生物化学ppt第二章

生物化学ppt第二章第一页，共六十五页，2022年，8月28日生物膜（3）糖类1.组成（1）脂质（磷脂、胆固醇、糖脂）（2）蛋白质第二页，共六十五页，2022年，8月28日①磷脂

Glycerophospholipids主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含16碳的软脂酸和18碳的油酸）相连，第3位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。123（1）脂质第三页，共六十五页，2022年，8月28日卵磷脂的结构1.组成第四页，共六十五页，2022年，8月28日②胆固醇Sterols胆固醇是一种类脂化合物,在生物膜中含量较多。胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的流动性和降低相变温度。1.组成第五页，共六十五页，2022年，8月28日③糖脂

Glycosphingolipids糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。1.组成第六页，共六十五页，2022年，8月28日（2）膜蛋白质生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白。根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白和内在蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所。1.组成第七页，共六十五页，2022年，8月28日外周蛋白(peripheralprotein)这类蛋白约占膜蛋白的20-30%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白能溶解于水。1.组成第八页，共六十五页，2022年，8月28日内在蛋白(integralprotein)内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中尤以-螺旋更普遍。1.组成第九页，共六十五页，2022年，8月28日内在蛋白1.组成第十页，共六十五页，2022年，8月28日（3）糖类生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。1.组成第十一页，共六十五页，2022年，8月28日2．生物膜的结构生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜磷脂双层膜(Phospholipidbilayer)胆固醇(Cholesterol)

脂质(Lipid)细胞骨架丝状体(Filamentofcytoskeleton)外周蛋白(Extrinsicproteins)内在蛋白(Intrinsicprotein)细胞质(Cytoplasm)

2.结构第十二页，共六十五页，2022年，8月28日3.生物膜的功能生物膜是一种具有重要功能的双层质膜，具有保护、转运、能量转换、信息传递、运动和免疫等生物功能。3.功能第十三页，共六十五页，2022年，8月28日

(1)保护功能在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的独立个体。生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响，保持它们原有的形状和完整结构。3.功能第十四页，共六十五页，2022年，8月28日

(2)转运功能细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。3.功能第十五页，共六十五页，2022年，8月28日被动转运物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。3.功能第十六页，共六十五页，2022年，8月28日转运通道3.功能第十七页，共六十五页，2022年，8月28日主动转运主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。3.功能第十八页，共六十五页，2022年，8月28日主动转运的特点

膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。如有的细胞膜能主动转运某些氨基酸，不能转运葡萄糖；反之亦然。载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的K+和Na+离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入K+，而向外泵出Na+。主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。主动转运所需的能量一般由ATP提供。3.功能第十九页，共六十五页，2022年，8月28日(3)能量转换生物体内的能量转换主要有两种：氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能磷酸键。然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成ATP的高能磷酸键。再利用ATP的能量合成糖类物质。真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行。原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行。光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。3.功能第二十页，共六十五页，2022年，8月28日(4)信息传递生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它生理活动。3.功能第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日(5)运动功能许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动而移动。淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。3.功能第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日(6)免疫功能细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并吞噬消灭。另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。3.功能第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日生物膜的模拟-人工膜生物膜的人工模拟即人工膜，是指由双亲性分子高度有序排列形成的体系.如胶束、微团、单分子层膜、双分子层膜和脂质体等。人工膜具有生物膜的基本结构特点和某些理化性质，是研究生物膜结构与功能关系的基本模型。最能代表生物膜结构特性的人工膜是单分子层膜、双分子层膜和脂质体。第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日1．单分子层膜单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形成的单分子层膜结构。单分子层可以在气-液、气-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空气-水界面形成的单层膜最重要。LB膜技术是制备单分子层膜的主要方法。LB膜技术是由Langmuir和Blodgett发明的膜制备技术，所以称为LB膜技术。第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日应用LB膜技术制备单分子层膜的过程为：

☆将双亲性分子溶于挥发性有机溶剂中，将该溶液滴入纯水表面，待有机溶剂挥发后，水表面即形成无序排列的双亲分子层。在对溶液表面进行压缩（必须严格控制表面压，否则将引起膜的破裂），即可得到具有高度由序排列的单分子层膜。LB膜制备仪的基本结构和单分子层膜形成过程如图2.10所示。

☆常用的双亲性分子是：花生酸（正二十烷酸）和磷脂，其中花生酸的成膜性能最好。

☆

由LB膜制备仪可制备单分子膜或多层分子膜。双亲性分子在水表面进压缩得到的是单分子膜。在恒定的表面压条件下，可将水表面的单分子膜转移到固体基板上，通过重复操作，在基板上可形成多层分子膜——LB膜。

☆由于LB膜具有单分子层的结构特性，且可以根据需要制备不同厚度的膜，所以具有更大的实际应用价值；可用于膜结构特性、理化性质等方面的研究。第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日2．双层类脂膜这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄类脂膜。双层类脂膜的厚度小于10nm，具有两个界面，不透光。双层类脂膜的制备方法是：将一块聚四氟乙烯薄板中间开一个直径1.5mm的小孔，将此板浸入水中，再将溶解有双亲分子的溶液从孔的下端加入，最初形成一个厚的类脂膜，然后逐渐变薄，到膜变黑时，小孔处即形成了双层类脂膜（图2.11）双层类脂膜可以将溶液分隔成两个部分，是模拟细胞膜内、外环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有重要意义。第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日双层质膜的用途（简单扩散）第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日3．脂质体是指由磷脂形成的封闭的双分子层球形或椭圆形的囊泡结构。脂质体的制备：将磷脂溶于水中，经强超声波处理，即形成脂质体（图2.11）。控制磷脂的浓度及适当加入表面活性剂等添加剂，可制备不同大小或不同性质的脂质体。由于脂质体在结构上与细胞相似，因此，是研究细胞膜的结构与功能的理想模型。第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日脂质体在生物技术方面的应用第三十页，共六十五页，2022年，8月28日第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日第五节生物体的化学组成第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日1.生物体的元素组成组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现：第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。第二类元素：包括S（蛋白质）、P（核酸、ATP）、Cl、Ca、K、Na和Mg（无机离子）。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量的过渡金属元素，作为酶的辅助成分。第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si、V等，其功能还未完全清楚。第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日2.生物分子生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日(1)生物分子中的主要基团羟基(-OH)，醛基(-CHO)，酮基(C=O)，羧基(-COOH)，氨基(-NH2)，酰氨基(H2N-C=O)，巯基(-SH)，酯基(-COOR)，醚基(-O-R)，甲基(-CH3)，乙基(-CH2CH3)，苯基(-Ph)，二硫基(-S-S-)，咪唑基嘌呤基嘧啶基吡啶基胍基磷酸基第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日(2)生物大分子基本特征生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。生物大分子具有如下特征：第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日由结构比较简单的小分子

结构单元分子所组成生物体中含有许多不同的生物分子，如大肠杆菌细胞的生物分子>6000种；其中蛋白质>3000种，核酸>3000种。最重要的结构单元分子主要有以下几类:第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日①构成蛋白质的结构单元分子20种基本氨基酸:碱性氨基酸：赖氨酸(Lys),精氨酸(Arg),

组氨酸(His);酸性氨基酸：门冬氨酸(Asp),谷氨酸(Glu)

第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日疏水性氨基酸疏水性氨基酸：丙氨酸(Ala),缬氨酸(Val)，异亮氨酸(Ile)，亮氨酸(Leu),甲硫氨酸(Met),苯丙氨酸(Phe),酪氨酸(Tyr),色氨酸(Typ);第四十页，共六十五页，2022年，8月28日特殊氨基酸特殊氨基酸:半胱氨酸(Cys),甘氨酸(Gly),

脯氨酸(Pro);第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日特殊氨基酸丝氨酸(Ser)苏氨酸(Thr)门冬氨酸(Asn)谷氨酰胺(Gln)第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日②构成核酸的结构单元分子核苷酸：核糖核苷酸（NTP），脱氧核糖核苷酸（dNTP）,二脱氧核糖核苷酸(ddNTP).碱基：腺嘌呤(A)，鸟嘌呤(G)，尿嘧啶(U)，胸腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C).第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日③构成脂的结构单元分子

甘油、脂肪酸和胆碱第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日④构成糖的结构单元分子单糖第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日（2）生物大分子都具有非常复杂的结构生物大分子的结构可分为两型种类：①生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大、结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。如有四种核苷酸构成含有8个核苷酸单元的DNA，可有48（65536）个不同一级结构的分子（异构体）。由20种氨基酸构成含有8个氨基酸的8肽，则有208（2.56X1010）个不同一级结构的分子（异构体）。第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日②生物大分子的立体结构生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。根据生物分子立体结构特征，可分为：二级结构、三级结构和四级结构——这种复杂结构，使生物分子具有复杂生理功能的重要原因。第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日（3）生物分子的手性构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。例如，构成蛋白质的氨基酸都是L－型，构成多糖的葡萄糖都是D－型。①手性分子和前手性分子第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日②前手性碳原子、前手性氢原子

前手性氢的标记方法第五十页，共六十五页，2022年，8月28日③生物大分子的手性环境对前手性分子的影响

生物大分子的手性环境对生物分子的识别和相互作用具有重要的影响。如酶的活动中心能识别并结合底物分子的前手性R-基团（或re-face）或Ｓ-基团（或si-face）.第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日

④生物分子间的相互作用和识别特征。

生物大分子与普通的小分子不同，生物大分子间存在着一种特殊的、转移的相互作用，其结果是导致分子间的相互识别和形成超分子。这种特性使许多重要生理现象的分子基础，如抗体与抗原的结合作用，酶与底物的专一性作用等。分子识别机制、模型的建立、与药物分子的选择性关系等的研究已成为生物化学和化学领域研究的热门课题。第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日分子识别是生命现象中的一个重要特性。本质上是生物分子之间的一种特殊的、专一性的相互作用结果。受体-底物相互作用和识别必须满足如下条件：受体空间的大小和形状要与底物分子相吻合；受体内腔表面的基团与底物表面的基团之间存在着互补关系，即通过①氢键、②正负离子之间的静电引力、③芳香基团中离域键间的-电子重叠作用力、④疏水键、⑤范德华力等弱的分子间作用力来维系和稳定受体-底物间的缔合状态。如果同时存在两个结构相似的底物分子，则它们将相互竞争与受体的缔合。这种作用是酶的抑制作用、药物分子的专一性作用的分子基础。第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日生物超分子生物超分子，又称为复合物，是生物分子相互作用和识别的一种特殊的中间过程，是许多生命现象的必须阶段。例如酶与底物、抗体与抗原以及受体与激素之间形成的复合物，都是生物超分子形成的例子。详细研究超分子形成、离解及其功能，是目前生物化学和化学的重要研究课题。第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日3.生物体内的水生物体内水的含量：70%；水的功能：1.作为营养传输、酶催化的各种反应和生物能量的转换的介质；2.影响生物分子的结构、性质和功能。(1)水的结构和特性①水的结构：

V-型结构，H-O-H键角104.5°，H-O键长为0.958Å，µ=6.17×10-30D第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日②水分子的特征形成氢键（生物分子与水间形成氢键，对生物分子的性质和功能有重要影响，如与蛋白质分子内的氢键竞争，降低了分子内氢键对蛋白质立体结构的稳定作用）水化作用（生物分子中的许多极性基团在水中发生的水化作用，使得其溶于水或形成特殊的亲水区。）疏水缔合作用——非极性分子或集团在水溶液中不能溶解，在水分子作用下，非极性分子或集团在水中缔合在一起的趋势作用。对两性分子可形成亲水区和疏水区。其主要是稳定生物分子的构象及其立体结构（如蛋白质的折叠等）亲核作用——水中的氧原子具有亲核作用，如水解反应；在生理条件下（pH-7），水的亲核性较弱，很多有水的亲核进攻引起的反应，需在催化剂或酶的作用下进行。第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日(2)缓冲溶液及生物体的缓冲体系①缓冲溶液缓冲溶液是一种特殊的水溶液系统。当少量的酸（H+）或碱(OH-)加入到缓冲溶液中时，溶液的pH变化很小。缓冲溶液系统由弱酸（H+供体）和它的共轭碱（H+受体）组成。例如，等摩尔的醋酸（弱酸）和醋酸离子（共轭碱）混合物的水溶液是典型的缓冲溶液。不同的缓冲溶液体系有不同的缓冲区。CH3COOH/CH3COO-溶液的缓冲区在pH4.761(pKa=4.76)H2PO4-/HPO42-

溶液缓冲区在pH6.681(pKa=6.68)；NH4+/NH3

溶液的缓冲区在pH9.251(pKa=9.25)。第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日磷酸缓冲液的滴定曲线第五十九页，共六十五页，2022年，8月28日乙酸缓冲液的滴定曲线第六十页，共六十五页，2022年，8月28日缓冲溶液的浓度与pH关系缓冲溶液的浓度（弱酸和它的共轭碱浓度）与溶液的pH以及弱酸的pKa的定量关系可以用方程来描述。此式即为Henderson-Hasselbalch方程。第六十一页，共六十五页，2022年，8月28日Henderson-Hasselbalch

方程的意义

定量描述了缓冲溶