章生物大分子学习教案

1、会计学1第一页，共57页。 生物(shngw)体系中的配体可分为两类:1、简单的无机(wj)小分子或阴离子，如H2O、 S2-、O2-、OH-、PO43-、Cl-、HCO3-等；2、生物(shngw)大分子，如蛋白质（或多肽）和 核酸。第1页/共57页第二页，共57页。 在生物体系中，除了蛋白质和核酸外，碳水化合物、脂等生物大分子也含有可与金属发生作用的含氧基团，但是，到目前为止，有关它们(t men)与金属离子相互作用的了解还很少。第2页/共57页第三页，共57页。第一节 蛋白质及其组成(z chn)与结构第二节 核酸与其他生物分子第3页/共57页第四页，共57页。第一节 蛋白质及其组成(z

2、 chn)与结构 蛋白质是生命体系中最重要的一类生物大分子，是生命活动的主要承载(chngzi)者以及生命现象的主要物质基础。据统计，到目前为止所发现的蛋白质中大约有三分之一为金属蛋白。第4页/共57页第五页，共57页。 根据(gnj)生物学功能分类，金属蛋白主要涉及以下几种类型：（1）具有催化功能的蛋白质酶。 生命体内的化学反应几乎都是在生物催化剂的催化下完成的，而酶是生物催化剂中最重要(zhngyo)的一类物质。金属酶的结构、功能、催化机理及其模拟构成了生物无机化学的主体部分。第5页/共57页第六页，共57页。（2）具有运输功能(gngnng)的蛋白质。 这一类蛋白质在生物体系中结合并携带

3、着特殊的分子或离子从一个部位到另一个部位。运铁蛋白、载氧蛋白等即属于该类蛋白。第6页/共57页第七页，共57页。（3）具有营养(yngyng)储存功能的蛋白质。 它们将氨基酸、金属离子等营养(yngyng)物质储存并使之用于生物体的生长、发育等过程。铁蛋白是这类蛋白质的代表。（4）具有结构功能的蛋白质。 它们作为机体的支架和结构成分参与(cny)细胞组织的形成。细胞膜、线粒体、头发、指甲等都是由蛋白质或脂质组成。第7页/共57页第八页，共57页。（5）具有防御功能的蛋白质。 它们能够(nnggu)起到抵御有害物质的侵袭、保护生物体的作用。免疫球蛋白、超氧化物歧化酶等属于该类蛋白质。（6）具有调

4、控功能的蛋白质。 它们起到调节或控制细胞生长(shngzhng)、分化以及遗传信息的表达等作用，如胰岛素、锌指蛋白等。第8页/共57页第九页，共57页。 如此多种不同性质、不同功能(gngnng)的蛋白质都是由20种必需的氨基酸组成。这些氨基酸的侧链是参与金属离子作用的主要基团。第9页/共57页第十页，共57页。一、氨基酸 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。已发现的自然界中存在的氨基酸有100多种，但参与(cny)组成蛋白质的氨基酸却只有20种，称为必需氨基酸。第10页/共57页第十一页，共57页。图2.1 必需氨基酸的结构(jigu)和代码第11页/共57页第十二页，共57页。第12页/共57页

5、第十三页，共57页。第13页/共57页第十四页，共57页。第14页/共57页第十五页，共57页。第15页/共57页第十六页，共57页。 氨基酸中参与和金属(jnsh)离子配位的主要基团包括：半胱氨酸的巯基；第16页/共57页第十七页，共57页。 氨基酸中参与(cny)和金属离子配位的主要基团包括：组氨酸的咪唑基；第17页/共57页第十八页，共57页。 氨基酸中参与(cny)和金属离子配位的主要基团包括：谷氨酸和天冬氨酸的羧基；第18页/共57页第十九页，共57页。 氨基酸中参与和金属离子配位(pi wi)的主要基团包括：酪氨酸的苯酚基；第19页/共57页第二十页，共57页。 氨基酸中参与和金属

6、离子(lz)配位的主要基团包括：蛋氨酸的甲硫基。第20页/共57页第二十一页，共57页。二、蛋白质的结构(jigu) 蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键。两个氨基酸分子之间失去一个(y )水分子而形成一个(y )肽键。任何数目的氨基酸都能以这种方式连接成多肽链。第21页/共57页第二十二页，共57页。 多肽链的氨基一端(ydun)通常被称为N端或氨基端，羧基一端(ydun)被称为C端或羧基端。习惯上，将N端列在左边，C端列在右边。第22页/共57页第二十三页，共57页。 蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序被称为(chn wi)蛋白质的一级结构。第23页/共57页第二十四页，共57页。 如血红

7、蛋白(xuhng dnbi)的链由141个氨基酸残基组成。第24页/共57页第二十五页，共57页。 蛋白质分子并不是一条走向随机的松散肽链，而是折叠成具有特定构象的三维结构。 蛋白质的空间结构主要包括以下(yxi)几个层次：二级结构、三级结构和四级结构。这种特定的结构是各种蛋白质具有不同功能和活性的分子基础。第25页/共57页第二十六页，共57页。 蛋白质的二级结构也可称为(chn wi)构象单元，因为它们是蛋白质复杂的空间构象的基础。常见的构象单元有螺旋（-helix）、折叠（-sheet）、转角（-turn）等。 螺旋和折叠是有规律的构象。第26页/共57页第二十七页，共57页。第27页/

8、共57页第二十八页，共57页。 折叠可分为平行(pngxng)式和反平行(pngxng)式两种类型，它们是通过肽链间或肽段间的氢键所形成的。 第28页/共57页第二十九页，共57页。 一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间排列。三级结构主要靠次级键（非共价键）维系固定(gdng)。三级结构形成后，生物学活性必需基团靠近，形成活性中心或部位，即蛋白质分子中形成了某些发挥生物学功能的特定区域。第29页/共57页第三十页，共57页。第30页/共57页第三十一页，共57页。第31页/共57页第三十二页，共57页。 两个或两个以上具有独立的三级结构的多肽链（通常

9、(tngchng)被称为亚基或亚单位），彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结构。第32页/共57页第三十三页，共57页。 例如，血红蛋白分子就是两个由141个氨基酸残基组成的亚基（蓝色、红色）和两个由146个氨基酸残基组成的亚基（黄色、绿色(l s)）按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。四个亚基间靠氢键和八个盐桥维系着血红蛋白分子严密的空间构象。第33页/共57页第三十四页，共57页。其中包含了螺旋、折叠等二级结构信息(xnx)，以及亚基等三级结构及其组成的四级结构第34页/共57页第三十五页，共57页。三、蛋白质的金属(jnsh)

10、配合物 蛋白质与金属(jnsh)离子的配位与氨基酸明显不同。金属(jnsh)离子和蛋白质组成配合物后，金属(jnsh)可影响蛋白质的电子结构和反应能力，并对蛋白质的结构起稳定作用。第35页/共57页第三十六页，共57页。大多数金属(jnsh)离子与蛋白质的结合可分为两类： 一类是金属和蛋白质牢固地结合(jih)在一起，金属离子是蛋白质的组成部分，将金属离子移去后，金属蛋白的活性也就失去。在这一类金属蛋白中，金属与蛋白质之比为一恒定常数，金属与蛋白质组成一个稳定的配合物。第36页/共57页第三十七页，共57页。 另一类是金属和蛋白质结合(jih)较弱，金属容易被除去，且金属和蛋白质之比不恒定。第

11、37页/共57页第三十八页，共57页。四、酶 酶是一类由活细胞产生，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。由于(yuy)酶的本质是蛋白质，因此酶主要由氨基酸构成。第38页/共57页第三十九页，共57页。酶一般(ybn)分为六大类：1、氧化还原酶类，催化氧化还原反应；2、转移酶类，催化功能基团转移反应；3、水解酶类，催化水解反应；4、裂解酶类，催化从底物移去一个(y )基团；5、异构酶，催化异构体互相转变；6、合成酶，催化双分子合成一种新物质。第39页/共57页第四十页，共57页。酶的催化(cu hu)特性：1、高效性；2、高度(god)专一性；3、反应条件温和；第40页/共57页第四十一页，共

12、57页。第二节 核酸(h sun)与其他生物分子一、核酸 核酸分为(fn wi)脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两种。 核酸 核苷酸 磷酸核苷戊糖碱基第41页/共57页第四十二页，共57页。 脱氧核糖核酸（DNA）是染色体的主要成分，真核生物(shngw)的线粒体和叶绿体中也含有DNA，原核生物(shngw)的质粒全由DNA构成。除了RNA病毒和噬菌体外，DNA是所有生物(shngw)的遗传物质基础。生物(shngw)体的遗传信息都储存在DNA分子中。第42页/共57页第四十三页，共57页。 1953年，沃特森和克里克提出(t ch)了DNA的双螺旋模型： DNA由两条方向相反的多核

13、苷酸链所构成；脱氧核糖和磷酸二酯键所形成的骨架在外侧，两两配对的碱基在双螺旋内侧；每对碱基处于同一平面，和中心轴垂直，而不同碱基对的平面互相平行。第43页/共57页第四十四页，共57页。第44页/共57页第四十五页，共57页。 核糖核酸（RNA）主要存在于细胞质中。动物(dngw)、植物以及微生物的细胞内部都含有三种主要RNA，即信使核糖核酸（mRNA）、核糖体核糖核酸（rRNA）和转运核糖核酸（tRNA）。第45页/共57页第四十六页，共57页。 RNA的空间结构与DNA不同，绝大部分RNA是单链的，但可以盘曲起来，有小量的碱基形成环圈，卷曲(jun q)的RNA单链还可进一步折叠形成发夹状

14、或其他形状的空间结构。第46页/共57页第四十七页，共57页。酵母(jiom)苯丙氨酸tRNA的一级结构和二级结构图第47页/共57页第四十八页，共57页。核酸与金属的配位(pi wi)部位： 某些核苷酸的生物功能与金属离子有关，如ATP水解为ADP和磷酸就需要镁离子。在核苷酸分子中的磷酸基、碱基和戊糖都可以作为(zuwi)配位基团，以碱基的配位能力最强。与核苷酸作用的金属离子主要有Ca2+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+。第48页/共57页第四十九页，共57页。 鸟嘌呤、腺嘌呤的N7位置电负性最低，是金属(jnsh)离子结合的主要位点。第49页/共57页第五十页，共57页。

15、 三磷酸腺苷（ATP）是生物体内广泛存在的辅酶，是体内组织细胞所需能量的主要来源。蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的合成都需要(xyo)ATP的参与。二、其他生物(shngw)分子1、三磷酸(ln sun)腺苷第50页/共57页第五十一页，共57页。第51页/共57页第五十二页，共57页。 三磷酸腺苷中磷脂基可以和一系列金属离子，尤其是硬金属离子结合。具估计，细胞内大约超过90的ATP与Mg2+结合，Mg2+ATP是许多酶的底物或辅因子。 ATP经腺苷酸环化酶催化(cu hu)形成环磷酸腺苷（cAMP），是细胞内的生物活性物质，对细胞的许多代谢过程都有着重要的调节作用。第52页/共57页第五十三页，共57页。2、叶绿素 叶绿素是存在于植物、藻类和蓝藻中的光合色素，它是镁的配合物。光合作用的第一步是光能被叶绿素吸收并将叶绿素离子化，产生的化学能被暂时储存(chcn)在三磷酸腺苷（ATP）中，并最终将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气。第53页/共57页第五十四页，共57页。第54页/共57页第五十五页