生物化学（全套ppt课件）.ppt

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1、生物化学,绪 论,研究方向研究发展史生物化学的分支发展方向,生物化学是一门运用化学原理和方法，研究生命现象的科学。,着眼于：搞清生命机体的化学组成；维持生命活动的各种化学变化及其联系；,绪 论,生物体的主要组成,主要成分： 糖类、脂类、蛋白质、核酸、水、 无机盐对生物体内化学反应起调节作用的物质： 酶、维生素和激素,研究方向,静态生化： 研究上述物质的组成、 结构、性质和功能。动态生化： 研究上述物质在生物体内的物质代谢和能量代谢。分子生物学： 研究生物大分子结构、功能、 信息传递及代谢调控。,绪 论,研究发展史,生物化学发展前期(准备期）描述生化发展期（1770-1903）动态生化发展期（1

2、903-1950）分子生物学的创立与发展期 （1950年后）,绪 论,生物化学的分支,按研究对象分： 动物 、植物 、微生物 ；按学科分： 无机 、 有机 、 生理 、 物理化学 、临床 、农业等。,绪 论,生命起源遗传进化生物发育疾病的产生大脑记忆推理生物行为环境生态人类健康等。,绪 论,生物化学的发展方向,第一章,蛋白质化学,本章内容,蛋白质的生物学功能蛋白质的组成氨基酸的化学蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分离纯化蛋白质的分类,蛋白质化学,生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断自我更新。 恩格斯反杜林论1878,蛋白质化学

3、,概念：,蛋白质（protein，简写pro): 是由20种L- 氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具较稳定构象并具一定生物功能的生物大分子。,蛋白质化学,一、蛋白质的生物学功能,1、催化作用几乎所有的酶都是蛋白质,蛋白质化学,膜蛋白,2、生物体的结构成分,3、运输和储存,血红蛋白在血中输送氧肌红蛋白在肌肉中输送氧,膜蛋白起运输作用,4、运动作用： 动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动,5、免疫保护作用,抗体,6、激素作用： 胰岛素等7、接受和传递信息的受体： 受体蛋白，,8、控制细胞生长、分化： 生长因子、阻遏蛋白9、毒蛋白： 植物、微生物、昆虫所分泌10、许多蛋白在凝血作用、通透作

4、用、 营养作用、记忆活动等方面起重要作用。,二、蛋白质的组成,（一）蛋白质的元素组成： C、H、O、N 及少量的 S 特点：N 在各种蛋白质中的平均含量为16% 用定氮法可测定蛋白质含量： 蛋白质含量(g) = 蛋白质含氮量6.25,蛋白质化学,(二）蛋白质的水解,1、完全水解：用浓酸、碱将蛋白质 完全水解为氨基酸。 酸水解：无消旋作用，产物为L-氨 基酸。 碱水解：多数氨基酸被破坏，有消 旋现象。,蛋白质化学,2、部分水解： 一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸。,蛋白酶： 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。,三、氨基酸的化学,氨基酸（amino a

5、cid, 简写aa)： 蛋白质的基本组成单位，是含氨基的羧酸。天然蛋白质由20种氨基酸组成。,氨基酸的化学,（一）氨基酸的结构,1、通式：,-氨基酸中碳原子为不对称碳原子（除甘氨酸）,氨基酸的化学,由通式可得出：,1）组成蛋白质的aa都是-氨基酸 （除脯氨酸 亚 氨基酸外） ；2）不同aa仅R链不同；3）除甘氨酸外，其余aa的-碳原子 均为不对称碳原子。,2、 -氨基酸的构型：,构型：由于基团或原子在空间排列的不 对称性而引起的光学活性立体结构 称立体构型。立体构型： 氨基在左为L-型； 氨基在右为D-型,天然pr中的aa均为L-型；两型aa的生理功能不同。,氨基酸的化学,3、 - 氨基酸具旋

6、光性,左旋（-）：能使偏振光向左；右旋（+）：能使偏振光向右。旋光特性表示： 比旋光度D， L-氨基酸比旋光度见P3表1-2,氨基酸的化学, 构型与比旋光度无直接对应关系,氨基酸的旋光性和旋光角度与R基团的性质及测定时溶液的pH有关；当某氨基酸以等量L、D型混合时，旋光抵消，称外消旋；化学合成所得氨基酸为D、L各半的混合物，称DL型，无旋光性，可用化学或生化方法将二型分开，此时才表现出旋光性。,氨基酸的化学,（二）氨基酸的种类及结构,1、按结构可分为：（1）脂肪族侧链：,氨基酸的化学,甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸,丝氨酸,脯氨酸,苏氨酸,2）芳香族侧链：,苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,

7、3）含硫侧链：,半胱氨酸,甲硫氨酸,4）含氮碱性侧链：,组氨酸 赖氨酸 精氨酸,5）酸性及酰胺侧链：,天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺,2、按R基团的极性分：,极性氨基酸： 极性不带电荷：丝、苏、天冬酰胺、 谷氨酰胺、酪、半胱、 极性带正电荷：天冬、谷、 极性带负电荷：组、赖、精、,非极性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、 苯丙、甲硫、脯、色、,氨基酸的化学,3、按人体是否可合成来分：,必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。 赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙半必需氨基酸：人体可合成，但幼儿期合成速度不能满足需要。 组*、精*、非必需氨基酸：机体可自身合成的氨基酸。,氨基酸的

8、化学,4、在有些蛋白质中存在的氨基酸及其衍生物：,胱氨酸：2个半胱氨酸脱氢形成胱氨酸,羟脯氨酸（胶原蛋白）鸟氨酸（甲状腺蛋白）,5、非蛋白质氨基酸：,L-瓜氨酸、 L-鸟氨酸：参加尿素循环； -丙氨酸：维生素前体；-氨基丁酸：神经递质； D-谷氨酸、 D-丙氨酸：细菌细胞壁的组分。,氨基酸的化学,（三）氨基酸的重要理化性质,1、一般物理性质：2、两性解离与等电点（两性性质）：（1）氨基酸为两性电解质：,氨基酸的化学,（2）aa解离方式取决于所处环境的pH：,氨基酸的化学,在电场中，阳离子向负极移动；阴离子向阳极移动；调整pH，使aa净电荷为零时，aa既不向阳极也不向阴极移动。,（3）等电点（i

9、soelectric point, 缩写为pI）,规定aa净电荷为为零时的pH为该aa的等电点,氨基酸的化学,（4）pI的测定：,基于aa所带基团均可解离；酸碱滴定法；得到弱酸弱碱曲线；根据aa上可解离基团的pK值计算等电点： pK：解离常数。 以甘氨酸为例：,氨基酸的化学,由此可知：,在生理pH内，aa 的羧基和氨基全部解离；具有这种性质的物质称两性电解质；带有相反基团的分子叫两性离子；滴定中Gly的阳离子（R+）、阴离子（R-）和两性离子（R）的比例随pH而变；当溶液中只有两性离子时， pH = pI,（5）等电点的计算,由式可知解离常数：,氨基酸的化学,由此可知： 已知在pI时， R+=

10、 R-，整理可得：,K1 K2 =,H+ 2,两边取负对数： -lg H+ 2 = - lg K1 - lg K2 -lg H+ = pH - lg K1 = pK1 - lg K2 = pK2 2 pH = pK1 + pK2令 pI为等电点时的pH，则 pI = （ pK1 +pK2）Gly：pI = （2 .4 + 9.6) = 5.97,由此可知: 等电点相当于该aa两性离子状态两侧 基团pK值之和的一半。,A、对侧链R基不解离的中性氨基酸： pI=1/2（ pK1+ pK2）即：等电点pH值与离子浓度无关，只取决于兼性离子两侧基团的pK值。,B、对有三个可解离基团的氨基酸：,如：酸性

11、氨基酸、碱性氨基酸的pI计算： a、先写出其解离公式； b、后取兼性离子两侧基团的pK值的平 均值。,如：天冬氨酸,如赖氨酸：,总结,a、各种aa的pI不同； b、同一pH下，各种aa所带电荷不同； pHpI ：aa+ pHpI：aa- 用离子交换、电泳将aa分开 c、处于pI时，aa溶解度最小，易沉淀； 可分离aa。,3、紫外吸收性质：,只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力，因其含有苯环共轭双键的R侧链。酪氨酸 max：270nm苯丙氨酸max ：259nm色氨酸 max ：279nm 所以，测样品280nm处的光吸收值，可知溶液中蛋白质浓度。此法快速简便。,4、氨基酸的重要化学性质,（1）与茚三

12、酮的反应： -氨基酸与水合茚三酮溶液共热，引起aa氧化脱氨、脱羧，水合茚三酮与反应产物（氨和还原型茚三酮）生成兰紫色化合物（Pro和Hyp呈黄色），色深与溶液中氨基浓度成正比。,氨基酸的化学,应用：可定性或定量测定各种氨基酸。,a、根据颜色深浅，在570（440）nm处 测OD值，可知样品中氨基酸含量。 b、定量释放的CO2可用测压法测量，计 算出参加反应的aa量。 c、蛋白质和多肽亦可反应，但灵敏度差。,氨基酸的化学,其他化学反应,与二硝基氟苯（DNFB）的反应与丹磺酰氯的反应异硫氰酸苯酯的反应与甲醛反应与荧光胺的反应与5，5-双硫基-双(2-硝基苯甲酸)的反应,氨基酸的化学,5、氨基酸的分

13、离分析,氨基酸的化学,（1）分配层析法： 一种溶质在两种互不相溶或几乎不相溶的溶剂中分配时,在一定温度下平衡后,溶质在 两相溶剂中的浓度比值与其溶解度比值相等,此比值称分配系数. 如在酚-水系统分配时,每种aa有特定分配系数,依此可用逆流分配法分离.,固定相： 借助一定支持物（如：纤维素、淀粉、硅胶等亲 水性不溶物质），以结合水为固定相。 流动相： 以与水不溶的有机溶剂（如：酚、正丁醇）为流 动相。方法： 流动相流过支持物，将分配系数不同的氨基酸分 开，以茚三酮显色，形成色谱，扫描定量，或洗 脱后比色定量。,氨基酸的化学,2）氨基酸分离纯化方法,分配柱层析,氨基酸的化学,纸层析,薄层层析（将纸

14、换成纤维素、硅胶、氧化铝等）离子交换柱层析（全自动氨基酸分析仪）气相色谱（气相色谱仪）高效液相色谱,四、蛋白质的结构,四、蛋白质的结构,构型：指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。构象：指这些取代基团在单键旋转时可能形成的不同的立体异构体。蛋白质的构象：指蛋白质特有的空间结构。,蛋白质结构有不同的组织层次：,（一）蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构是以肽键连接aa的线性序列。1、肽和肽键的结构： 肽（peptide)：一个氨基酸的-羧基和另一氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。,四、蛋白质的结构,2、肽链的基本连接方式肽键,肽键(peptide bond)：为1个氨基酸的-氨基和另一氨基

15、酸的-羧基之间脱水后形成的共价键，即酰胺键。此为蛋白质中氨基酸连接的基本方式。,1）肽键具高度稳定性；2）具双键性质，不能自由转动；3）肽单元呈平面化和刚性性质；4）C=O与NH反式排列。,四、蛋白质的结构,3、肽链间/内的连接二硫键：,四、蛋白质的结构,概念：由肽链中相应部位上两个半胱氨 酸脱氢连接而成，此称胱氨酸残 基，是连接肽链内或肽链间的主 要桥键。 功能：稳定肽链空间结构；赋予一定生 物活力。,四、蛋白质的结构,二硫键的连接，种类有多种,例：胰岛素,胰脏中胰岛-细胞分泌的一种蛋白质激素。功能：降低血糖。结构： A链：21aa；B链：30aa； 链间有两对二硫键； 在A链内aa6和aa

16、11间 以二硫键连成小环。如：牛胰岛素,四、蛋白质的结构,多肽（polypeptide)：多个氨基酸以肽键 连接方式形成.,书写习惯：左N右C；一端是游离氨基；另一端为游离羧基。肽链中的氨基酸已非完整分子，称氨基酸残基(animo acid residue);,四、蛋白质的结构,4、天然存在的活性肽,活性肽(active peptide)：存在于生物体内，具各种特殊生物学功能的肽。,四、蛋白质的结构,谷胱甘肽（GSH）：多肽激素：如催产素、加压素、肾上腺皮质激素、胰高血糖素、舒缓激肽等；脑肽：脑啡肽、内啡肽：抗生素：如短杆菌肽、放线菌素D毒素等,5、蛋白质一级结构测定的一般方法,(1)间接法:

17、 测定cDNA序列推出mRNA序列,分析蛋白质aa组成 .,四、蛋白质的结构,(2)直接法:,1）确定氨基酸组成： 酸解、分离、显色、定量测定； 2）氨基酸末端分析： N末端分析: 异硫氰酸苯酯（PITC法） 2，4-二硝基氟苯法 (DNFB) 丹磺酰氯法（DNS法） C末端分析: 化学法、羧肽酶法,化学法：溴化氰及无水溴化氰.酶解法：胰蛋白酶、糜蛋白酶、 氨肽酶、羧肽酶。,四、蛋白质的结构,3）将多肽特异地裂解成较小的肽：,4）用Edman方法分析各小肽的氨基酸序列,与异硫氰酸苯酯(PITC)的反应。,5）将已知序列各肽段重叠，确定整 个肽链的氨基酸顺序。,（二）蛋白质的空间结构,概念：Pr

18、o空间结构又称Pro的构象（高级结构），指Pro分子中所有原子和基团在三维空间的排列及肽链的走向。,四、蛋白质的结构,血红蛋白四级结构,纤维状蛋白分子：,种类:角蛋白、胶原蛋白、血纤维蛋白、肌纤维蛋白。功能:在生物体内保护、支持、结缔功能。,四、蛋白质的结构,胶原蛋白,（2）球蛋白分子：,种类：血红蛋白、肌红蛋白、清蛋白、球 蛋白、酶蛋白、激素蛋白、抗体等。,1、蛋白质分子中的非共价键：,四、蛋白质的结构,（1）氢键： 羧基上的氧与亚氨基上的氢原子所形成。 作用：链内维持二级结构；链间为三、 四级结构所需。（2）疏水键：aa非极性侧链形成。 作用：维持三级结构。,（3）盐键：,带正负电荷的侧链

19、通过静电引力形成。（4）范德华力：中性分子或原子间的作用力。,四、蛋白质的结构,次级键的特点与作用,键能弱；数量多。所以，在维持蛋白质空间结构中起重要作用。,2、蛋白质的二级结构,指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕形式；- 螺旋结构- 折叠结构- 转角结构自由回转,四、蛋白质的结构,（1） - 螺旋(-helix),因肽链中aa残基中的-NH与前三个aa的C=O间可形成氢键，使得肽链呈螺旋状盘曲。氢键取向几乎与中心轴平行。,四、蛋白质的结构,（2） -折叠(-pleated sheet),结构特点： 肽链伸展，按层排列, 在肽链的不同区段或不同肽链间形成氢键,维持结构的稳定性。,四、蛋白质的结构,

20、-折叠有两种类型,平行：所有肽链的N端处于同一端，氢键不与肽链走向垂直。如： - 角蛋白。,四、蛋白质的结构,反平行：肽链的N端不处于同一端，氢键与肽链走向垂直。如：丝心蛋白。,（3）- 转角(- turn),链内形成氢键，多肽链出现180的回折。此回折角称- 转角结构。 此结构广泛存在球状蛋白中。,四、蛋白质的结构,（4）自由回转(random coil),（亦称无规则卷曲、自由绕曲）指无规律的松散肽链结构。通常酶蛋白的功能部位在此。,2、超二级结构(supersecondary structures),四、蛋白质的结构,指若干相邻二级结构单元组合彼此相互作用，形成有规则的在空间上能辨认的二

21、级结构组合体。此为二级结构与三级结构间的一种过渡构象。如：，；等。,3、结构域(domains)：,多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对独立的三维实体称结构域。具有部分生物学功能。,四、蛋白质的结构,甘油醛3-P脱氢酶结构域,几种常见的结构域,四、蛋白质的结构,蚯蚓血红蛋白的结构域四个螺旋。,免疫球蛋白VL的结构域,丙糖异构酶,结构域与三级结构的关系,四、蛋白质的结构,多肽链 二级结构 超二级结构 结构域 三级结构,4、蛋白质三级结构,概念：指蛋白质多肽链上所有原子在三维空间的分布。较小蛋白质分子：多为单结构域，即三级结构；较大蛋白质分子：由2或2个以上结构域结合成三级结构。,四、

22、蛋白质的结构,肌红蛋白三级结构,4、蛋白质的四级结构,亚基：几条肽链以非共价键联结成一稳定的活性单位，这种肽链称该蛋白质的亚基(subunit)。四级结构：亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象。,四、蛋白质的结构,血红蛋白:2个亚基和2个亚基。,蛋白质的四种结构层次,四、蛋白质的结构,蛋白质的一级结构 蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序。蛋白质的空间结构 一级结构卷曲、折叠而成。通常分为二级结构、超二级结构、结构域、三级结构、四级结构。一级结构决定空间结构。,五、蛋白质分子结构与功能的关系,蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质构象与功能的关系,(一）蛋白质一级结构与生物功能,1、一级结构不同,蛋白质

23、功能不同,五、蛋白质分子结构与功能的关系,2、一级结构的关键部分相同， 功能相同：,不同来源的胰岛素都由A、B链，51个aa组成，但一级结构的aa种类并不完全相同。,3、一级结构改变引起的分子病：,如：镰刀型贫血病血红蛋白仅一级结构： 6Glu换成6Val 由此引起三级结构多一疏水键，四级结构发 生线性缔合，导致红细胞发生溶血。,五、蛋白质分子结构与功能的关系,蛋白质的空间结构决定于其一级结构和周围环境的影响如：疯牛病,PrP c PrP c (上) PrP sc(下),PrP c PrP sc 螺旋 40 21 折叠 3 54%,rion的发现，提示人们，一级结构和环境因素影响蛋白质的构象。

24、,（二）蛋白质构象与功 能的关系,蛋白质构象改变，活性丧失。,五、蛋白质分子结构与功能的关系,用化学方法修改Pro或多肽化合物的结构，可提高活性；了解Pro结构中的活性必需片段，可人工合成Pro。,五、蛋白质分子结构与功能的关系,六、蛋白质的性质,蛋白质的性质与其分子大小、结构及其组成aa的性质密切相关。(一）分子量： Pr为高分子有机物，分子量几千几千万。分子量测定方法：渗透压法； 超速离心法； 凝胶过滤法； 聚丙烯酰胺电泳法等。,（二）两性电离与等电点,六、蛋白质的性质,应用电泳法：分离各种蛋白质；鉴定蛋白质的纯度。此多用于科研、生产、临床诊断等。,（三）胶体性质,蛋白质水溶液为亲水胶体。

25、不能通过半透膜；分子周围有双电子层和水化层，有利于稳定pr胶体系统。,六、蛋白质的性质,超滤,透析,（四）呈色反应,反应 试剂 颜色 反应基团双缩脲反应 NaOH,稀CuSO4 紫或粉 2个以上肽链Millon反应 Millon,硝酸，亚硝酸 红色 酚基黄色反应 HNO3及NH3 黄、橘黄 苯环乙醛酸反应 乙醛酸H2SO4 紫红 吲哚坂口反应 次氯酸钠,萘酚，NaOH 红色 胍基Folin酚试剂反应 CuSO4磷钨酸-钼酸 兰色 酚基茚三酮反应 茚三酮 紫兰色 游离氨羧基,六、蛋白质的性质,（五）沉淀反应,机理： 1）利用pr两性电离性质。 2）许多化学试剂可减少pr与水的亲和力方法：盐析、醇

26、、酸、重金属离子、生物碱,六、蛋白质的性质,（六）蛋白质的变性（denaturation),1、概念：许多理化因素能破坏pro分子三维结构中的氢键及其它弱键，导致pro活性丧失的现象。1）分子内部结构改变：次级键破坏；2）分子表面结构改变：疏水基团暴露。主要标志：生物功能的丧失。,六、蛋白质的性质,2、变性蛋白在性质上的变化,1）溶解度降低；2）二、三级结构破坏，但肽键未破坏，故 其组成和分子量不变；3）化学反应基团增加；4）失去螺旋结构，对称性下降，结晶能力 丧失；5）对蛋白酶水解敏感性增加；6）生物活性降低或全部丧失。,六、蛋白质的性质,3、使蛋白质变性的理化因素：,1）物理因素：加热、激

27、烈振荡、超声波、 -射线、紫外线等；2）化学因素：A 酸碱破坏盐键；B 乙醇、丙酮等有机溶剂进入pr间隙与之形成氢键，破坏pr分子内各弱键；C 浓脲溶液、盐酸胍及某些去垢剂(SDS)可破坏氢键，暴露巯基，强化酸碱的破坏作用。,六、蛋白质的性质,4、可逆变性与不可逆变性,可逆变性： 凡变性未超过限度，pr活性可恢复; 如：胃酶在80-90，失活；温度降至37，恢复。不可逆变性： 变性不可恢复。 如：煮鸡蛋。,六、蛋白质的性质,七、蛋白质的分离纯化,分离pro的各种方法主要根据pro的如下性质；1、分子大小2、溶解度；3、电荷；4、吸附性质；5、对其他分子（配基）的生物学亲和力。,（一）分离蛋白质

28、,等电点沉淀、盐析、超速离心、透析、有机溶剂分级分离,七、蛋白质的分离纯化,（二）纯化蛋白质,层析法分子筛离子交换法电泳法等电点聚焦法等,分子筛 凝胶过滤法,离子交换法,电泳法,上：凝胶电泳左：纸电泳,八、蛋白质的分类,分类原则：按分子形状、分子组成、溶解度、生物功能（一）按分子形状：球状蛋白和纤维状蛋白；（二）按分子组成：简单蛋白和结合蛋白；（三）按溶解度：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇 溶蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白等。,本章小结,蛋白质的生物学功能蛋白质的组成氨基酸的化学蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分离纯化蛋白质的分类,第三章,糖类的结构与功能,本章内容：,糖的

29、一般概念单糖寡糖多糖及其复合物,一、糖的一般概念,糖类物质是含多羟醛或多羟酮类化合物。主要由C、H、O组成，其分子式常用Cn(H2O)n来表示。,（一）概念：,（二）分布：,所有生命机体中，其中：植物：含糖量占其干 重的85-90%；动物：含糖量不超过 其干重的2%微生物：含糖量占其菌体干重的10-30%,一、糖的一般概念,（三）功能：,作为能源作为碳源作为结构性物质细胞识别和信息传递的重要参与者。,一、糖的一般概念,（四）分类：,按其水解情况分类：单糖：凡不能被水解为更小分子的糖称。 如： 核糖、葡萄糖。寡糖：凡能被水解成少数（210个）单 糖分子的糖称。 如：蔗糖 葡萄糖+果糖,一、糖的一

30、般概念,多糖：凡能被水解成多个单糖分子的糖称。 如：淀粉 n葡萄糖复合糖：与非糖物质结合的糖。 如：糖蛋白等。衍生糖：糖的衍生物。 如：糖酸、糖胺等 。,二、单糖,概念：具有一个自由醛基或酮基，或有2个以上羟基的糖类物质。 根据羰基特点： 醛糖、酮糖根据碳原子数： 丙糖、丁糖、戊糖、 己糖等,（一）单糖的构型、结构及构象,1、构型：1）根据离羰基最远的不对称C原子的-OH位置： -OH 在左：L； -OH 在右：D 天然单糖大多数是 D-型糖。2）旋光性： 右旋：+； 左：；,二、单糖,2、结构,1）链式结构：,2）、环式结构,证明了链式结构后，发现葡萄糖的某些理化性质与醛不同。实验证明仅能生

31、成半缩醛。过长氧桥不合理，W.N.Haworth 提出透视式表达糖的环式结构。变旋现象（因糖分子结构互变而产生）,葡萄糖的结构转变,D-链式 -D-葡萄糖实验表明：葡萄糖在无水甲醇中受浓HCl作用生成2种糖苷，即C1有2种不对称结构。,吡喃糖,呋喃糖,葡萄糖与葡萄糖,-OH在下： -； -OH在上：-,-OH在下： -； -OH在上：-,3、构象,X-衍射表明，糖分子中的C-C键不在一个平面上，有椅式和船式两种。X-衍射、红外光谱、旋光性数据表明环己烷及其衍生物主要以椅式构象存在。,椅式 船式,糖结构总结,（二）单糖的性质,1、 与强酸共热生成糠醛： 戊糖 糠醛 +浓HCl 己糖 羟甲基糠醛,

32、生成糠醛,-萘酚 糠醛 紫红 羟甲基糠醛 紫红间苯二酚 酮糖 红 醛糖 浅红 用于鉴定。,糠醛与酚有颜色反应,1、与酸成酯磷酸酯,葡萄糖内酯,2、 遇碱分解成不同物质,3 、半缩醛羟基与醇、酚羟基脱水成苷,1）性质稳定，不氧化、不变旋、不成脎,2）功能各异： 毛地黄苷、强心苷：有强心功能； 皂苷：溶血功能；,4、氧化作用,羰基氧化：形成醛酸；伯醇基氧化：形成糠醛酸。斐林（Fehling）试剂定量,5、还原作用,羰基还原成醇基：,葡萄糖还原成山梨醇,果糖还原山梨醇、 甘露醇,6、游离羰基与3分子苯肼成糖脎作用,葡萄糖 苯腙 葡糖酮苯腙 葡糖脎各种糖形成的糖脎结晶和熔点不同,可鉴别糖.,苯肼,苯肼

33、,苯肼,（三）重要的单糖及其衍生物,1、单糖： 1）醛糖：有醛基的糖； 2）酮糖：有酮基的糖；,四种重要的己糖,葡萄糖 甘露糖 半乳糖 果糖,重要的戊糖,D-核糖 D-脱氧核糖,2、单糖的重要衍生物,1）糖醇：性质稳定、甜。如： 甘露醇：降压、药物、药物辅料。 山梨醇：氧化形成葡、果、山梨糖； VitC的原料 肌醇：对糖脂代谢有调节作用、B族Vit、 从玉米淀粉或微生物发酵制取。,二、单糖,2）糖醛酸：,单糖伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸：肝脏解毒剂；半乳糖醛酸：存在果胶中。,二、单糖,3）糖胺：氨基葡萄糖,糖分子中的一个羟基被氨基取代。如：D-氨基葡萄糖（几丁质） 半乳糖胺（软骨素）,三、寡糖,

34、1、概念：少数单糖（2-10个）缩合的聚合物。2、分布：自然界分布的主要是双糖、三糖， 3、结构：单糖的组成； 糖苷键的连接方式； 糖苷键的连接位置。,4、生物学功能,重要生物分子的组分；结构成分； 信号分子；,三、寡糖,5、糖苷键的形成,糖苷键与肽键,6、寡糖的种类,乳糖半乳糖+葡萄糖,蔗糖葡萄糖+果糖,，(12) 糖苷键,7、寡糖的一般性质：,还原糖：有游离半缩醛羟基的寡糖； 如：麦芽糖、乳糖。 非还原糖：无游离半缩醛羟基的寡糖； 如：蔗糖。,三、寡糖,四、多糖,（一）多糖的概念： 1、概念：由多个单糖以糖苷键相连而成 的高分子聚合物。 方向：左：非还原端； 右：还原端。,2、多糖的性质：

35、,胶体溶液、无甜味、无还原性、 有旋光性，但无变旋现象。,四、多糖及其复合物,3、多糖的结构：,一级结构：单糖的组成； 糖苷键的类型； 单糖的排列顺序而异。二级结构：取决于一级结构，指其分子骨架。,四、多糖及其复合物,4、多糖的种类：1）均一多糖：由一种单糖缩合而成。,糖原 淀粉 纤维素,不均一多糖：,由不同类型单糖缩合而成。,肝素,5、主要功能：,1）作为动植物结构的骨架物质；2）作为储存物质；3）机体的防御功能；4）抗凝作用等等。,（二）生物学上重要的多糖,1、淀粉：有两种分子组成；1）直链淀粉：葡萄糖分子以（1-4）糖 苷键缩合而成的多糖链。,四、多糖及其复合物,直链淀粉的二级结构呈螺旋

36、形,2）支链淀粉：,分子中除有（1-4）糖苷键 外，还在分支点处有（1-6 ）糖苷键。每一分支有20-30个葡萄糖基，各分支卷曲成螺旋。,淀粉的降解：,在酸或淀粉酶作用下被降解，终产物为葡萄糖：,四、多糖及其复合物,麦芽糖,遇碘呈蓝紫色 红色 不显色不显色,2、糖原：-D-葡萄糖多聚物,结构：同支链淀粉；区别在于分支频率及分子量为其二倍。,四、多糖及其复合物,分布： 主要存在于动物肝、肌肉中。 特点： 遇碘呈红色。功能： 同淀粉，亦称动物淀粉。其合成与分解取决于血糖水平。,3、纤维素,1）结构：由D-葡萄糖以（1-4）糖苷键连 接起来的线形聚合物。,四、多糖及其复合物,纤维中纤维素分子以氢键构

37、成微晶束,植物细胞壁中的纤维素,2）性质：,具亲水性；游离-OH中的H可被其它基团取代，构成各种高分子化合物： 羧甲基纤维素、DEAE-纤维素等层析载体。纤维素酶解成葡萄糖。,4、壳聚糖：,N-乙酰D-氨基葡萄糖以（1，4）糖苷键缩合而成。结构与纤维素类似，但氢键比其多。藻类、昆虫及甲壳类动物的结构组分。目前研究开发在：黏结剂、药物辅料等。,四、多糖及其复合物,基本单位是乙酰氨基葡萄糖,5、右旋糖苷人工合成的葡聚糖,结构：主链：- 1,6糖苷键； 支链： - 1,3和- 1,4糖苷键功能：降低血粘度、抗血栓、改善微循 环、利尿,其它多糖：,香菇多糖：-1,3葡聚糖，对肉瘤有抑制茯苓多糖：-1,

38、3葡聚糖，对肉瘤有抑制昆布多糖：-1,3葡聚糖，可治疗动脉粥 样硬化。,香菇多糖,五、糖复合物,糖与非糖物质结合而成。（一）、糖与蛋白质的复合物 种类：糖蛋白：主要性质接近蛋白质； 蛋白多糖：性质以多糖为主。,四、多糖及其复合物,糖类与蛋白质的连接方式：N-糖苷键：Asn的氨基与糖半缩醛-OH间形成；O-糖苷键：Thr、Ser等的-OH与糖半缩醛-OH 间形成。,1、糖蛋白,种类多：酶、激素、血浆糖蛋白、补体、 粘液物质及膜蛋白。特 点：高粘度功能多：润滑作用、保护作用、 肽链加工、运输作用、 分子识别、临床鉴定。,ABO血型物质,O型:分泌H型物质(Fuc)A型:在H型上加N-乙酰氨 基半乳

39、糖(GalNAc)B型:在H型上加半乳糖(Gal),血浆糖蛋白,除清蛋白外，余菌含糖。糖的种类：唾液酸、葡糖胺、半乳糖、 甘露糖为多； 少数是半乳糖胺、岩藻糖。功能：运输功能、 参与凝血酶原和纤维蛋白原。病理：降低：肝实质性障碍； 升高：胆汁性肝硬变和肝癌,2、蛋白聚糖,组成： 糖胺聚糖与核心蛋白以共价键连接而成。功能各异： 结缔组织的组分； 抗凝血作用； 保护作用 等。,1）透明质酸,葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖以-1,3和-1,4糖苷键交替连接而成,在皮肤、眼玻璃体、脐带等组织及卵子表面， 起保护作用。,2）硫酸软骨素,由N-乙酰半乳糖胺硫酸酯与葡糖醛酸组成。是软骨、腱和骨的主要结构成分

40、。,3）肝素,由2-硫酸艾杜糖醛酸与二硫酸氨基葡糖以-1,4和-1,4糖苷键交替连接而成。抗血凝剂。,4）牛软骨中的蛋白聚糖,由,5）细菌细胞壁肽聚糖,（二）、糖脂类：,脂类与糖的缩合物。种类：脑苷脂、 神经节苷脂、 脂多糖、功能：主要在细胞膜表面，是细胞识别的分子基础。,四、多糖及其复合物,第四章,酶,本章内容：,、酶的概念 、酶促动力学 、酶学发展及动向,、酶的概念,一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及组成三、酶的命名与分类四、酶的活性中心五、酶活性,酶的概念:,酶是活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸。,一、酶的概念,一、酶催化作用特点：,与一般化学催化剂相比，其共性

41、有：1、用量少而催化效率高；2、不改变化学反应的平衡点；3、可降低反应的活化能：,活化能：在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。,一、酶的概念,（一）催化效率高：,比较Fe3+和H2O2酶同样条件下的催化效果： 1mol/L H2O2酶 105 1mol/L Fe3+ 10-5酶促反应比非催化反应高10-1020倍； 比催化反应高107-1013倍。,（二）、具高度专一性,一种酶只能催化一种或一类十分相似的反应。底物（substrate ，S)：酶作用的物质。绝对专一性：只作用一种底物。相对专一性：作用于一类底物。,胰蛋白酶的基团专一性,三、酶促反应机理,乳酸脱氢酶的光学专一

42、性,消化道几种蛋白酶的专一性,三、酶促反应机理,三种Ser蛋白酶的专一性,糜蛋白酶：Phe、Tyr和Trp等有疏水侧链aa；弹性蛋白酶：Ala等小的有疏水侧链aa；胰蛋白酶：,三、酶促反应机理,（三）、酶易失活：,凡使pr变性的因素都可使酶破坏,酶在温和条件下作用。 （四）、酶活性受多种方式调控：如：抑制剂、反馈抑制、酶原激活、激 素等。,（五）、有些酶的活性与辅酶、辅基 及金属离子有关。酶除去，酶失活。,一、酶的概念,二、酶的化学本质及组成,（一）、酶的化学本质：1、大多数酶是蛋白质： 有空间结构；两性性质；胶体性质； 变性失活；可被蛋白酶分解；结晶；测序。2、某些RNA具有催化活性,将本质

43、为RNA 的酶称核酶（ribozymes)。,一、酶的概念,（二）按酶的分子特点分：,1、单体酶：一条肽链构成。2、寡聚酶：几到几十个亚基（相同或不同） 组成。3、多酶体系：几种酶彼此嵌合的复合体， 有利于一系列反应连续进行。,（三）、根据酶的组成分类：,1、单纯酶（简单蛋白质）： 其活性仅取决于其蛋白质结构。 如：蛋白酶、淀粉酶等。,一、酶的概念,2、结合酶：酶蛋白+辅因子=全酶,辅因子(cofacter)：热稳定的非蛋白小分子。 按分子组成： 金属离子：Mg2+、Mn2+ 小分子有机物：NAD + 、NADP +,按与酶的结合程度:,辅酶(coenzyme): 结合较松，可透析去除； 辅基

44、(prosthetic grup)： 结合较紧，透析不易除去。酶蛋白负责专一性；辅因子负责电子、原子或基团转移。 同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合，显示不同催化活性。,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的结构域和辅酶,一、酶的概念,三、酶的命名与分类,（一）酶的命名1、习惯命名：原则：根据酶的底物命名： 如：淀粉酶、蛋白酶；,根据酶所催化的反应性质命名：,如：转氨酶；综合上述两原则命名： 如：乳酸脱氢酶；上述命名加酶来源或酶的其它特点： 如：胃蛋白酶、碱性磷酸酶。,2、国际系统命名法,每个酶有两个名称：系统名、惯用名惯用名：简单、便于使用；系统名：明确标明酶的底物及催化 反应的性质。,二、酶的命名与分类,

45、惯用名 系统名,谷丙转氨酶 丙氨酸: -酮戊二酸氨基转移酶 催化反应 Ala+-酮戊二酸 Glu+丙酮酸,（二）酶的分类,国际酶学委员会根据酶催化反应的类型分类： 1 、氧化还原酶 2、转移酶 3、水解酶 4、裂解酶 5、异构酶 6、合成酶,二、酶的命名与分类,酶的编号,EC 为 Enzyme Commision 酶学委员会缩写,二、酶的命名与分类,四、酶的活性中心 （active center),（一）概念：活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化作用的空间部位。,三、酶促反应机理,羧肽酶的活性中心,实验：酶蛋白经水解切去部分肽链后，残留部分仍有活性。说明：参与催化反应的只是其中一小部分，即活

46、性中心。,活性中心的实质,活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的几个aa残基或其上的某些基团。活性中心以外的部分对酶催化次要但对活性中心形成提供结构基础。,胰凝乳蛋白酶的活性中心,（二）活性中心的功能部位：,结合部位：酶分子上与底物结合的部位。催化部位：底物在此发生一定的化学变化。,三、酶促反应机理,（三）活性中心的特点：,1、仅为酶体积的很小部分；2、具有一定的空间构象；3、S与E靠次级键结合；4、是由特定空间构象维持的一个裂隙。,三、酶促反应机理,溶菌酶活性中心,（四）研究酶活性中心的方法：,1、通过研究专一性底物判断确定E活性中心的结构；2、用化学修饰法共价修饰E分子的一些功 能基团，

47、以查出哪些基团是活性必需的；3、X-衍射直接探明活性中心。,三、酶促反应机理,五、酶活性（enzyme activity):,（一）概念： 酶活性（酶活力）： 指酶催化一定化学反应的能力。 用酶所催化的某一化学反应速度的快慢来表示酶的含量和存在。,三、酶促反应机理,（二）表示方法：,1、酶活力单位（active unit, U，I.U）： 特定条件下（25 ），在1分钟内能转 化1微摩尔底物的酶量。2、酶的转换数（katal，kat）： 在最适条件下（30 ）每秒钟1个酶 分子转换底物的分子数。 1 kat = 6107 I.U,3、酶的比活力：,指每mg酶蛋白所具有的酶活力，一般用 U/ m

48、g蛋白表示。 4、用反应初速度（ v ） 来表示： 测单位时间内、单 位体积中底物减少 或产物增加量来表示 浓度/单位时间.,三、酶促反应机理,(三）、测酶活性的方法：,化学滴定法、比色法、旋光率和 气体测定。,、酶促反应动力学,酶与底物间的作用 米氏方程 影响酶促反应的因素 酶促反应的机制 酶促反应动力学是研究酶促反应的速度及影响此速度的各种因素的科学。,一、酶与底物间的作用,（一）问题提出：1、酶如何使反应活化能降低？,2、如何解释S与v曲线？,（二）中间产物学说：,1、学说认为：当酶催化一化学反应时，首先 E和 S结合形成中间产物 ES，然后它再分解成产物P并释放酶E。,S + E ES

49、 E + P,2、中间产物,1）中间产物比底物需较少的活化能就可分解成产物并放出酶。2）ES 决定酶促反应速度。3）中间产物形成的实验依据： 电镜直接观察； 吸收光谱变化证明,羧肽酶A的结构由于结合了底物而改变,A:未结合底物B:E-S中间复合物,三、酶促反应机理,H2O2酶（含铁卟啉）：红褐色，+ 在645、583、498nm处有光吸收；加H2O2后：酶液由褐转红，增加了561、 530nm光吸收带，说明有新物质； H2O2 + E H2O2 -E 若加入氢供体（焦性没食子酸）后： 二条新带消失。 H2O2 -E + AH2 A +E+ 2H2O,三、酶促反应机理,吸收光谱的变化可证明：,（

50、三）过渡态互补：,Pauling提出过渡态理论认为： E与S的过渡态互补，亲和力最强，释放的结合能使反应活化能降低，有利于S 跨越能垒，使反应加速。证明：人工合成了过渡态类似物； 用过渡态类似物制备出抗体酶。,三、酶促反应机理,抗体酶,中间产物类似物 免疫动物 抗体 此抗体具： 1）加快反应速度102-105倍； 2）具酶性质：专一性、催化活性、酶动 力学行为均符合； 抗体酶前景：可用于研究、肿瘤治疗。,二、米氏方程,Michaelis & Menten根据中间产物学说推导出表示酶促反应中底物浓度与反应速度关系的公式称 。米氏方程：,三、酶促反应机理,（一）米氏方程的推导：,根据中间产物学说：