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生命科学导论上海交通大学生命科学技术学院1/61第二讲结构生物体基本元件一、生物小分子与生物大分子关系二、生物小分子介绍三、生物大分子形成四、生物大分子高级结构—从生物小分子到生物大分子2/61一、生物小分子和生物大分子关系小分子

单糖 氨基酸核苷酸大分子

多糖 蛋白质 核酸复合大分子

糖蛋白 糖脂 脂蛋白脂类

（由小分子到大分子）3/61返回合成大分子（聚合）大分子分解（水解）4/61二、生物小分子介绍1、水水占生物体60％以上重量地球上生命起源于水中，陆生生物 体内细胞也生活在水环境中水性质影响生命活动， 如：溶解性质，酸碱度，pH水对生物体非常主要5/61水影响生命活动例子：△肺泡在水环境中确保O2和CO2交换△肺泡中存在一个表面活性蛋白破坏水表面张力，使肺泡胀开△水分子间氢键造成水表面张力，可使肺泡瘪塌6/612、氨基酸

氨基酸是同时含有α－氨基和α－羧基小分子（氨基酸通式）参加蛋白合成共有20种天然氨基酸

（20种天然氨基酸）7/61返回（1）α－碳原子（2）含有α－氨基

和α－羧基是各种氨基酸共性（3）各种氨基酸区分在侧链基团—R8/619/6110/6111/61返回12/61

依据侧链结构和性质，可把20种氨基酸分成不一样组：疏水氨基酸： 亲水氨基酸： 酸性氨基酸： 碱性氨基酸： 含硫氨基酸： 含羟基氨基酸： 带环氨基酸：亮氨酸丝氨酸天冬氨酸精氨酸半胱氨酸苏氨酸酪氨酸13/6120种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子—α碳原子，都有光学异构体（镜映体）。已知19种天然氨基酸均为L－型氨基酸。14/61氨基酸功效：（1）作为组建蛋白质元件（2）有氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调整、信号传递等）15/61C、组成寡糖参加细胞信号传递3、单糖——

多羟基醛或多羟基酮称为糖。 以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖（葡萄糖结构式）

单糖生物功效： A、作为多糖组成元件 B、作为燃料主要单糖16/61（葡萄糖结构式）天然单糖大多数是

D-型糖吡喃型C1上羟基位置不一样出现α-，β-两种构型17/61（1）C2----C5

均为不对称碳原子。 六碳糖有16种同分异构体。（2）天然单糖在C5位上羟基有固定结构方向，

天然单糖大多数是

D-型糖。（3）在水溶液中葡萄糖在C1---C5之间脱水经过

氧桥相联成环状－吡喃型（4）各个C上羟基位于环上或环下（5）C1上羟基位置不一样出现α-，β-两种构型返回18/61返回19/61返回20/614、核苷酸

核苷酸分子由三个部分组成：碱基：嘧啶、嘌呤五碳糖：核糖或脱氧核糖磷酸

碱基核苷酸21/61返回22/61返回(1)碱基—糖之间是β—糖苷键(2)糖—磷酸之间是磷酸酯键23/61返回24/61参加大分子核酸组成共有8种核苷酸

DNA水解液中腺脱氧核苷酸（dAMP）鸟脱氧核苷酸（dGMP）胞脱氧核苷酸（dCMP）胸腺脱氧核苷酸（dTMP）

RNA水解液中

腺苷酸（AMP）鸟苷酸（GMP） 胞苷酸（CMP） 尿苷酸（UMP）另外还有一些主要含有生物活性核苷酸

含有生物活性核苷酸25/61返回

cAMP,cGMP参与细胞信号传递ATP参加能量代谢26/615、脂类脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂各种小分子。葡萄糖－－－水溶性油脂－－－脂溶性27/61脂类种类很多，分子结构相差较大 A、油脂：甘油三脂

B、磷脂和鞘脂C、固醇28/61返回甘油三酯分子结构29/61磷脂分子结构30/61返回（1）磷脂分子能够看成是一个极性头部(亲水)，两条非极性尾巴（疏水）。（2）鞘脂分子和磷脂不同。但总体看来，也可看成一个极性头，两条非极性尾巴。31/61返回（1）固醇类内核由4个环组成（2）一些人体主要维生素和激素是固醇（3）胆固醇是细胞必要成份（4）血清中胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病32/61三、生物大分子形成生物大分子主要有三大类：蛋白质、核酸、多糖它们都是由生物小分子单体经过特有共价键联结而成。33/611、氨基酸经过肽键联成肽链寡肽：含有10左右氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）多肽：含10－20个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基注意：肽链有方向性，氨基端（N端），羧基端（C端）34/61返回

一个氨基酸羧基和另一个氨基酸氨基脱水缩合形成肽键35/61返回一条肽链两端有不一样结构和性质：

一端氨基酸残基带有游离氨 基，称氨基端；

另一端氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端。36/612、单糖经过糖苷键联成多糖链

（1）双糖 对双糖结构了解包含搞清楚：

单糖基成份 α－还是β－糖苷键取代位置麦芽糖37/61返回麦芽糖结构38/61（3）注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端（2）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们之间主要区分在于α－糖苷键和β－糖苷键区分39/61返回糖原淀粉纤维素40/61一条多糖链两端有不一样结构和性质：一端糖基有游离半缩醛羟基，称还原端；另一端糖基没有游离半缩醛羟基，称非还原端。返回41/61

3、核苷酸经过磷酸二酯键联成核酸

（1）核酸链也有方向性（2）DNA和RNA在组成成份上有差异

DNA

脱氧核糖有胸腺嘧啶， 无尿嘧啶

RNA

核糖 有尿嘧啶，无胸腺嘧啶42/61返回

一端核苷酸，其5－C没有进入磷酸二酯键，称

5

’末端；

另一端核苷酸，其3－C没有进入磷酸二酯键，称

3’末端。43/61四、生物大分子高级结构1、蛋白质高级结构蛋白质一级结构是指肽链中氨基酸排列次序蛋白质二级结构是指邻近几个氨基酸形成一定结构形状。如：α－螺旋和β－折叠44/61由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新性质。

其中最主要特点是：生物大分子有独特立体结构、空间构型和分子整体形状。返回45/61

一级结构二级结构

三级结构

返回四级结构α－螺旋β－折叠46/61蛋白质四级结构是指各条肽链之间位置和结构。所以，四级结构只存在于由两条肽链以上组成蛋白质。蛋白质三级结构是指整条肽链盘绕折叠形成一定空间结构形状。如纤维蛋白和球状蛋白。47/61血红蛋白质三级结构和四级结构返回48/612、维持生物大分子高级结构主要原因 －－非共价键C＝OC－N••••••••••••H－O H••••••氢键盐键

+H3N－

O—C－O49/61返回50/61非共价键键强度很小，所以A、需要多个非共价键才足以维持高级结构稳定；B、高级结构不很稳定。生物大分子变性就是因为高级结构破坏，大分子性质改变，生物活性丧失。不过，一级结构还未破坏。51/61注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起主要作用。RNase变性和复性52/61蛋白质变性使高级结构破坏变性后蛋白质分子还能复性返回53/613、核酸高级结构（1）DNA双螺旋A、两条反向平行核苷酸链共同盘绕 形成双螺旋，糖－磷酸－糖组成螺旋 主链B、两条链碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直54/61返回55/61C、两条链对应碱基呈配对关系A＝TG≡C

D、螺旋直径20A，螺距34A， 每一螺距中含10bp DNA双螺旋能够看作是DNA二级结构，DNA三级结构形成需要蛋白质帮助。5