第二章生物大分子的基本组成与 结构ProteinProtein第一节第一节 蛋白质蛋白质蛋白的化学元素组成与凯氏定 氮法l主要元素：C、H、O、N，微量P、Cu、Fe、Il一般蛋白质含氮量为16%，即1份氮素相当于 6.25份蛋白质，此数值（6.25）称为蛋白质系 数l凯氏定氮法：通过测出样品中的总含氮量再乘 以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量，测定结果为粗蛋白l此法可应用于各类食品中蛋白质含量测定1.1 1.1 蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子————氨基酸氨基酸1.1.1 氨基酸的种类与结 构氨基酸的结构共性l含有氨基的羧酸l常见的蛋白氨基酸均为α氨基酸l分子通式：RCH（NH2）COOHlR 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分 ， 叫 R 基 (R group)， 又 称 为 侧 链 (sidechain) 酪氨酸α氨基酸二十种氨基酸的结构1.1.2 氨基酸侧链的性质与分类按侧链R性质，常见蛋白质氨基酸可分为三类l非极性R基氨基酸l无电荷的极性R基氨基酸l带电荷的极性R基氨基酸缬氨酸丙氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸色氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸甘氨酸第一类 非极性R基氨基酸（共9种）第二类 无电荷的极性R基氨基酸（共6种）：丝氨酸苏氨酸酪氨酸半胱氨酸天冬酰胺谷氨酰胺第三类 带电荷的极性R基氨基酸（共5种）：l带正电荷的极性R基氨基酸3种l赖氨酸, 精氨酸, 组氨酸l带负电荷的极性R基氨基酸2种l天冬氨酸、谷氨酸alanine丙氨酸AlaA arginine 精氨酸 ArgR asparagine天冬酰氨 Asn AsxN aspartic acid天冬氨酸Asp AsxD cystine半胱氨酸CysC glutamine谷氨酰胺Gln GlxQ glutamic acid谷氨酸Glu GlxE glycine甘氨酸GlyG Histidine组氨酸HisH isoleucine异亮氨酸Ile I leucine亮氨酸LeuL lysine赖氨酸LysK methionine甲硫氨酸MetM phenylalanine 苯丙氨酸PheF proline脯氨酸ProP serine丝氨酸SerS threonine苏氨酸ThrT tryptophan色氨酸TrpW tyrosine酪氨酸TyrY valine缬氨酸ValV氨基酸的名称与符号l旋光性：可使偏振光平面发生旋转。
一般具有不对称碳原子的都具有旋光性l不对称碳原子：与四个不同的原子或原子基 团共价连接并因而失去对称性的碳原子1.1.3 1.1.3 氨基酸的旋光性与构型氨基酸的旋光性与构型不对称 碳原子l构型 ：不对称碳原子周围的取代基在空间上的排 列方式存在L 、D两种构型l构型的改变需要共价键的的破坏与重新形成l氨基酸的L 、D型都是以甘油醛为标准确定的 甘油醛投影式和透视式D甘油醛L甘油醛D甘油醛L甘油醛L-氨基酸的结构通式αα碳原子碳原子, ,不对称碳原子不对称碳原子侧链侧链除甘氨酸外，其他除甘氨酸外，其他1919种氨基酸都是种氨基酸都是L-L-构型构型 l氨基酸的两性电离性质 –氨基酸含有酸性的-COOH和碱性的 -NH2，是两性离子1.1.4 1.1.4 氨基酸的性质氨基酸的性质氨基酸的等电点l当氨基酸所带正电荷与所带负电荷相等时，溶液的PH值为这一种氨基酸的等电点（PI）在酸性溶液中 在晶体状态或水溶液中 在碱性溶液中即等电点（pI）“ + ” “ 不带电 ” “ — ”pI——等电点时的pHH2N纯晶体状态COO-H3N+水溶后等电荷状态总电荷 0加 酸H总电荷 “+”加 碱H2NCOO-H3N+ OH-H2OH2N--总电荷 “-”氨基酸的PK值和等电点1.2 1.2 肽肽Ø 氨基酸与氨基酸之间通过α-氨基和α-羧基形成酰胺键 共价地结合在一起,其产物叫做肽（Peptide）。
Ø 这种酰胺键称为肽键Ø 氨基酸借肽键形成的线性的链状分子叫做肽链 Ø 肽链中的氨基酸不再是完整的，叫氨基酸残基1.3 蛋白质由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的 生物大分子1.3.1 蛋白质的一级结构 l包括：组成蛋白质的多肽链数目、多肽链的氨基酸 顺序以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置l氨基酸顺序：最重要，是蛋白质生物功能的基础1.3.2 蛋白质空间结构l定义：蛋白质多肽链主链在空间上的走 向及所有原子和基团在空间中的排列与分 布l包括二级结构、三级结构和四级结构l肽平面：主链肽键CN具有双键性质而不 能自由旋转，肽键的4个原子和与之相连的 两个α碳原子(Cα)都处于同一个平面内， 此刚性结构的平面称肽平面或酰胺平面二级结构l蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式 l各个肽平面围绕同一轴旋转 ，形成螺旋结构，螺旋一周， 沿轴上升的距离即螺距为 0.54nm,含3.6个氨基酸残基； 两个氨基酸之间的距离为 0.15nm;l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l蛋白质分子为右手-螺旋。
-螺旋-折叠l-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l在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上 ，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角 垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm反平行折叠平行折叠-转角l在-转角部分，由四个 氨基酸残基组成;l弯曲处的第一个氨基酸 残基的 -C=O 和第四个残 基的 –N-H 之间形成氢键 ，形成一个不很稳定的环 状结构l这类结构主要存在于球 状蛋白分子中l当蛋白质处于某种状态时（缺乏特定分 子）下是无序的，而在另一种状态时（结 合特定分子）是有序的无规则序列蛋白质的三级结构• 蛋白质分子中的所有原子的三维空间排 列，包括它的二级结构要素和它的侧链在 空间结构上的关系蛋白质的四级结构• 许多蛋白质分子是由两个或两个以上具 有三级结构的多肽链组成的这些多肽链 借次级键缔合在一起，蛋白质分子的这种 结构形式称为蛋白质分子的四级结构蛋白质的变性l蛋白质在某些物理和化学因素作用下其 特定的空间构象被改变，从而导致其理化 性质的改变和生物活性的丧失，这种现象 称为蛋白质变性第二节 糖2.1 糖的概念又称碳水化合物（carbohydrates，元素组成 符合Cn(H2O)n的一类化合物）例外：乙酸（CH3COOH）、甲醛（CH2O）、乳酸C3H6O3）、脱氧核糖（C5H10O4）、鼠李糖C6H12O5）等糖:是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称。
2.2 糖的分类单糖寡糖多糖多糖复合物糖的衍生物根据分子中所含基团分为醛糖和酮糖根据所含碳原子数分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖2.2.1 单糖单糖的链状结构最简单的醛糖是甘油醛，酮糖是二羟基丙酮甘油醛二羟基丙酮单糖的构型三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不对称碳原子，是不对称分子单糖的构型有L构型和D构型两种，规定由编号最大的不对称碳原子的构型决定自然界中的糖绝大多数为D型单糖的环状结构l单糖分子中既含有羰基又含有羟基，可形成半缩醛或半缩酮l成环后羰基碳原子变成不对称碳原子，构型分 别用α- 和ß-表示l如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列时，羟甲基在平面之上为D-型，在平面之下为L-型在 D-型中，半缩醛羟基在平面之下为α-型，在平面之上为ß-型逆时针时相反葡萄糖的环状结构重要的醛糖D赤藓糖D苏阿糖D甘油醛D核糖 D阿拉伯糖 D木糖D来苏糖D阿洛糖D阿卓糖D葡萄糖D甘露糖D古洛糖D艾杜糖D塔罗糖D半乳糖（酮糖）D赤藓酮糖D核酮糖D木酮糖二羟丙酮D阿洛酮糖D果糖D山梨糖D塔格糖重要 的 酮糖由少数单糖通过糖苷键连接在一起而形成，可水解成少数个单糖糖苷键:一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键）l常见的是二糖和三糖2.2.2 寡糖,(1→2)糖苷键蔗糖 日常食用的糖主要是蔗糖D葡萄糖（1→2）D果糖 （无还原性）麦芽糖：大量存在于发芽麦芽中 。
(1→4)糖苷键D葡萄糖（1→4） D葡萄糖（有还原性）异麦芽糖异麦芽糖由两分子葡萄糖通过α(1→6)糖苷键连接而成纤维二糖2.2.3 多糖l由多个单糖分子缩合而成淀粉l广泛分布于植物体中，特别是种子、根茎及果实含量最高直链淀粉α(1→4)葡萄糖苷键支链淀粉α(1→6)葡萄糖苷键支链淀粉结构α(1→4)葡萄糖苷键糖原l脊椎动物体中的储存性多糖结构与支链淀粉相似1-4葡萄糖苷键-1-6葡萄糖苷键纤维素l植物体中最重要的结构性多糖植物细胞壁 的骨架 (1→4)葡萄糖苷键几丁质昆虫和甲壳纲的外骨骼中 构件分子为2—N—2—N—乙酰乙酰—D ——D —氨基葡萄糖，氨基葡萄糖， β β（（1→41→4）糖苷几丁质的结构l一、糖胺聚糖(glycosaminoglycan)，又称为糖胺 多糖、粘多糖，含氨基己糖的杂多糖总称l二、半纤维素：存在于细胞壁中所有杂多糖的总称l三、药物多糖：中草药治病的主要成分就是此类多糖及 其衍生物2.2.4 不均一多糖（杂多糖）（由不同的几种单糖聚合而成）l蛋白聚糖：是结构物质（细菌细胞壁）l糖蛋白：分布于细胞膜表面，与生物识别与关l糖脂：分布于细胞膜表面与细胞识别有关l脂多糖：是细菌的结构物质2.2.5 2.2.5 多糖复合物多糖复合物第三节 脂 质 3.1 概述 脂（双称为脂质或脂类）：一类低溶于 水而高溶于非极性有机溶剂的生物有机分 子。
脂类包括的范围很广3.2 脂类的分类可按不同组成分类分为三类：l单纯脂：是脂肪酸和醇类所形成的脂油脂（脂肪酸与甘油所形成的酯）蜡（脂肪酸与高级一元醇所形成的酯）l复合脂：除醇类、脂肪酸外，还含有其他 物质如：磷脂（分子中含有磷酸：甘油磷脂类，鞘磷 脂）l衍生脂：由上述脂类物质衍生而来并具有脂 质一般性质的物质如：甘油、脂肪酸、其氧化产物如乙酰COA等、萜类和类 固醇及其衍生物、糖脂、脂蛋白 3.3 三脂酰甘油l脂酰甘油：脂肪酸和甘油所形成的酯l脂酰甘油: 单脂酰、二脂酰和三脂酰甘油l三脂酰甘油：是甘油的三个羟基和三个脂肪酸 分子缩合失水后形成的酯(也统称为油脂或中性脂 ) 一般在室温下为液态的称为油 在室温下为固态的称为脂肪 单酯酰甘油二酯酰甘油H2OH2O三酯酰甘油脂肪酸1脂肪酸2脂肪酸3甘油三硬脂酰甘油一豆蔻酰一硬脂酰 一棕榈油酰甘油脂肪酸l脂肪酸：单羧基脂肪酸，碳原子数在428之间 ，多为偶数l分类：l１、饱和脂肪酸 l２、不饱和脂肪酸（双键大多为顺式结构）l必需脂肪酸：动物体必需但不能合成的脂肪酸 如亚油酸、亚麻酸 一些重要的脂肪酸，以及一些在结构上比较特殊的脂肪酸 甘油即丙三醇，味甜，比重为1.26（20 oC ），和 水或乙醇可以任何比例互溶发生水解。
3.4 甘油磷脂甘油磷脂即磷酸甘油酯，生物膜的主要组分甘油磷脂的组成l甘油、脂肪酸、磷酸形成磷脂酸l磷脂酸与醇形成甘油醇磷脂l醇：氨基醇(如胆碱、乙醇胺或丝氨酸)、肌醇 等磷脂酸X X非极性，不易溶于水 称非极性尾极性，易溶于水 称极性头甘油醇磷脂前体前体卵磷脂 X前体为胆碱，HOCHHOCH2 2CHCH2 2N N+ +(CH(CH3 3) )3 3磷脂酰胆碱X前体3.5 3.5 鞘脂类鞘脂类——由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物， 以及1分子极性头基团组成鞘脂类鞘磷脂鞘糖脂l由鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和醇组成鞘磷脂鞘氨醇神经酰胺鞘氨醇脂肪酸醇磷酸神经酰胺脑苷脂由神经酰胺中C1的OH与糖分子以β糖。