《生命科学》课件.ppt

1 细胞核 核膜 核仁 染色体 核孔 DNA RNA 2 细胞膜 磷脂双分子层 糖蛋白 流动镶嵌模型 一定的流动性 选择透过性 3 线粒体4 内质网5 高尔基体6 溶酶体7 叶绿体8 细胞液 I 细胞的结构与组成 一 氨基酸的结构特点 1 结构特征 氨基酸是含有NH2的有机酸NH2NH3 RC COOHRC COO HH特点 1 是 氨基酸 2 具有酸性的 COOH基及碱性的 NH2基 为两性电解质 3 除甘氨酸 R基是H原子 外 都是L 型氨基酸 具有旋光性 II 氨基酸的结构分类及性质 氨基酸的构型与旋光性 COOHHC NH2RD 型氨基酸氨基酸的构型和旋光性是两个不同的概念 COOHNH2C HRL 型氨基酸构型 D 型 L 型旋光性 左旋 右旋 2 氨基酸的种类及其结构 1 常见的20种氨基酸甘氨酸Gly G 丙氨酸Ala A 缬氨酸Val V 亮氨酸Leu L 异亮氨酸Ile I 苯丙氨酸Phe F 酪氨酸Tyr Y 色氨酸Trp W 丝氨酸Ser S 苏氨酸Thy T 半胱氨酸Cys C 甲硫氨酸Met M 天门冬氨酸Asp D 谷氨酸Glu E 赖氨酸Lys K 天门冬酰胺Asn N 谷氨酰胺Gln Q 脯氨Pro P 精氨酸Arg R 组氨酸His H 2 稀有氨基酸羟脯氨酸 Hyp 羟赖氨酸 Hyly 胱氨酸 Cys 根据R基团的结构或性质特点 巧记20种氨基酸的口诀 甘 丙 缬 亮 异 脂链 脂肪链R基团的5种 丝 苏 半 蛋 羟硫添 含 OH S者共4种 天 谷 精 赖 组 酸碱 酸性碱性者5种 脯 酪 苯 色 杂芳环 芳香环和杂环R集团者4种 门冬酰胺 谷酰胺 两种酰胺都有密码属 常见 常见氨基酸都有特异的遗传密码 巧记20种氨基酸的口诀 1 根据氨基酸的酸碱性质分类 1 中性氨基酸 15种 最简单为Gly 2 酸性氨基酸 Asp Glu 3 碱性氨基酸 Lys Arg His 2 根据R基团的化学结构分类 1 脂肪族氨基酸 Gly Ala Val Leu IleSer Thr Cys Met Asn Gln Asp Glu Lys Arg 2 芳香族氨基酸 Phe Tyr Try 3 杂环氨基酸 His 4 杂环亚氨基酸 Pro 二 氨基酸的分类 3 根据R基团的极性分类 1 非极性氨基酸脂肪烃侧链Ala Val Leu Ile 芳香环Phe Try 含硫氨基酸 Met 亚氨基酸 Pro 2 极性氨基酸极性不带电氨基酸7种 Ser Thr Tyr Asn Gln Cys 极性带正电荷的氨基酸3种 Lys Arg His 极性带负电荷的氨基酸2种 Asp Glu 4 根据营养功能分类 1 必需氨基酸人体和动物生长发育所必需的 但自身不能合成 必需由食物中供给的氨基酸 赖氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 蛋氨酸 缬氨酸 2 非必需氨基酸 3 半必需氨基酸组氨酸 精氨酸和酪氨酸 儿童必需的氨基酸 二 非蛋白质氨基酸 重要的非蛋白质氨基酸有 丙氨酸 泛酸及辅酶A的组成成分 鸟氨酸 瓜氨酸 尿素循环的中间体 D 谷氨酸 D 丙氨酸 参与细菌细胞壁组成的肽聚糖 D 苯丙氨酸 组成抗生素 短杆菌肽 三 氨基酸的性质 一 氨基酸的物理性质1 氨基酸均为无色结晶体或粉末 可用于鉴定 2 氨基酸的熔点较高 一般都大于200 3 光吸收性质 芳香族氨基酸具有特征紫外吸收 280nm吸光值测定蛋白质含量 4 溶解性质 溶于水 在稀酸 稀碱中溶解度好 不溶于有机溶剂 5 旋光性质 比旋光值 Dt 旋光性物质的特征常数 二 氨基酸的化学性质 1 两性解离和等电点NH2NH3 RC COOHRC COO HH兼性离子两性离子是指在同一氨基酸分子上带有能放出质子的 NH3 正离子和能接受质子的COO 负离子 NH3 NH3 NH2OH OH RCHCOOHRCHCOO RCHCOO H H 在酸性溶液中晶体或水溶液中在碱性溶液中正离子pHpI 等电点 等电点 当调节氨基酸溶液pH值 是氨基酸分子上的 NH3 基和 COO 基的解离度完全相等时 即氨基酸所带净电荷为零 在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动 此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点 用pI表示 特点 溶解度最小 应用 谷氨酸的生产 电泳法 离子交换法分离氨基酸 2 由 氨基参加的反应 与亚硝酸反应 氨基特有的反应 VanSlyke氏氨基氮测定的理论基础 与甲醛反应 甲醛滴定法 与2 4 二硝基氟苯的反应 氨基酸 DNFB DNP 氨基酸 鉴定氨基酸或蛋白质结构测定 与异硫氰酸苯酯 PITC 的反应 Edman法测氨基酸序列的原理 酰化反应 成盐反应 形成西夫碱 羰胺反应 美拉德反应 食品褐变 脱氨基反应 形成 酮酸 3 由 羧基参与的反应 成盐反应成酯反应酰化反应脱羧基反应叠氮反应 4 由 氨基和 羧基共同参加的反应 与茚三酮的反应蛋白质中凡含有 氨基均与茚三酮在pH 5 6 t 100 条件下反应 应用小结 1 定性作为分离氨基酸的层析图谱上的显色剂 2 定量比色 570nm 测定氨基酸的含量 3 通过测定气体CO2的量间接测定氨基酸的含量 定量 成肽反应 一级结构 氨基酸的组成 二级结构 多肽链本身的折叠方式 三级结构 螺旋肽链结构盘绕 折叠成复杂的空间结构 四级结构 蛋白质亚基聚合成大分子蛋白质的方式 蛋白质的结构层次 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 III 蛋白质的结构 一 蛋白质的肽链结构 一级结构 1 肽的一般概念肽 是一个氨基酸的 羧基和另一个氨基酸分子的 氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物 肽键 一个氨基酸的 羧基和另一个氨基酸分子的 氨基缩合失去水而形成的酰胺键 R1R2R3R4RnH2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO NHCHCOOH肽链 氨基酸残基N 末端 含有自由氨基的一端 书写用H表示 C 末端 含有自由羧基的一端 书写用OH表示 2 肽的命名及表达式 例如 H Tyr Gly Gly Phe Met OH 甲硫氨酸型脑啡肽 1 用结构式来表示 2 用氨基酸中文名称的字头表示 3 用氨基酸英文名称的三字符或单字符表示 NH2 酪氨酸 甘氨酸 甘氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 COOH 3 生物活性肽 1 谷胱甘肽GSH 2 神经肽 脑啡肽 内啡肽 强啡肽H Tyr Gly Gly Phe Met OH 甲硫氨酸型脑啡肽 H Tyr Gly Gly Phe Leu OH 亮氨酸型脑啡肽 3 抗菌肽4 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式 稳定一级结构的化学键 肽键 除一级结构外 蛋白质的二 三 四级结构都属于空间结构 即构象 conformation 蛋白质构象通常由非共价键 次级键 维系 二 蛋白质的空间结构 一 维系蛋白质空间结构的化学键 维系蛋白质分子构象的非共价键 H 在蛋白质分子中 由于存在数目众多的氢键 故氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用 但氢键的键能较低 12kJ mol 易被破坏 1 氢键 氢键 hydrogenbond 的形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子 与另一电负性很强的原子之间 如 C O H N 2 疏水键 非极性物质在含水的极性环境中存在时 会产生一种相互聚集的力 这种力称为疏水键或疏水作用力 hydrophobicinteraction 蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的 这些非极性的基团在水中也可相互聚集 形成疏水键 如Leu Ile Val Phe Ala等的侧链基团 二 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构 secondarystructure 是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构 但与侧链R的构象无关 仅限于主链原子的局部空间排列 维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键 蛋白质立体结构原则 1 由于C O双键中的 电子云与N原子上的未共用电子对发生 电子共振 使肽键具有部分双键的性质 不能自由旋转 2 与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构 但由于 碳原子与其他原子之间均形成单键 因此相邻的平面结构可以作相对旋转 肽键平面 由于肽键具有部分双键的性质 使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上 称为肽键平面 酰胺平面 肽单位 肽链中从一个 碳原子到相邻 碳原子之间的结构称为肽单位 即肽链主链上的重复结构 肽键平面 肽单位 肽键平面的形成 肽键平面示意图 1 螺旋 helix 左手和右手螺旋 蛋白质二级结构的类型 蛋白质的二级结构主要包括 螺旋 折叠 转角及无规卷曲等几种类型 螺旋结构特征 1 右手螺旋 类似棒状的结构 侧链R伸向外 2 一个螺旋3 6个AA残基 螺距为0 54nm 每个AA残基沿轴上升0 15nm沿轴旋转100 3 螺旋结构主要靠氢键稳定 O H C NH CH CO 3 N R 螺旋结构常用SN表示 3 613 螺旋 helix 影响 螺旋形成和稳定的因素 1 氨基酸R基所带电荷性质 多聚赖氨酸在pH7时以无规卷曲形式存在 在pH12时 赖氨酸即自发形成 螺旋结构 2 R基的大小连续两个或两个以上Ile Val Leu 大R基 不易形成螺旋 空间位阻 连续的几个Ser或Thr 会破坏 螺旋 多肽链存在脯氨酸 螺旋即被中断 形成一个 节结 又称为 片层结构 两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起 所形成的扇面状片层构象 相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规则的氢键 维持这种片层结构的稳定性 2 折叠 pleatedsheet 折叠结构特点 肽链几乎是完全伸展的 呈锯齿状 氨基酸残基之间的轴心距为0 35nm 相邻肽链或肽段上的 CO 和 NH 形成氢键 氢键几乎垂直与肽键 R侧链基团在肽平面上 下交替出现 平行和反平行式 折叠的平行式与反平行式排列 3 转角 turn 转角是多肽链180 回折部分所形成的二级结构 约占转角结构的75 主链骨架本身以大约180 回折 回折部分通常由四个氨基酸残基构成 构象依靠第一残基的 CO基与第四残基的 NH基之间形成氢键来维系 转角 turn 的结构特征 4 无规卷曲 randomcoil 无规卷曲 自由回转结构 为没有一定规律的松散肽链的转角结构 约占25 对于特定的蛋白质分子而言 其无规卷曲部分的构象则是特异的 核糖核酸酶分子中的二级结构 四 蛋白质的三级结构 蛋白质三级结构 tertiarystructure 指多肽链在二级结构 超二级结构及结构域的基础上 由于侧链基团间相互作用而进一步盘旋或折叠形成的空间构象 蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布 也就是一条多肽链的完整的三维结构 维系三级结构的化学键主要是非共价键 次级键 如疏水键 氢键 盐键 范氏引力 配位键等 但也有共价键 如二硫键等 胰岛素分子的三级结构 溶菌酶分子的三级结构 磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构 五 蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构 quaternarystructure 在由多条肽链构成的蛋白质分子中 具有三级结构的蛋白质分子亚单位 亚基 彼此通过次级键相互连接聚合起来形成的空间构象 就是指蛋白质分子中亚基的种类 数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布 亚基间的相互作用与接触部位的布局 亚基 subunit 就是指参与构成蛋白质四级结构的 每条具有三级结构的多肽链 维系蛋白质四级结构的是盐键 疏水键 氢键 范氏引力等非共价键 蛋白质的四级结构 血红蛋白 hemoglobin 的四级结构 小结 蛋白质分子的结构层次 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 小结 蛋白质分子的结构层次 一级结构 二级结构 超二级结构 结构域 三级结构 亚基 四级结构 一级结构 氨基酸排列顺序 二级结构 螺旋 折叠 转角 无规卷曲 超二级结构 二级结构单位的集合 结构域 在空间上可以明显区分的区域 三级结构 球状蛋白质中所有原子的空间位置 四级结构 复合蛋白质的结构特征 亚基的聚集体 a盐键 离子键 b氢键c疏水相互作用力d范德华力e二硫键f酯键 小结 稳定蛋白质结构的化学键 维系蛋白质分子的一级结构 肽键 二硫键维系蛋白质分子的二级结构 氢键维系蛋白质分子的三级结构 疏水键 氢键 范德华力 盐键维系蛋白质分子的四级结构 范德华力 盐键 疏水键 氢键 氢键 范德华力 疏水相互作用力 盐键 均为次级键氢键 范德华力虽然键能小 但数量大疏水相互作用力对维持三级结构特别重要盐键数量小二硫键对稳定蛋白质构象很重要 二硫键越多 蛋白质构象越稳定 离子键 氢键 范德华力 疏水相互作用力 小结 稳定蛋白质结构的化学键 一 酶的概念 一 酶的 是一类具有生物催化活性的球状蛋白质 IV 酶 二 酶是生物催化剂 1 酶与一般催化剂的共同点 1 用量少而催化效率高 2 能加快化学反应的速度 但不改变平衡点 反应前后本身不发生变化 3 降低反应所需的活化能 例 2H2O2 2H2O O2 2 酶作为生物催化剂的特殊点 1 高的催化效率 以摩尔为单位进行比较 酶的催化效率比化学催化剂高107 1013倍 比非催化反应高108 1020倍 例2H2O2 2H2O O2 1moleH2O2酶能催化5 106moleH2O2的分解 1moleFe3 只能催化6 10 4moleH2O2的分解 2 高的专一性 3 温和的反应条件 4 酶在体内受到严格调控 如酶浓度的调节 激素调节 反馈调节 抑制剂和激活剂的调节 别构调节 酶的共价修饰调节 酶原活化等 5 酶的催化活力与辅酶 辅基和金属离子有关 核糖核酸 ribonucleicacid RNA RNA主要参与遗传信息的表达 信使核糖核酸 mRNA 转运核糖核酸 tRNA 核糖体核糖核酸 rRNA 脱氧核糖核酸 deoxyribonucleicacid DNA DNA是遗传信息的载体 RNA和DNA都是以单核苷酸 nucleotide 为基本单位所组成的多核苷酸长链 V 核酸 一 核酸的结构与功能 核酸的化学组成及结构 核酸的组成 核酸 DNA RNA 多聚脱氧核苷酸 多聚核苷酸 磷酸基 核苷 核糖 碱基 A U G C 碱基 A T G C 脱氧核苷酸 磷酸基 脱氧核苷 核糖 1 嘧啶碱 1 碱基的组成 2 嘌呤碱 2 戊糖与核苷 1 戊糖 pentose 2 核苷 核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物 在大多数情况下 核苷是由核糖或脱氧核糖的C1 羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合 故生成的化学键称为 N糖苷键 碱基和核糖的缩合物 以N 糖苷键相连 成苷位置 核糖C 1 与嘧啶N 1 核糖C 1 与嘌呤N 9 核苷 腺苷A 鸟苷G 胞苷C 尿苷U 脱氧核苷 脱氧腺苷dA 脱氧鸟苷dG 脱氧胞苷dC 脱氧胸苷dT 糖苷键 5 核苷酸的分子结构 糖 carbohydrates 即碳水化合物 是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物 根据其水解产物的情况 糖主要可分为以下四大类 单糖 monosacchride 寡糖 oligosacchride 多糖 polysacchride 结合糖 glycoconjugate VI 糖 单糖 寡糖 多糖 淀粉的分子结构 糖原的分子结构 纤维素的分子结构 糖与非糖物质的结合物 结合糖 糖脂 glycolipid 是糖与脂类的结合物 糖蛋白 glycoprotein 是糖与蛋白质的结合物 葡萄糖 二 糖代谢概况 定义 脂类 lipids 是脂肪 fat 和类脂 lipoid 的总称 即生物体中的脂肪 类似脂肪及能够被有机溶剂抽提出来的化合物统称脂质类 特点 具有脂溶性 能溶于有机溶剂而不溶于水 VII 脂 二 脂质的分类 根据化学结构和组分 可分三大类 1 单纯脂质 1 脂肪 脂肪酸甘油酯 2 蜡 脂肪酸高级一元醇酯 2 复合脂质 1 磷脂 甘油磷脂和神经鞘磷脂 2 糖苷脂 脂肪酸与鞘氨醇糖苷所成的脂 3 异戊二烯系的脂质 1 多萜类 2 固醇和类固醇 三 油脂的化学结构及种类 一 结构通式C H2OCOR1 R2OCO C H C H2OCOR3L 脂肪 甘油三酯 二 种类 单纯甘油酯 R相同 甘油三单脂 混合甘油酯 R不同 甘油三杂脂 三 油脂的分子组成特点及营养价值1 植物油 不饱和脂肪酸含量高于70 动物脂 不饱和脂肪酸含量低含有不饱和脂肪酸多的脂肪一般营养价值较高 三 油脂的分子组成特点及营养价值2 必需脂肪酸 EssentialFattyAcid 哺乳动物需要 但自身不能合成 必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸 主要有 亚油酸 18 2 亚麻酸 18 3 花生四烯酸 20 4 二十碳五烯酸 20 5 二十二碳六烯酸 22 6 四 脂肪酸 1 饱和脂肪酸棕榈酸 软脂酸 C16 硬脂酸 C18 花生酸 C20 2 不饱和脂肪酸油酸 C18 1 9 或C18 1 9 亚油酸 C18 2 9 12 或C18 2 9 12亚麻酸 C18 3 9 12 15 或C18 3 9 12 15花生四烯酸 C20 4 5 8 11 14 或C20 4 5 8 11 14 四 脂肪酸 3 天然脂肪酸的特点 1 多为偶数碳 奶油中脂肪酸种类多且低碳脂肪酸多 半固态 陆地动 植物脂肪较多16 18碳水产动物中不饱和脂肪酸占绝大多数 其中淡水18碳多 海水20 22多 2 一般都是顺式结构cis 3 双键一般在9 10 12 13 15 16 五 油脂的理化性质 一 物理性质1 气味与色泽 无色无味2 溶解性 脂溶性3 比重 小于14 熔点与凝固点 与脂肪酸组成有关 熔点高于凝固点5 具有折光性和多晶现象6 油腻性和粘度较大 二 化学反应1 脂肪的水解 在酸 脂酶或蒸汽作用下水解产生甘油和三分子脂肪酸 2 脂肪的碱水解 皂化 脂肪与碱作用产生甘油和脂肪酸盐 皂 皂化价 皂化一克脂肪所需KOH的毫克数3 乳化作用 肥皂去污是脂肪的乳化作用4 脂肪与碘加成 100克脂肪吸收碘的克数称碘价5 氢化或硬化作用 不饱和脂肪酸加氢成为饱和脂肪酸 6 氧化反应 脂类的干化7 油脂的酸败 自动氧化为主 六 磷脂 一 甘油磷脂结构磷脂酸的衍生物