生物大分子的組成與結(jié)構(gòu).ppt

第二章生物大分子的基本組成與結(jié)構(gòu) Protein 第一節(jié)蛋白質(zhì) 蛋白的化學(xué)元素組成與凱氏定氮法 主要元素 C H O N 微量P Cu Fe I一般蛋白質(zhì)含氮量為16 即1份氮素相當(dāng)于6 25份蛋白質(zhì) 此數(shù)值 6 25 稱為蛋白質(zhì)系數(shù) 凱氏定氮法 通過測出樣品中的總含氮量再乘以相應(yīng)的蛋白質(zhì)系數(shù)而求出蛋白質(zhì)的含量 測定結(jié)果為粗蛋白 此法可應(yīng)用于各類食品中蛋白質(zhì)含量測定 1 1蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子 氨基酸 1 1 1氨基酸的種類與結(jié)構(gòu) 氨基酸的結(jié)構(gòu)共性含有氨基的羧酸常見的蛋白氨基酸均為 氨基酸分子通式 R CH NH2 COOHR代表氨基酸之間相異的部分 叫R基 Rgroup 又稱為側(cè)鏈 sidechain 酪氨酸 氨基酸 二十種氨基酸的結(jié)構(gòu) 1 1 2氨基酸側(cè)鏈的性質(zhì)與分類 按側(cè)鏈R性質(zhì) 常見蛋白質(zhì)氨基酸可分為三類非極性R基氨基酸無電荷的極性R基氨基酸帶電荷的極性R基氨基酸 纈氨酸 丙氨酸 亮氨酸 異亮氨酸 脯氨酸 色氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 甘氨酸 第一類非極性R基氨基酸 共9種 第二類無電荷的極性R基氨基酸 共6種 第三類帶電荷的極性R基氨基酸 共5種 帶正電荷的極性R基氨基酸3種賴氨酸 精氨酸 組氨酸 帶負電荷的極性R基氨基酸2種天冬氨酸 谷氨酸 alanine丙氨酸AlaAarginine精氨酸ArgRasparagine天冬酰氨AsnAsxNasparticacid天冬氨酸AspAsxDcystine半胱氨酸CysCglutamine谷氨酰胺GlnGlxQglutamicacid谷氨酸GluGlxEglycine甘氨酸GlyGHistidine組氨酸HisHisoleucine異亮氨酸IleIleucine亮氨酸LeuLlysine賴氨酸LysKmethionine甲硫氨酸MetMphenylalanine苯丙氨酸PheFproline脯氨酸ProPserine絲氨酸SerSthreonine蘇氨酸ThrTtryptophan色氨酸TrpWtyrosine酪氨酸TyrYvaline纈氨酸ValV 氨基酸的名稱與符號 必需氨基酸 人體自身不能合成或合成速度不能滿足人體需要 必須從食物中攝取的氨基酸 必需氨基酸共有八種 賴氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 蘇氨酸 異亮氨酸 亮氨酸 纈氨酸 旋光性 可使偏振光平面發(fā)生旋轉(zhuǎn) 一般具有不對稱碳原子的都具有旋光性 不對稱碳原子 與四個不同的原子或原子基團共價連接并因而失去對稱性的碳原子 1 1 3氨基酸的旋光性與構(gòu)型 構(gòu)型 不對稱碳原子周圍的取代基在空間上的排列方式 存在L D 兩種構(gòu)型 構(gòu)型的改變需要共價鍵的的破壞與重新形成 氨基酸的L D 型都是以甘油醛為標(biāo)準確定的 甘油醛投影式和透視式 D 甘油醛 L 甘油醛 D 甘油醛 L 甘油醛 L 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 碳原子 不對稱碳原子 側(cè)鏈 除甘氨酸外 其他19種氨基酸都是L 構(gòu)型 氨基酸的兩性電離性質(zhì)氨基酸含有酸性的 COOH和堿性的 NH2 是兩性離子 1 1 4氨基酸的性質(zhì) 氨基酸的等電點 當(dāng)氨基酸所帶正電荷與所帶負電荷相等時 溶液的PH值為這一種氨基酸的等電點 pI 在酸性溶液中在晶體狀態(tài)或水溶液中在堿性溶液中即等電點 pI 不帶電 pI 等電點時的pH H2N 純晶體狀態(tài) COO H3N 水溶后等電荷狀態(tài) 總電荷0 加酸 總電荷 加堿 H2N COO H3N OH H2O H2N 總電荷 氨基酸的PK值和等電點 1 2肽 氨基酸與氨基酸之間通過 氨基和 羧基形成酰胺鍵共價地結(jié)合在一起 其產(chǎn)物叫做肽 Peptide 這種酰胺鍵稱為肽鍵 氨基酸借肽鍵形成的線性的鏈狀分子叫做肽鏈 肽鏈中的氨基酸不再是完整的 叫氨基酸殘基 1 3蛋白質(zhì) 由一條或多條多肽鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子 1 3 1蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 包括 組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目 多肽鏈的氨基酸順序以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置 氨基酸順序 最重要 是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ) 1 3 2蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) 定義 蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈在空間上的走向及所有原子和基團在空間中的排列與分布 包括二級結(jié)構(gòu) 三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu) 肽平面 主鏈肽鍵C N具有雙鍵性質(zhì)而不能自由旋轉(zhuǎn) 肽鍵的4個原子和與之相連的兩個 碳原子 C 都處于同一個平面內(nèi) 此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱肽平面或酰胺平面 二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式 各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn) 形成螺旋結(jié)構(gòu) 螺旋一周 沿軸上升的距離即螺距為0 54nm 含3 6個氨基酸殘基 兩個氨基酸之間的距離為0 15nm 肽鏈內(nèi)形成氫鍵 氫鍵的取向幾乎與軸平行 第一個氨基酸殘基的酰胺基團的 CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團的 NH基形成氫鍵 蛋白質(zhì)分子為右手 螺旋 螺旋 折疊 折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列 通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的 肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象在 折疊中 碳原子總是處于折疊的角上 氨基酸的R基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直 兩個氨基酸之間的軸心距為0 35nm 反平行 折疊 平行 折疊 轉(zhuǎn)角 在 轉(zhuǎn)角部分 一般由四個氨基酸殘基組成 彎曲處的第一個氨基酸殘基的 C O和第四個殘基的 N H之間形成氫鍵 形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于某種狀態(tài)時 缺乏特定分子 下是無序的 而在另一種狀態(tài)時 結(jié)合特定分子 是有序的 無規(guī)則序列 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中的所有原子的三維空間排列 包括它的二級結(jié)構(gòu)要素和它的側(cè)鏈在空間結(jié)構(gòu)上的關(guān)系 維持穩(wěn)定的因素 次級鍵 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 許多蛋白質(zhì)分子是由兩個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的 這些多肽鏈借次級鍵締合在一起 蛋白質(zhì)分子的這種結(jié)構(gòu)形式稱為蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的變性 蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變 從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失 這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)的復(fù)性 如果變性條件劇烈持久 蛋白質(zhì)的變性是不可逆的 如果除去變性因素 在適當(dāng)條件下變性蛋白質(zhì)可恢復(fù)其天然構(gòu)象和生物活性 這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性 蛋白質(zhì)變性后 分子結(jié)構(gòu)松散 不能形成結(jié)晶 易被蛋白酶水解 天然蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是通過氫鍵等次級鍵維持的 而變性后次級鍵被破壞 蛋白質(zhì)分子就從原來有序的卷曲的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的松散的伸展?fàn)罱Y(jié)構(gòu) 但一級結(jié)構(gòu)并未改變 處于分子內(nèi)部的疏水基團大量暴露在分子表面 而親水基團在表面的分布則相對減少 至使蛋白質(zhì)顆粒不能與水相溶而失去水膜 很容易引起分子間相互碰撞而聚集沉淀 第二節(jié)糖 2 1糖的概念 又稱碳水化合物 carbohydrates 元素組成符合Cn H2O n的一類化合物 例外 乙酸 CH3COOH 甲醛 CH2O 乳酸C3H6O3 脫氧核糖 C5H10O4 鼠李糖C6H12O5 等 糖 是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和衍生物的總稱 2 2糖的分類 單糖寡糖多糖多糖復(fù)合物糖的衍生物 根據(jù)分子中所含基團分為醛糖和酮糖根據(jù)所含碳原子數(shù)分為丙糖 丁糖 戊糖 己糖和庚糖 2 2 1單糖 單糖的鏈狀結(jié)構(gòu) 最簡單的醛糖是甘油醛 酮糖是二羥基丙酮 甘油醛 二羥基丙酮 單糖的構(gòu)型 三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不對稱碳原子 是不對稱分子 單糖的構(gòu)型有L構(gòu)型和D構(gòu)型兩種 規(guī)定由編號最大的不對稱碳原子的構(gòu)型決定自然界中的糖絕大多數(shù)為D型 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 單糖分子中既含有羰基又含有羥基 可形成半縮醛或半縮酮 成環(huán)后羰基碳原子變成不對稱碳原子 構(gòu)型分別用 和 表示如果氧環(huán)上的碳原子按順時針方向排列時 羥甲基在平面之上為D 型 在平面之下為L 型 在D 型中 半縮醛羥基在平面之下為 型 在平面之上為 型 逆時針時相反 葡萄糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 重要的醛糖 D赤蘚糖 D蘇阿糖 D甘油醛 D核糖 D阿拉伯糖 D木糖 D來蘇糖 D阿洛糖 D阿卓糖 D葡萄糖 D甘露糖 D古洛糖 D艾杜糖 D塔羅糖 D半乳糖 酮糖 D赤蘚酮糖 D核酮糖 D木酮糖 二羥丙酮 D阿洛酮糖 D果糖 D山梨糖 D塔格糖 重要的酮糖 由少數(shù)單糖通過糖苷鍵連接在一起而形成 可水解成少數(shù)個單糖 糖苷鍵 一個環(huán)狀單糖半縮醛 或半縮酮 羥基與另一個分子 例如醇 糖 嘌呤或嘧啶 的羥基 胺基或巰基之間縮合形成的縮醛鍵或縮酮鍵 常見的是二糖和三糖 2 2 2寡糖 1 2 糖苷鍵 蔗糖日常食用的糖主要是蔗糖 D 葡萄糖 1 2 D 果糖 無還原性 麥芽糖 大量存在于發(fā)芽麥芽中 1 4 糖苷鍵 D 葡萄糖 1 4 D 葡萄糖 有還原性 異麥芽糖 異麥芽糖由兩分子葡萄糖通過 1 6 糖苷鍵連接而成 纖維二糖 2 2 3多糖 由多個單糖分子縮合而成 淀粉 廣泛分布于植物體中 特別是種子 根莖及果實含量最高 直鏈淀粉 1 4 葡萄糖苷鍵 支鏈淀粉 1 6 葡萄糖苷鍵 支鏈淀粉結(jié)構(gòu) 1 4 葡萄糖苷鍵 糖原 脊椎動物體中的儲存性多糖 結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉相似 纖維素 植物體中最重要的結(jié)構(gòu)性多糖 植物細胞壁的骨架 1 4 葡萄糖苷鍵 幾丁質(zhì) 昆蟲和甲殼綱的外骨骼中構(gòu)件分子為2 N 乙酰 D 氨基葡萄糖 1 4 糖苷 幾丁質(zhì)的結(jié)構(gòu) 一 糖胺聚糖 glycosaminoglycan 又稱為糖胺多糖 粘多糖 含氨基己糖的雜多糖總稱 二 半纖維素 存在于細胞壁中所有雜多糖的總稱 三 藥物多糖 中草藥治病的主要成分就是此類多糖及其衍生物 2 2 4不均一多糖 雜多糖 由不同的幾種單糖聚合而成 蛋白聚糖 是結(jié)構(gòu)物質(zhì) 細菌細胞壁 糖蛋白 分布于細胞膜表面 與生物識別與關(guān)糖脂 分布于細胞膜表面與細胞識別有關(guān)脂多糖 是細菌的結(jié)構(gòu)物質(zhì) 2 2 5多糖復(fù)合物 第三節(jié)脂質(zhì) 3 1概述 脂 雙稱為脂質(zhì)或脂類 一類低溶于水而高溶于非極性有機溶劑的生物有機分子 脂類包括的范圍很廣 3 2脂類的分類 可按不同組成分類分為三類 單純脂 是脂肪酸和醇類所形成的脂 油脂 脂肪酸與甘油所形成的酯 蠟 脂肪酸與高級一元醇所形成的酯 復(fù)合脂 除醇類 脂肪酸外 還含有其他物質(zhì) 如 磷脂 分子中含有磷酸 甘油磷脂類 鞘磷脂 衍生脂 由上述脂類物質(zhì)衍生而來并具有脂質(zhì)一般性質(zhì)的物質(zhì) 如 甘油 脂肪酸 其氧化產(chǎn)物如乙酰COA等 萜類和類固醇及其衍生物 糖脂 脂蛋白 3 3三脂酰甘油 脂酰甘油 脂肪酸和甘油所形成的酯 脂酰甘油 單脂酰 二脂酰和三脂酰甘油三脂酰甘油 是甘油的三個羥基和三個脂肪酸分子縮合失水后形成的酯 也統(tǒng)稱為油脂或中性脂 一般在室溫下為液態(tài)的稱為油在室溫下為固態(tài)的稱為脂肪 單酯酰甘油 二酯酰甘油 H2O H2O 三酯酰甘油 脂肪酸1 脂肪酸2 脂肪酸3 脂肪酸 脂肪酸 單羧基脂肪酸 碳原子數(shù)在4 28之間 多為偶數(shù) 分類 飽和脂肪酸 不飽和脂肪酸 雙鍵大多為順式結(jié)構(gòu) 必需脂肪酸 動物體必需但不能合成的脂肪酸如亞油酸 亞麻酸 一些重要的脂肪酸 以及一些在結(jié)構(gòu)上比較特殊的脂肪酸 甘油 即丙三醇 味甜 比重為1 26 20oC 和水或乙醇可以任何比例互溶發(fā)生水解 3 4甘油磷脂 甘油磷脂即磷酸甘油酯 生物膜的主要組分 甘油磷脂的組成甘油 脂肪酸 磷酸形成磷脂酸磷脂酸與醇形成甘油醇磷脂醇 氨基醇 如膽堿 乙醇胺或絲氨酸 肌醇等 磷脂酸 X 非極性 不易溶于水稱非極性尾 極性 易溶于水稱極性頭 甘油醇磷脂