現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論組成生物體的基本元件

第二章組成生物體的基本元件

——從生物小分子到生物大分子當前第1頁\共有54頁\編于星期四\9點生物小分子與生物大分子的關(guān)系生物小分子簡介生物大分子的形成生物大分子的高級結(jié)構(gòu)當前第2頁\共有54頁\編于星期四\9點一、生物小分子與生物大分子的關(guān)系當前第3頁\共有54頁\編于星期四\9點二、生物小分子簡介1、水

水對生物體非常重要水占生物體的60%以上的重量地球上生命起源于水中，陸生生物的體內(nèi)細胞也生活在水環(huán)境中水的性質(zhì)影響生命活動如：溶解性質(zhì)，酸堿度，pH當前第4頁\共有54頁\編于星期四\9點水影響生命活動的例子：肺泡在水環(huán)境中保證氧氣和二氧化碳的交換水分子間氫鍵造成水的表面張力，可使肺泡癟塌肺泡中存在一種表面活性蛋白破壞水的表面張力，是肺泡脹開當前第5頁\共有54頁\編于星期四\9點2、氨基酸氨基酸是同時具有α-氨基和α-羧基的小分子。當前第6頁\共有54頁\編于星期四\9點α-碳原子具有α-氨基和α-羧基是各種氨基酸的共性各種氨基酸的區(qū)別在側(cè)鏈基團——R上參與蛋白質(zhì)合成的共有20種天然氨基酸當前第7頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第8頁\共有54頁\編于星期四\9點根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可把20種氨基酸分成不同的組：疏水氨基酸：亮氨酸，異亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸親水氨基酸：絲氨酸，蘇氨酸，天冬酰氨，酸性氨基酸：天冬氨酸，谷氨酸堿性氨基酸：精氨酸，賴氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸，甲硫氨酸含羥基氨基酸：蘇氨酸，絲氨酸，帶環(huán)氨基酸：酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸當前第9頁\共有54頁\編于星期四\9點必需氨基酸：人體中不能合成的氨基酸纈氨酸精氨酸亮氨酸組氨酸異亮氨酸嬰兒還應(yīng)加上這兩種蘇氨酸半必需氨基酸苯丙氨酸色氨酸賴氨酸蛋氨酸谷類作物中尤其缺乏此種氨基酸當前第10頁\共有54頁\編于星期四\9點IleMetValLeuTrpPheThrLys一家寫兩三本書來異亮、甲硫、纈、亮、色、苯丙、蘇、賴甘丙纈亮異脂鏈；絲蘇半甲羥硫添；天谷精賴組酸堿；脯酪苯色雜芳環(huán)；門冬酰胺谷酰胺；都有“密碼”屬常見當前第11頁\共有54頁\編于星期四\9點

20種天然氨基酸除甘氨酸外，都帶一個不對稱碳原子-α碳原子，都有光學(xué)異構(gòu)體（鏡映體）。已知19種天然氨基酸均為L-型氨基酸。參與蛋白質(zhì)合成的也是L-型。當前第12頁\共有54頁\編于星期四\9點氨基酸的功能：（1）作為組建蛋白質(zhì)的元件（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調(diào)節(jié)、信號傳遞等）調(diào)味品：味精——谷氨酸鈉當前第13頁\共有54頁\編于星期四\9點3、單糖多羥基醛或多羥基酮稱為糖。以葡萄糖為例，葡萄糖是六碳糖天然單糖大多數(shù)是D-型糖，第五個C的羥基在右邊。吡喃型C1上羥基位置不同吡喃型出現(xiàn)α-，β-兩種構(gòu)型當前第14頁\共有54頁\編于星期四\9點（1）C2----C5均為不對稱碳原子。六碳糖有16種同分異構(gòu)體。（2）天然單糖在C5位上羥基有固定結(jié)構(gòu)方向，天然單糖大多數(shù)是D-型糖。（3）在水溶液中葡萄糖在C1---C5之間脫水通過氧橋相聯(lián)成環(huán)狀－吡喃型（4）各個C上羥基位于環(huán)上或環(huán)下（5）C1上羥基位置不同出現(xiàn)α-，β-兩種構(gòu)型當前第15頁\共有54頁\編于星期四\9點單糖的生物功能：A、作為多糖的組成元件B、作為燃料C、組成寡糖參與細胞信號傳遞當前第16頁\共有54頁\編于星期四\9點4、核苷酸核苷酸分子由三個部分組成：堿基：嘧啶、嘌呤五碳糖：核糖或脫氧核糖磷酸當前第17頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第18頁\共有54頁\編于星期四\9點

堿基—糖之間是β—糖苷鍵糖—磷酸之間是磷酸酯鍵當前第19頁\共有54頁\編于星期四\9點參加大分子核酸組成的共有8種核苷酸DNA水解液RNA水解液中脫氧腺核苷酸（dAMP）腺苷酸（AMP）脫氧鳥核苷酸（dGMP）鳥苷酸（GMP）脫氧胞核苷酸（dCMP）胞苷酸（CMP）脫氧胸腺核苷酸（dTMP）尿苷酸（UMP）當前第20頁\共有54頁\編于星期四\9點還有一些重要的具有生物活性的核苷酸當前第21頁\共有54頁\編于星期四\9點5、脂類脂類是指生物體內(nèi)不溶于水而溶于有機溶劑的各種小分子。葡萄糖－－－水溶性的油脂－－－脂溶性的當前第22頁\共有54頁\編于星期四\9點脂類種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大A、油脂：甘油三脂B、磷脂和鞘脂C、固醇當前第23頁\共有54頁\編于星期四\9點三、生物大分子的形成生物大分子主要有三大類：蛋白質(zhì)、核酸、多糖它們都是由生物小分子單體通過特有的共價鍵聯(lián)結(jié)而成。當前第24頁\共有54頁\編于星期四\9點1、氨基酸通過肽鍵聯(lián)成肽鏈寡肽：含有2-20個氨基酸殘基（如二肽、五肽、八肽）多肽：含20－50個氨基酸殘基蛋白質(zhì)：含幾十個氨基酸殘基注意：肽鏈有方向性，氨基端（N端），羧基端（C端）當前第25頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第26頁\共有54頁\編于星期四\9點2、單糖通過糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈（1）貳糖對貳糖結(jié)構(gòu)的了解包括弄清楚：單糖基成份（麥芽糖是兩個葡萄糖）α－還是β－糖苷鍵取代位置麥芽糖當前第27頁\共有54頁\編于星期四\9點（2）多糖

淀粉和纖維素都由葡萄糖組成（1，4糖苷鍵），它們之間主要區(qū)別在于α－糖苷鍵和β－糖苷鍵的區(qū)別當前第28頁\共有54頁\編于星期四\9點（3）注意：多糖鏈也有方向性，有還原端和非還原端當前第29頁\共有54頁\編于星期四\9點3、核苷酸通過磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸（1）核酸鏈也有方向性（2）DNA和RNA在組成成份上有差別DNARNA脫氧核糖核糖有胸腺嘧啶有尿嘧啶無尿嘧啶無胸腺嘧啶當前第30頁\共有54頁\編于星期四\9點四、生物大分子的高級結(jié)構(gòu)

由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。其中最主要的特點是：生物大分子有獨特的立體結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型和分子整體形狀。當前第31頁\共有54頁\編于星期四\9點1、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指肽鏈中氨基酸的排列順序蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指鄰近幾個氨基酸形成的一定的結(jié)構(gòu)形狀。如：α-螺旋和β-折疊當前第32頁\共有54頁\編于星期四\9點蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)形狀。如纖維蛋白和球狀蛋白。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指各條肽鏈之間的位置和結(jié)構(gòu)。所以，四級結(jié)構(gòu)只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質(zhì)。當前第33頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第34頁\共有54頁\編于星期四\9點血紅蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)當前第35頁\共有54頁\編于星期四\9點維持生物大分子高級結(jié)構(gòu)的重要因素－－非共價鍵范德華引力疏水基團相互作用當前第36頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第37頁\共有54頁\編于星期四\9點非共價鍵的鍵強度很小，所以：A、需要多個非共價鍵才足以維持高級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；B、高級結(jié)構(gòu)不很穩(wěn)定。生物大分子變性就是因為高級結(jié)構(gòu)破壞，大分子性質(zhì)改變，生物活性喪失。但是，一級結(jié)構(gòu)尚未破壞。當前第38頁\共有54頁\編于星期四\9點RNase的變性和復(fù)性注意：雙硫鍵（共價鍵）也在維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)中起重要作用。當前第39頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第40頁\共有54頁\編于星期四\9點2、核酸的高級結(jié)構(gòu)（1）DNA雙螺旋A、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成雙螺旋，糖－磷酸－糖構(gòu)成螺旋主鏈B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直當前第41頁\共有54頁\編于星期四\9點

C、兩條鏈對應(yīng)堿基呈配對關(guān)系（形成氫鍵）

A＝TG≡CD、螺旋直徑20A，螺距34A，每一螺距中含10bpDNA雙螺旋可以看作是DNA的二級結(jié)構(gòu)，DNA的三級結(jié)構(gòu)的形成需要蛋白質(zhì)幫助。當前第42頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第43頁\共有54頁\編于星期四\9點（2）RNA為單鏈盤繞，局部形成堿基配對。

例如：轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）的三葉草結(jié)構(gòu)當前第44頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第45頁\共有54頁\編于星期四\9點3、多糖的高級結(jié)構(gòu)不同高級結(jié)構(gòu)帶來不同的生物學(xué)性能淀粉形成螺旋狀能源貯存纖維素呈長纖維狀結(jié)構(gòu)支架當前第46頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第47頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第48頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第49頁\共有54頁\編于星期四\9點當前第50頁\共有54頁\編于星期四\9點（1）固醇類的內(nèi)核由4個環(huán)組成（2）一些人體重要維生素和激素是固醇（3）膽固醇是細胞的