生物大分子的組成與結構

1、l主要元素主要元素：c、h、o、n，微量微量p、cu、fe、il一般蛋白質含氮量為一般蛋白質含氮量為16%16%，即，即1 1份氮素相當于份氮素相當于6.256.25份蛋白質，此數(shù)值（份蛋白質，此數(shù)值（6.256.25）稱為蛋白質）稱為蛋白質系數(shù)。系數(shù)。l凱氏定氮法凱氏定氮法：通過測出樣品中的總含氮量再乘通過測出樣品中的總含氮量再乘以相應的蛋白質系數(shù)而求出蛋白質的含量，以相應的蛋白質系數(shù)而求出蛋白質的含量，測測定結果為粗蛋白。定結果為粗蛋白。l此法可應用于各類食品中蛋白質含量測定此法可應用于各類食品中蛋白質含量測定氨基酸的結構共性氨基酸的結構共性l含有氨基的羧酸含有氨基的羧酸l常見的蛋白氨基酸

2、常見的蛋白氨基酸均為均為-氨基酸氨基酸l分子通式：分子通式：r-ch（nh2）-coohlr 代代 表表 氨氨 基基 酸酸 之之 間間 相相 異異 的的 部部 分分 ， 叫叫 r 基基 (r group)， 又又 稱稱 為為 側側 鏈鏈 (sidechain) 。 酪氨酸酪氨酸-氨基酸氨基酸二十種氨基酸的結構二十種氨基酸的結構按側鏈按側鏈r性質，性質，常見蛋白質常見蛋白質氨基酸可分為三類氨基酸可分為三類l非極性非極性r基氨基酸基氨基酸l無電荷的極性無電荷的極性r基氨基酸基氨基酸l帶電荷的極性帶電荷的極性r基氨基酸基氨基酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸脯氨酸脯氨酸色氨酸色氨

3、酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸甘氨酸甘氨酸第一類第一類 非極性非極性r基氨基酸（共基氨基酸（共9種）種）第二類第二類 無電荷的極性無電荷的極性r r基氨基酸（共基氨基酸（共6 6種）：種）：絲氨酸絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺第三類第三類 帶電荷的極性帶電荷的極性r基氨基酸（共基氨基酸（共5種）：種）：l帶正電荷的極性帶正電荷的極性r基氨基酸基氨基酸3種種l賴氨酸賴氨酸, 精氨酸精氨酸, 組氨酸組氨酸l帶負電荷的極性帶負電荷的極性r基氨基酸基氨基酸2種種l天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸alanine丙氨酸丙氨酸alaaarginine 精氨

4、酸精氨酸 argrasparagine天冬酰氨天冬酰氨 asn asxnaspartic acid天冬氨酸天冬氨酸asp asxdcystine半胱氨酸半胱氨酸cyscglutamine谷氨酰胺谷氨酰胺gln glxqglutamic acid谷氨酸谷氨酸glu glxeglycine甘氨酸甘氨酸glyghistidine組氨酸組氨酸hishisoleucine異亮氨酸異亮氨酸ileile i ileucine亮氨酸亮氨酸leullysine賴氨酸賴氨酸lyskmethionine甲硫氨酸甲硫氨酸metmphenylalanine 苯丙氨酸苯丙氨酸phefproline脯氨酸脯氨酸propse

5、rine絲氨酸絲氨酸sersthreonine蘇氨酸蘇氨酸t(yī)hrttryptophan色氨酸色氨酸t(yī)rpwtyrosine酪氨酸酪氨酸t(yī)yryvaline纈氨酸纈氨酸valv氨基酸的名稱與符號氨基酸的名稱與符號l旋光性：旋光性：可使偏振光平面發(fā)生旋轉?？墒蛊窆馄矫姘l(fā)生旋轉。一般具有不對稱碳原子的都具有旋光性。一般具有不對稱碳原子的都具有旋光性。l不對稱碳原子：不對稱碳原子：與四個不同的原子或原子基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。團共價連接并因而失去對稱性的碳原子。不對稱碳原子l構型構型 ：不對稱碳原子周圍的取代基在空間上的不對稱碳原子周圍的取代基在空間上的排列方式

6、。存在排列方式。存在l- 、d-兩種構型。兩種構型。l構型的改變需要共價鍵的的破壞與重新形成。構型的改變需要共價鍵的的破壞與重新形成。l氨基酸的氨基酸的l- 、d-型都是以甘油醛為標準確定的。型都是以甘油醛為標準確定的。 甘油醛甘油醛投影式和透視式投影式和透視式d-甘油醛甘油醛l-甘油醛甘油醛d-甘油醛甘油醛l-甘油醛甘油醛l-氨基酸的結構通式l氨基酸的兩性電離性質氨基酸的兩性電離性質氨基酸含有酸性的氨基酸含有酸性的-cooh和堿性的和堿性的-nh2，是兩性離子。，是兩性離子。氨基酸的等電點氨基酸的等電點l當氨基酸所帶正電荷與所帶負電荷相等時，溶當氨基酸所帶正電荷與所帶負電荷相等時，溶液的液的

7、ph值為這一種氨基酸的值為這一種氨基酸的等電點（等電點（pi）在酸性溶液中在酸性溶液中 在晶體狀態(tài)或水溶液中在晶體狀態(tài)或水溶液中 在堿性溶液中在堿性溶液中 即即等電點（等電點（pi）“ “ + ”+ ” “ “ 不帶電不帶電 ” “ ” “ ” ”pipi等電點時的等電點時的phphh3nchcoohrh3nchcoo-r+h2nchcoo-roh-h+oh-h+chcoohh3nrh2ncoo-h3n+水溶后等電荷狀態(tài)總電荷 0加 酸h總電荷 “+”chcoohh3nrh2ncoo-h3n+oh-h2oh2n-總電荷 “”氨 基 酸分 子 量co ohpkan h3+r 基 團pi蛋 白 質

8、 中出 現(xiàn) 的 幾 率 (% )*甘 氨 酸752.349.605.977.5丙 氨 酸892.349.696.019.0纈 氨 酸1172.329.625.976.9亮 氨 酸1312.369.605.987.5異 亮 氨 酸1312.369.686.024.6脯 氨 酸1151.9910.966.484.6苯 丙 氨 酸1651.839.135.483.5酪 氨 酸1812.209.1110.075.663.5色 氨 酸2042.389.395.891.1絲 氨 酸1052.219.155.687.1蘇 氨 酸1192.119.625.876.0半 胱 氨 酸1211.968.1810.2

9、85.052.8蛋 氨 酸1492.289.215.741.7天 冬 酰 胺1322.028.805.414.4谷 氨 酰 胺1462.179.135.653.9天 冬 氨 酸1331.889.603.652.775.5谷 氨 酸1472.199.674.253.226.2賴 氨 酸1462.188.9510.539.747.0精 氨 酸1742.179.0412.4810.764.7組 氨 酸1551.829.176.007.592.1* 在 200 多 種 蛋 白 質 中 出 現(xiàn) 的 平 均 幾 率 。氨基酸的pk值和等電點氨基酸與氨基酸之間通過氨基酸與氨基酸之間通過-氨基和氨基和-羧基形

10、成酰胺羧基形成酰胺鍵共價地結合在一起鍵共價地結合在一起, ,其產(chǎn)物叫做肽（其產(chǎn)物叫做肽（peptidepeptide）。）。這種這種酰胺鍵稱為肽鍵酰胺鍵稱為肽鍵。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，叫肽鏈中的氨基酸不再是完整的，叫氨基酸殘基氨基酸殘基由一條或多條多肽鏈以特殊方式結合而成的由一條或多條多肽鏈以特殊方式結合而成的生物大分子。生物大分子。l包括：組成蛋白質的多肽鏈數(shù)目、多肽鏈的氨基酸包括：組成蛋白質的多肽鏈數(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。順序以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。

11、l氨基酸順序：最重要，是蛋白質生物功能的基礎。氨基酸順序：最重要，是蛋白質生物功能的基礎。l定義：蛋白質多肽鏈主鏈在空間上的走定義：蛋白質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向及所有原子和基團在空間中的排列與分布。分布。l包括二級結構、三級結構和四級結構。包括二級結構、三級結構和四級結構。l肽平面：主鏈肽鍵肽平面：主鏈肽鍵c-n具有雙鍵性質而具有雙鍵性質而不能自由旋轉，肽鍵的不能自由旋轉，肽鍵的4個原子和與之相個原子和與之相連的兩個連的兩個-碳原子碳原子(c)都處于同一個平都處于同一個平面內(nèi)，此剛性結構的平面稱肽平面或酰面內(nèi)，此剛性結構的平面稱肽平面或酰胺平面。胺平面。l蛋

12、白質多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式。 l各個肽平面圍繞同一軸旋轉，各個肽平面圍繞同一軸旋轉，形成螺旋結構，螺旋一周，形成螺旋結構，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,0.54nm,含含3.63.6個氨基酸殘基；個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離為兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;0.15nm;l肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個氨向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基的酰胺基團的基酸殘基的酰胺基團的-co-co基與第四個氨基酸殘基酰胺基與第四個氨基酸殘基酰胺基團的基團的-nh-nh基形成氫鍵?；纬蓺滏I。l蛋白質分子為右手蛋白質分子

13、為右手 - -螺旋。螺旋。l - -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈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。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象肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構象l在在 - -折疊中，折疊中， - -碳原子總是處于折疊的角上，碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的氨基酸的r r基團處于折疊的棱角上并與棱角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垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm0.35nm反平行反平行 -折疊折疊平行平行 -折疊折疊l在在 - -轉角部分，由四個轉角部分，由四個氨基酸殘基組成氨基酸殘

14、基組成; ;l彎曲處的第一個氨基酸彎曲處的第一個氨基酸殘基的殘基的 -c=o -c=o 和第四個和第四個殘基的殘基的 n-h n-h 之間形成之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結構。定的環(huán)狀結構。l這類結構主要存在于球這類結構主要存在于球狀蛋白分子中。狀蛋白分子中。l當?shù)鞍踪|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（結合特定分子）是有序的。 蛋白質分子中的所有原子的三維空間排蛋白質分子中的所有原子的三維空間排列，包括它的二級結構要素和它的側鏈列，包括它的二級結構要素和它的側鏈在空間結構上的關系。在空間結構上的關系。 許多蛋白質分子是由兩個或兩個以上具許多

15、蛋白質分子是由兩個或兩個以上具有三級結構的多肽鏈組成的。這些多肽有三級結構的多肽鏈組成的。這些多肽鏈借次級鍵締合在一起，蛋白質分子的鏈借次級鍵締合在一起，蛋白質分子的這種結構形式稱為蛋白質分子的四級結這種結構形式稱為蛋白質分子的四級結構。構。l蛋白質在某些物理和化學因素作用下其蛋白質在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構象被改變，從而導致其理特定的空間構象被改變，從而導致其理化性質的改變和生物活性的喪失，這種化性質的改變和生物活性的喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質變性。現(xiàn)象稱為蛋白質變性。第二節(jié)第二節(jié) 糖糖2.1 2.1 糖的概念糖的概念l又稱又稱碳水化合物碳水化合物（carbohydratesca

16、rbohydrates，元素組成，元素組成 符合符合c cn n(h(h2 2o)o)n n的一類化合物）的一類化合物）l例外：乙酸（例外：乙酸（chch3 3coohcooh）、甲醛（）、甲醛（chch2 2o o）、乳酸）、乳酸c c3 3h h6 6o o3 3）、）、脫氧核糖（脫氧核糖（c c5 5h h1010o o4 4）、鼠李糖）、鼠李糖c c6 6h h1212o o5 5）等）等糖糖: :是是多羥基醛多羥基醛或或多羥基酮及其縮聚物和衍多羥基酮及其縮聚物和衍生物生物的總稱。的總稱。2.2 2.2 糖的分類糖的分類l單糖單糖l寡糖寡糖l多糖多糖l多糖復合物多糖復合物l糖的衍生物糖

17、的衍生物l根據(jù)分子中根據(jù)分子中所含基團所含基團分為分為醛糖醛糖和和酮糖酮糖l根據(jù)根據(jù)所含碳原子數(shù)所含碳原子數(shù)分為分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖和庚糖單糖的鏈狀結構單糖的鏈狀結構最簡單的醛糖是最簡單的醛糖是甘油醛甘油醛，酮糖是，酮糖是二羥基丙酮二羥基丙酮甘油醛甘油醛二羥基丙酮二羥基丙酮單糖的構型單糖的構型l三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不對稱碳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。原子，是不對稱分子。l單糖的構型單糖的構型有有l(wèi) l構型和構型和d d構型兩種，規(guī)定構型兩種，規(guī)定由編號最大的不由編號最大的不對稱碳原子的構型決定對稱碳原

18、子的構型決定l自然界中的自然界中的糖絕大多數(shù)為糖絕大多數(shù)為d d型型。l單糖分子中既含有單糖分子中既含有羰基羰基又含有又含有羥基羥基，可形成，可形成半半縮醛縮醛或或半縮酮半縮酮。l成環(huán)后羰基碳原子變成不對稱碳原子，構型分成環(huán)后羰基碳原子變成不對稱碳原子，構型分別用別用- - 和和-表示表示l如果氧環(huán)上的碳原子按如果氧環(huán)上的碳原子按順時針順時針方向排列時，方向排列時，羥羥甲基甲基在平面之上為在平面之上為d-d-型，在平面之下為型，在平面之下為l-l-型。型。在在d-d-型中，型中，半縮醛羥基半縮醛羥基在平面之下為在平面之下為- -型，在型，在平面之上為平面之上為-型。逆時針時相反。型。逆時針時相

19、反。葡萄糖的環(huán)狀結構葡萄糖的環(huán)狀結構d赤蘚糖赤蘚糖d蘇阿糖蘇阿糖d甘油醛甘油醛d核糖核糖 d阿拉伯糖阿拉伯糖 d木糖木糖d來蘇糖來蘇糖d阿洛糖阿洛糖d阿卓糖阿卓糖d葡萄糖葡萄糖d甘露糖甘露糖d古洛糖古洛糖d艾杜糖艾杜糖d塔羅糖塔羅糖d半乳糖半乳糖（酮糖）（酮糖）d赤蘚酮糖赤蘚酮糖d核酮糖核酮糖d木酮糖木酮糖二羥丙酮二羥丙酮d阿洛酮糖阿洛酮糖d果糖果糖d山梨糖山梨糖d塔格糖塔格糖l由少數(shù)單糖通過由少數(shù)單糖通過糖苷鍵糖苷鍵連接在一起而形成，可水解成連接在一起而形成，可水解成少數(shù)個單糖。少數(shù)個單糖。l（糖苷鍵糖苷鍵:一個環(huán)狀單糖半縮醛（或半縮酮）羥基與另一個環(huán)狀單糖半縮醛（或半縮酮）羥基與另一個分子

20、（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羥基、胺基一個分子（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）或巰基之間縮合形成的縮醛鍵或縮酮鍵）l常見的是常見的是二糖二糖和和三糖三糖 , (12)糖苷鍵糖苷鍵 -d-葡萄糖葡萄糖-（12） -d-果糖果糖 （無還原性）（無還原性） (14)糖苷鍵糖苷鍵 -d-葡萄糖葡萄糖-（14） -d-葡萄糖（有還原性）葡萄糖（有還原性）異麥芽糖異麥芽糖異麥芽糖異麥芽糖由兩分子葡萄糖通過由兩分子葡萄糖通過(1(16)6)糖苷鍵糖苷鍵連接而成連接而成o oo o h hh h o oh h o oc c h h2 2o o h ho oo oo o

21、 h hh h o oc c h h2 2o o h ho o h hl由多個單糖分子縮合而成。由多個單糖分子縮合而成。l廣泛分布于植物體中，特別是廣泛分布于植物體中，特別是種子、根莖及果種子、根莖及果實實含量最高含量最高直鏈淀粉直鏈淀粉(14)葡萄糖苷鍵葡萄糖苷鍵(16)葡萄糖苷鍵葡萄糖苷鍵支鏈淀粉結構支鏈淀粉結構(14)葡萄糖苷鍵葡萄糖苷鍵l脊椎動物體中的儲存性多糖。脊椎動物體中的儲存性多糖。結構與支鏈淀結構與支鏈淀粉相似粉相似。 1-4葡萄糖苷鍵葡萄糖苷鍵 -1-6葡萄糖苷鍵葡萄糖苷鍵l植物體中最重要的結構性多糖。植物體中最重要的結構性多糖。植物細胞壁植物細胞壁的骨架的骨架 (14)葡萄

22、糖苷鍵葡萄糖苷鍵l昆蟲和甲殼綱的外骨骼中昆蟲和甲殼綱的外骨骼中l(wèi)構件分子為構件分子為幾丁質的結構幾丁質的結構l一、糖胺聚糖一、糖胺聚糖(glycosaminoglycan)(glycosaminoglycan)，又稱為糖，又稱為糖胺多糖、粘多糖，含氨基己糖的雜多糖總稱。胺多糖、粘多糖，含氨基己糖的雜多糖總稱。l二、半纖維素：半纖維素：存在于細胞壁中所有雜多糖的總稱。存在于細胞壁中所有雜多糖的總稱。l三、藥物多糖：三、藥物多糖：中草藥治病的主要成分就是此類多糖中草藥治病的主要成分就是此類多糖及其衍生物。及其衍生物。2.2.4 不均一多糖（雜多糖）不均一多糖（雜多糖）（由不同的幾種單糖聚合而成由不

23、同的幾種單糖聚合而成）l蛋白聚糖：是結構物質（細菌細胞壁）蛋白聚糖：是結構物質（細菌細胞壁）l糖蛋白：分布于細胞膜表面，與生物識別與糖蛋白：分布于細胞膜表面，與生物識別與關關l糖脂：分布于細胞膜表面與細胞識別有關糖脂：分布于細胞膜表面與細胞識別有關l脂多糖：是細菌的結構物質脂多糖：是細菌的結構物質 脂（雙稱為脂質或脂類）：一類低溶于脂（雙稱為脂質或脂類）：一類低溶于水而高溶于非極性有機溶劑的生物有機水而高溶于非極性有機溶劑的生物有機分子。分子。 脂類包括的范圍很廣脂類包括的范圍很廣 可按不同組成分類分為三類：可按不同組成分類分為三類：l單純脂：是脂肪酸和醇類所形成的脂。單純脂：是脂肪酸和醇類所

24、形成的脂。 油脂（脂肪酸與甘油所形成的酯）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）蠟（脂肪酸與高級一元醇所形成的酯）l復合脂：除醇類、脂肪酸外，還含有其他復合脂：除醇類、脂肪酸外，還含有其他物質。物質。如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂類，鞘如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂類，鞘磷脂）磷脂）l衍生脂：由上述脂類物質衍生而來并具有脂衍生脂：由上述脂類物質衍生而來并具有脂質一般性質的物質。質一般性質的物質。如：甘油、脂肪酸、其氧化產(chǎn)物如乙酰如：甘油、脂肪酸、其氧化產(chǎn)物如乙酰coa等、萜類和等、萜類和類固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白。類固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白。 l脂酰

25、甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯。脂酰甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯。l脂酰甘油脂酰甘油: 單脂酰、二脂酰和三脂酰甘油單脂酰、二脂酰和三脂酰甘油l三脂酰甘油：是甘油的三個羥基和三個脂肪酸三脂酰甘油：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分子縮合失水后形成的酯(也統(tǒng)稱為油脂或中也統(tǒng)稱為油脂或中性脂性脂)一般在室溫下為液態(tài)的稱為油一般在室溫下為液態(tài)的稱為油在室溫下為固態(tài)的稱為脂肪在室溫下為固態(tài)的稱為脂肪 ch2ohchohch2ohch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2coohch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch

26、2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooch2chohch2oh單酯酰甘油單酯酰甘油ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooh二酯酰甘油二酯酰甘油h2oh2o三酯酰甘油三酯酰甘油脂肪酸脂肪酸1脂肪酸脂肪酸2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch3ch2cooh脂肪酸脂肪酸3ch2chocch2oor1ccr3r2ooo甘油三硬脂酰甘油一豆蔻酰一硬脂酰一棕櫚油酰甘油l脂肪酸：單羧基脂肪酸，碳原子數(shù)在脂肪酸：單羧基脂肪酸，碳原子數(shù)在4-28之間，之間，多為偶數(shù)

27、。多為偶數(shù)。l分類：分類：l、飽和脂肪酸、飽和脂肪酸 l、不飽和脂肪酸（雙鍵大多為順式結構）。、不飽和脂肪酸（雙鍵大多為順式結構）。l必需脂肪酸：動物體必需但不能合成的脂肪酸必需脂肪酸：動物體必需但不能合成的脂肪酸如亞油酸、亞麻酸。如亞油酸、亞麻酸。 名稱分分子子式式縮縮寫寫式式飽和脂肪酸豆蔻酸ch3(ch2)12cooh14:0棕櫚酸ch3(ch2)12ch2ch2cooh16:0硬脂酸ch3(ch2)12 ch2ch2ch2ch2cooh18:0花生酸ch3(ch2)12 ch2ch2ch2ch2 ch2ch2cooh20:0不飽和脂肪酸棕櫚油酸ch3(ch2)5ch=ch(ch2)7cooh16:19油酸ch3(ch2)7ch=ch(ch2)7cooh18:19亞油酸ch