尔马林浸泡
⑶下列关于纤维素用途的说法不正确的是()。A.
造纸B.滴加浓硫酸
C.制造醋酸纤维
D.制造合成纤维
⑷区别织物成分是棉花还是羊毛,最简单的方法是()。A.
滴加浓硝酸C.滴加洒精
D.灼烧
46⒋选择题⑴葡萄糖不能发生的反应是(47⒌用化学方法鉴别下列各组化合物。⑴葡萄糖和果糖⑵蔗糖和麦芽糖⑶淀粉和纤维素⑷淀粉、纤维素、蛋白质⒍解释下列名词。⑴蛋白质的盐析⑵蛋白质的变性作用⑶还原糖⑷非还原糖⒎某化合物分子式为C3H7O2N,能与氢氧化钠或盐酸反应生成盐,并能与醇反应生成酯,与亚硝酸作用放出氮气,同时生成α-羟基酸。试推测该化合物的构造式。47⒌用化学方法鉴别下列各组化合物。⑴葡萄糖和果48阅读材料碳水化合物也叫糖类化合物糖类化合物由C(碳)、H(氢)、O(氧)三种元素组成,分子中H和O的比例通常为2︰1,与水分子中的比例一样,故称为碳水化合物。可用通式Cm(H2O)表示。因此,曾把这类化合物称为碳水化合物。但是,后来发现有些化合物按其构造和性质应属于糖类化合物,可是它们的组成并不符合Cm(H2O)通式,如:鼠李糖(C6H12O5)、脱氧核糖(C3H10O4)等;而有些化合物如:乙酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3)、甲醛(CH2O)等,其组成虽符合通式Cm(H2O),但结构与性质却与糖类化合物完全不同,因此,现在对于糖类化合物,不叫其为碳水化合物。所以,碳水化合物这个名称并不确切,但因使用己久,迄今仍在沿用。
碳水化合物是各种不同类型糖类化合物的总称,但符合碳水化合物通式的化合物不一定是糖类化合物。也就是说:糖类化合物是碳水化合物,但碳水化合物不一定是糖类化合物。nnn48阅读材料碳水化合物也叫糖类化合物糖类化合物由49THANKYOU!49THANKYOU!50
掌据蛋白质的主要性质及其鉴别方法。第十三章碳水化合物(糖类化合物)和蛋白质【学习目标】
了解碳水化合物的结构特点及其分类。
掌握重要碳水化合物的主要性质及其鉴别方法。
了解蛋白质的组成和分类。
了解生物酶及其催化作用的特点。1掌据蛋白质的主要性质及其鉴别方法。第十三章51第一节碳水化合物的分类和含义碳水化合物也称为糖类化合物,是一类重要的天然有机化合物。例如葡萄糖、果糖、肝糖、淀粉、纤维素等都广泛存在于动植物中,是绿色植物光合作用的主要产物。是动植物所需能量的重要来源。根据我国居民的食物构成,人们每天摄取的热能中大约有75%来自糖类。一、碳水化合物的含义和分类
碳水化合物有C、H、O三种元素,其中氢原子和氧原子数的比例恰与水一样为2︰1。因此,得名为碳水化合物。它们可用通式CnH2Om()来表示,如葡萄糖的分子式为C6H12O6
,也可用C6H2O6
表示,蔗糖的分子式为C12H22O11,也可用C12H2O11
表示。()()2第一节碳水化合物的分类和含义52随着科学的发展,有机化合物数量的不断增多,发现有些化合物如鼠李糖(C6H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)其结构和性质属于碳水化合物,但分子式不符合上述通式,而有些化合物,如乙酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3),它们的分子式虽然符合上述通式,但它们的结构和性质与碳水化合物不同。“碳水化合物”这一名称由于沿用己久,所以至今仍在采用,但己失去原有意义。因此“碳水化合物”又称“糖类化合物”。3随着科学的发展,有机化合物数量的不断增多,发53从结构上看碳水化合物是多羟基醛和多羟基酮,或者是能水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。
碳水化合物常根据它能否水解及水解后生成的物质分为三大类。
单糖不能再水解的多羟基醛或多羟基酮,叫单糖。例如葡萄糖。果糖等,它们是最简单的糖。
低聚糖含2—10个单糖结构的缩合物。其中二糖是最重要的低聚糖,如纤维二糖、蔗糖和麦芽糖等。
多糖含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。多糖属于天然高分子化合物。4从结构上看碳水化合物是多羟基醛和多羟基酮,或54二、单糖天然来源的单糖种类很多,按分子中所含碳原子数目可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等,分子中含有醛基的叫醛糖,含有酮基的叫酮糖。戊糖中最重要的糖是核糖,己糖中最重要的糖是葡萄糖和果糖,它们互为同分异构体。葡萄糖和果糖的分子式为C6H12O6,它们的构造式如下:CH2—CH—CH—CH—CH—C—HOHOHOHOHOHOCH2—CH—CH—CH—C—CH2OHOHOHOHOHO葡萄糖果糖5二、单糖天然来源的单糖种类很多,按分子中所含55
葡萄糖和果糖的来源与制法葡萄糖是自然界分布最广的醛糖,广泛存在于蜂蜜和带甜味的水果汁以及植物的根、茎、叶和花等部位。尤其在成熟的葡萄中含量最高,因而得名。人体和动物体内都含有游离的葡萄糖,人体血液中的葡萄糖医学上叫血糖。正常人空腹血糖含量为3.9~6.1mmoL/L血液(或0.7~1.10g/L)工业上,葡萄糖可由淀粉或纤维素在酸性条件下水解制得:(C6H10O5)n+nH2O酸或酶C6H12O6n淀粉葡萄糖果糖是自然界分布很广的一种己酮糖,主要存在于蜂蜜和水果中,工业上由菊粉经水解而制得。6葡萄糖和果糖的来源与制法葡萄糖是自然界56
葡萄糖和果糖的性质和用途葡萄糖是白色晶体、味甜,熔点146℃,易溶于水,难溶于酒精,微溶于乙酸,不溶于乙醚和苯。果糖为白色晶体或结晶粉末。味最甜,熔点103℃。在一定条件下葡萄糖和果糖可以发生氧化、还原和成脎等化学反应。7葡萄糖和果糖的性质和用途葡萄糖是白色晶体、57
氧化反应葡萄糖能被弱氧化剂溴水氧化,生成含碳原子数相同的葡萄糖酸,同时溴水颜色褪去,而果糖是酮糖,不能被溴水氧化,因此可用溴氧化来鉴别葡萄糖和果糖。Br2/H2OCHO(CHOH)CH2OH4COOH(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸葡萄糖和果糖均能和托伦试剂、菲林试剂反应,分别生成银镜和氧化亚铜砖红色沉淀。CHO(CHOH)CH2OH4COONH4(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸铵+2Ag(NH3)OH2+2Ag
+3NH3+H2O(银镜)8氧化反应葡萄糖能被弱氧化剂溴水氧化,生成含58CHO(CHOH)CH2OH4COONa(CHOH)CH2OH4葡萄糖酸钠+2Cu2++NaOH+H2O+Cu2O
+H2O△果糖是酮糖,虽不含醛基,但在碱性溶液中能转变为醛糖。所以果糖也能发生银镜反应和菲林反应。在碳水化合物中凡能与托抡试剂和菲林试剂发生反应的糖都为还原糖。反之为非还原糖。单糖都是还原糖。可以利用这两个反应来区别还原糖和非还原糖。9CHO(CHOH)CH2OH4COONa(CHOH)CH259【演示实验13—1】在两支洗得十分干净的25mL试管中,分别加入20g/L硝酸银溶液8mL。各滴加50g/L氢氧化钠溶液一滴,逐滴加入20g/L氨水,使氧化银沉淀恰好溶解,然后,在两支试管中分别加入100g/L葡萄糖溶液和100g/L果糖溶液,用水浴温热,静置观察银镜的生成。10【演示实验13—1】在两支洗得十分干净的25mL试管中60
还原反应葡萄糖和果糖用化学还原剂(如NaBH4)或催化加氢等还原方法,都可以生成己六醇(又叫葡萄糖醇或山梨醇)。H2/Cu—CrCHO(CHOH)CH2OH4CH2OH(CHOH)CH2OH4己六醇或NaBH4H2/Cu—CrCH2OH(CHOH)CH2OH3CH2OH(CHOH)CH2OH4己六醇或NaBH4CO11还原反应葡萄糖和果糖用化学还原剂(如Na61
成脎反应单糖因有羰基,故与醛、酮相似,也能与苯肼作用,生成单糖苯腙。单糖的α-羟基可被过量的苯肼氧化成羰基,继续与苯肼反应,最终在C—1和C—2处生成含两个苯腙基团的化合物,称为糖脎。C6H5NHNH2—H2OCHO(CHOH)CH2OH3CHOHCHN—NH—C6H5(CHOH)CH2OH3CHOH2C6H5NHNH2—,—NH3,—H2OC6H5NH2葡萄糖葡萄糖苯腙CHN—NH—C6H5(CHOH)CH2OH3CN—NH—C6H5葡萄糖脎12成脎反应单糖因有羰基,故与醛、酮相似,也62糖脎为黄色结晶,微溶于水,一般来说,不同的单糖所生成的糖脎,其晶形和熔点是不同的,葡萄糖与果糖虽生成相同的糖脎,但析出的时间不同(果糖比葡萄糖快),因此,常用成脎反应鉴别单糖。13糖脎为黄色结晶,微溶于水,一般来说,不同63【演示实验13—2】取两支25mL的试管,分别加入50g/L葡萄糖和果糖溶液8mL,再各加入苯肼试剂8mL混匀,放在沸水中加热,观察各试管中出现结晶的时间和颜色。14【演示实验13—2】取两支25mL的试管,分别加入64
葡萄糖是人体新陈代谢不可缺少的营养物质。葡萄糖经缓慢氧化而释放出能量,以供给肌肉活动并保持人体正常体温。在医药上用作营养补充剂,以供给能量。也是制备维生素C、葡萄糖酸钙等药物的原料。维生素C能防治环血病,所以又叫抗环血酸,具有增强机体抗病能力和解毒作用,维生素C存在于新鲜蔬菜和水果中,故可以从中摄取以满足需要。葡萄糖酸钙是重要的补充钙质的药物,有抗过敏的作用,与维生素D合用,有助于骨质形成,可以治疗小儿佝偻病(钙缺乏症)。工业上葡萄糖用来还原银氨溶液,使析出的银均匀地镀在玻璃上,制成玻璃镜子及热水瓶胆。葡萄糖还大量用于食品工业中。果糖也是营养剂,在食品工业中作调味剂。15葡萄糖是人体新陈代谢不可缺少的营养物质。葡萄糖经65三、二糖二糖是低聚糖中最重要的一类,凡是经水解能生成两分子单糖的化合物称为二糖。二糖中最重要的是蔗糖和麦芽糖,分子式为C12H22O11,它们互为同分异构体。
麦芽糖自然界不存在游离的麦芽糖。通常是用含有淀粉较多的农产品如大米、玉米、薯类等作物为原料,在淀粉酶(存在于大麦芽中)的作用下,约60℃时,发生水解反应而生成的。2(C6H10O5)n+nH2O淀粉酶C12H22O11n淀粉麦芽糖60℃16三、二糖二糖是低聚糖中最重要的一类,凡是经66
麦芽糖属于还原糖,能发生银镜反应、菲林反应,也能与苯肼作用生成糖脎。麦芽糖在无机酸或酶的作用下发生水解,得到两分子葡萄糖。2C6H10O6+H2OH+或酶C12H22O11麦芽糖葡萄糖
麦芽糖是饴糖的主要成分,主要用于食品工业中。麦芽糖易为动物消化,是一种廉价的营养剂。也可作为微生物的培养剂。
唾液中也有淀粉酶,也能使淀粉水解为麦芽糖,所以细嚼淀粉食物后常有甜味感。
麦芽糖为白色结晶,熔点102~103℃,易溶于水,甜味不及蔗糖。17麦芽糖属于还原糖,能发生银镜反应、菲林反应,67
蔗糖蔗糖也叫甜菜糖,是自然界中分布最广的糖,广泛存在于植物的茎、叶、种子、根和果实内,其中以甘蔗的茎和甜菜的块根含量较多。工业上将甘蔗或甜菜经榨汁、浓缩、结晶等操作可制得食用蔗糖。蔗糖为白色结晶,熔点160~186℃分解,易溶于水,其甜味超过葡萄糖,但不及果糖。蔗糖属于非还原性糖,不能被托伦试剂、菲林试剂氧化,也不能与苯肼作用成脎。蔗糖在无机酸或酶作用下水解,生成一分子葡萄糖和一分子果糖。C6H10O6+H2OH+或酶C12H22O11果糖葡萄糖+C6H10O6蔗糖是人类生活中不可缺少的食用糖,在医药上用作矫味剂,常制成糖浆应用。蔗糖高浓度时能抑制细菌生长,因此,可用作医药上的防腐剂和抗氧剂18蔗糖蔗糖也叫甜菜糖,是自然界中分布最68四、多糖多糖是高分子化合物,其水解后生成的最终产物是多个分子的单糖。多糖广泛存在于动植物体中。是重要的天然高分子化合物。多糖的性质和低聚糖有较大的差别,一般为无定形固体,不溶于水、无甜味、不具有还原性。淀粉和纤维素是最重要和最常见的多糖,分子为,互为同分异构体。(C6H10O5)n
淀粉淀粉是绿色植物进行光合作用的产物,存在于植物的种子、块根和茎中,谷类植物中含淀粉较多。淀粉是无色、无味和无嗅的颗粒。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成。一般直链淀粉的含量为10%~30%,支链淀粉的含量为70%~90%。直链淀粉不溶于冷水,但能溶于热水。直链淀粉遇碘溶液显蓝色。支链淀粉易溶于冷水,遇热水则因膨胀而成糊状。支链淀粉遇碘溶液呈蓝紫色。一般淀粉以含支链淀粉为主。故遇碘溶液呈深蓝色。可用于淀粉的检验。淀粉在酸或酶的催化作用下,可逐步水解,依次生成糊精、麦芽糖和葡萄糖。19四、多糖多糖是高分子化合物,其水解后生成的最69C6H12O6(C6H10O5)nH2O酸或酶淀粉C12H22O11麦芽糖(C6H10O5)m(m<n)糊精H2O酸或酶H2O酸或酶葡萄糖
糊精是相对分子质量比淀粉小的多糖,能溶于水,可用作桨糊及纸张、纺织品等的上桨剂。近年来还用淀粉氧化制备草酸。淀粉没有还原性,不发生银镜反应、菲林反应,也不能与苯肼成脎。
淀粉除供食用外,也是工业上的重要原料。淀粉经发酵可制得乙醇、丙酮和丁醇,还可用于医药上生产葡萄糖等。20C6H12O6(C6H10O5)nH2O酸或酶淀粉70
纤维素
纤维素是自然界分布最广的一种多糖,是构成植物茎干的主要成分。例如木材中含纤维素约50%,亚麻约含80%,棉花中约含90%以上。纤维素的相对分子质量比淀粉大得多,如木纤维素的相对分子质量为30万~50万。
纯净的纤维素是无味、无嗅。不溶于水和一般有机溶剂。无还原性,也不能成脎。纤维素比淀粉难水解,在高温、高压和无机酸存在下完全水解,可生成D—葡萄糖。因此,它和淀粉都可看成是葡萄糖的聚合体。
虽然纤维素水解最终的产物也是葡萄糖但在人体消化道中不含能水解纤维素的酶,因此,纤维素不能作为人类的营养物质。然而食物中的纤维素在人体消化过程中也起重要的作用,它剌激肠道蠕动和分泌消化液,有助于食物消化,促进粪便的排泄和防止便秘,有助于预防结肠炎及肠癌的发生。有些食物纤维能与食物中的胆固醇及甘油三脂结合,减小脂类的吸收,降低血液中胆固醇及甘油三脂的含量,降低冠心病的发病率。因此,膳食纤维被列为蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、无机盐和水之外的第七营养素是其它营养素无法替代的物质。为此,人类应多吃蔬菜、水果、粗粮等,保持足量的纤维素有益于身体健康。(+)21纤维素纤维素是自然界分布最广的一种多糖71
牛、马、羊等食草动物,其消化道能分泌纤维素酶,使纤维素水解成葡萄糖,所以纤维素可作为食草动物的营养物质。纤维素除直接用于纺织、造纸和建筑外还可用于制造硝酸纤维、醋酸纤维和黏胶纤维等许多有用的人造纤维。黏胶纤维
在氢氧化钠存在下,纤维素与二硫化碳反应生成纤维素黄原酸酯的钠盐,后者溶于稀碱,成为半透明的黏胶液,再使黏胶液通过喷丝头的细孔进入酸液中,黄原酸酯的钠盐即分解生成丝状的纤维素——人造纤维,又叫黏胶纤维,其外形与天然丝一样,因此,又叫人造丝。黏胶纤维是一种人造纤维,主要用作纺织原料,在橡胶工业中用作轮胎的帘子线。玻璃纸可用于包装食品、服装和香烟等。22牛、马、羊等食草动物,其消化道能分泌纤维素酶72
硝酸纤维素酯
硝酸纤维素也叫纤维素硝酸酯。纤维素与浓硝酸和浓硫酸的混合物反应即得到硝酸纤维素酯。+3nH
NO3浓H2SO4C6H7OH)n3(C6H7O2ONO2)n3(+3nH2O
反应条件不同,酯化程度不同,得到酯的含氮量不同。含氮量在11%左右的,叫做胶棉。胶棉易燃烧,但无爆炸性,是制造喷漆和赛璐珞等的原料。含氮量在13%左右的,叫做火棉。火棉易燃烧,且有爆炸性,是制造无烟火药的原料。23硝酸纤维素酯硝酸纤维素也叫纤维素硝酸酯73
醋酸纤维素醋酸纤维素又称纤维素醋酸酯。在少量浓硫酸存在下,纤维素与醋酸酐和醋酸的混合物反应得到三醋酸纤维素。C6H7O2OH)n3(+3nCH3CO)O(2浓H2SO4
C6H7O2OOCCH3)n3(+3nCH3COOH纤维素三醋酸纤维素
工业上一般用的是二醋酸纤维素酯。它是由三醋酸纤维素部分水解得到的。它能溶于丙酮和乙醇中,经细孔抽丝得到丝状纤维素,即人造丝。另外,由于它具有不易着火的优点,可用来制造电影安全胶片,它也是制作香烟过滤嘴的材料。24醋酸纤维素醋酸纤维素又称纤维素醋酸酯74C6H7O2OH)OHn2(nNaOHnClCH2COOH
C6H7O2OH)OCH2COONan2(+nNaCl+2nH2O
羧甲基纤维素(简称C、M、C)纤维素与氯乙酸在氢氧化钠溶液中作用,生成羧甲基纤维素。
羧甲基纤维素钠盐是白色粉末,是一种用途很广的水溶性高分子化合物,它溶于水可形成透明胶状物,具有粘性,俗称化学浆糊。可用于墙壁粉刷,在纺织、印染工业中代替淀粉上浆,也用于造纸、医药、化妆品工业中用作添加剂、粘结剂、增稠剂及成膜剂等。25C6H7O2OH)OHn2(nNaOHnClCH275第二节蛋白质
蛋白质广泛存在于生物体内,是组成细胞的基础物质。动物的肌肉、皮肤、发、毛、蹄、角等的主要成分都是蛋白质,蛋白质是构成人体生命的物质基础,它约占人体除水分外剩余物质量的一半。许多植物(大豆、花生、小麦、稻谷)的种子里也含有丰富的蛋白质。一切重要的生命现象和生理机能,都与蛋白质密切相关。如在生物新陈代谢中起催化作用的酶,调节物质代谢的某些激素。输送氧气的血红蛋白,以及引起疾病的细菌、病毒、抵抗疾病的抗体等,都含有蛋白质。所以说蛋白质是生命的基础,没有蛋白质就没有生命。研究蛋白质的结构组成,进一步探索生命现象,是科学研究中的重要课题。26第二节蛋白质蛋白质广泛76一、蛋白质的组成和分类
根据元素分析,蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、硫等元素,某些蛋白质还含有微量的磷、铁、碘、锰、锌及其他元素。一般干燥蛋白质的主要元素组成及百分含量为:COHNS50%~55%19%~24%6.0%~7.3%13%~19%0.3%~4%
蛋白质可分为单纯蛋质和结合蛋白质两大类,单纯蛋白质完全由α-氨基酸组成,如清蛋白、球蛋白、谷蛋白等。结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质(辅基)组分结合而成的其中辅基组分一般为糖、色素、磷酸酯、金属等。糖蛋白、核蛋白、色蛋白等都属于结合蛋白质。27一、蛋白质的组成和分类根据元素分析,蛋白质中77二、α-
氨基酸与蛋白质的关系羧酸分子中的氢原子被氨基取代后的生成物叫氨基酸。氨基位于羧酸分子α-
位上的称为α-
氨基酸。例如:CH2—COOHCH3—CH—COOHHOOC—CH2—CH2—CH—COOHNH2NH2NH2氨基乙酸(甘氨酸)α-
氨基丙酸(丙氨酸)α-氨基戊二酸(谷氨酸)谷氨酸的单钠盐,简称谷氨酸钠,是味精的主要成分。HOOC—CH2—CH2—CH—COONaNH2氨基酸分子构造中含有羧基和氨基,是两性化合物。它与酸和碱作用都可以生成盐。28二、α-氨基酸与蛋白质的关系羧酸分子中78
两个氨基酸分子中一个α-氨基酸分子中的羧基发生缩合反应失去一分—C—NH—O子水,生成以酰胺链连接的化合物叫二肽。形成的酰胺键又叫肽键。例如:CH3—CH—C—OH+H—N—CH2COOHCH3CH—C—N—CH2COOH—H2OOOHHNH2NH2丙氨酸甘氨酸丙氨酰甘氨酸二肽若由多个α-氨基酸分子通过分子间的氨基与羧基失水,缩合生成多个肽键的化合物则称多肽。多肽可看成是相对分子质量小的蛋白质。29—C—NH—O子水,生成以酰胺链连接的化合物79蛋白质在酸、碱或酶的作用下,能水解生成一系列中间产物,水解的最后产物为各种α-
氨基酸的混合物。蛋白质多肽二肽α-
氨基酸的混合物水解水解水解
不同蛋白质水解后所得到的α-
氨基酸,其种类和数量各不相同。由蛋白质水解得到的α-
氨基酸主要有二十多种,其中许多是人体必需的氨基酸。30蛋白质在酸、碱或酶的作用下,能水解生成一系80
α-
氨基酸是组成蛋白质的“结构单元”,是构成蛋白质的基石。蛋白质是由许多α-
氨基酸通过分子间氨基与羧基间的脱水反应,缩合成以—C—NH—O酰胺键(亦称肽键)相连。具有复杂空间结构的高分子化合物,相对分子质量可高达数千万,一般在一万以上。其基本构造如下:—NH—CH—C—NH—CH—C—OOR′R……酰胺键31α-氨基酸是组成蛋白质的“结构单元”,是81三、蛋白质的性质
多数蛋白质易溶于水及极性溶剂,不溶于有机溶剂中。也有的难溶于水,如丝、毛等。蛋白质除了能水解为各种α-
氨基酸外,还具有如下性质:
盐析在蛋白质的水溶液中,加入一定量的无机盐(如NH4SO4、MgSO4、NaCl等)溶液后,可使蛋白质的溶解度降低,而从溶液中析出,这种作用称为盐析。这是一个可逆过程,盐析出来的蛋白质仍可再溶解于水中。并且其结构和性质不发生变化。所有的蛋白质在浓的盐溶液中都可沉淀出来。但是不同的蛋白质盐析出来时,盐的最低浓度是不同的。利用这个性质采用多次盐析和溶解,可以分离、提纯不同的蛋白质。【演示实验13—3】在盛有鸡蛋白溶液的试管中,缓慢地加入饱和(NH4)SO4或Na2SO4溶液,观察沉淀的析出。然后把少量带有沉淀的液体加入盛有蒸镏水的试管里,观察沉淀是否溶解。232三、蛋白质的性质多数蛋白质易溶于水及极性溶剂82
蛋白质的变性【演示实验13—4】在两支试管中各加入3mL鸡蛋白溶液,将其中一支试管加热,同时向另一支试管中加入少量乙酸铅溶液,观察发生的现象,把凝结的蛋白质和生成的沉淀分别放入两支盛有清水的试管中,观察是否溶解。
许多蛋白质在受热紫外光照射或酸、碱、重金属盐作用时,蛋白质的性质会发生改变,溶解度降低,甚至凝固,这种现象称为蛋白质的变性。蛋白质的变性是不可逆的。蛋白质变性后不仅丧失原有的可溶性,也失去了它原有的许多生理功能。
33蛋白质的变性【演示实验13—4】在两支试管中各加83蛋白质变性作用有许多实际应用。例如用酒精、蒸煮灭菌就是使细菌的蛋白质凝固,从而使细菌死亡。
在医疗上抢救误服重金属盐(如铜盐、铅盐、汞盐等)中毒的患者,常给患者口服大量含蛋白质丰富的生鸡蛋、牛奶或豆浆使重金属与之结合而生成变性蛋白质,减少了人体蛋白质的受损,再用催吐剂将结合的重金属盐呕出。达到解毒目的。但是在制备血清、疫苗、酶等蛋白质制剂时,则应避免其变性失去生物活性。
此外,延缓和抑制蛋白质的变性,也是人类保持青春,防止衰老的一个有效途径。34蛋白质变性作用有许多实际应用。例如用酒精、蒸煮灭84
两性和等电点
蛋白质和氨基酸相似,分子中含有羧基和氨基,既能与酸又能与碱反应,都能生成盐。蛋白质分子内的氨基和羧基也能反应生成内盐,亦称两性离子或偶极离子,是两性电解质,在酸性溶液中蛋白质以正离子形式存在,在场中向阴极移动;在强碱性溶液中以负离子的形式存在,在电场中向阳极移动。调节溶液的PH值至某一数值时,蛋白质所带正、负电荷恰好相等,蛋白质分子以两性离子存在,在电场中不移动,此时溶PNH2COOH称为该蛋白质的等电点PI,如用代表蛋白质(式中P代表不包括氨基和羧基在内的蛋白质大分子),则蛋白质的两性电离可以用下式表示:液的PH35两性和等电点蛋白质和氨基酸相似,分子中85PNH2COOHPNH2COO-P+NH3COO-P+NH3COOHH+OH-H+OH-负离子两性离子正离子PH>PIPIPH<PI不同的蛋白质等电点也不同,例如鱼精蛋白的PI为12.0~12.4,牛胰岛素的PI为5.30~5.35,血清蛋白的PI为4.64。蛋白质在等电点时,易结合成大的聚集体,所以蛋白质在等电点时溶解度最小,可沉淀析出,利用此性质可通过调节溶液的PH进行分离、提纯蛋白质。36PNH2COOHPNH2COO-P+NH3COO-P+N86
显色反应蛋白质能与许多试剂发生特殊的颜色反应,常用于蛋白质的鉴别。
缩二脲反应蛋白质分子中含有多个酰胺键,当在蛋白质溶液中加入氢氧化钠溶液及数滴硫酸铜稀溶液时,呈现紫色。—C—NH—O
蛋白黄反应分子中含有苯环的蛋白质,与浓硝酸作用,立即呈现黄色,这是由于苯环发生了硝化反应,生成了硝基化合物的缘故。若再用氨水处理,则又变成橙色。皮肤接触硝酸,立即变黄,便是蛋白质黄色反应的例子。反应,呈现紫蓝色,反应非常灵敏,其灵敏度可达十万分之一的浓度。这个反应在蛋白质的鉴定上极为重要。此外,蛋白质被灼烧时,如羊毛、蚕丝等会产生具有烧焦羽毛的气味,可用于鉴别它们。
水合茚三酮反应蛋白质与水合茚三酮加热OOHOHCCOC37显色反应蛋白质能与许多试剂发生特殊的颜色反应,常用于87四、酶
人体是一个复杂的“化工厂”,在这个“化工厂”中同时进行着许多互相协同的化学反应。这些反应不能在高温、高压、剧毒、强腐蚀的条件下进行
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