生物化學ppt第二章

生物化學ppt第二章第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物膜（3）糖類1.組成（1）脂質(zhì)（磷脂、膽固醇、糖脂）（2）蛋白質(zhì)第二頁，共六十五頁，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位碳原子與脂肪酸酯基（主要是含16碳的軟脂酸和18碳的油酸）相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。123（1）脂質(zhì)第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日卵磷脂的結(jié)構(gòu)1.組成第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日②膽固醇Sterols膽固醇是一種類脂化合物,在生物膜中含量較多。膽固醇以中性脂的形式分布在雙層脂膜內(nèi)，對生物膜中脂類的物理狀態(tài)有一定的調(diào)節(jié)作用，有利于保持膜的流動性和降低相變溫度。1.組成第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日③糖脂

Glycosphingolipids糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。糖脂主要分布在細胞膜外側(cè)的單分子層中。動物細胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。1.組成第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）膜蛋白質(zhì)生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱為膜蛋白。根據(jù)它們在膜上的定位情況，可以分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實施功能的基本場所。1.組成第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日外周蛋白(peripheralprotein)這類蛋白約占膜蛋白的20-30%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結(jié)合。外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白能溶解于水。1.組成第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日內(nèi)在蛋白(integralprotein)內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來。內(nèi)在蛋白與雙層脂膜疏水區(qū)接觸部分，由于沒有水分子的影響，多肽鏈內(nèi)形成氫鍵趨向大大增加，因此，它們主要以-螺旋和-折疊形式存在，其中尤以-螺旋更普遍。1.組成第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日內(nèi)在蛋白1.組成第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）糖類生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。糖類在膜上的分布是不對稱的，全部都處于細胞膜的外側(cè)。生物膜中組成寡糖的單糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識別方面具有重要作用。1.組成第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日2．生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜是以磷脂、膽固醇和糖脂為主構(gòu)成的雙層脂膜磷脂雙層膜(Phospholipidbilayer)膽固醇(Cholesterol)

脂質(zhì)(Lipid)細胞骨架絲狀體(Filamentofcytoskeleton)外周蛋白(Extrinsicproteins)內(nèi)在蛋白(Intrinsicprotein)細胞質(zhì)(Cytoplasm)

2.結(jié)構(gòu)第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.生物膜的功能生物膜是一種具有重要功能的雙層質(zhì)膜，具有保護、轉(zhuǎn)運、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、運動和免疫等生物功能。3.功能第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(1)保護功能在細胞或細胞器中，生物膜第一個重要作用是將其內(nèi)含物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開來，使之成為具有特殊功能的獨立個體。生物膜能夠保護細胞或細胞器不受或少受外界環(huán)境因素改變的影響，保持它們原有的形狀和完整結(jié)構(gòu)。3.功能第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(2)轉(zhuǎn)運功能細胞或細胞器需要經(jīng)常與外界進行物質(zhì)交換以維持其正常的功能。細胞或細胞器通過生物膜，從膜外選擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時也要排出不需要的物質(zhì)。在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運過程中，細胞膜起著重要的調(diào)控作用。3.功能第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日被動轉(zhuǎn)運物質(zhì)從高濃度的一側(cè)，通過膜轉(zhuǎn)運到低濃度的另一側(cè)，即沿著濃度梯度（膜兩邊的濃度差）的方向跨膜轉(zhuǎn)運的過程。這類轉(zhuǎn)運是通過被轉(zhuǎn)運物質(zhì)本身的擴散作用進行的，是一個不需要外加能量的自發(fā)過程。許多物質(zhì)的被動轉(zhuǎn)運過程需要特殊的蛋白載體幫助。3.功能第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)運通道3.功能第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運是在外加能量驅(qū)動下進行的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運過程。主動轉(zhuǎn)運的物質(zhì)，可以是離子、小分子化合物，也可以是復雜的大分子物質(zhì)，如某些蛋白或酶等。這一過程一般都與ATP的釋能反應相偶聯(lián)。3.功能第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日主動轉(zhuǎn)運的特點

膜的專一性：膜對于主動轉(zhuǎn)運的物質(zhì)有專一性。如有的細胞膜能主動轉(zhuǎn)運某些氨基酸，不能轉(zhuǎn)運葡萄糖；反之亦然。載體蛋白：物質(zhì)的主動轉(zhuǎn)運需要載體蛋白的參與。載體蛋白具有專一性，一種載體蛋白一般只能轉(zhuǎn)運一種或一類物質(zhì)。方向性：物質(zhì)可以逆濃度梯度或電化學梯度進行轉(zhuǎn)運。如細胞為了保持膜內(nèi)、外的K+和Na+離子的濃度梯度以維持正常的生理活動需要，細胞通過主動轉(zhuǎn)運方式，向內(nèi)泵入K+，而向外泵出Na+。主動轉(zhuǎn)運過程可以被某些抑制劑抑制。主動轉(zhuǎn)運所需的能量一般由ATP提供。3.功能第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日(3)能量轉(zhuǎn)換生物體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換主要有兩種：氧化磷酸化：通過生物氧化作用，將食物分子中存儲的化學能轉(zhuǎn)變成生物能，即將化學能轉(zhuǎn)換成ATP分子的高能磷酸鍵。然后再通過ATP分子磷酸鍵的分解釋放能量，為生物體提供所需的能量。光合磷酸化：通過光合作用，將光能（主要是太陽能）轉(zhuǎn)換成ATP的高能磷酸鍵。再利用ATP的能量合成糖類物質(zhì)。真核細胞的氧化磷酸化主要在線粒體膜上進行。原核細胞的氧化磷酸化則是在細胞質(zhì)膜上進行。光合磷酸化主要在葉綠體膜上進行。3.功能第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日(4)信息傳遞生物體內(nèi)的信息傳遞，例如激素的刺激、神經(jīng)傳導和遺傳信息的傳遞等，主要是在細胞膜上進行的。細胞膜上有接受不同信息的專一性受體，這些受體能識別和接受各種特殊信息，然后將不同的信息分別傳遞給有關的靶細胞并產(chǎn)生相應的效應以調(diào)節(jié)代謝、控制遺傳和其它生理活動。3.功能第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日(5)運動功能許多原生動物及單細胞動物主要是通過其細胞膜表面的纖毛或鞭毛的擺動而移動。淋巴細胞的吞噬作用和某些細胞利用質(zhì)膜內(nèi)折疊將外源物質(zhì)包圍入細胞的作用等都是靠細胞膜的運動實現(xiàn)的。3.功能第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日(6)免疫功能細胞的免疫性主要是由于細胞膜上有專一性的抗原受體，當抗原受體被抗原激活后，即產(chǎn)生相應的抗體?？贵w能夠識別及特異性地與外源性抗原（如細菌、病毒等）結(jié)合并吞噬消滅。另外，吞噬細胞和淋巴細胞的免疫功能，是由于它們能夠識別外源物質(zhì)（細菌或其它蛋白質(zhì)等），并能將這些外源物質(zhì)吞噬消滅。3.功能第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物膜的模擬-人工膜生物膜的人工模擬即人工膜，是指由雙親性分子高度有序排列形成的體系.如膠束、微團、單分子層膜、雙分子層膜和脂質(zhì)體等。人工膜具有生物膜的基本結(jié)構(gòu)特點和某些理化性質(zhì)，是研究生物膜結(jié)構(gòu)與功能關系的基本模型。最能代表生物膜結(jié)構(gòu)特性的人工膜是單分子層膜、雙分子層膜和脂質(zhì)體。第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日1．單分子層膜單分子層膜是由高度有序排列的雙親性分子形成的單分子層膜結(jié)構(gòu)。單分子層可以在氣-液、氣-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空氣-水界面形成的單層膜最重要。LB膜技術是制備單分子層膜的主要方法。LB膜技術是由Langmuir和Blodgett發(fā)明的膜制備技術，所以稱為LB膜技術。第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日應用LB膜技術制備單分子層膜的過程為：

☆將雙親性分子溶于揮發(fā)性有機溶劑中，將該溶液滴入純水表面，待有機溶劑揮發(fā)后，水表面即形成無序排列的雙親分子層。在對溶液表面進行壓縮（必須嚴格控制表面壓，否則將引起膜的破裂），即可得到具有高度由序排列的單分子層膜。LB膜制備儀的基本結(jié)構(gòu)和單分子層膜形成過程如圖2.10所示。

☆常用的雙親性分子是：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膜制備儀可制備單分子膜或多層分子膜。雙親性分子在水表面進壓縮得到的是單分子膜。在恒定的表面壓條件下，可將水表面的單分子膜轉(zhuǎn)移到固體基板上，通過重復操作，在基板上可形成多層分子膜——LB膜。

☆由于LB膜具有單分子層的結(jié)構(gòu)特性，且可以根據(jù)需要制備不同厚度的膜，所以具有更大的實際應用價值；可用于膜結(jié)構(gòu)特性、理化性質(zhì)等方面的研究。第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日2．雙層類脂膜這類膜是指具有雙分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄類脂膜。雙層類脂膜的厚度小于10nm，具有兩個界面，不透光。雙層類脂膜的制備方法是：將一塊聚四氟乙烯薄板中間開一個直徑1.5mm的小孔，將此板浸入水中，再將溶解有雙親分子的溶液從孔的下端加入，最初形成一個厚的類脂膜，然后逐漸變薄，到膜變黑時，小孔處即形成了雙層類脂膜（圖2.11）雙層類脂膜可以將溶液分隔成兩個部分，是模擬細胞膜內(nèi)、外環(huán)境的理想模型，在生物化學體系研究中具有重要意義。第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日雙層質(zhì)膜的用途（簡單擴散）第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日3．脂質(zhì)體是指由磷脂形成的封閉的雙分子層球形或橢圓形的囊泡結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)體的制備：將磷脂溶于水中，經(jīng)強超聲波處理，即形成脂質(zhì)體（圖2.11）?？刂屏字臐舛燃斑m當加入表面活性劑等添加劑，可制備不同大小或不同性質(zhì)的脂質(zhì)體。由于脂質(zhì)體在結(jié)構(gòu)上與細胞相似，因此，是研究細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能的理想模型。第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日脂質(zhì)體在生物技術方面的應用第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)生物體的化學組成第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.生物體的元素組成組成生命體的物質(zhì)是極其復雜的。但在地球上存在的92種天然元素中，只有28種元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)：第一類元素：包括C、H、O和N四種元素，是組成生命體最基本的元素。這四種元素約占了生物體總質(zhì)量的99%以上。第二類元素：包括S（蛋白質(zhì)）、P（核酸、ATP）、Cl、Ca、K、Na和Mg（無機離子）。這類元素也是組成生命體的基本元素。第三類元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物體內(nèi)存在的主要少量的過渡金屬元素，作為酶的輔助成分。第四類元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si、V等，其功能還未完全清楚。第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎和功能基礎，是生物化學研究的基本對象。生物分子的主要類型包括：糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日(1)生物分子中的主要基團羥基(-OH)，醛基(-CHO)，酮基(C=O)，羧基(-COOH)，氨基(-NH2)，酰氨基(H2N-C=O)，巰基(-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頁，共六十五頁，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、核酸和蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱為生物大分子。生物大分子具有如下特征：第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日由結(jié)構(gòu)比較簡單的小分子

結(jié)構(gòu)單元分子所組成生物體中含有許多不同的生物分子，如大腸桿菌細胞的生物分子>6000種；其中蛋白質(zhì)>3000種，核酸>3000種。最重要的結(jié)構(gòu)單元分子主要有以下幾類:第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日①構(gòu)成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元分子20種基本氨基酸:堿性氨基酸：賴氨酸(Lys),精氨酸(Arg),

組氨酸(His);酸性氨基酸：門冬氨酸(Asp),谷氨酸(Glu)

第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日疏水性氨基酸疏水性氨基酸：丙氨酸(Ala),纈氨酸(Val)，異亮氨酸(Ile)，亮氨酸(Leu),甲硫氨酸(Met),苯丙氨酸(Phe),酪氨酸(Tyr),色氨酸(Typ);第四十頁，共六十五頁，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);第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日特殊氨基酸絲氨酸(Ser)蘇氨酸(Thr)門冬氨酸(Asn)谷氨酰胺(Gln)第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日②構(gòu)成核酸的結(jié)構(gòu)單元分子核苷酸：核糖核苷酸（NTP），脫氧核糖核苷酸（dNTP）,二脫氧核糖核苷酸(ddNTP).堿基：腺嘌呤(A)，鳥嘌呤(G)，尿嘧啶(U)，胸腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C).第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日③構(gòu)成脂的結(jié)構(gòu)單元分子

甘油、脂肪酸和膽堿第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日④構(gòu)成糖的結(jié)構(gòu)單元分子單糖第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）生物大分子都具有非常復雜的結(jié)構(gòu)生物大分子的結(jié)構(gòu)可分為兩型種類：①生物大分子的一級結(jié)構(gòu)：構(gòu)成生物分子的結(jié)構(gòu)單元分子按不同的排列組合，形成數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復雜的線性分子或環(huán)狀分子。通常將只涉及結(jié)構(gòu)單元的排列順序的結(jié)構(gòu)類型稱為一級結(jié)構(gòu)。如有四種核苷酸構(gòu)成含有8個核苷酸單元的DNA，可有48（65536）個不同一級結(jié)構(gòu)的分子（異構(gòu)體）。由20種氨基酸構(gòu)成含有8個氨基酸的8肽，則有208（2.56X1010）個不同一級結(jié)構(gòu)的分子（異構(gòu)體）。第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日②生物大分子的立體結(jié)構(gòu)生物大分子在線性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)基礎上，通過分子內(nèi)或分子之間的基團（包括極性、非極性和帶電荷基團）相互作用，可以進一步形成非常復雜的立體結(jié)構(gòu)。例如盤繞成螺旋形，折疊成片層狀。有的以線狀存在，而有的則形成球狀等。根據(jù)生物分子立體結(jié)構(gòu)特征，可分為：二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)——這種復雜結(jié)構(gòu)，使生物分子具有復雜生理功能的重要原因。第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）生物分子的手性構(gòu)成生物大分子的結(jié)構(gòu)單元分子大多數(shù)都是手性分子。例如，構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L－型，構(gòu)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頁，共六十五頁，2022年，8月28日第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日②前手性碳原子、前手性氫原子

前手性氫的標記方法第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日③生物大分子的手性環(huán)境對前手性分子的影響

生物大分子的手性環(huán)境對生物分子的識別和相互作用具有重要的影響。如酶的活動中心能識別并結(jié)合底物分子的前手性R-基團（或re-face）或Ｓ-基團（或si-face）.第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日

④生物分子間的相互作用和識別特征。

生物大分子與普通的小分子不同，生物大分子間存在著一種特殊的、轉(zhuǎn)移的相互作用，其結(jié)果是導致分子間的相互識別和形成超分子。這種特性使許多重要生理現(xiàn)象的分子基礎，如抗體與抗原的結(jié)合作用，酶與底物的專一性作用等。分子識別機制、模型的建立、與藥物分子的選擇性關系等的研究已成為生物化學和化學領域研究的熱門課題。第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日分子識別是生命現(xiàn)象中的一個重要特性。本質(zhì)上是生物分子之間的一種特殊的、專一性的相互作用結(jié)果。受體-底物相互作用和識別必須滿足如下條件：受體空間的大小和形狀要與底物分子相吻合；受體內(nèi)腔表面的基團與底物表面的基團之間存在著互補關系，即通過①氫鍵、②正負離子之間的靜電引力、③芳香基團中離域鍵間的-電子重疊作用力、④疏水鍵、⑤范德華力等弱的分子間作用力來維系和穩(wěn)定受體-底物間的締合狀態(tài)。如果同時存在兩個結(jié)構(gòu)相似的底物分子，則它們將相互競爭與受體的締合。這種作用是酶的抑制作用、藥物分子的專一性作用的分子基礎。第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物超分子生物超分子，又稱為復合物，是生物分子相互作用和識別的一種特殊的中間過程，是許多生命現(xiàn)象的必須階段。例如酶與底物、抗體與抗原以及受體與激素之間形成的復合物，都是生物超分子形成的例子。詳細研究超分子形成、離解及其功能，是目前生物化學和化學的重要研究課題。第五十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.生物體內(nèi)的水生物體內(nèi)水的含量：70%；水的功能：1.作為營養(yǎng)傳輸、酶催化的各種反應和生物能量的轉(zhuǎn)換的介質(zhì)；2.影響生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。(1)水的結(jié)構(gòu)和特性①水的結(jié)構(gòu)：

V-型結(jié)構(gòu)，H-O-H鍵角104.5°，H-O鍵長為0.958?，μ=6.17×10-30D第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日②水分子的特征形成氫鍵（生物分子與水間形成氫鍵，對生物分子的性質(zhì)和功能有重要影響，如與蛋白質(zhì)分子內(nèi)的氫鍵競爭，降低了分子內(nèi)氫鍵對蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用）水化作用（生物分子中的許多極性基團在水中發(fā)生的水化作用，使得其溶于水或形成特殊的親水區(qū)。）疏水締合作用——非極性分子或集團在水溶液中不能溶解，在水分子作用下，非極性分子或集團在水中締合在一起的趨勢作用。對兩性分子可形成親水區(qū)和疏水區(qū)。其主要是穩(wěn)定生物分子的構(gòu)象及其立體結(jié)構(gòu)（如蛋白質(zhì)的折疊等）親核作用——水中的氧原子具有親核作用，如水解反應；在生理條件下（pH-7），水的親核性較弱，很多有水的親核進攻引起的反應，需在催化劑或酶的作用下進行。第五十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日(2)緩沖溶液及生物體的緩沖體系①緩沖溶液緩沖溶液是一種特殊的水溶液系統(tǒng)。當少量的酸（H+）或堿(OH-)加入到緩沖溶液中時，溶液的pH變化很小。緩沖溶液系統(tǒng)由弱酸（H+供體）和它的共軛堿（H+受體）組成。例如，等摩爾的醋酸（弱酸）和醋酸離子（共軛堿）混合物的水溶液是典型的緩沖溶液。不同的緩沖溶液體系有不同的緩沖區(qū)。CH3COOH/CH3COO-溶液的緩沖區(qū)在pH4.761(pKa=4.76)H2PO4-/HPO42-

溶液緩沖區(qū)在pH6.681(pKa=6.68)；NH4+/NH3

溶液的緩沖區(qū)在pH9.251(pKa=9.25)。第五十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日磷酸緩沖液的滴定曲線第五十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日乙酸緩沖液的滴定曲線第六十頁，共六十五頁，2022年，8月28日緩沖溶液的濃度與pH關系緩沖溶液的濃度（弱酸和它的共軛堿濃度）與溶液的pH以及弱酸的pKa的定量關系可以用方程來描述。此式即為Henderson-Hasselbalch方程。第六十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日Henderson-Hasselbalch

方程的意義

定量描述了緩沖溶