第九章生物分子

第九章生物分子第1页，共57页，2023年，2月20日，星期三第一节糖类化合物糖类化合物又叫碳水化合物，是自然界广泛存在的一类化合物，如淀粉、纤维素、蔗糖、葡萄糖等都属于糖类。糖类化合物是由绿色植物通过光合作用合成，是自然界储存太阳能的物质，是人类和动植物生命活动所不可缺少的一类化合物。第2页，共57页，2023年，2月20日，星期三概述从结构上看，糖类化合物是多羟基醛或多羟基酮或者彻底水解后可以形成多羟基醛或多羟基酮的化合物。生物界分布广、含量多。几乎所有的动物、植物、微生物体内都有。主要的生物学作用：人和动物的主要能源物质。是细胞膜的组成成分，具有结构功能。具有复杂多方面的生物活性与功能。

糖类常具有Cn(H2O)m的经验式，所以常称为糖碳水化合物。但是有的糖如脱氧核糖[C5H10O4]的组成不符合这一通式，而有些不是糖的化合物如CH3COOH的组成又符合这一通式。所以碳水化合物这一名称并不完全恰当。第3页，共57页，2023年，2月20日，星期三1、定义：多羟基醛或酮以及能水解生成多羟基醛或酮的一类化合物。一、糖的定义及分类第4页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、分类：（1）根据糖类是否能水解以及水解后的产物，将糖类化合物分成三类：①．单糖：不能水解的多羟基醛或多羟基酮。是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖、山梨糖等。②．低聚糖：也称为寡糖，能水解产生2～10个单糖分子的化合物。根据水解后生成的单糖数目，又可分为二糖、三糖、四糖等。其中最重要的是二糖，如蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖等。③．多糖：水解产生10个以上单糖分子的化合物。如淀粉、纤维素、糖原等。

(2)据官能团可分为：醛糖、酮糖(3)据C原子可分为：丙糖、丁糖、戊糖、已糖第5页，共57页，2023年，2月20日，星期三按分子中碳原子数目，单糖分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。分子中含有醛基的叫醛糖，含有酮基的叫酮糖。二、单糖自然界最主要的单糖是戊醛糖（如核糖）、己醛糖（如葡萄糖、半乳糖）和己酮糖（果糖）。第6页，共57页，2023年，2月20日，星期三（一）单糖的结构

1.开链结构（Fischer投影式）D型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与D-(+)-甘油醛中C-2构型一致。L型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与L-(-)-甘油醛中C-2构型一致。最简单的醛糖第7页，共57页，2023年，2月20日，星期三天然存在的糖大多为D型糖，自然界所有单糖为D-构型。第8页，共57页，2023年，2月20日，星期三（二）单糖结构表示法（以葡萄糖为例）1、葡萄糖开链式结构葡萄糖的分子式为C6H12O6。葡萄糖的构造式CHOCH2OHCHOHCHOHCHOHCHOH第9页，共57页，2023年，2月20日，星期三CHOCH2OH也可写为：

竖线表示碳链；羰基具有最小编号,并写在投影式上端；“－”短横线代表手性碳上的羟基。第10页，共57页，2023年，2月20日，星期三由于葡萄糖开链结构中既有醛基又有醇羟基，分子内部可形成环状半缩醛结构。半缩醛羟基的两种空间取向形成两种异构体.端基差向异构体。-D-(+)-吡喃葡萄糖-D-(+)-呋喃葡萄糖

-D-呋喃..-D-吡喃葡..

+18.7o(

63%)+112o(37%)2、葡萄糖的环状结构和变旋光现象第11页，共57页，2023年，2月20日，星期三醛酮加醇（ROH）C=O+H–ORORC–OR+H2O缩醛干HClH–OR——缩醛化反应半缩醛OHC–OR干HCl很活泼，不稳定⑵反应条件：无水H+条件催化C=O+CH3HH–OC2H5H–OC2H5结构似醚，稳定缩醛水解CCH3HOC2H5OC2H5乙醛缩二乙醇H+-H2OH–OCH2H–OCH2CCH3HO–CH2O–CH2乙醛缩乙二醇H+C=O+CH3H-H2O⑴反应范围：醛。酮较难第12页，共57页，2023年，2月20日，星期三环己酮缩乙二醇、-羟基醛发生分子内缩醛化反应，可得到5、6圆环状稳定的半缩醛。CH2CH2CH2CHOOH-羟基丁醛干HClCH2–CH2OCH2CHOHCH2–CH2O-HCH2CHOOOO+HOCH2CH2OH+H2O应用：保护醛基第13页，共57页，2023年，2月20日，星期三-异构体：半缩醛羟基与CH2OH在链异侧；或半缩醛羟基与C5上的羟基在链同侧。-异构体：半缩醛羟基与CH2OH在链同侧；或半缩醛羟基与C5上的羟基在链异侧。

--第14页，共57页，2023年，2月20日，星期三葡萄糖的Haworth式-D-吡喃葡萄糖

-D-吡喃葡萄糖注意：通常吡喃环中的氧原子写在环的右上角。CH2OHOHC=OHababOOOHCH2OHOHOHOHOHCH2OHOHOHOH第15页，共57页，2023年，2月20日，星期三如何由Haworth(哈沃斯)式判断糖的构型？-D-吡喃葡萄糖-L-吡喃葡萄糖-异构体：半缩醛羟基与CH2OH在链异侧；或半缩醛羟基与C5上的羟基在链同侧。-异构体：半缩醛羟基与CH2OH在链同侧；或半缩醛羟基与C5上的羟基在链异侧。第16页，共57页，2023年，2月20日，星期三试判断下面呋喃葡萄糖是D-型还是L-型？是-构型还是-构型？-D-呋喃葡萄糖OH第17页，共57页，2023年，2月20日，星期三变旋光现象结晶葡萄糖有两种，一种是从乙醇中结晶出来的，熔点146℃。它的新配溶液的[α]D为+112°，此溶液在放置过程中，比旋光度逐渐下降，达到+52.17°以后维持不变；另一种是从吡啶中结晶出来的，熔点150℃，新配溶液的[α]D为+18.7°，此溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升，也达到+52.7°以后维持不变。糖在溶液中，比旋光度自行转变为定值的现象称为变旋现象。葡萄糖的开链结构不能解释此现象。

第18页，共57页，2023年，2月20日，星期三α-D-(+)-吡喃葡萄糖β-D-(+)-吡喃葡萄糖比旋光度熔点150℃146℃平衡时比例63%37%0.1%葡萄糖的变旋现象，就是由于开链结构与环状结构形成平衡体系过程中的比旋光度变化所引起的。在溶液中α-D-葡萄糖可转变为开链式结构，再由开链结构转变为β-D-葡萄糖；同样β-D-葡萄糖也变转变为开链式结构，再转变为α-D-葡萄糖。经过一段时间后，三种异构体达到平衡，形成一个互变异构平衡体系，其比旋光度亦不再改变。

第19页，共57页，2023年，2月20日，星期三（三）单糖的物理性质单糖一般均无色。易溶于水。有不同程度的甜味。具有结晶性、渗透性。单糖有旋光性，其溶液有变旋现象。

第20页，共57页，2023年，2月20日，星期三（四）单糖的化学性质

1、成苷（甙）反应：单糖的环式结构中含有活泼的半缩醛羟基，它能与醇或酚等含羟基的化合物脱水形成缩醛型物质，称为糖苷，也称为配糖体，其糖的部分叫做糖基，非糖的部分叫做配基。例如，α-D-葡萄糖在干燥氯化氢催化下，与无水甲醇作用生成甲基-α-D-葡萄糖苷；而β-D-葡萄糖在同样条件下形成甲基-β-D-葡萄糖苷。

甲基--D-葡萄糖苷

甲基--D-葡萄糖苷环状半缩醛羟基甙键H2O第21页，共57页，2023年，2月20日，星期三糖苷为缩醛结构,无变旋现象无还原性,在碱溶液中稳定。-D-葡萄糖苷酶

甲基--D-吡喃葡萄糖苷-D-吡喃葡萄糖

酸或酶催化下，苷键断裂生成原来的糖和非糖部分。第22页，共57页，2023年，2月20日，星期三

2、氧化反应1)与Tollens、Fehling、Benedict试剂反应（碱性条件）第23页，共57页，2023年，2月20日，星期三2)与溴水、稀硝酸、高碘酸的反应利用此反应可以区别醛糖和酮糖第24页，共57页，2023年，2月20日，星期三三、单糖衍生物——D-氨基糖糖的羟基为氨基所取代的化合物的总称。作为生物体成分最常见的是葡糖胺和半乳糖胺，它是己糖的2位羟基为氨基所取代的化合物2-氨基--D-葡糖糖2-氨基--D-半乳糖2-乙酰氨基--D-葡萄糖第25页，共57页，2023年，2月20日，星期三四、寡糖（自学）自学、思考并作答：什么是寡糖？什么是双糖？还原性双糖及非还原性双糖在还原性及旋光性方面有什么区别？A、B、O、AB型血型在结构上有什么异同点？第26页，共57页，2023年，2月20日，星期三五、多糖自学、思考并作答：什么是多糖？从结构上看直链淀粉和纤维素有什么相似及不同之处？如何鉴别二者？什么是糖原生成及糖原分解？第27页，共57页，2023年，2月20日，星期三第二节类脂所谓类脂，就是类似脂肪的意思，曾作为脂肪以外的溶于脂溶剂的天然化合物的总称来使用。但现在已不作为物质的名称来使用了，而是多作为所谓“类脂样的”形容词，用于可溶于脂溶剂中，表示和脂肪相似的性质。类脂是从生物中提取的、溶于非极性溶剂（如氯仿、乙醚）而不溶于水的有机物.类脂化合物包括一些化学结构与油脂有较大差异的物质，如磷脂、蜡等，由于它们在物态及物理性质方面与油脂类似，因此叫做类脂化合物。第28页，共57页，2023年，2月20日，星期三贮存脂类——重要的贮能供能物质，每克脂肪（高度还原的物质）氧化时可释放出38.9kJ的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别为17.2kJ和23.4kJ。浮游生物中蜡是代谢燃料的储存形式，蜡还有保护功能。结构脂类——磷脂、糖脂、硫脂、固醇类等有机物是生物体的重要成分（如生物膜系统）活性脂类——固醇类、萜类是一些激素和维生素等生理活性物质的前体脂类（糖脂）与信息识别、种特异性、组织免疫有密切的关系；与细胞信号转导有关（PIP2）。人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。脂类的生物学功能第29页，共57页，2023年，2月20日，星期三一、油和脂肪（油脂）（甘油三酸酯）1.脂酰甘油的结构习惯上，液态：油；固态：脂肪第30页，共57页，2023年，2月20日，星期三如果R1=R2=R3时，为单纯甘油三酯；R1≠R2≠R3时，为混合甘油三酯（天然大多以此形式存在）；R-COOH可以是各种高级脂肪酸（12C～22C的直链一元羧酸）（饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸），也可以是无机酸；当不饱和脂肪酸多时，甘油三酯呈液态即油（例：植物油），当饱和脂肪酸多时，甘油三酯呈固态或半固态即脂肪（例：猪油）。最常见的是16或18个碳原子，p314表16-1

第31页，共57页，2023年，2月20日，星期三2.三脂酰甘油的性质水解和皂化脂肪酸甘油第32页，共57页，2023年，2月20日，星期三皂化反应：指在碱液中水解甘油三酯，生成三分子脂肪酸盐（通常为脂肪酸钠盐或脂肪酸钾盐即肥皂）和一分子甘油的反应。

水解1克甘油三酯，所需KOH的毫克数称为皂化值。皂化值越大，表示油脂的平均相对分子量越小。第33页，共57页，2023年，2月20日，星期三课堂练习1下述每组两个词的含义有什么不同？（1）酯和脂（2）油脂和类脂（3）菜油和煤油（4）白蜡和石蜡（5）磷脂酸和磷脂第34页，共57页，2023年，2月20日，星期三（1）羧酸和醇脱去1分子水生成的产物称为酯。而脂是指油脂和类脂；油脂是由高级脂肪酸和甘油所形成的酯.（2）油脂是指动植物油；类脂具有与油脂类似的物态和物理性质.（3）菜油是植物油，是由高级脂肪酸和甘油所形成的酯；煤油是石油的分馏产品之一。（4）白蜡是类脂化合物。它的化学成分是高级脂肪酸与高级饱和一元醇形成的酯；石蜡是石油中得到的直链烷烃（含有26-30个碳原子）的混合物,它们的物态、物性相近，而化学性质完全不同。（5）磷脂它们都是含有磷酸酯的类脂物质；磷脂酸是甘油分子中的3个羟基有2个与高级脂肪酸形成酯，另一个与磷酸形成酯。第35页，共57页，2023年，2月20日，星期三课堂练习2类脂部分内容自学，完成下列题目：填写下表：名称结构式完全水解产物（名称、分子式或结构式）神经磷脂脑磷脂卵磷脂2、影响细胞膜流动性的因素有哪些？如何影响？第36页，共57页，2023年，2月20日，星期三三、甾族化合物（自学）1.写出甾族化合物母环结构并编号。2.写出胆固醇的结构式，并以*注明手性中心。第37页，共57页，2023年，2月20日，星期三

蛋白质存在于一切细胞中。它们是构成人体和动植物组织的基本材料，肌肉、毛发、皮肤。指甲、腥、神经、激素、抗体、血清、血红蛋白、酶等都是由不同蛋白质组成的。蛋白质在有机体中承担着多种生物功能，它们能供给机体营养，输送氧气，控制代谢过程，防御疾病、传递遗传信息，负责机械运动，执行保护机能，等等。可以说，蛋白质是生命的物质基础，是参与体内各种生物化学变化最重要的组分。生命的基本特征就是蛋白质的不断自我更新。第三节氨基酸和蛋白质血红蛋白

第38页，共57页，2023年，2月20日，星期三*蛋白质存在一切细胞中。*蛋白质在有机体中承担着多种生物功能。*蛋白质是生命的物质基础。*生命活动的基本特征就是蛋白质的不断自我更新（新陈代谢）。*从化学上看，蛋白质是氨基酸的高聚物：氨基酸是构成蛋白质的基石。第39页，共57页，2023年，2月20日，星期三1、氨基酸分类R—C—COOHNH2H-氨基酸分子中既含有氨基（—NH2），又含有羧基（—COOH）的化合物叫氨基酸。

各种氨基酸的差别主要在于R基团的不同，而R的结构是多种多样的。一、氨基酸第40页，共57页，2023年，2月20日，星期三*根据氨基和羧基的数目中性氨基酸：氨基数目=羧基数目碱性氨基酸：氨基数目＞羧基数目酸性氨基酸：氨基数目＜羧基数目*根据烃基的类型脂芳族氨基酸：并氨酸、缬氨酸等。芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸等。杂环族氨基酸：色氨酸、脯氨酸等。人体所需的氨基酸约有20种，分非必需氨基酸和必需氨基酸（须从食物中供给）。第41页，共57页，2023年，2月20日，星期三酸性氨基酸：羧基数目比碱性氨基多，等电点<5(有2个)。L-天门冬氨酸(Asparticacid)L-谷氨酸(Glutamicacid)第42页，共57页，2023年，2月20日，星期三L-赖氨酸(Lysine)L-组氨酸(Histidine)碱性氨基酸：碱性氨基数目比羧基多，等电点>7(共有3个)。L-精氨酸(Arginine)第43页，共57页，2023年，2月20日，星期三中性氨基酸：碱性氨基与羧基数目相等，等电点约5-7(共15个)。L-丝氨酸(Serine)L-蛋氨酸(Methionine)L-谷酰胺(Glutamine)L-色氨酸(Tryptophan)第44页，共57页，2023年，2月20日，星期三甘氨酸丙氨酸CH3-CH-CH-COOH

|

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CH3NH2

缬氨酸亮氨酸异亮氨酸第45页，共57页，2023年，2月20日，星期三苯丙氨酸苏氨酸第46页，共57页，2023年，2月20日，星期三半胱氨酸天冬酰胺第47页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、命名

-氨基酸的命名一般采用俗名，即根据其来源或性质命名。

每种氨基酸都有缩写符号(即英文名称的头一个字母)和中英文代号。甘氨酸GlyG甘赖氨酸LysK赖

氨基酸符号字母代号汉文代号第48页，共57页，2023年，2月20日，星期三3、氨基酸的构型天然氨基酸，除甘氨酸外，-C原子都有手性，因此具有旋光性，且都是L–构型。CHOHHOCH3COOHHHOCH3COOHHH2NCH3L–甘油醛L–乳酸L–丙氨酸-氨基酸的构型是与由L–甘油醛导出的L–乳酸相联系而确定的，即将-氨基酸看成是L–乳酸中的羟基被氨基取代的产物。其它含有一个以上手性碳原子的氨基酸的构型，均取决于-C原子：如果某氨基酸的-C原子的构性与L–丙氨酸相当，这个氨基酸就是L型。第49页，共57页，2023年，2月20日，星期三氨基酸的性质

-氨基酸都为无色晶体，易溶于水，而难溶于乙醚、苯等有机溶剂中，它们具有较高的熔点，且大多数在熔化时会发生分解。除甘氨酸外,其它天然氨基酸都有旋光性。氨基酸是含有氨基和羧基的双官能团化合物，所以它们既具有羧酸的性质，又具有胺类的性质，同时还具有这两种官能团相互影响而赋于它们的某些特性。一、氨基酸的两性和等电点

氨基酸中有两性基团，既能和酸反应，也能和碱反应，它是两性化合物。实际上杂氨基酸分子内，氨基与羧基作用生成一个两性离子，氨基酸的晶体就是以两性离子的形式存在的，这种两性离子是分子内的氨基与羧基成盐的结果，故称为内盐。1）两性第50页，共57页，2023年，2月20日，星期三R–CH–COOHNH2R–CH–COONH3+-内盐（亦称为偶极离子）氨基酸具有高熔点和水溶性，就是其内盐性质的表现。在水溶液中，氨基酸的两性离子存在下列平衡：R–CH–COOH

NH3R–CH–COONH3+R–CH–COONH2OH-OH-H+H+--+阳离子两性离子阴离子（氨基酸正离子）（氨基酸负离子）第51页，共57页，2023年，2月20日，星期三2）等电点丙氨酸在纯水溶液中可形成入下的平衡：OH+CH3CHCOOHCH3CHCOOCH3CHCOO+H3O-NH3+NH3+NH2正离子两性离子负离子--+H2OH2O在这里，酸性基团—NH3+和碱性基团—COO–的相对强度不完全等同，即前者的给质子能力大于后者接受质子的能力，所以丙氨酸的两性离子容易从—NH3+给出质子形成较多的负离子。在平衡体系中，负离子数目多于正离子，使丙氨酸带有一定数量的净负电荷，其溶液略显酸性（PH值略小于7）。第52页，共57页，2023年，2月20日，星期三

如果在丙氨酸水溶液的平衡体系中外加酸，则可抑制负离子的生成，而使正离子的数量增加（平衡向左移动）。当加入适量的酸时，可以使正，负离子相等，丙氨酸的净电荷等于零。

将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性（等电）状态。这个净电荷为零的氨基酸所在的溶液的PH值就称为该氨基酸的等电点（Isoelectricpoint)。

必须注意，氨基酸在纯水中的电离一般都不是它的等电点，要达到等电点必须加入酸或碱来调节。由于各种氨基酸中的羧基和氨基的相对强度和数目不同，所以各种氨基酸的等电点也不同。中性氨基酸等电点=5.5～6.3酸性氨基酸等电点=2.8～3.2碱性氨基酸等电点=7.6～10.6

第53页，共57页，2023年，2月20日，星期三★氨基酸的等电点并非是它的中性点。在等电点时，两性离子的浓度最大，溶解度最小。★根据等电点可以鉴定氨基酸，而用调节等电点的方法可以分离氨基酸的混合物。常用的方法：利用其在等电点时的溶解度最小，可以某氨基酸从混合溶液中沉淀出来；第54页，共57页，2023