碳水化合物蛋白质

关于碳水化合物蛋白质第1页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

碳水化合物：包括糖、淀粉和纤维素

——自然界分布最广的有机物通式：Cn(H2O)m

本质结构：多羟基醛、酮11.1碳水化合物第2页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.1.1碳水化合物的概述

碳水化合物的涵义碳水化合物如：糖、淀粉、纤维素等，都是天然有机化合物，它们对维持动植物的生命起着重要的作用。

人类的遗憾——自身没有生产碳水化合物的本领。

植物的骄傲——通过光合作用产生糖。

碳水化合物的元素组成——C、H、O。第3页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三三种元素中H：O=2：1，相当于H2O中的H：O比。

碳水化合物因此而得名，并赋予下面通式：Cn(H2O)m

事实上，碳水化合物并不是以C和H2O的形式存在的。如：

鼠李糖——C6H12O5，其结构与性质均与碳水化合物相同，但却不符合上面的通式。

HCHO=CH2O；CH3COOH=C2(H2O)2

甲醛醋酸符合上面的通式，但它们却不是糖。

可见沿用至今的碳水化合物这一名称已失去了原来的涵义。第4页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

碳水化合物现在的涵义：

从结构上看，碳水化合物系指多羟基醛或多羟基酮以及水解后能生成多羟基醛或多羟基酮的一类化合物。11.1.2碳水化合物的分类：

1.单糖（monosaccharides）：不能再水解为更小分子的多羟基醛和多羟基酮。如葡萄糖、果糖等。

2.低聚糖（Oligosaccharides）：能水解为二、三个或几个单糖的碳水化合物。如：蔗糖、麦芽糖、棉子糖等。

3.多糖（polysaccharides）：水解后能生成若干分子单糖的碳水化合物。如：淀粉、纤维素。第5页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三分类：单糖：不能再水解的多羟基醛或多羟基酮及其衍生物低聚糖：2－10个单糖多聚糖：>10个单糖根据碳原子数不同：戊糖己糖根据羰基的不同：醛糖酮糖单糖：第6页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

因含—CHO，故属醛糖因含C=O，故属酮糖按分子中所含碳原子数目还可分为：

四碳糖（丁糖）；五碳糖（戊糖）；六碳糖（己糖）其中最重要的是：

戊糖：核糖；己糖：葡萄糖。

单糖最简单的单糖是三碳糖。第7页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三单糖的结构1.构型的表示方法（1）投影式：如葡萄糖11.1.3单糖第8页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三(2)相对构型表示法：D/L表示以D-(+)甘油醛和L-(-)甘油醛为标准，比较编号最大的手性碳原子的构型。编号最大的手性碳的构型与D-(+)-甘油醛相同——D构型与L-(-)-甘油醛相同——L构型第9页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三手性碳原子的概念：连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子。第10页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三己醛糖己酮糖丙酮糖从靠近羰基的一端开始编号第11页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三第12页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三2单糖的化学性质(1)氧化反应

单糖可被多种氧化剂氧化，而表现出还原性。其氧化产物因所用氧化剂的不同而异。第13页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三1)溴水氧化

这一反应实际上是在醛糖的氧环式半缩醛碳（即苷原子）上进行的：

证明：在弱酸条件下（PH=5.0），溴水可将己醛糖氧化为醛糖酸的内酯，且β-D–葡萄糖的氧化速率为α-D–葡萄糖的250倍。第14页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三2)弱氧化剂——Fehling试剂和Tollens氧化用于鉴别还原糖与非还原糖象这种能还原Tollens和Fehling试剂的糖,称之为还原糖。第15页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三(2)还原反应：

常用的还原剂：Na－Hg、H2/Ni、NaBH4等。

还原产物：多元醇。山梨醇甘露醇

酮糖的氧化较为困难，在强烈条件下，则碳链断裂氧化成较小分子的羧酸。第16页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三单糖脎苯肼α-羟基醛或α-羟基酮的成脎反应都在C1与C2上进行。(3)成脎反应：

一般说来，不同的糖将生成不同的糖脎；即使生成相同的糖脎，其反应速度、析出脎的时间也不同。

因此，我们可用成脎反应来鉴别糖。第17页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三(4)成苷反应：

象这种糖分子中苷羟基上的氢原子被其它原子取代的产物,叫做苷或配糖体。

根据糖苷的结构，我们可以做出如下判断：第18页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

1.由于成苷以后，苷羟基消失，故不能再转变为开链式，因此也就不在具备下列性质：

A.没有变旋光现象；

B.不能成脎；

C.不能被Tollens、Fehling试剂氧化。

2.正因为糖苷是一种缩醛或缩酮，因此它对碱稳定。但在酸性条件下，易水解为原来的糖和醇。(5)成酯和成醚反应：

糖分子中的羟基，除苷羟基外，均为醇羟基，故在适当试剂作用下，可生成醚或酯：第19页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.1.4低聚糖

低聚糖中最重要的是二糖。

二糖可看成是两分子单糖的苷羟基彼此间失水或一分子单糖的苷羟基与另一分子单糖的醇羟基之间失水而形成的。1蔗糖（Sucrose）

蔗糖结构的确定：(1)将蔗糖水解，得到两分子单糖——一分子葡萄糖和一分子果糖。

证明蔗糖是有葡萄糖和果糖构成的。第20页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三(2)蔗糖没有变旋光现象、不能成脎、也不能还原Tollens和Tchling试剂。

说明蔗糖分子已没有苷羟基存在，是一种非还原糖。苷羟基的消失告诉我们是葡萄糖的苷羟基和果糖的苷羟基彼此失水的结果。

可见蔗糖既是一个葡萄糖苷，也是一个果糖苷。(3)无论是葡萄糖还是果糖都有α-、β-两个异构体，那么构成蔗糖的两分子单糖是哪一种异构体呢？

这只能借助生化法——酶来证明（酶对糖的水解具有选择性）：

麦芽糖酶——只能水解α-葡萄糖苷（酵母中含有这种酶）；

苦杏仁酶——只能水解β-葡萄糖苷；

转化糖酶——可水解β-果糖苷。第21页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三结论：

蔗糖是由一分子α-葡萄糖和一分子β-果糖的苷羟基缩合失水而成。

蔗糖的[α]D=+66。，但其水解后生成的葡萄糖和果糖的混合物却是左旋的，这是为什么呢？

由于蔗糖水解时，比旋光度发生了由右旋向左旋的转化，故蔗糖的水解反应又称为转化反应，生成的葡萄糖和果糖混合物称之为转化糖。2麦芽糖（Maltose）

麦芽糖的分子式也是C12H22O11，其结构证明如下：第22页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三结论：

麦芽糖是由一分子α-葡萄糖与另一分子葡萄糖C4上的羟基彼此缩合失水而成的，通常将这种形式的苷键称之为α-1,4–苷键。

由于麦芽糖分子还有一个自由的苷羟基，所以它存在着β-异头物与α-异头物的动态平衡：2，3，4，6-四甲基-D-葡萄糖2，3，6-三甲基-D-葡萄糖第23页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三3纤维二糖

与麦芽糖相似，纤维二糖也是由两分子葡萄糖构成的一种还原糖。二者的区别是：

麦芽糖为α-葡萄糖苷；纤维二糖为β-葡萄糖苷（因其可被苦杏仁酶水解）。

因此，纤维二糖应具有下面结构：第24页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三4乳糖

存在于哺乳动物的乳汁中，人乳中含乳糖5~8%，牛乳中含乳糖4~6%。乳糖的甜味只有蔗糖的70%。

结构：由β-D-吡喃半乳糖的苷羟基与D-吡喃葡萄糖C4上的羟基缩合而成的半乳糖苷。

性质：具有还原糖的通性。

α-型半乳糖

β-型半乳糖第25页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.1.5多糖1淀粉（Starch）

淀粉是由若干葡萄糖分子组成的，按结构可分为直链淀粉和支链淀粉。

(1)直链淀粉（20~30%）

直链淀粉虽属线型高聚物，但卷曲成螺旋状，犹如线圈一样，紧密堆积在一起，水分子难以接近，故难溶于水。M约为15~60万（1000个葡萄糖单位以上）第26页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

(2)支链淀粉（70~80%）

主链：α-1,4苷键；

支链：α-1,6苷键。M约100~600万n=20~25。即每隔20~25个葡萄糖单位就有一个分支。

因支链淀粉具有高度的分支，水分子易于接近而溶于水。第27页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

1).水解：

2).显色反应：兰色紫红色

为什么会有这样的颜色变化?

这是因为淀粉二级结构中的孔穴（每圈为六个葡萄糖单位）恰好可以络合碘分子，而形成一个有色络合物的缘故。3)还原性：

淀粉分子的末端虽有自由的苷羟基，却不显示还原性。(3)淀粉的性质：第28页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三2纤维素（Cellulose）

由葡萄糖以β-1,4苷键连接而成。

纤维素与淀粉在结构上的差异仅在于两个葡萄糖分子的连接方式不同。

纤维素及其衍生物有着重要的用途。第29页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

人的消化道中没有水解β-1,4葡萄糖苷键的纤维素的酶，所以人不能消化纤维素，但人对纤维素又是必不可少的，因为纤维素可帮助肠胃蠕动，以提高消化和排泄能力。

第30页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.2蛋白质第31页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三蛋白质：含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内80％都是蛋白质,人类的主要营养物质之一。

酶（球蛋白）——机体内起催化作用激素（蛋白质及其衍生物）——调节代谢血红蛋白——运输O2和CO2

抗原抗体——免疫作用在生命现象中起重要的作用：第32页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。分子中含有氨基和羧基两种官能团。(1)按氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相对位置，可将其分为：

在这些类氨基酸中，与人关系最为密切的是α-氨基酸。它是构成蛋白质的基本单元。

一氨基酸的分类与命名

1．分类11.2.1氨基酸第33页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

在这20多种α-氨基酸中，有八种是人体所需要的必需氨基酸（即人体本身不能合成的氨基酸）。它们是：第34页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三1)中性氨基酸：分子中－NH2和－COOH的数目相等。(2)按氨基和羧基的数目可分为：中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。

2)碱性氨基酸：分子中－NH2数目＞－COOH数目。3)酸性氨基酸：分子中－COOH数目＞－NH2

数目。第35页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

（3）按烃基类型可分为：脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基

2．命名：根据氨基酸的来源或性质命名。门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名。天然产的氨基酸目前知道的已超过一百种。但在生物体内作为合成蛋白质原料的只有二十种，这二十种氨基酸象无机符号一样，都有国际通用的符号来表示（P、268）甘氨酸：Gly（甘）

门冬氨酸：Asp（门）

第36页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

二氨基酸的性质测得甘氨酸的Ka=1.6×10-10，甘氨酸的Kb=2.5×10-12。而大多数羧酸Ka约为10-5，大多数脂肪胺的Kb约为10-4。1．两性（酸碱性）第37页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三1）形成内盐

2）成盐第38页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三3）氨基酸存在形式

氨基酸在溶液中存在下列平衡溶液pH<等电点等电点(pI)溶液pH>等电点

氨基酸在强酸性溶液中以正离子存在。在强碱性溶液中以负离子存在。两性离子第39页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三4）等电点若调节溶液的pH值，使－NH2和－COOH的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性——处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。等电点为电中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。第40页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

1°等电点为电中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。中性氨基酸pI=4.8-6.3酸性氨基酸pI=2.7-3.2碱性氨基酸pI=7.6-10.82°等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。

注意：第41页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三(1)与亚硝酸反应反应是定量完成的，衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量。三氨基酸的化学性质

第42页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三（2）羧基的反应

氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质

氨基酸与碱共热，脱羧生成伯胺第43页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三（3）与茚三酮反应（鉴别α-氨基酸的灵敏方法）

PH5～7茚三酮第44页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.2.2多肽

一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。1肽和肽键由2分子氨基酸缩合而成的肽称为二肽；第45页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

由3个氨基酸缩合而成的肽称为三肽；由n个氨基酸缩合而成的肽称为n肽；由多个氨基酸缩合而成的肽称为多肽。一般把含100个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。

无论肽链有多长，在链的两端，一端有游离的氨基（-NH2），称为N端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为C端。

C—端：保留游离的羧基；N—端：保留游离的氨基。第46页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰…某氨酸（简写为某、某、某）。2肽的命名很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。第47页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定100个氨基酸聚合成线形分子，可能具有20100中多肽。例如：由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。甘-缬-亮；甘-亮-缬；缬-亮-甘；缬-甘-亮；亮-甘-缬；亮-缬-甘。3多肽结构的测定和端基分析第48页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三4多肽的合成

合成多肽必须保证氨基酸的排列顺序与天然多肽相同，并与天然多肽不论在物理、化学性质和生物活力各方面都一样，才具有意义。

要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一向十分复杂的化学工程，需要解决许多难题。（1）保护-NH2或-COOH

氨基酸是多官能团化合物，在按要求形成肽键时，必须将两个官能团中的一个保护起来，留下一个去进行指定的反应，才能达到合成的目的。对保护基的要求是：易引入，之后又易除去。第49页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三（2）活化反应基团（活化-NH2或-COOH）通常是保护-NH2及-OH、-SH等，活化-COOH（3）生物活性

合成多肽必须保证氨基酸的排列顺序与天然多肽相同，并与天然多肽不论在物理、化学性质和生物活力各方面都一样，才具有意义。这是我国于1965年成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质—­—牛胰岛素。第50页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三11.2.3蛋白质一、蛋白质的分类1．根据蛋白质的形状分为：①纤维蛋白质。如丝蛋白、角蛋白等。②球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。2．根据蛋白质的化学组成分为：①单纯蛋白质（其水解最终产物是α-氨基酸）。②结合蛋白质（α-氨基酸+非蛋白质（辅基））。

辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。第51页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三3．根据蛋白质的功能分为：（2）非活性蛋白担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等等。（1）活性蛋白按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等。第52页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三二、蛋白质的结构

各种蛋白质的特定结构，决定了各种蛋白质的特定生理功能。蛋白质种类繁多，结构极其复杂。通过长期研究确定，蛋白质的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。1．蛋白质的一级结构

由各氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构1）.氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序2）.肽键是蛋白质一级结构的基本结构键。第53页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三

蛋白质的一级结构的一级结构是最基本的，它包含着蛋白质高级结构的因素。对某一蛋白质，若结构顺序发生改变，则可引起疾病或死亡。例如：血红蛋白是由两条α-肽链（各为141肽）和两条β-肽链（各为146肽）四条肽链（共574肽）组成的。在β链，N-6为谷氨酸，若换为缬氨酸，则造成红血球附聚，即由球状变成镰刀状，若得了这种病（镰刀形贫血症）不到十年就会死亡。

第54页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三2．蛋白质的次级结构①氢键②疏水作用③盐键④范德华引力第55页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三3．蛋白质的空间结构1）二级结构

（1）α-螺旋：一条肽链可以通过一个酰胺键中羰基的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键而绕成螺旋形结构。（2）β-折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起形成“片”状的结构。

多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间排列（构象）称为蛋白质的二级结构。（3）β-转角（4）无规卷曲第56页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三第57页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三2）．蛋白质的三级结构（1）.蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构（2）.三级结构主要依靠疏水键（3）.具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性共价键（-S-S-）静电键（盐键）氢键憎水基（烃基等）形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。第58页，讲稿共66页，2023年5月2日，星期三3）、蛋白质的四级结构

由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋