第二章-天然高分子-2

第二章 天然高分子第二讲3、甲壳素、壳聚糖 甲壳素（几丁质、甲壳质） 化学名称： (1， 4)-2-乙酰氨基 -2-脱氧 -D-葡萄聚糖。 广泛存在于虾、蟹等节足类动物的外壳、昆虫的甲壳、软体动物的壳和骨骼及菌、藻类等当中，是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然高分子。 甲壳素是唯一大量存在的天然碱性多糖，也是除蛋白质外数量最大的含氮生物高分子。 由于存在大量氢键，分子间作用力极强，不溶于水和一般有机溶剂。 壳聚糖（甲壳胺） 用碱脱去 2位碳上的乙酰基得到壳聚糖。 壳聚糖的氨基能被醛质子化而形成铵盐，所以壳聚糖能溶于各种酸性介质，例如稀的无机或有机酸溶液 (PH6)，这就使壳聚糖得到了比甲壳素更广泛的用途。 壳聚糖的化学结构与纤维素非常相似，只是 2位碳上的羟基被氨基所取代，使其具有更多化学改性的活性点。 30 壳聚糖的应用 广泛用于水处理、医药、食品、农业、生物工程、日用化工、纺织印染、造纸和烟染、造纸和烟草等领域。 医药和生物工程： 由于壳聚糖无毒，有很好的生物相容性、生物活性和可生物降解性，而且具有抗菌、消炎、止血、免疫等作用，可用作人造皮肤、自吸收手术缝合线、医用敷科、人工骨、组织工程支架材料、免疫促进剂、抗血栓剂、抗菌剂、制酸剂和药物缓释材料等。 污水处理： 壳聚糖及其衍生物是很好的絮凝刑，可用于废水处理及从含金属废水中回收金属；在食品工业中用作保鲜剂、成形剂、吸附剂和保健食品等； 农业方面： 用作生长促进剂、生物农药等； 纺织印染业 ：用作媒染剂、保健织物等； 烟草工业 ：用作烟草薄片胶熟剂、低焦油过滤嘴等； 其它 ：用于固定化酶、色谱载体、渗透膜、电镀和胶卷生产等等。2.2、天然橡胶 天然橡胶：由橡胶树的分泌物 (又称乳胶 )中得到，主要成分是聚异戊二烯 (约占 30 -40 )。 其相对分子质量从几万到几百万，多分散性指数为 2.8-10，并具有双峰分布的性质。 天然橡胶主要是顺式 1， 4-加成结构，在室温下具有弹性及柔软性，是弹性体。 用途 天然橡胶大量用于制造轮胎，其他橡胶制品还有胶管、胶带、轧辊、电缆、胶鞋、鞋底、雨衣、软管及医疗卫生用品等。 性能 天然橡胶具有良好的弹性，回弹率在 0-100 范围内可达 50%-80%，最大伸长率可达 1000%，且具有较高的机械强度和耐屈挠、耐疲劳性能。 问题 天然橡胶为非极性物质，溶于非极性溶剂如汽油和苯等，故耐油和耐溶剂性差。由于天然橡胶含有不饱和双键，因此在空气中易与氧发生自催化氧化，使分子断链或过度交联，从而使橡胶发生粘化或龟裂等老化现象。 天然橡胶是线形结构，需交联后生成网状结构才具有适当的强度与弹性。2.4 核酸 核酸存在于细胞核中，是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。 核酸核糖核酸（ RNA），存在于细胞核中心或细胞质的核糖体中，分子量为几万到时 200万。传输和解读遗传信息。脱氧核糖核酸（ DNA），存在于染色体中，分子量为 600万到 10亿。DNA分子含有生物物种的所有遗传信息 核酸的组成成份 核酸 (DNA和 RNA)是一种线形聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸组成，而核苷则由戊糖和碱基形成。DNA、 RNA的基本化学组成核酸是由核苷酸组成的长链分子DNA的双螺旋链，分子链是刚性的DNA双螺旋结构中的两种碱基对 DNA的复制 DNA是在生物体内携带遗传信息的单元。 在细胞分裂时， DNA双螺旋结构中两根 DNA分子在酶的作用下逐渐分离，新生成的子 DNA分子在原来的母 DNA分子上重新形成碱基对，它重现了母DNA的碱基对序列，得到了完全相同结构的 DNA分子，保证了遗传信息的准确性2.3 蛋白质 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是 构成生物体最基本的结构物质和功能物质 。 蛋白质是分子量很大（ 30000-300000）的生物分子。 蛋白质在生命体中担当着物质输送、代谢、光合成、运动和信息传递等重要功能。 对任一种给定的蛋白质来说，它的 所有分子在氨基酸的组成和顺序以及肽链的长度方面 都应该是相同的。 大多数的蛋白质都是由 20种氨基酸组成 。 多肽是由氨基酸以酰胺键形式连接而成的线性大分子。它在生物体内可以单独存在，但是更多的则是作为蛋白质的组成部分。 蛋白质是由一个或多个多肽链通过共价键（主要是二硫键）或非共价力结合而成。氨基酸多肽蛋白质 肽键 肽键中的 C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在 。四肽的结构 蛋白质的分类 1）依据蛋白质的组成：简单蛋白和结合蛋白。 简单蛋白 ： 只含由 a-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。 1、清蛋白和球蛋白 ： 广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。 2、谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于 70 80乙醇中。 3、精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。 4、硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。 结合蛋白 ： 由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，其中包括 色蛋白 （由简单蛋白与色素物质结合而成，如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等）。 糖蛋白 （由简单蛋白与糖类物质组成，如细胞膜中的糖蛋白等）。 脂蛋白 （由简单蛋白与脂类结合而成，如血清 -， -脂蛋白等）。 核蛋白 （由简单蛋白与核酸结合而成，如细胞核中的核糖核蛋白等）。 2）依据蛋白质的外形：球状蛋白质和纤维状蛋白质。 球状蛋白质 外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。 纤维状蛋白质 分子类似纤维或细棒。它又可分为 可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质 。 蛋白质结构 主要包括以肽链线形结构为基础的一级结构，以及由肽链卷曲、折叠而形成的三维结构 蛋白质的二级、三级和四级结构。 蛋白质的一级结构组成蛋白质的多肽链数目。多肽链的氨基酸顺序，多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级 (Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列 ,或规则的几何走向、旋转及折叠。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有 -螺旋、 -折叠、 -转角 1） -螺旋 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的 -CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的 -NH基形成氢键。 蛋白质分子为右手 -螺旋。 （ 2） -折叠 -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。 -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的