（整理）第四版普通生物学第1篇2生命的化学基础课件.ppt

1、普通生物学普通生物学第第1 1篇篇 细胞细胞南宫中学南宫中学 鲍晓明鲍晓明质子质子中子中子电子电子原子原子电子电子原子核原子核质子质子中子中子（带正电）（带正电）（不带电）（不带电）（带负电）（带负电）（带正电）（带正电）（不带电）（不带电）原子的构成原子的构成电子运动速度电子运动速度=光速光速构成原子的粒子的电性和质量构成原子的粒子的电性和质量 粒子粒子种类种类电性电性质量质量质子质子1 1个单位正电荷个单位正电荷1.67261.67261010-27-27kgkg中子中子不带电不带电1.67491.67491010-27-27kgkg电子电子1 1个单位负电荷个单位负电荷质子质量的质子质量

2、的1/18361/1836（1 1）质子电量）质子电量=电子电量，电性相反电子电量，电性相反（2 2）质量：质子）质量：质子=中子，质子中子，质子电子电子*18001800(3)(3)原子的质量主要集中在原子核上。原子的质量主要集中在原子核上。你有什么发现？你有什么发现？几种原子的构成几种原子的构成原子种类原子种类质子数质子数中子数中子数核外电子数核外电子数氢氢1 10 01 1碳碳6 66 66 6氧氧8 88 88 8钠钠111112121111氯氯171718181717质子数质子数=核外电子数核外电子数不是所有的原子都含有中子。不是所有的原子都含有中子。质子数不一定等于中子数。质子数不

3、一定等于中子数。你的结论？你的结论？同位素同位素：质子数与电子数相同，中子数：质子数与电子数相同，中子数 不同的原子。不同的原子。1212C C、1313C C、1414C C：原子序数（质子数）都是：原子序数（质子数）都是6 6，中子数为中子数为6 6、7 7、8 8其中其中1212C C、1313C C为稳定性同位素，为稳定性同位素，1414C C为放射性同为放射性同位素，原子核会自行衰变位素，原子核会自行衰变 同位素示踪同位素示踪：利用放射性同位素显示某：利用放射性同位素显示某 种原子在生物体内的种原子在生物体内的来踪去迹来踪去迹，常用于，常用于生生物学研究、医学和疾病诊断物学研究、医学

4、和疾病诊断等方面等方面其中其中C C、H H、O O、N 4N 4种元素占种元素占96%96%“反自然反自然”现象现象自然界：自然界：C C、H H、O O 总和总和 1%96%96%生命体与普通物质的不同生命体与普通物质的不同微量元素微量元素Fe Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。Cu Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。Zn Zn 在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。Mo Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有

5、关。（钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。I I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症。缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症。图图Co Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女（钴）与酶的活性有关。青春期少女0.0150.015mg/mg/每日。每日。V V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。（钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。Ni （镍）植物中（镍）植物中1555ppm,人为人为0.1ppm；急性白血病急性白血病.25g/mlF （氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；（氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则过多则斑齿和氟中毒斑齿和氟中毒。Se （硒）缺硒产生（硒）缺硒产生克山病克山

6、病，与肝功能、冠，与肝功能、冠心病发病和防治有关心病发病和防治有关.氟斑牙氟斑牙 牙釉质形成期摄入牙釉质形成期摄入高氟引起的高氟引起的 表现为牙釉质白垩、表现为牙釉质白垩、着色或缺损改变着色或缺损改变 一旦形成，残留终生一旦形成，残留终生骨症骨症碘缺乏症碘缺乏症v甲状腺肿甲状腺肿 呆小症呆小症 2005年广东韶关镉污染年广东韶关镉污染v痛痛病：痛痛病：发生在日本富山县神通川流域，发生在日本富山县神通川流域，是由于含镉废水污染农田而引是由于含镉废水污染农田而引起的公害病。患者全身疼痛，起的公害病。患者全身疼痛，终日喊疼不止，故名痛痛病。终日喊疼不止，故名痛痛病。v病因与发现经过：病因与发现经过：

7、居民长期食用居民长期食用 “镉米镉米”、“镉鱼镉鱼”饮饮“镉水镉水”而发病。而发病。痛痛病患者骨骼痛痛病患者骨骼严重畸形严重畸形 v 原子的各种基本粒子中，决定其化学性原子的各种基本粒子中，决定其化学性质的是电子，质的是电子，v 距离原子核越远，电子所带的能量越多。距离原子核越远，电子所带的能量越多。v 最外层的电子数决定着原子的化学性质最外层的电子数决定着原子的化学性质。如：氢只有一个电子，故反应性特别强如：氢只有一个电子，故反应性特别强v离子键：两个电荷符号相反的离子离子键：两个电荷符号相反的离子彼此吸引而形成。彼此吸引而形成。如盐晶体，电中性如盐晶体，电中性v共价键：两个原子间共用一对或

8、多对共价键：两个原子间共用一对或多对 电子而形成。电子而形成。生物大分子化学键的主要生物大分子化学键的主要形式。形式。v水的性质影响生命活动，水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度，如：溶解性质，酸碱度，pH pH v第一，水是极性分子第一，水是极性分子v电负性：一个原子拉住共用电子的力量电负性：一个原子拉住共用电子的力量v非极性共价键：电负性完全相同的原子非极性共价键：电负性完全相同的原子 所形成的共价键，如所形成的共价键，如O O2 2、H H2 2、CHCH4 4v极性共价键：电子的极性共价键：电子的“共用共用”不是各占一半不是各占一半氧的电负氧的电负性最强性最强v第二，水分子间形第

9、二，水分子间形成氢键成氢键略带负电荷的一端（略带负电荷的一端（O O）与略带正电荷的一与略带正电荷的一端（端（H)H)相互吸引，相互吸引，形成一个较弱的形成一个较弱的键键氢键氢键1414第三，液体水的水分子具内聚力，第三，液体水的水分子具内聚力，如水的蒸腾、昆虫在水上爬行如水的蒸腾、昆虫在水上爬行第四，水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化，第四，水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化，如沿海较温和、水不易蒸发、出汗散热如沿海较温和、水不易蒸发、出汗散热第五，冰比水轻，第五，冰比水轻，固态密度小于液态，水特性固态密度小于液态，水特性 利于水生生物生存利于水生生物生存第六，水是极好的溶剂，第六，水是

10、极好的溶剂，许多极性分子易溶于水许多极性分子易溶于水第七，水能电离，第七，水能电离，成氢离子成氢离子H H+和和羟离子羟离子OHOH-pH=0pH=0最强的酸度最强的酸度 pH=7pH=7中性（如纯水）中性（如纯水）pH=14 pH=14最弱的酸度最弱的酸度(或最强的碱度或最强的碱度)如活细胞如活细胞pHpH接近于接近于7 7 常用的洗涤剂常用的洗涤剂pHpH在在1212以上以上缓冲剂缓冲剂 全球性的酸雨、酸雾：全球性的酸雨、酸雾：矿物燃料的燃烧矿物燃料的燃烧硫酸、硫酸、硝酸，会酸化土地、海洋硝酸，会酸化土地、海洋 酸度：酸度：v化学反应并不能创造或破坏原子，只能将原化学反应并不能创造或破坏原

11、子，只能将原子重新组合，所以子重新组合，所以化学反应是破坏已有的化化学反应是破坏已有的化学键，形成新的化学键学键，形成新的化学键。v例如：氢分子和氧分子化合成水例如：氢分子和氧分子化合成水 2 2H-H H-H+O=OO=O O O +O O H H H HH H H H 胡萝卜素转化为维生素胡萝卜素转化为维生素A AC C4040H H5656-胡萝卜素胡萝卜素+O O2 2+4H4H 2C2C2020H H3030O O维生素维生素A A C=C C-H C-O-HC=C C-H C-O-H4 4个共价键个共价键有机有机化合物化合物2.2.1 2.2.1 碳是组成细胞各种大分子的基础碳是组

12、成细胞各种大分子的基础有机化合物有机化合物：除：除COCO、COCO2 2和碳酸盐等简单化合物和碳酸盐等简单化合物外的外的含碳化合物的统称含碳化合物的统称。v烃或碳氢化合物：烃或碳氢化合物：主要包含烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。烃类均不溶于水。衍生物众多。v异构体：异构体：v苯环：苯环：v甲烷：天然气甲烷：天然气v乙烷、丙烷：液化石油气乙烷、丙烷：液化石油气v环己烷：汽油环己烷：汽油 有机化合物的性质有机化合物的性质取决于取决于功能基团功能基团，这些功能基团这些功能基团几几乎都是极性基团。乎都是极性基团。功能基团的极性使功能基团的极性使得生物分子具有得生物分子具有亲水性亲水性，有利于有利于

13、这些化合物这些化合物稳定稳定于于有大量水分子有大量水分子存在的存在的细胞细胞中。中。决定分子主要化学性质的特殊原子或基团决定分子主要化学性质的特殊原子或基团-官能团官能团化合物化合物官能团名称官能团名称官能团结构官能团结构烷烃烷烃烯烃烯烃炔烃炔烃卤代烃卤代烃醇醇醚醚酚酚碳碳-碳单键碳单键碳碳-碳双键碳双键碳碳-碳三键碳三键卤素（卤素（-X-X）羟基羟基醚键醚键羟基（酚）羟基（酚）-C-C-C=C-C=C-X-X（F F，ClCl，BrBr，I)I)-OH(-OH(脂肪族）脂肪族）-C-O-C-OH(-OH(芳香族）芳香族）醛醛酮酮羧酸羧酸胺胺硝酸化合物硝酸化合物磺酸化合物磺酸化合物 醛基醛基酮

14、基酮基羧基羧基氨基氨基硝基硝基磺酸基磺酸基 O-C-H O-C-O-C-OH-NH2-N=O OH O-S-OH O羰基羰基单体单体 多聚体多聚体单体是单体是通用的通用的脱水合成脱水合成合成大分子合成大分子 （脱水聚合）（脱水聚合）大分子分解大分子分解 （水（水 解）解）糖分子含糖分子含C C、H H、O 3O 3种元素，通常种元素，通常3 3者的比者的比例为例为1:2:11:2:1，一般化学通式为，一般化学通式为(CH(CH2 2O)O)n n 学术定义学术定义v糖是多羟基糖是多羟基醛醛、多羟基、多羟基酮酮或其衍生物（或其衍生物（aldehyde or ketone compounds wi

15、th multiple hydroxyl groups），以及可以水解产生这些化合物的物质的总称。以及可以水解产生这些化合物的物质的总称。葡萄糖葡萄糖果糖果糖（比葡萄糖甜）（比葡萄糖甜）异构体异构体单糖特点：单糖特点：1.1.有羟基，醇类有羟基，醇类2.2.有羰基有羰基糖的分类糖的分类v广义的糖可分为简单糖类和糖复合物广义的糖可分为简单糖类和糖复合物（glycoconjugates）。）。v前者包括单糖、寡糖和多糖；前者包括单糖、寡糖和多糖；v后者包括糖与蛋白质、脂类等共价形成的后者包括糖与蛋白质、脂类等共价形成的复合物。复合物。v单糖单糖 多羟基酮或醛的化合物。多羟基酮或醛的化合物。v寡糖寡

16、糖 由两个或以上糖残基两两之间通过脱由两个或以上糖残基两两之间通过脱水而成的。水而成的。v多糖多糖 数百至数千个单糖通过脱水而形成的数百至数千个单糖通过脱水而形成的聚合物。聚合物。单糖分类单糖分类己糖己糖丙糖丙糖戊糖戊糖丁糖丁糖1.1.单糖单糖甲乙丙丁戊己庚辛壬癸甲乙丙丁戊己庚辛壬癸重要的单糖重要的单糖 甘油醛甘油醛 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 戊糖（组成核酸的成分）戊糖（组成核酸的成分）葡萄糖葡萄糖 果糖果糖 半乳糖半乳糖己糖己糖v 单糖可以通过单糖可以通过O-糖苷键相互连接形成寡糖和多糖。糖苷键相互连接形成寡糖和多糖。（1 1）双糖）双糖：如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖

17、、乳糖等。乳糖等。（2 2）其他寡糖）其他寡糖：三糖、四糖等。如棉子糖。三糖、四糖等。如棉子糖。2.寡糖寡糖有少数几个单糖缩合而成的糖。有少数几个单糖缩合而成的糖。麦芽糖的结构麦芽糖的结构淀粉淀粉植物细胞中的储藏营养物，植物细胞中的储藏营养物，分为分为直链直链和和支链淀粉。支链淀粉。糖原糖原动物细胞中储藏的多糖，又称动物淀粉。动物细胞中储藏的多糖，又称动物淀粉。纤维素纤维素 植物细胞壁的主要成分。植物细胞壁的主要成分。几丁质、果胶几丁质、果胶等。等。3.多糖多糖自然界中最多的糖类。有单糖分子（通常为葡自然界中最多的糖类。有单糖分子（通常为葡萄糖分子）缩合脱水而成的分支或不分支的长萄糖分子）缩合

18、脱水而成的分支或不分支的长链分子。链分子。淀粉的高级结构淀粉的高级结构v 天然淀粉由直链淀粉与支链组成。支天然淀粉由直链淀粉与支链组成。支链淀粉是链淀粉是-D-葡萄糖基以葡萄糖基以-1,4-糖苷键连接糖苷键连接的多糖链。支链淀粉中除了的多糖链。支链淀粉中除了-1,4-糖苷键的糖苷键的糖链外，还有糖链外，还有-1,6-糖苷键连接的分支。淀糖苷键连接的分支。淀粉与碘有呈色反应，直链淀粉为粉与碘有呈色反应，直链淀粉为蓝色蓝色，支，支链淀粉为链淀粉为紫红色紫红色。在烯酸或酶的作用下，。在烯酸或酶的作用下，淀粉水解淀粉水解:淀粉淀粉糊精糊精麦芽糖麦芽糖-D-葡萄葡萄糖。糖。糊精是淀粉水解的最初产物，随着

19、水糊精是淀粉水解的最初产物，随着水解，糖分子逐渐变小，它与碘作用分别呈解，糖分子逐渐变小，它与碘作用分别呈红色、黄色、无色。这个反应可用于淀粉红色、黄色、无色。这个反应可用于淀粉水解过程的检验。水解过程的检验。v 纤维素是结构性的同多糖，主要存在植物组织中。纤维素是结构性的同多糖，主要存在植物组织中。v 纤维素类似直链淀粉，由纤维素类似直链淀粉，由D-Glc残基连接而成，但残基连接而成，但残基之间由残基之间由(14)键连接。键连接。v 纤维素多糖链的伸展构象纤维素多糖链的伸展构象纤维素纤维素(Cellulose)糖的生物功能糖的生物功能v生物体结构成分生物体结构成分v生物体内的主要能源物质生物

20、体内的主要能源物质v作为细胞识别的信号分子参与分子和细胞识作为细胞识别的信号分子参与分子和细胞识别、细胞粘附、糖复合物的定位和代谢等别、细胞粘附、糖复合物的定位和代谢等v在生物体内转化为其他物质在生物体内转化为其他物质v作为核酸的组分作为核酸的组分糖复合物糖复合物 (Glycoconjugate)v糖蛋白（糖蛋白（Glycoprotein）v蛋白聚糖（蛋白聚糖（Proteoglycan）v肽聚糖（肽聚糖（Peptidoglycan）v糖脂（糖脂（Glycolipid）v脂多糖（脂多糖（Lipopolysaccharides）vv糖蛋白：糖蛋白：寡糖链通过特定的共价键（寡糖链通过特定的共价键（糖

21、肽键糖肽键）连接到蛋白质特定的氨基酸残基上形成的复合连接到蛋白质特定的氨基酸残基上形成的复合糖（或缀合蛋白质）。糖蛋白以蛋白质为主，糖（或缀合蛋白质）。糖蛋白以蛋白质为主，糖作为蛋白质的辅基存在。糖作为蛋白质的辅基存在。v蛋白聚糖蛋白聚糖：由一条或多条糖胺聚糖和一个核心由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价连接而成的糖复合物，蛋白聚糖以多蛋白共价连接而成的糖复合物，蛋白聚糖以多糖为主，蛋白所占比例较少。糖为主，蛋白所占比例较少。脂质的定义脂质的定义v 脂质（脂质（lipid）是一类低溶于水，高溶于非极性）是一类低溶于水，高溶于非极性有机溶剂（有机溶剂（insoluble in water an

22、d soluble in organic solvents）的生物有机分子。的生物有机分子。v 对于大多数脂质分子，其化学本质是脂肪酸和对于大多数脂质分子，其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。醇所形成的酯类及其衍生物。非极性共价键非极性共价键不是大分子，不是大分子，也不是聚合物也不是聚合物2.4.1 脂肪（最常见的脂质）脂肪（最常见的脂质）是脂质中主要的贮能分子是脂质中主要的贮能分子丙三醇丙三醇甘油三酯甘油三酯脂肪酸脂肪酸（fatty acids）：由一条长的烃链由一条长的烃链（hydrocarbon chain）和一个末端羧基和一个末端羧基（carboxylate group）组成

23、的羧酸。组成的羧酸。v饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的区别（分子饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的区别（分子式、空间构象、物理性质、化学性质）式、空间构象、物理性质、化学性质）不饱和脂肪酸：有双键不饱和脂肪酸：有双键饱和脂肪酸：没有双键饱和脂肪酸：没有双键含双键的脂肪在常温含双键的脂肪在常温下是下是液态液态v动物脂肪和植物脂肪的差别：动物脂肪和植物脂肪的差别：动：不饱和脂肪酸很少动：不饱和脂肪酸很少植：不饱和脂肪酸很多植：不饱和脂肪酸很多v膳食中的脂肪：饱和的太多会动脉粥状硬膳食中的脂肪：饱和的太多会动脉粥状硬化化脂肪中有脂肪中有多个碳氢链多个碳氢链。所以是含能量较多的分。所以是含能量较多的分子，子，1g1

24、g脂肪中贮存的能量约为脂肪中贮存的能量约为1g1g淀粉的淀粉的2 2倍。倍。脂肪摄入过多与健康脂肪摄入过多与健康 肥肥胖胖2.磷脂、蜡和类固醇都是脂质磷脂分子结构磷脂分子结构又称磷酸甘油酯又称磷酸甘油酯磷脂分子可以看成是磷脂分子可以看成是一个极性头一个极性头，两条非两条非极性尾巴。极性尾巴。v蜡也是酯，是由一些长链的醇与长链脂肪酸蜡也是酯，是由一些长链的醇与长链脂肪酸形成的酯。它的疏水性更强，可以保护生物形成的酯。它的疏水性更强，可以保护生物体的表面。体的表面。例如，植物和动物表面例如，植物和动物表面（1 1）类固醇的内核由）类固醇的内核由 4 4 个环个环组成，组成，3 3个六元环、个六元环

25、、1 1个五个五元环。元环。（2 2）一些人体重要维生素和激素是固醇）一些人体重要维生素和激素是固醇（3 3）最常见的类固醇）最常见的类固醇胆固醇胆固醇是细胞膜的重要成分是细胞膜的重要成分（4 4）促蛋白合成类固醇：类似雄性激素药物，运动员）促蛋白合成类固醇：类似雄性激素药物，运动员禁用禁用脂质的分类脂质的分类按照化学组成可分为按照化学组成可分为:1.1.单纯脂质单纯脂质:主要有甘油三酯和蜡主要有甘油三酯和蜡（triacylglycerols and waxes）；2.2.复合脂质复合脂质:主要有磷脂和糖脂主要有磷脂和糖脂（phospholipids and glycolipids）；3.3.

26、衍生脂质衍生脂质:主要有取代烃主要有取代烃,固醇类固醇类（sterols）,萜和其萜和其他脂质。他脂质。中性脂肪和油中性脂肪和油甘油和脂肪酸结合而成的酯。甘油和脂肪酸结合而成的酯。蜡蜡脂肪酸和醇化合而成的酯。脂肪酸和醇化合而成的酯。磷脂类磷脂类又称磷酸甘油酯。甘油的一个又称磷酸甘油酯。甘油的一个-基和磷酸结合而成的酯。基和磷酸结合而成的酯。类固醇类固醇胆固醇胆固醇萜类萜类类葫萝卜素类葫萝卜素v是生物膜的重要成分是生物膜的重要成分v是储能的分子是储能的分子v构成生物表面的保护层构成生物表面的保护层v是很好的绝缘体是很好的绝缘体v有些脂质是重要的生物学活性物质有些脂质是重要的生物学活性物质脂质在细

27、胞中具有独特的生物学功能：脂质在细胞中具有独特的生物学功能：磷脂、糖脂、胆固醇磷脂、糖脂、胆固醇脂肪脂肪蜡蜡类固醇类固醇脂肪脂肪2.5 蛋白质蛋白质Proteins 1.蛋白质是生物体内的结构高分子蛋白质是生物体内的结构高分子 蛋白质占干重蛋白质占干重 人体中（中年人）人体中（中年人）人体人体 45%水水55%细菌细菌 50%80%蛋白质蛋白质19%真菌真菌 14%52%脂肪脂肪19%酵母菌酵母菌 14%50%糖类糖类1%白地菌白地菌50%无机盐无机盐7%2.5.1 蛋白质为生命活动所必需蛋白质为生命活动所必需v 结构蛋白结构蛋白 组成细胞结构的基础；组成细胞结构的基础；v 收缩蛋白收缩蛋白

28、肌肉运动；肌肉运动；v 贮藏蛋白：卵清蛋白贮藏蛋白：卵清蛋白 胚胎发育；胚胎发育；v 贮藏蛋白贮藏蛋白 种子萌发；种子萌发；v 防御蛋白：血清中抗体；防御蛋白：血清中抗体；v 转运蛋白：血红蛋白；转运蛋白：血红蛋白；v 信号蛋白：细胞间传递信号信号蛋白：细胞间传递信号 激素激素 调节机体调节机体活动；活动；v 酶：生物催化剂。酶：生物催化剂。2.蛋白质是一种生物体内的功能高分子蛋白质是一种生物体内的功能高分子 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、氮和少量的硫。某些蛋白质还含

29、有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳碳 5055 氮氮 1517%铁铁,锌锌,锰锰,钼钼,碘碘,铜等铜等 氢氢 68 硫硫 04 氧氧 2023 磷磷 01%其中氮含量较恒定，平均其中氮含量较恒定，平均16%。一克氮。一克氮=6.25克蛋白质。克蛋白质。这是凯氏定氮法的依据。这是凯氏定氮法的依据。3、元素组成、元素组成4、蛋白质的水解、蛋白质的水解 酸水解：酸水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 碱水解：碱水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 酶水解：酶水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸证明：氨基酸是蛋白

30、质的基本组成单位证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位2.5.2.1.基本组成单位氨基酸基本组成单位氨基酸2.5.2 蛋白质仅由蛋白质仅由20种氨基酸组成种氨基酸组成（1 1）碳原子碳原子（2 2）具有）具有 氨氨基基 和和羧基羧基是各种氨基酸是各种氨基酸 的共性的共性（3 3）各种氨基酸）各种氨基酸的区别在的区别在 侧链基侧链基团团R R亲水、疏水亲水、疏水天然蛋白质中的 氨基酸结构可表达成下式不带电形式不带电形式 H2NC HCOOHR +H3NC HCOO-R兼性离子形式兼性离子形式氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写简简 写写氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写简简 写写甘氨酸GlyG丝氨

31、酸SerS丙氨酸AlaA苏氨酸ThrT缬氨酸ValV天冬酰胺AsnN异亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF组氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW赖氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR 20种标准氨基酸的英文简写氨基酸的分类 对于对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组：的不同，可以分为以下三组：疏水性的氨基酸疏水性的氨基酸 Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro和和Met 带电氨基酸带电氨基酸 Arg、Lys（+）和）和Asp、Glu（-）

32、极性氨基酸极性氨基酸 Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr、Trp 一个氨基酸的氨基（一个氨基酸的氨基（-amino group）与另一个氨基）与另一个氨基酸的羧基（酸的羧基（-carboxyl group）之间失水形成的）之间失水形成的酰胺酰胺键（键（amide bond）称为肽键）称为肽键，所形成的化合物称为，所形成的化合物称为肽。肽。v例如由丙氨酸的例如由丙氨酸的-羧基和甘氨酸的羧基和甘氨酸的-氨氨基缩合形成的二肽称基缩合形成的二肽称丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸v 组成肽的氨基酸单体称为氨基酸残基（组成肽的氨基酸单体称为氨基酸残基（residue）。）。l肽键是一种酰胺键，

33、通常用羰基碳和酰胺氮之间的单键肽键是一种酰胺键，通常用羰基碳和酰胺氮之间的单键表示。表示。l酰胺氮和羰基氧之间发生酰胺氮和羰基氧之间发生共振相互作用共振相互作用，使肽键具有部，使肽键具有部分双键性质。分双键性质。肽的物理和化学性质肽的物理和化学性质v 双缩脲反应：含有两个或两个以上肽键的化合双缩脲反应：含有两个或两个以上肽键的化合物都能与物都能与CuSO4碱性溶液发生双缩脲反应而生成碱性溶液发生双缩脲反应而生成紫红色或蓝紫色的复合物。利用这个反应借助分紫红色或蓝紫色的复合物。利用这个反应借助分光光度计可以测定蛋白质的含量。光光度计可以测定蛋白质的含量。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，这样形不同

34、数目的氨基酸以肽键顺序相连，这样形成的长短不一的链状分子即是肽或多肽。成的长短不一的链状分子即是肽或多肽。多肽链的一端有一个多肽链的一端有一个-NHNH2 2，带这个基团的氨带这个基团的氨基酸称为基酸称为肽链的氨基末端氨基酸或称肽链的氨基末端氨基酸或称N N末氨基末氨基酸酸；另一端有一个；另一端有一个-COOHCOOH，肽链的羧基末端氨肽链的羧基末端氨基酸或称基酸或称C C末端氨基酸。末端氨基酸。1、一级结构2、二级结构3、三级结构4、四级结构2.5.3蛋白质的结构决定其功能蛋白质一级结构 肽键 肽链 氨基酸排列顺序等一一.一级结构一级结构CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2

35、COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键肽单元肽单元氨基酸残基氨基酸残基OC-NHCC肽平面肽平面2.5.3.1 蛋白质的结构蛋白质的结构二级结构肽链的主链在空间的走向-螺旋螺旋-折叠折叠-螺旋 指甲、毛发指甲、毛发蹄、角、羊毛蹄、角、羊毛（4条条-螺旋螺旋）原纤维原纤维 微原纤维（微原纤维（11条条-螺旋）螺旋）巨原纤维巨原纤维纺锤体型纺锤体型皮质细胞皮质细胞角质膜角质膜皮质皮质髓质髓质头发头发多肽主链骨架围绕一个轴螺旋上升。多肽主链骨架围绕一个轴螺旋上升。-折叠折叠平行平行-折叠折叠反平行反平行-折

36、叠折叠折叠折叠:较较螺旋伸展的构象，两条或多条肽链间螺旋伸展的构象，两条或多条肽链间互相以氢键连接起来的成片层状结构，平行或反互相以氢键连接起来的成片层状结构，平行或反平行两种类型。平行两种类型。蚕丝、蛛丝蚕丝、蛛丝三级结构三级结构 亲水基位于球体表面亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内部疏水基位于球体内部 球状蛋白溶于水球状蛋白溶于水三级结构（三级结构（tertiary structure）在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象。球蛋白球蛋白：螺旋螺旋+不规则不规则的不成的不成螺旋的部分，并螺旋的部分，并折叠成球形。折叠成球形。酶、蛋白质激素、抗体酶、蛋

37、白质激素、抗体以及细胞质和细胞膜中以及细胞质和细胞膜中的蛋白质。的蛋白质。三级结构三级结构纤维状蛋白（四）（四）.四级结构四级结构两条或两条以上具有三两条或两条以上具有三级结构的多肽链组合在级结构的多肽链组合在一起形成特定构象一起形成特定构象的蛋白质分子。的蛋白质分子。四级结构中具有三级结四级结构中具有三级结构的多肽链称为亚基。构的多肽链称为亚基。亚基单独存在没有亚基单独存在没有活性。活性。四级结构（四级结构（quanternary structure）组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。的排列方式，多以弱键互相连接。疏水力、疏

38、水力、氢键、盐键氢键、盐键每条肽链本身具有一定的三级结构，就是每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。蛋白质分子的亚基。a盐键（离子键盐键（离子键）b氢键氢键 c疏水相互作用力疏水相互作用力 d 范德华力范德华力 e二硫键二硫键 f 酯键酯键二二.蛋白质分子结构中的化学键蛋白质分子结构中的化学键v维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的一级结构：肽键v维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的二级结构：氢键v维系蛋白质分子的三级结构：疏水键、氢键、离子键维系蛋白质分子的三级结构：疏水键、氢键、离子键v维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、维系蛋白质分子的四级结构：范德华力

39、、盐键、氢键、疏水键相互作用盐键、氢键、疏水键相互作用蛋白质的各级结构氨基酸一级结构二级结构三级结构四级结构血红蛋白蛋白质结构与功能的关系 一级结构与功能的关系序列分析 空间结构与功能的关系结构分析一级结构即氨基酸顺序 高级结构 生物学功能 正常红细胞 镰刀型红细胞镰刀型红细胞正常红细胞v发生的根本原因是血红蛋白的一级结构发生发生的根本原因是血红蛋白的一级结构发生了差错，人血红蛋白了差错，人血红蛋白亚基的第亚基的第6位氨基酸应位氨基酸应该是谷氨酸，而在镰刀型贫血的血红蛋白中该是谷氨酸，而在镰刀型贫血的血红蛋白中却是缬氨酸，本是水溶性的血红蛋白，就会却是缬氨酸，本是水溶性的血红蛋白，就会聚集成丝

40、，相互粘着，导致红细胞变形成镰聚集成丝，相互粘着，导致红细胞变形成镰刀状而极易破裂，产生贫血。刀状而极易破裂，产生贫血。空间结构与功能的关系空间结构与功能的关系DNA聚合酶活性位点聚合酶活性位点 聚合酶聚合酶DNAv蛋白变性的特点：蛋白变性的特点：蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，粘度增加。粘度增加。空间结构与功能的关系空间结构与功能的关系2.6 2.6 核酸核酸 Nucleic Nucleic AcidsAcids核酸的功能核酸的功能（一）（一）DNA是主要的遗传物质（携带与传递遗传是主要的遗传物质（携带与传递遗传信息）信息）1 1、凡是有细胞结

41、构的生物，肯定是既含有、凡是有细胞结构的生物，肯定是既含有DNADNA又含又含有有RNARNA，但遗传物质是，但遗传物质是DNA.DNA.2 2、DNADNA病毒，只有病毒，只有DNADNA，所以其遗传物质是，所以其遗传物质是DNADNA3 3、RNARNA病毒，只有病毒，只有RNARNA，所以其遗传物质是，所以其遗传物质是RNA.RNA.所以，在整个生物界所以，在整个生物界DNADNA是主要的遗传物是主要的遗传物质。质。（二）（二）RNA功能的多样性功能的多样性（参与遗传信息的表（参与遗传信息的表达、调节遗传信息的表达、催化功能。）达、调节遗传信息的表达、催化功能。）vtRNAvrRNAvm

42、RNAv其他的其他的RNA2.6.1 核酸由核苷酸组成核酸由核苷酸组成脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（核糖核酸（RNA）核酸（核酸（nucleic acid）核糖核苷酸核糖核苷酸（ribonucleotide）脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNA）脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）核酸的结构核酸的结构核糖核酸核糖核酸（RNA）核核 酸（酸（nucleic acid）核苷酸（核苷酸（nucleotide）磷酸（磷酸（phosphoric acid）核苷（核苷（nucleoside）戊糖（戊糖（pentose）碱基（碱基（base）2.6.2.1 核酸

43、的结构核酸的结构或核糖或核糖两类核苷酸的基本化学组成两类核苷酸的基本化学组成核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸组组成成戊糖戊糖核糖（核糖（D-ribose）脱氧核糖（脱氧核糖（D-2-deoxyribose）碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（adenine）、）、鸟嘌呤（鸟嘌呤（guanine）、）、胞嘧啶（胞嘧啶（cytosine）、）、尿嘧啶（尿嘧啶（uracil）腺嘌呤（腺嘌呤（adenine）、）、鸟嘌呤（鸟嘌呤（guanine）、）、胞嘧啶（胞嘧啶（cytosine）、）、胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（thymine）磷酸磷酸phosphoric acidphosphoric acid核酸

44、的结构核酸的结构核酸的结构核酸的结构v 核糖与碱基之间通过核糖与碱基之间通过N-(-)糖苷键相连，形成核苷；糖苷键相连，形成核苷；v 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，形成核苷酸，核苷核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，形成核苷酸，核苷与磷酸之间主要通过与磷酸之间主要通过5-磷酸二酯键相连。磷酸二酯键相连。嘧啶核苷嘧啶核苷嘌呤核苷嘌呤核苷(OH)(OH)戊糖分子上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合，就形成核苷（脱氧核苷）；核苷（脱氧核苷）与一个磷酸分子结合，就形成一个核苷酸（脱氧核苷酸）。(1)(1)碱基碱基糖之间是糖苷键糖之间是糖苷键 (2)(2)糖糖磷酸之间是磷酸酯键磷酸之间是磷酸酯键 构成构成DNA的核苷酸

45、：的核苷酸：5 5脱氧核苷酸脱氧核苷酸核酸的结构核酸的结构构成构成RNA的核苷酸：的核苷酸：5 5核苷酸核苷酸核酸的结构核酸的结构vDNA与与RNA均以均以3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接核苷酸。连接核苷酸。核酸的结构核酸的结构 1953年，美国生物学家年，美国生物学家沃森沃森和英国物理学和英国物理学家家克里克克里克，共同提出了，共同提出了DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构模型。模型。DNA的二级结构的二级结构2.6.2 DNA双螺旋双螺旋沃森（左）和克里克（右）在构建沃森（左）和克里克（右）在构建DNADNA模型模型在生命的在生命的“旋梯旋梯”上上奥地利著名生物化学家奥地利著名生

46、物化学家查哥夫查哥夫研究得出：腺嘌呤研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量）的量(A=T)，鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（）的量总是等于胞嘧啶（C）的量）的量(G=C)。1951年，英国科学家年，英国科学家威尔金斯威尔金斯和和富兰克林富兰克林提供了提供了DNA的的X射线衍射图谱射线衍射图谱 。Watson-Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型v 两条反向平行（一条两条反向平行（一条53，另一条，另一条35）的多核苷酸链绕同一中心轴相互缠绕，形成的多核苷酸链绕同一中心轴相互缠绕，形成右右手双股螺旋手双股螺旋。碱基位于双螺旋的碱基位于双螺旋的内侧内

47、侧，磷酸与脱氧，磷酸与脱氧核糖在双螺旋核糖在双螺旋外侧外侧，构成构成DNA分子的骨分子的骨架；外部亲水，内架；外部亲水，内部疏水。部疏水。磷酸脱氧核糖含氮碱基AAATTTGGGGCCCATC 碱基平面接近与纵轴垂直，糖环的平面碱基平面接近与纵轴垂直，糖环的平面接近与纵轴平行。接近与纵轴平行。v 双螺旋是一种有规双螺旋是一种有规律的结构律的结构平均直径平均直径2 nm螺距螺距3.4 nm每旋转一周的每旋转一周的核苷酸数目核苷酸数目10碱基堆积距离碱基堆积距离0.34 nm相邻核苷酸夹相邻核苷酸夹角角36o2.0 nmv 大沟与小沟。大沟与小沟。v 两条链依靠碱基两条链依靠碱基之间形成的之间形成的

48、氢键氢键结结合在一起。合在一起。碱基配对原则：碱基配对原则：AT GCAGCTATGC稳定双螺旋结构的因素稳定双螺旋结构的因素碱基堆积力碱基堆积力（base-stacking interactions）疏水作用范德华力疏水作用范德华力碱基配对的碱基配对的氢键氢键。GC含量越多，双螺含量越多，双螺旋越稳定。旋越稳定。v碱基在一条链上的排碱基在一条链上的排列顺序不受任何影响列顺序不受任何影响；但是根据碱基配对原则，但是根据碱基配对原则，当一条链的序列被确定当一条链的序列被确定后，即可决定另一条互后，即可决定另一条互补链的序列。补链的序列。DNA的三级结构的三级结构vDNA在双螺旋的基础上通过扭曲和

49、折叠形成的构象在双螺旋的基础上通过扭曲和折叠形成的构象v包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征的拓扑特征v超螺旋（超螺旋（supercoil）是）是DNA三级结构的主要形式三级结构的主要形式核酸的结构核酸的结构核酸的结构核酸的结构超螺旋的功能超螺旋的功能v超螺旋有助于超螺旋有助于DNA在细胞内的包装；在细胞内的包装；v负超螺旋易于解链，有利于负超螺旋易于解链，有利于DNA的复制、重组和转录的复制、重组和转录等过程的进行；等过程的进行；v生物体内可通过调节生物体内可通过调节DNA的拓

50、扑结构来调节其功能。的拓扑结构来调节其功能。DNA与蛋白质复合物的结构（四级结构）与蛋白质复合物的结构（四级结构）核酸的结构核酸的结构病毒：病毒：类型多样（环状双链、线型双链、线型单链、环类型多样（环状双链、线型双链、线型单链、环状单链）状单链）原核：原核：环状双链分子，集中于核区，包括染色体环状双链分子，集中于核区，包括染色体DNA与质粒与质粒DNA真核真核：细胞核细胞核DNA线型双链分子，与组蛋白等形成线型双链分子，与组蛋白等形成染色体染色体 细胞器细胞器DNA环状双链分子，一般裸露环状双链分子，一般裸露 染色体染色体DNA组装不同层次的结构组装不同层次的结构核酸的结构核酸的结构核酸的结构